ROBOTIIKKA. M.Billing 2015

Transkriptio

1 ROBOTIIKKA M.Billing 2015

2 ROBOTIT Mikä on robotti Minkälaisia robotteja on käytössä Minkälaisissa asioissa robotteja hyödynnetään. Kaikki robotit hyödyntävät automaatiota monipuolisesti ja ovat osa automaatiota. Tehtaiden yli miljoona teollisuusrobottia ovat koneita koneiden joukossa, ja ne tekevät usein lisää koneita tai autoja.

3 Tuottavuus Teknologiateollisuus ry. on Trio Plus ohjelmassaan todennut että tuottavuuden nosto on merkittävä tekijä Suomen teollisuuden taistelussa globaaleja kilpailijoitaan vastaan. Tuottavuutta voidaan nostaa tutkimuksen mukaan kolmella tavalla: teknologisen kehityksen, työpanoksen laadun parantamisen ja pääomaintensiteetin kasvattamisen avulla. Robotiikka tuo osansa jokaiseen kolmeen tekijään, investoimalla uuteen ja joustavaan teknologiaan kasvattaa se samalla myös henkilöstön osaamistasoa. Nykyaikainen robotisoitu automaatiojärjestelmä pystyy tuottamaan tehokkaasti jopa yhden kappaleen sarjatuotantoa. [Teknologiateollisuus 2011] M.Billing

4 Tuottavuus Tuotantofunktio (BKT): Y = A F(K, hl) pääomakanta K, koulutustaso h, työn määrä L ja teknologian taso A Tuottavuus Pääomaintensiteetti [

5 Historia Robotti historiaa v tsekkiläisen Karel Capekin näytelmässä (= kone, joka tekee ihmisen työtä, tsekinkielen sanan merkitys on liittynyt alun perin maaorjiin ja työntekoon). Suosittu teema myöhemmin Science Fictionissa, mm. Isaac Asimov on kehitellyt robotti-käsitettä ja robotiikan peruslakeja. Teollisuusrobotit Industrial Robots Ensimmäinen kaupallinen teollisuusrobotti oli Unimation luvun alussa (Joseph F. Engelberger). Intro_RIA_handbook.mpg ABB-ensimmäinen robo Liikkuvat robotit Mobile Robots, Robot Vehicles, etc. Palvelurobotit Service Robots ROBOT Evolution

6

7 TEOLLINEN AIKA

8 million instructionsper second (MIPS)

9 Teollisuusrobotiikka

10 Teollisuusrobotin määritelmä IFR:n (International Federation of Robotics) hyväksymä määritelmä: Automaattisesti ohjattu, uudelleenohjelmoitava, monikäyttöinen käsittelylaite, jolla on kolme tai useampia uudelleenohjelmoitavia akseleita (vapausasteita), jotka voidaan sijoittaa kiinteästi paikalleen tai liikkuviksi teollisuuden automaatiosovelluksissa

11 Teollisuusrobotin määritelmä Teollisuusrobottien perustehtävä on liikuttaa työkalulaippaansa kiinnitettyä työkalua hallitusti työalueellaan. Robotiikka on oppi hallitusta liikkeenohjauksesta

12 Teollisuusrobottien käyttökohteet TEOLLISUUSROBOTTI SIIRTOROBOTTI PROSESSOINTIROBOTTI KONEPALVELU Sorvaus Valu Lämpökäsittely Pakkaus Poraus Jyrsintä SIIRTO Paletointi Kuljettimelt a toiselle Lavalta kuljettimelle Pinnoitus, Hitsaus, Leikkaus Hionta, Kiillotus Lajittelu, Kokoonpano,Poraus

13 Kinematiikka Kinemaattinen ketju, liikevarsisto: nivelet ja niitä yhdistävät liikevarret (joints and links). Robotti koostuu useista tukivarsista, jotka liikkuvat toistensa suhteen joko jonkin suoran suuntaisesti tai suoran ympäri (kiertoliike). Usein tätä akselia kutsutaan robotin niveleksi.

