Robottien etäohjelmointi

Aalto-yliopisto Insinööritieteiden korkeakoulu Tuotantoautomaatio Kon-15.4119 Robottien etäohjelmointi Harjoitustyö 21.10.2015 Janica Aula Sakari Ilvesniemi Karri Vehviläinen Ville Paakkunainen

Sisällysluettelo 1 Johdanto... 1 2 Yleistä robotisoinneista... 2 2.1 Nivelten ominaisuudet... 2 2.2 Manipulaattorit, käyttökohteet ja turvallisuus... 3 2.3 Voimantuotto ja kontrollerit... 4 3 Robottien etäohjelmointi... 5 3.1 Robottien ohjelmointitavat... 5 3.1.1 Online-ohjelmointi... 5 3.1.2 Offline-ohjelmointi... 6 3.2 Ohjelmistot... 6 3.2.1 Valmistajien omat ohjelmistot... 7 3.2.2 Geneeriset ohjelmistot... 7 3.3 Käyttöönottoprosessi... 9 4 Case-osuus... 11 4.1 Case I: ABB RobotStudio... 11 4.2 Case II: Laivan osien robottihitsaus... 12 4.2.1 Edellytykset... 12 4.2.2 Hitsausrobottien ohjelmointiprosessi... 13 5 Robottien etäohjelmoinnin vaikutukset tuottavuuteen... 15 6 Tulevaisuuden näkymät... 17 7 Johtopäätökset... 19 Lähteet... 20 i

1 Johdanto Globalisaation aikakaudella vallitseva markkina- ja kilpailutilanne on huolenaihe valmistavan teollisuuden yrityksille. Näihin sisältyy esimerkiksi innovaatioiden lisääntyminen, tuotteiden lyhentynyt elinkaari sekä tuotevalikoimien monipuolistuminen. Samanaikaisesti huolena ovat pulasta aiheutuva paine sekä suuret korkeasti koulutetun työvoiman kustannukset. (Pan, Polden, Larkin, Van Duin & Norrish 2012) Tuotannon kannattavuuden ja joustavuuden parantamiseksi paras ratkaisu löytyy automatisoiduista tuotannosta, mikä käytännössä tarkoittaa teollisuusrobottien käyttöönottoa. Teollisuusrobottien ohjelmointi on kuitenkin nykyisin haastavaa ja aikaa vievää. Esimerkiksi hitsausprosessin ohjelmointi voi olla ajallisesti yli 300-kertainen prosessin suorittamiseen verrattuna. Tästä johtuen pienten ja keskisuurten yritysten on vaikeaa hyötyä teollisuusrobottien käytöstä. (Pan ym. 2012) Etäohjelmoinnin avulla ohjelmointi voidaan tehdä tuotannon ulkopuolella. Robottiympäristön kolmiulotteisen mallin avulla voidaan ohjelmoida ja simuloida reaalista tai suunniteltua mallia tietokoneympäristössä. Etäohjelmoinnin avulla voidaan hallita laajoja ja monimutkaisiakin systeemejä sekä saada tuotannosta kustannustehokas niin suurille kuin pienille volyymeille. Tämän harjoitustyön tarkoituksena on tutkia teollisuusrobottien etäohjelmointia. Työhön sisältyy yleistä tietoa robotisoinnista sekä tarkempi katsaus robottien ohjelmointitapoihin, ohjelmistoihin ja käyttöönottoprosessiin. Lisäksi harjoitustyössä käsitellään case-esimerkki sekä tutkitaan robottien etäohjelmoinnin vaikutuksia tuottavuuteen ja tulevaisuuden näkymiä. Työn tavoitteena on selvittää etäohjelmoinnin vaikutuksia tuotantoprosessiin sekä sen vaikutuksia tehokkuuteen. 1

2 Yleistä robotisoinneista Alun perin robotisoinnin pääasiallisena tarkoituksena oli tehostaa tuotantoa ja tehdä ihmisille vaarallisista tehtävistä turvallisempia. Tuotannon tehostaminen tapahtui pääsääntöisesti automatisoimalla yksinkertaisia mekaanisia tehtäviä. Robottien hyviä puolia oli esimerkiksi väsymättömyys ja erinomainen toistotarkkuus. Nykyaikaisella robotisoinnilla voidaan automatisoida monimutkaisia tuotantoprosesseja tehokkaasti. (Kandray 2010, 258 259) 2.1 Nivelten ominaisuudet Pääsääntöisesti robotit ovat kiinnitettyinä johonkin määrättyyn kohtaan suorittamaan jotain tiettyä työtehtävää. Suurin osa roboteista koostuu mekaanisesta käsivarresta, manipulaattorista, virtalähteestä ja ohjaimesta. Käsivarsi koostuu useista paloista, jotka ovat liitetty toisiinsa nivelillä. Erilaisia niveliä on monenlaisia, joista yleisimmät ovat lineaarinivel, kohtisuora nivel ja kolme erilaista pyörivää niveltä (engl. rotational joint, revolving joint ja twisting joint). Eri nivelten toimintaperiaatteet on esitetty kuvassa 1. (Kandray 2010, 261 263) Kuva 1. Nivelten toimintaperiaatteet havainnollistettuna. (Kandray, 2010 mukaillen) 2

Lineaarinivelellä käsivartta voidaan liikuttaa oman akselinsa suuntaisesti ja vastaavasti kohtisuoralla nivelellä voidaan liikuttaa ulostulolinkin akselia kohtisuorasti sisääntulolinkin akseliin nähden. Pyörivän nivelen tyyppi on riippuvainen sisääntuloakselin ja ulostuloakselin pyörimisen suhteesta. Pyörivien akselien tyypit ovat: akseleita kohtisuorasti toistensa suhteen pyörittävä nivel (revolving joint), akselinsa ympäri pyörittävä nivel (twisting joint) ja toistensa suhteen kellon viisarimaisesti pyörittävä nivel (rotational joint). Manipulaattorin sijainti on aina nivelten asentojen summa. Manipulaattorin eri sijainnit koordinaatistossa on usein mahdollista saavuttaa monilla erilaisilla nivelkulmien yhdistelmillä. Ohjelmoinnin avulla on tarkoituksena saada nivelille mahdollisimman tehokkaat liikeradat. (Kandray 2010, 258 265) 2.2 Manipulaattorit, käyttökohteet ja turvallisuus Manipulaattorin valinta riippuu täysin robotin käyttötarkoituksesta. Yleisimmät manipulaattorit ovat tarttujia, joita käytetään kappaleen liikuttamiseen. Tarttujan toimintaperiaate voi olla esimerkiksi mekaaninen, imukuppi tai magneetti. Käytetyin tarttujatyyppi on mekaaninen. Mekaanisessa tarttujassa on usein kahdesta neljään leukaa, joilla tartunta tapahtuu. Tarttujan ominaisuuksiin kuuluu tartuntavoima, liiketapa, voimanlähde, toimintanopeus ja tarttujan massa. Imukuppitarttujan käyttö on perusteltua esimerkiksi lasilevyjä käsiteltäessä ja magneettisen tarttujan käyttö voi helpottaa esimerkiksi laakeiden metallikappaleiden manipulointia. Manipulaattoreita käyttäviä robotteja käytetään paljon esimerkiksi kokoonpanotöissä, kappaleenvaihtajina koneistuksessa ja pinoamisessa. (Kandray 2010, 266 283) Muut käytettävät manipulaattorit voivat olla esimerkiksi hitsauslaitteita, maaliruiskuja, jyrsimiä tai laser-leikkureita. Esimerkiksi autoteollisuudessa hitsausrobottien käytöllä voidaan tehostaa tuotantoa huomattavasti. Robottihitsauksessa käytetään pääsääntöisesti pistehitsauslaitteita. Maalaamojen robotisoinnilla voidaan vähentää ihmisten altistusta maalien vaarallisille höyryille. Koneistuksessa robotteja hyödynnetään esimerkiksi poraamisessa ja jyrsinnässä. Viimeaikoina robotteja on myös alettu käyttämään laadunvalvonnassa yhdistämällä manipulaattoriin kamera tai muu tarkastuslaite, jolla tuotteet tarkastetaan. (Kandray 2010, 266 283) Robottien käytössä on ensiarvoisen tärkeätä että käyttöturvallisuudesta huolehditaan. Robottien suuret liikenopeudet ja käsiteltävien kappaleiden massat voivat aiheuttaa merkittäviä turvallisuusriskejä. Itse robotit eivät sisällä sensoreita, joilla olisi mahdollista seurata robotin toiminta-alueella tapahtuvaa liikettä. Robottien liike ei ulkopuolisen silmin välttämättä noudata järkevää logiikkaa ja liikkeet voivat olla ennalta arvaamattoman oloisia. Robottien toiminta-alueet on pääsääntöisesti aina aidattuja joko fyysisin aidoin tai valoverhoilla. Valoverhon katkeaminen tai aitauksen oven avaaminen toimii hätäkatkaisijana, joka lopettaa robotin liikkeen välittömästi. Robotin toiminta-alueella tapahtuvissa toimissa, esimerkiksi huollossa ja 3