14 Kinematiikka Näiden nivelien avulla tukivarret muuttavat keskinäisiä asentojaan ja asemiaan. Tätä robotin perusliikettä eli siis niveltä kutsutaan robotin vapausasteeksi (DOF, degree of freedom). Nykyisissä roboteissa on yleensä kuusi tai neljä vapausastetta.

15 Kinematiikka Suora kinematiikka: robotin tarraimen tai työkalun asema työavaruudessa lasketaan kinemaattisen ketjun eri vapausasteiden asemien ja kinemaattisen ketjun (liikevarsiston) tunnetun geometrian avulla. Suoran kinemaattisen tehtävän avulla ratkaistaan missä TKP- sijaitsee tällä hetkellä. Käänteisen tehtävän avulla selvitetään oikeat nivelkulmat paikotuksen toteuttamiseksi.

16 RAKENTEET Portaalirobotti Suorakulmaisten robottien kolme ensimmäistä vapausastetta ovat lineaarisia. Suorakulmaisen rakenteen robotteja kutsutaan myös portaaliroboteiksi. Sen rakenne voi olla tuettu työalueen nurkista palkeilla tai rakenne on kiinnitetty palveltavan koneen runkoon. portaalirobotteja käytetään nosto- ja siirtotehtävissä. Kuormat voivat vaihdella muutamista kilogrammoista tuhansiin

17 RAKENTEET SCARA Scara - robotissa (Selective Compliance Assembly Robot Arm) on neljä vapausastetta, yksi pystysuuntainen lineaariakseli ja kolmella kiertyvillä nivelellä työkalu saadaan tasolla oikeaan kohtaan ja kiertymäkulmaan. Erittäin nopea robotti pienille, tyypillisesti alle 20 kg:n kuormille. Käytetään poiminta ja ladontatöissä

18 ROBOTTIEN RAKENTEET Rinnakkaisrakenteisessa robotissa liikeakselit on kytketty rinnakkain. Tällaiset robotit ovat nivelvarsirobotteihin verrattuna jäykempiä rakenteellisesti, mutta niillä on kohtalaisen pieni työalue. Rinnakkaisrakenteisia robotteja valmistetaan kevytrakenteisina, jolloin käsittelykyky on pienempi verrattuna oikean puolen raskasrakenteisen mallin käsittelykykyyn. Kevytrakenteisiksi tehtynä ne ovat nopeita ja tarkkoja poimintarobotteja ja raskasrakenteiset versiot hitaita, mutta erittäin tukevia ja soveltuvat jopa korvaamaan työstökoneita

19 RAKENTEET Kiertyvänivelinen teollisuusrobotti Kiertyvänivelisessä robotissa kaikki vapausasteet ovat kiertyviä. Nämä ovat tavallisimpia teollisuusrobotteja. Vapausasteita on yleensä kuusi, viisi tai jopa seitsemän. Kiertyvänivelisien robottien koko määrää käsittelykyvyn ja työalueen halkaisijan. Käsittelykyky vaihtelee kg välillä. Työskentelyalueet ovat puolesta metristä aina viiteen metriin asti.

20 RAKENTEET

21 RAKENTEET Yaskawa Motoman Kawada Industries Rethink Baxter SFS EN ISO :2006; Jos robotin turvallisuus perustuu pieneen voimaan, dynaaminen teho 80 W tai staattinen voima 150 N ei saa ylittyä (laipan tai työkalupisteen kohdalla). Leikkaus ja pistovaarat voivat rajoittaa tämän keinon käyttöä. voima ja nopeus hyvin rajoitettu -> törmäys ja puristus ei ole vaarallinen muotoilulla puristuminen pyritään estämään -> ei puristusvaaraa robotin pehmentäminen -> törmäyksen vaikutukset minimoidaan tästä löytyy kaupallisia ratkaisuja sekä prototyyppejä Tarve olisi myös vastaavanlaisista keskisuurista ja isoista roboteista, mutta niiden turvallisuutta ei ole vielä saatu kehitettyä riittävälle tasolle.