ohjelmoinnissa, tulee noudattaa erityistä varovaisuutta. Mikäli robotin kanssa samassa tilassa työskentely on välttämätöntä, työskentelystä voidaan tehdä turvallisempaa rajoittamalla robotin liikenopeutta. (Kandray 2010, 283 287) 2.3 Voimantuotto ja kontrollerit Robottien voimantuotossa kolme yleisintä menetelmää on hydraulinen järjestelmä, pneumaattinen järjestelmä ja sähköinen järjestelmä. Hydrauliset järjestelmät toimivat suljettuina piireinä, joissa hydraulinesteen välityksellä kontrolloidaan robotin liikettä. Hydraulisissa järjestelmissä on hyvä tarkkuus ja niissä on erinomainen teho-paino suhde. Hydrauliset järjestelmät vaativat runsaasti tilaa ja ne ovat meluisia sekä herkkiä vuotamaan. Pneumaattisissa järjestelmissä robotin liike tuotetaan ilmanpaineen avulla. Pneumaattisen järjestelmässä on ilman kokoon painuvuuden takia vaikeata saada hyvää tarkkuutta. Ilmanpaineella toimivat järjestelmissä paikotukseen käytetään monesti fyysisiä paikoittimia, joihin robotin liike pysähtyy. Pneumaattisen järjestelmän hyvä puoli on yhteensopivuus, lähes jokaisessa tuotantolaitoksessa on paineilmajärjestelmä asennettuna. (Kandray 2010, 269 270) Yleisin menetelmä robotin voimantuottoon on sähköinen servomoottori. Servomoottoreita käyttämällä saavutetaan erinomainen nopeuden ja paikan kontrollointi. Servomoottorin käyttäminen robotin voimanlähteenä vaatii alennusvaihteen, jotta sähkömoottorien suuret kierroslukumäärät saadaan robotin liikenopeuksille sopiviksi. Sähkömoottoreilla saadaan aikaan nopea vasteaika, vähäinen melutaso ja ne eivät aiheuta saastemahdollisuutta vuotojen muodossa. Sähkömoottorilla varustettujen robottien ongelmat liittyvät pääsääntöisesti niiden kantokykyyn, joka on rajallinen verrattuna hydraulisiin järjestelmiiin. (Kandray 2010, 270 273) Robotin kontrolleri on eräänlainen tietokone, jolla ohjataan robotin toimintaa. Kontrolleri muuntaa annetut liikekäskyt moottorin, nivelten ja manipulaattorin liikkeeksi. Kontrolleri toimii rajapintana ohjelman ja robotin välillä. Kontrolleriin tallennetaan robotilla käytettävät ohjelmat. Ohjelmat voidaan kontrollerista riippuen opettaa käsin eräänlaisen ohjaimen kanssa tai etäohjelmoinnin avulla esimerkiksi ethernetin välityksellä. (Kandray 2010, 273 275) 4

3 Robottien etäohjelmointi Nykyisin teollisuusrobottien ohjelmointi jaetaan kahteen pääkategoriaan: onlineohjelmointiin ja etäohjelmointiin, joista etäohjelmointi kasvattaa jatkuvasti suosiotaan. Etäohjelmointi perustuu koko robottityöpisteen kolmiulotteiseen malliin. Se siirtää ohjelmoinnin pois työpisteen käyttäjältä toimistossa työskentelevälle ohjelmistoinsinöörille. Etäohjelmoinnin vahvuus on monimutkaisten systeemien ohjelmoinnissa ja se on todettu kustannustehokkaammaksi ratkaisuksi suurille valmistusvolyymeille. (Pan ym. 2012) 3.1 Robottien ohjelmointitavat Robottien ohjelmoinnilla tarkoitetaan tapaa jolla robotti opetetaan suorittamaan haluttu tehtävä. Tehtävään kuuluu robotin liikeradat ja liikkeiden tahdistus suhteessa muuhun prosessiin. Robottien ohjelmoinnissa on kaksi erilaista toimintatapaa, jotka ovat onlineja offline-ohjelmointi. Online-ohjelmoinnissa robotin liikeradat opetetaan paikanpäällä ja offline-ohjelmoinnin periaatteena on että se ei vaadi fyysistä läsnäoloa robotin luona. (Kandray 2010, 294-296) 3.1.1 Online-ohjelmointi Robotin online-ohjelmointi on yksinkertaisimmillaan pisteiden ja pisteissä tapahtuvien tehtävien opettamista lokaalisti. Johdattamalla opettaminen tapahtuu ohjaamalla robotti halutun liikeradan läpi samalla nauhoittaen kaikki tapahtuvat liikkeet. Johdattamalla ohjelmointi monimutkaisille kappaleille on aikaa vievää ja haastavaa, metodi mahdollistaa lähinnä yksinkertaisten ohjelmien ajamisen. Ohjelman toiminta on pitkälti riippuvainen ohjelmoijan taidosta luoda tehokkaita liikeratoja. (Kandray 2010, 295 296) Johdattamalla opettaminen käytännössä tapahtuu kontrollerissa kiinni olevat ohjaimen avulla. Ohjaimella voi kontrolloida robotin liikettä yksittäisten nivelten kautta tai eri koordinaatistojen avulla. Ohjaimen käyttö tehokkaasti vaatii runsaasti harjoittelua ja eri liikesuuntien järkevä yhdisteleminen voi olla erittäin vaikeaa. Monimutkaisten ja kertaluontoisten ohjelmien opettaminen käsin ei ole kannattavaa. Itse ohjelmoinnin vaikeuksien lisäksi robottia ei voida ohjelmoinnin aikana käyttää tuottaviin tehtäviin. Tuotannon seisahtuminen ohjelmoinnin ajaksi aiheuttaa ongelmia tehokkuuden ja käyttöasteen kanssa. Mikäli robotilla ajettava ohjelma vaihtuu useasti, johdattamalla ohjelmointi voi viedä kohtuuttoman paljon tuotantoaikaa. Johdattamalla opettamista voidaan tehostaa yhdistämällä sitä offline-ohjelmointiin, jolloin esimerkiksi toimintaympäristön logiikka ja laukaisimet ohjelmoidaan robotin järjestelmän ulkopuolella. Tällöin robotin luona opetetaan ainoastaan robotin paikkatiedot. (Kandray 2010, 295 296) 5

3.1.2 Offline-ohjelmointi Offline-ohjelmoinnissa rakennetaan robotin liikekäskyt ja toimintalogiikka robotin järjestelmän ulkopuolella. Eri offline-ohjelmoinnin tasoilla robotin luona tapahtuvan opetuksen määrä vaihtelee. Tehokkaimmillaan offline-ohjelmointi ei vaadi lainkaan robotin manuaalista opettamista, vaan ohjelmointi tapahtuu tietokoneella ja ohjelmat mallinnetaan ja simuloidaan 3D-ympäristössä valmiiksi ja toimivaksi ohjelmaksi. Toimintavalmiit simuloidut ohjelmat voidaan ladata robotin kontrolleriin, jolloin robotti on toimintavalmis. (Kandray 2010, 296) Offline-ohjelmointi mahdollistaa robotin käyttämisen muuhun tuotantoon ohjelmoinnin aikana, jolloin tuotantokatkoksien määrä vähenee huomattavasti. Robotin ohjelmointityö siirtyy tuotannon operaattorilta toimistossa työskentelevälle ohjelmistoinsinöörille. Etäohjelmointi mahdollistaa ohjelmien tekemisen aikaisemmin tuotantoprosessissa, jolloin tuotannon aloittaminen ei vaadi niin pitkiä asetusaikoja laitoksen valmistuttua. Simulointia voidaan käyttää myös robottisolujen suunnittelussa, jotta niistä saadaan mahdollisimman tehokkaita. (Pan ym. 2012) Simulaatiomallien rakentaminen valmiissa toimintaympäristössä on suhteellisen