22 RAKENTEET Teollisuusrobotti ja tavallisimmat komponentit

23 ROBOTTIMERKKEJÄ Yleisimmät 6-akseliset teollisuusrobotit.. paljon muitakin

24 Robottien ohjaimet

25 Tietoliikenne Tietoliikenne on tiedon, nykymuodossaan lähinnä sähköisen tiedon, välittämistä. Tavallisimmin tietoliikenteellä tarkoitetaan puheen (puhelut), kuvan (video) tai tiedon (datan) siirtoa tieto- tai puhelinverkkojen kautta. Tietoliikenteen merkitys on koko ajan kasvanut jälkiteollisessa yhteiskunnassa. Nykyisin tiedon jakamiseen ja välittämiseen on useita eri tapoja ja standardeja. Tietoliikenteen ensimmäiset muodot olivat kirjeet (mm. kirjekyyhkysellä lähetetyt), valo- ja savumerkit. Esim luvun Ranskassa oli valomerkkeihin perustuva optinen viestitysverkko. Talojen sisällä oli käytössä putkiposti, joka toimii alipaineella ja ilmasuihkulla.

26 Datasiirto Data on siis informaation kantaja, eikä ota lainkaan kantaa sisältämäänsä informaatioon. Datasiirtoa tarvitaan, kun kahden laitteen välillä halutaan siirtää informaatiota. Data periytyy sanasta datum- annettu. Datasiirron varhaisempia muotoja olivat savumerkit ja rummun kumina. Merkittävin tekninen edistysaskel oli lennättimen keksiminen: Kytketään johdinparin toiseen päähän jännitepulssi ja mitataan samainen pulssi toisesta päästä. Sovitaan, että käytössä on kahdenlaisia jännitepulsseja kutakin aakkosta vastaa tietty pulssien kombinaatio Morseaakkoset Mitään oleellista uutta ei sen jälkeen langalliseen datasiirtoon ole enää keksittykään.

27 Signaali

28 Datasiirto Kuvassa generaattorilla synnytetään jännite, jota katkotaan kytkimellä ja saadaan aikaan muutos jännitemittarin näytöllä. G V S O S

29 Rajakytkimet

30 Lähestymiskytkimet, induktiivinen ja kapasitiivinen anturi

31 Optiset anturit

32 Releet

33 Sähkökaavio

34 Ohjausjärjestelmät

35 Ohjelmoitava logiikka +24V I1 I2 I3

36 Ohjelmoitava logiikka +24V I1 I2 I3

37 Ohjelmoitava logiikka +24V I1 I2 I3 ((IF I1=1 OR I2 =1) AND I3 =1) THEN Q1 =1

38 Robottien toimilaitteet Pneumaattiset + Nopeatoimisuus, + Edullinen hinta, - Servo-ohjauksien toteuttaminen vaikeaa. Hydrauliset + Käytetään erityisesti suurilla kuormilla (hyvä teho/paino-suhde), - Laitteiden korkea hinta, mm. erillinen hydrauliikkakoneikko, - Hydrauliikkaan liittyvät ympäristöongelmat. Sähköiset + Hydrauliikkaan verrattuna edullisempi hinta ja siisteys, + Sähkökäyttöjen säädettävyys on hyvä, servo-ohjaukset ovat helposti toteutettavissa.

39 Robottien toimilaitteet

40 Robottien toimilaitteet

41 Robottien toimilaitteet

42 Robottien anturointi Sisäinen anturointi nivelten paikan ja nopeuden mittaukseen Paikka-anturina esim: - optinen encooderi - resolveri tai synkro - Potentiometri Ulkoinen anturointi työkohteen ja ympäristön havaitsemiseen Suuri joukko erilaisia mahdollisia antureita riippuen työtehtävän ja työympäristön asettamista vaatimuksista mm. erilaiset kosketus- ja voimaanturit, lähestymisanturit, (hitsauksen) railonseuranta-anturit, konenäköön perustuvat anturit yms.