helppoa, mutta uusien simulaatiomallien rakentaminen alusta saakka toimivaan ohjelmaan on pitkä prosessi. Robotin ohjelmien muokkaaminen esimerkiksi kappaleen muuttuessa hieman on helppoa verrattuna online-ohjelmointiin, jossa pienetkin muutokset vaativat koko ohjelman uusimisen. Ohjelmien laatiminen vaatii tarkan mallinnuksen käsiteltävästä kappaleesta ja robotin toimintaympäristöstä. Monimutkaisten simulointien mallintaminen vaatii tietokoneelta kykyä selviytyä raskaasta prosessoinnista. Simuloinnin jälkeen ohjelma on käännettävä robotin ymmärtämään muotoon. Kun ohjelma on siirretty robotin muistiin, vaatii robotti kalibroinnin, jossa robotille opetetaan nollakohdat, joiden suhteen ohjelma on tietokoneella ohjelmoitu. (Pan ym. 2012) Offline-ohjelmoinnin ongelmana on usein ohjelmistojen jäykkyys. Tällä hetkellä ei ole olemassa standardisoitua ohjelmaa robottien simulointiin, vaan ohjelmistot ovat riippuvaisia robottitoimittajista. Toimiva ohjelmisto onkin yksi tärkeistä osa-alueista robotin hankintaa miettiessä, sillä hyväkään robotti ei kykene tarkkaan työhön huonolla ohjauksella. (Pan ym. 2012) 3.2 Ohjelmistot Etäohjelmointiin käytettävät ohjelmistot voidaan jakaa valmistajien omiin ohjelmistoihin ja geneerisiin ohjelmistoihin joita voidaan käyttää usean eri valmistajan robottien kanssa. Lisäksi on olemassa avoimen lähdekoodin ohjelmistoja, joita on kehitetty lähinnä akateemisiin tarkoituksiin. Ohjelmistoja on saatavilla useisiin eri käyttökohteisiin, kuten jyrsintään, maalaukseen ja hitsaukseen. Lisäksi useita ohjelmistoja on mahdollista räätälöidä tarpeen mukaan. (Pan ym. 2012) 6

3.2.1 Valmistajien omat ohjelmistot Lähes jokaisella robottivalmistajalla on oma erikseen kehitetty ohjelmisto robottien etäohjelmointiin. Tällä varmistetaan ettei yhteensopivuusongelmia omien tuotteiden välillä pääse syntymään. Yleisimpiä ohjelmistoja ovat suurimpien robottivalmistajien, kuten KUKA, FANUC ja ABB, kehittämät sovellukset. Suurin osa valmistajista on kehittänyt oman ohjelmointikielen, mutta suurin osa näistä perustuu joihinkin jo olemassa oleviin kieliin. (Pan ym. 2012) Nykyisin trendinä vaikuttaa olevan että osa valmistajista on siirtymässä java-ohjelmointiin. (Laitinen 2015) Yhteistä kaikille OLP-paketeille on tarkka solun mallinnus jotta simulointi ja kalibrointi voidaan tehdä virheettömästi. Ohjelmistot eroavat toisistaan lähinnä ohjelmointikielen ja käytettävän mallinnusteknologian osalta. Ohjelmistot ovat kehittyneet huomattavasti viimevuosina, ja satojen pisteiden työratoja voidaan ohjelmoida muutamalla klikkauksella. (Pan ym. 2012) Varsinkin ABB on tehnyt merkittävää kehitystyötä RobotStudio ohjelmistonsa kanssa. ABB:n kehittämä RobotStudio on yleisimmin käytetty valmistajien oma ohjelmisto. Tätä käsitellään myös luvussa 4.1. Ohjelma käyttää RAPID-nimistä koodia, jota on helppo muokata myös manuaalisesti. Koodiin pystytään syöttämään helposti for- ja ifsilmukoita joiden avulla voidaan luoda vaativiakin erityissovellutuksia. Työstöratojen mallinnus kannattaa kuitenkin ehdottomasti suorittaa graafisesti. Ohjelmalla on myös mahdollista ohjata robottia reaaliaikaisesti ja täten opettaa halutut pisteet. Ohjelmointi onnistuu kuitenkin helpoiten selkeän graafisen käyttöliittymän avulla, jonka jälkeen koodia voidaan hienosäätää ohjelmointiosiossa. RobotStudiolla on myös erittäin monipuoliset simulointiominaisuudet, ja sillä voidaan helposti hallita suuriakin kokonaisuuksia. (Mainio 2015) 3.2.2 Geneeriset ohjelmistot Geneeristen ohjelmistojen etuna on se, ettei tarvitse sitoutua ainoastaan yhteen toimittajaan. Erityisesti jos jo valmiissa tuotantosolussa on usean eri valmistajan laitteita, kannattaa harkita jotain yleistä monelle valmistajalle tukea tarjoavaa ohjelmistoa. Nämä ovat erittäin joustavia ratkaisuja ja helpottavat tuotannon laajentamista myöhemmin. Näille on myös saatavissa laajasti lisäosia, joiden avulla voidaan esimerkiksi ohjata koko tuotantoa tai hallita tuotteiden elinkaaria. Yleisimpiä tällaisia ohjelmistoja ovat Dassaultin Delmia Robotics ja Jabez Technologiesin kehittämä Robotmaster, joihin tutustutaan tässä kappaleessa lyhyesti. Lisäksi on kehitelty avoimen lähdekoodin ohjelmistoja, joita käytetään lähinnä tutkimuskäyttöön. Näitä on kehitetty mm. MatLabin ja AutoCADin pohjalta. (Pan ym. 2012) Dassault on kehittänyt Delmiaa jo pitkään, ja ohjelmistosta on ilmestynyt jo kuudes versio. Ohjelmistoa voidaan käyttää paitsi etäohjelmointiin myös muuhun erittäin laajaan prosessinohjaukseen. Etäohjelmoinnin osalta työkaluja on tarjolla lähes 7

jokaiseen sovellutukseen, joista uusimpana on oma versio offshore-teknologiaan. Delmia hyödyntää useita erilaisia mallinnusohjelmia, mutta paras yhteensopivuus on Dassaultin kehittämällä CATIA cad-ohjelmalla. Ohjelma on myös yhteensopiva useimpien valmistajien kanssa, ja uusimmassa versiossa on kehitetty NRL Teach ominaisuus, jonka avulla voidaan ohjelmoida robottia suoraan sen omalla ohjelmointikielellä. Ohjelmistoa voidaan räätälöidä tarpeen mukaan erittäin vapaasti. Delmia on kallis ohjelmisto, mutta tarjoaa huomattavan määrän erilaisia käyttökohteita myös etäohjelmoinnin ulkopuolella. Delmia onkin suunniteltu raskaaseen teollisuuteen, ja sen suurimpia käyttäjiä ovat auto- ja lentokoneteollisuus. (Dassault systemes 2015) Kuva 2. Mallinettu solu Delmialla.(Dassault systemes 2015) Delmian lisäksi toinen tunnettu geneerinen OLP-ohjelmisto on Robotmaster, josta on myös julkaistu jo kuudes versio. Myös Robotmasterilla on sovelluksia lähes jokaiselle työvaiheelle, kuten leikkaamiselle, koneistukselle, maalaukselle ja hitsaukselle. Ohjelmiston yhteensopivuus on hyvä, ja se tukee lähes kaikkia suurimpien valmistajien robotteja. Ohjelmisto hyödyntää CNC Softwaren Mastercam teknologiaa. Työstöratojen ohjelmointi tapahtuu kuten CNC koneissa; annetaan halutut geometriat ja parametrit jonka jälkeen ohjelma laskee näiden pohjalta työstöradat. Robotmaster panostaa erityisesti helppokäyttöisyyteen. Ratojen opettaminen olemassa olevan geometrian pohjalta on erittäin helppoa, ja ohjelmisto sisältää paljon suunnittelua helpottavia työkaluja. Esimerkiksi ympäristö on simuloitu niin, että se ilmoittaa automaattisesti mikäli työkalu ei ylety tiettyyn pisteeseen, tai mikäli on olemassa törmäysvaara. 8