43 PAIKOITUS JA RATAOHJAUS Liikeohjauksen suoritus

44 Robotin tarkkuus Tavoitepiste x,y,z robotin sovellusohjelmassa. Robotin ohjausjärjestelmä ohjaa robotin tavoitepisteeseen. Suoritetaan useita toistoja. Asemointitarkkuus = maksimipoikkeama tavoitepisteestä. Toistotarkkuus = suurin havaittu poikkeama kahden eri toiston välillä. Toistotarkkuus on parempi kuin Asemointitarkkuus Tarkkuudet eivät ole vakioita, vaan ne riippuvat mm: kuormasta, työavaruuden alueesta, liikenopeudesta, jos kysymyksessä on ajaminen (rata)pisteen kautta.

45 Robotin koordinaatistot Yleisesti käytössä ovat suorakulmaiset ortonormeeratut oikeakätiset koordinaatistot. Maailman koordinaatisto on robotin työskentelyympäristöön sidottu robotin ulkopuolinen koordinaatisto. Peruskoordinaatisto on robotin jalustaan sidottu koordinaatisto.tässä on yleisesti käytetty toteutusta, jossa robotin z-akseli yhtyy ensimmäisen vapausasteen akseliin, x-akseli osoittaa ensimmäisen nivelen työalueen keskikohtaan ja xy -taso yhtyy lattiaan.

46 Robotin koordinaatistot Työkalukoordinaatisto on suorakulmainen koordinaatisto, joka sidotaan työkalumäärityksellä kiinni haluttuun kohtaan robotin työkalua verrattuna alkuperäiseen (TOOL 0) työkalulaippaan sidottuun koordinaatistoon

47 Robotin koordinaatistot Kaikki robotin paikoitukset on tallennettu suorakulmaisin koordinaatein (esim. xyz paikoitusarvot) suhteessa määriteltyyn koordinaattijärjestelmään (kehykseen) robotin ohjelmassa. Tämä koordinaattijärjestelmä voi vuorostaan olla määritelty suhteessa muihin koordinaattijärjestelmiin jne. ketjussa.

48 TARRAIMET Tarraimet eng. gripper on yleisin robottiin kiinnitettävistä työkaluista. Yksinkertaisimmissakin sovelluksissa tarraimen suunnittelussa ja valinnassa on huomioitava monia käsiteltävään kappaleeseen liittyviä tekijoitä, kuten kappaleen paino, muoto, painopiste, koko, pinnankarkeus, ja materiaali. Prosessin vaatimuksia ovat mm. paikoitustarkkuus ja aksiaalinen maksimikiihtyvyys. Monimutkaisemmissa sovelluksissa robottijärjestelmä sisältää useita automaattisesti vaihdettavia tarraimia. Näistä jokaisella voidaan parhaimmillaan käsitellä samanaikaisesti useita erilaisia kappaleita.

49 TARRAIMET Työkalunvaihtajat Työkalunvaihtajat2

50 TARRAIMET Tarrainten jaotteluperiaatteita on useita. Yleensä puhutaan mekaanisista, imu- ja erikoistarraimista. Tällöin jaottelu on tehty tarttumisperiaatteen mukaisesti. Kappaleeseen tarttuminen voidaankin tehdä usealla eri teknologiaperiaatteella. Yleisimpiä ovat mekaaniset sormitarraimet ja alipainetarraimet. Muita harvemmin käytettyjä tekniikoita ovat mm. jäädyttäminen tai magneetit, katso kuva 1. Huomioitavaa on, että monikäyttöinen tarrain saattaa sisältää useampiakin eri tarttumistekniikoita, esimerkiksi alipainetekniikkaa ja lukitusmekanismeja.

51 TARRAIMET Sovellukseen suunniteltu tarrain (Fixed gripper), jolla käsitellään vain yhdenlaisia kappaleita. Monikäyttöinen tarrain (Multifuntional gripper), jolloin samalla tarraimella voidaan käsitellä useita erilaisia kappaleita. Tarrain voi perustua esimerkiksi erityisesti muotoiluihin sormiin. Useista erillisistä tarraimista koostuva tarrain (Multigripper). Menetelmän etuna on lyhyt tarraimen vaihtoaika. Haittapuoli on tarraimen suuri koko ja usein myös paino. Tarraimen vaihtojärjestelmä (Gripper change system) koostuu useasta erillisestä tarraimesta, jotka käydään vaihtamassa makasiinista käsiteltävän kappaleen mukaan, katso kuva x. Tarraimen vaihto vie suhteellisen paljon aikaa, mutta toisaalta järjestelmällä voidaan käsitellä suurta määrää erilaisia kappaleita. Mikään ei luonnollisesti estä laittamasta makasiiniin myös monikäyttöisiä tarraimia, silloin kun se on käsiteltävien kappaleiden kannalta mahdollista.

52 TARRAIMET Mekaaniset tarraimet Suurin osa teollisuudessa käytetyistä tarraimista perustuu erilaisiin mekanismeihin. Mekaaniset tarraimet voidaan edelleen jaotella usealla eri periaatteella. Jaottelun perusteena voi olla esimerkiksi tarraimessa käytettävä toimilaite. Yleisimmin käytettyjä toimilaitteita ovat: Pneumaattiset Sähkömekaaniset Hydrauliset Yleisin sormitarrain tyyppi on pneumaattiset sormitarraimet. Niistä on saatavilla paljon kaupallisia sovelluksia. Kolme ehkä tärkeintä jaotteluperustetta ovat: Tarraimen sormien lukumäärä Tarraimen kinematiikka Tarraimen sormien liikerata (lineaarinen vai kulmaan avautuva). Tarraimen sormien lukumäärä Suurin osa kaupallisesti myytävistä tarraimista on kaksi tai kolmisormisia. Kolmisormisia tarraimia käytetään erityisesti lieriön muotoisia kappaleita käsiteltäessä.

53 TARRAIMET Alipainetarraimet Alipainetarrain koostuu imukupista, alipaine-ejektorista ja venttiilistä. Imukupin tilalla käytetään joissakin sovelluksissa kovaa muotoiltua metallikärkeä. Imukupilla tarttuminen on halpa ja yksinkertainen tarttumistapa.

54 TARRAIMET Vinkkejä tarraimen valintaan Vaikka tarttumismenetelmiä on useita, lähes kaikki tarraimet teollisuussovelluksissa kevyen kokoonpanon alueella ovat joko alipaine- tai sormitarraimia. Alipaine/imukuppitarrainta kannattaa käyttää, jos: Tartuttavan osan pinnasta saa helposti otteen imukupilla. Tähän vaikuttaa mm. pinnankarkeus, kappaleen muoto ja materiaali. Osa on tarpeeksi kevyt ja sen painopiste on sopiva imukupilla tartuttavaksi. Huomioi, että tarrain voi koostua myös useammasta imukupista, jolloin saadaan tukevampi ote tartuttavasta kappaleesta. Monissa tapauksissa useasta imukupista koostuva tarrain voi mekaniikaltaan olla hyvin yksinkertainen, kunhan imukupit ovat halutuissa paikoissa oikeissa asennoissa. Kaksi ristikkäin olevaa alumiiniprofiilia on usein riittävä ratkaisu. Kuitenkin, rakenteen on oltava tarpeeksi jäykkä ja tarkka sovellukseen. Alipainetarrain on halpa ja yksinkertainen ratkaisu.

55 TARRAIMET Sormitarrainta on parempi käyttää, jos: Osa tarvitsee keskittää tarkasti. Tässä tapauksessa täytyy kiinnittää erityistä huomiota sormien suunnitteluun. Jos kappale on pyöreä/lieriö, niin on parempi käyttää 3-sormitarrainta. Osa tarvitsee painaa paikalleen, sormitarrain on usein tukevampi. Osa on niin painava, että imukupin käyttö ei ole mahdollinen.

56 ROBOTTIEN OHJAUS JA SÄÄTÖ Ohjausjärjestelmän tavallinen koostumus Keskusyksikkö Massamuisti ohjelmien (toiminta-sekvenssien) tallennusta varten Käsiohjain (liitäntä) operointia, ohjelmointia varten Liitännät ulkoisia tietokoneita varten Nivelkohtaiset servotoimilaitteet Teholähteet, jotka muuttavat sähkönsyötön järjestelmälle ja laitteille sopivaksi

57 ROBOTTIOHJAUKSEN TEHTÄVÄT 1/2 Liikeohjauksen tehtävät: Toimilaitteiden ohjaaminen paikka-ohjearvoon myös haluttu liiketila säilyttäen (servotehtävä) Liikkeet ohjelmien ajon, ohjelmoinnin ja opetuksen aikana Ohjelmointiin ja opetukseen liittyvät tehtävät: Liikeratojen muodostaminen käsiohjaimen avulla (tai muualla luotujen robottiohjelmien hyväksyminen) Liikkeiden yksinkertainen hidastaminen robottiohjelmistojen testausvaiheessa Loogisten rakenteiden muodostaminen robottiohjelmaan sekä aistimien vaikutuksen huomioon ottaminen Ohjelmien muuttaminen eli editointi Ohjelmien talletus ja lataaminen

58 ROBOTTIOHJAUKSEN TEHTÄVÄT 2/2 Ohjelmien toisto ja liikkeiden suoritus: Robottiohjelmien tulkinta tavallisesti käskyrivi kerrallaan Liikkeiden lisäksi aistimien (ympäristön) vaikutus liikeratoihin ja vaiheiden suoritusjärjestykseen Turvallisuustoimintojen toteuttaminan: Hätäpysäytys ja väärien liikkeiden estäminen Diagnostiikka huoltoa varten Robotin toiminnan alustaminen esimerkiksi sähköhäiriön jälkeen Testaus Apuna huoltotehtävissä ja käyttöönotossa: Osittainen robotin toiminta huoltotehtäviä varten - esimerkiksi jarrut on saatava auki käsivarren liikuttamiseksi moottoreita käyttämättä

59 Robotti osana tuotantosolua Soluohjauksen käskyt robotille, esim. ohjelman valinta, parametrit Soluohjaukseen liittyviä erilaisia laitteita ja järjestelmiä Tiedonsiirtotapoja eri laitteiden ja järjestelmien välillä Soluohjauksen ja robotin välistä tyypillistä tiedonvaihtoa

60 Robotti osana tuotantosolua Joni Seppälinna 2014

61 SOLUOHJAUKSET Soluohjauksen sisältämiä toimintoja Solun tilan ylläpito ja näyttö sekä ohjauksen perustoiminnot (käyntiin, seis, kuittaus, käsiohjaus) Kirjanpito järjestelmän puskureissa tai varastossa olevista tuotteista Tuotanto-ohjelman mukainen töiden valinta, ohjaus ja töiden valvonta Tuote- tai työkohtaisten käsittelytietojen ylläpito ja välitys laitteille (parametrinen ohjaus) Robottiohjelmien ylläpito ja välitys laitteille (massamuistiohjelmistot) Testitulosten talletus Tapahtumahistorian keruu ja tilastointi Vikatilannetuki ja selitykset käyttäjille Jäljitettävyyskirjanpito

62 SOLUOHJAUKSET Tyypillisiä soluohjaukseen liittyviä laitteita Robotin ohjaimet Ohjelmoitavat logiikat Viivakoodin luku- ja tulostuslaitteet Saattomuistien luku- ja kirjoituslaitteet Tuotannon ohjauksen tietokonelaitteet Simon Dawson/Bloomberg/Getty Images Muut tietokonelaitteet (esim. näkö-järjestelmät, vihivaunujärjestelmät)

63 SOLUOHJAUKSET Pakkauslinja

64 ROBOTTIEN OHJELMOINTI Ohjelmoinnin tärkeimmät tehtävät Laaditaan toimintajärjestys ja logiikka robottikäsivarren liikkeille sovelluksessa tarvittavien työkalun liikkeiden toteuttamiseksi Tahdistetaan käsivarren liikkeet ympäristön signaaleihin (muut laitteet) tai välitetään muihin laitteisiin tarvittavia tietoja Määritellään robotin toiminta virhetilanteissa

65 ROBOTTIEN OHJELMOINTI Käskyt Ulkoisiin järjestelmiin liittyviä käskyjä Kuljettimella liikkuvan kappaleen seuraaminen pulssianturin avulla eli robotin liikkeiden kytkeminen kuljettimen liikkeeseen Näköjärjestelmän hyväksikäyttö kappaleen poimimisessa Liikeratojen korjausmahdollisuudet ulkoisten antureiden avulla >pyritään yleiseen aistinliitäntään ja palvelemaan aistimien tarpeita yhteisillä robotin liikkeisiin vaikuttavilla funktioilla Kaarihitsauslaitteen ohjaus ja vaaputuksen avulla toteutettu railonseuranta Pistehitsausprosessin ohjaus

66 ROBOTTIEN OHJELMOINTI Ohjelmointitavat ONLINE Käsiohjaimella ohjelmointi Opettamalla > TKP:n siirto ohjaimella Taluttamalla > TKP:n siirto käsin Ohjelmakoodin kirjoitus käsiohjaimella OFFLINE Etäohjelmointi Tekstipohjainen > ohjelmointi tekstieditorilla Graafinen etäohjelmointi 3D ympäristössä Robottisimulaattorilla ohjelmointi

67 ROBOTTIEN OHJELMOINTI Mallipohjainen etäohjelmointi Robottien mallipohjainen ohjelmointi (off-line) tarkoittaa robotin ohjelmointia ilman tuotantorobottia tuotannon ulkopuolisessa tietokoneessa käyttäen 3D graafista käyttöliittymää ja robotin ja sen oheislaitteiden simulointimalleja sekä hyödyntäen valmistettavan tuotteen suunnittelun 3D-muototietoa.

68 ROBOTTIEN OHJELMOINTI Mallipohjainen ohjelmointi, verifiointi, validointi

69 ROBOTTIEN OHJELMOINTI Mallipohjaisen ohjelmoinnin soveltuvuus Mallipohjainen ohjelmointi sopii kun Tuotanto on asiakasohjautuvaa Pienet tuotantosarjat Tuotteiden elinkaaret ovat lyhyet Valmistusprosessi edellyttää robotilta suurta määrää paikoitus (opetus) pisteitä, kuten hitsaus, leikkaus, jäysteytys, kiillotus, hionta, maalaus, pinnoitus, työstö jne. Robotteja ei voi ohjelmoida tuotannossa esimerkiksi turvallisuusriskin takia: valimot, ampumatarvike-teollisuus, ydinvoimalaitokset jne. Tuotesuunnittelu käyttää 3D CAD -järjestelmiä oheislaitteiden sijoitteluun

70 ROBOTTIJÄRJESTELMÄN HANKINTA AVAIMET KÄTEEN Kokonaistoimituksessa, jossa toimittaja toimittaa koko tarvittavan laitteiston avaimet käteen periaatteella, on helppo määritellä sopimuksen laajuus ja vastuunjako osapuolten kesken. Robottia hankkivan yrityksen vastuu hankkeen onnistumisesta on pieni, mutta vastaavasti robottitoimittaja veloittaa työstään enemmän, koska joutuu kantamaan lähes kaikki toimitusprojektiin liittyvät riskit. Vaatii robottitoimittajalta paljon, sillä se vaatii prosessiteknistä tietämystä jota tarvitaan järjestelmän kehityksessä ja optimoinnissa. Usein robottijärjestelmän toimittaja ja käyttäjä päätyvät tekemään tiivistä yhteistyötä, jotta koko robottijärjestelmä saadaan toimimaan optimaalisesti.

71 ROBOTTIJÄRJESTELMÄN HANKINTA TYÖT ULKOPUOLISELLA Yritys voi myös halutessaan hankkia itse robottilaitteiston ja antaa vain järjestelmän asennustyön ja käyttöönoton ulkopuolisen toimittajan tehtäväksi. Tällaiseen vaihtoehtoon saatetaan päätyä erityisesti käytettyjen robottien hankinnassa ja asennuksessa.

72 ROBOTTIJÄRJESTELMÄN HANKINTA KAIKKI ITSE Suurinta osaamista yritykseltä vaatii robotin hankinta ja asennus käyttöön oman osaamisen avulla. Tällöin yritys joutuu itse kantamaan kaikki hankintaprojektiin liittyvät riskit, mutta on samalla myös taloudellisesti edullisempi hankintatapa. Lisäksi järjestelmähankinta kasvattaa yrityksen omaa tietotaitoa tuotannon automatisoinnista. Realistisella budjetoinnilla ja aikataulutuksella tällä menetelmällä voidaan päästä järjestelmän käytön ja kannattavuuden suhteen parhaisiin tuloksiin. Photo courtesy of ABB Robotics

73 ESISUUNNITTELU JA SUUNNITTELU Robottijärjestelmän alkusuunnittelu, lähtötilanteen analysointi Kappaleiden tila Kappaleiden siirrot Oheislaitteiden sijoittelu Työvaiheiden looginen eteneminen Liittymät muuhun tuotantoympäristöön Miehitys Ympäristöolosuhteet

74 ESISUUNNITTELU JA SUUNNITTELU Robottijärjestelmän alkusuunnittelu, oheislaitteiden ja robotin käytön suunnittelu Sopivien käsittely- ja syöttölaitteiden suunnittelu (tarraimet, kiinnittimet, paletit, kuljetusalustat ym.) Joustava ja varma kiinnitintekniikka Layoutin tarkentaminen Tuotanto- ja oheislaitteiden suunnittelu (työstöyksiköt, kuljetinradat) Turvajärjestelmä Kunnossapito ja huolto Laitteiden yhteensopivuus Virta- / jännitevaihtelujen eliminointi

75 ESISUUNNITTELU JA SUUNNITTELU Robottijärjestelmän alkusuunnittelu, oheislaitteiden ja robotin käytön suunnittelu

76 ROBOTTIJÄRJESTELMÄN KANNATTAVUUS Robottiprojektin kustannusrakenne

77 ROBOTTIJÄRJESTELMÄN KANNATTAVUUS Robottijärjestelmän investointikustannuksia Suunnittelukustannukset Järjestelmän hankintakustannus Asennus- ja käyttöönottokustannukset Työvälineiden ja oheislaitteiden hankintakustannukset Muut kustannukset

78 ROBOTTIJÄRJESTELMÄN KANNATTAVUUS Robottijärjestelmän käyttökustannuksia Välittömät palkkakustannukset Välilliset palkkakustannukset Energia-, aine- ja tarvikekustannukset Koulutuskustannukset Huolto- ja kunnossapitokustannukset

79 ROBOTTIJÄRJESTELMÄN KANNATTAVUUS Robottijärjestelmän säästöt Tuotannon lyhyt läpäisyaika, nopeat vaiheajat sekä miehittämättömät tuotantojaksot ja työvuorot mahdollistavat pienet välivarastot ja alentavat keskeneräisen tuotannon määrää. Joustava robotisoitu tuotantoautomaatio mahdollistaa pienet tuotantoerät ja asiakasmyötäisen tilausohjautuvan tuotannon ja tarve valmistuotevarastoihin häviää. Robotti säästää tarkkuutensa ansiosta materiaaleja. Vältetään virheelliset kappaleet ja niiden korjaamisesta aiheutuvat kulut. Robotti ei tee väsymyksestä tai vireyden muutoksista johtuvia virheitä, eli yuotantojärjestelmästä on karsittu niin sanottu inhimillinen virhetekijä pois. Tilan tarve vähenee. Robotisoitu tuotantojärjestelmä vaatii vähemmän tilaa kuin manuaalinen yksikkö, koska ergonomiavaatimukset voidaan sivuuttaa ja laitteet sijoittaa tiiviiksi tuotantoyksiköksi.

80 ROBOTTIJÄRJESTELMÄN TEHOKAS KÄYTTÖ Käyttöönoton jälkeen huomioitavia asioita Puhdistus ja huoltotoimet Määräaikaishuollot Uusien ohjelmien ohjelmointi Jatkuva seuranta Häiriö- ja poikkeamaraportointi Häiriöiden analysointi Kehitys- ja koulutussuunnitelmat Kehitystoimenpiteet

81