Työstöradat voidaan myös opettaa manuaalisesti raahaamalla työkalua haluttujen pisteiden kautta. (Robotmaster 2015) 3.3 Käyttöönottoprosessi Ennen kuin etäohjelmointiin sijoitetaan, tulee tehdä tilannekartoitus. Huomioon täytyy ottaa tuotteiden volyymi ja tuotantosolu. OLP paketit ja lisenssit ovat usein kustannustensa takia pk-yritysten ulottumattomissa, ja niihin käytetty aika tulisi suhteessa liian kalliiksi. Tuotevolyymien tulee olla tarpeeksi suuria, jotta sijoitus kannattaa. Tuotantosolun suunnittelussa tulee ottaa huomioon yhteensopivuusongelmat. Mikäli kaikki robotit tulevat samalta valmistajalta, on looginen valinta valmistajan oma etäohjelmointijärjestelmä. Myös simuloinnin haluttu tarkkuus tulee ottaa huomioon. (Pan ym. 2012) Kun tarpeisiin sopiva ohjelmisto on löytynyt, luodaan aluksi tuotantosolusta mahdollisimman tarkka malli, jonka jälkeen ohjelma kalibroidaan tuotantosolun kanssa. Ainakin valmistajien omista ohjelmistoista löytyy valmiina malleina robotit jotka voidaan sijoittaa suoraan tuotantosolun malliin. Kalibrointivaiheessa ohjelman koordinaatisto sidotaan todelliseen fyysiseen tuotantosoluun ja robottiin. Tässä vaiheessa tulevat ilmi mahdolliset ulottuvuusongelmat solussa. (Mainio 2015) Kuva 3. Prosessin vaiheet (Pan ym. 2012) Kun oikea ohjelmisto on valittu ja solu mallinnettu, voidaan aloittaa varsinainen tuotteen ohjelmointiprosessi. Kuvassa 3 on esitelty etäohjelmoinnin eri vaiheet. Ohjelman pohjana toimii tuotteen CAD malli. Joissain tapauksissa tämä voidaan luoda myös 3D skannerilla, mikäli varsinaista mallia ei ole olemassa. Suurin osa ohjelmistoista tarjoaa laajaa tukea erilaisille tiedostomuodoille, ja myös tiedostomuotojen muuttaminen onnistuu tänä päivänä kohtalaisen helposti. Mallin pohjalta luodaan pisteitä joiden perusteella ohjelma tietää kappaleen sijainnin. (Pan ym. 2012) 9

Seuraava vaihe on työstöratojen luonti. Nämä voidaan toteuttaa erilaisilla ohjelmilla hyvinkin eri tavalla. Tässä vaiheessa tule myös ottaa huomioon robotin liikkeet. Nykyaikaiset ohjelmistot tunnistavat kappaleen geometrian erittäin tarkasti, joten työstöratoja voidaan laskea automaattisesti. Varsinainen optimointi kuitenkin vaatii jonkun verran manuaalista työtä. Tässä vaiheessa varmistetaan myös, ettei törmäysvaaraa ole, ja että robotti ylettää varmasti määriteltyihin pisteisiin. Mikäli ohjelmisto on kalibroitu oikein, voidaan tämä simuloida erittäin tarkasti. (Pan ym. 2012) Tämän jälkeen suunnitellaan itse prosessi. Etäohjelmoinnilla voidaan toteuttaa erittäin monimutkaisia kokonaisuuksia, ja tämä vaihe on erittäin tärkeä kun halutaan optimoida koko prosessi. Työvaiheitten järjestys ja mahdollinen samanaikaisuus täytyy suunnitella tarkasti jotta varsinainen työstöaika jäisi mahdollisimman pieneksi. Jälkiprosessointivaiheessa annetaan laitteille kaikki tarvittava tieto jotta ne kykenevät operoimaan ohjelman mukaisesti, ja ohjelmiston koodi muutetaan laitteen ymmärtämälle kielelle. Tämä on suurempi ongelma kun käytetään geneerisiä ohjelmia jotka ovat yhteensopivia monen eri valmistajan robottien kanssa. (Pan ym. 2012) Kun ohjelma on valmis, voidaan se simuloida ilman että itse fyysistä robottia käytetään. Tämä on yksi etäohjelmoinnin suurimmista eduista joka vähentää huomattavasti ohjelmointiaikaa verrattuna online-ohjelmointiin. Kun simulointi on valmis, voidaan ohjelma ajaa robotille ja parhaassa tapauksessa aloittaa suoraan tuotanto. Usein kappaleen ja solun geometriat kuitenkin poikkeavat hieman simuloinnista, jolloin täytyy vielä suorittaa loppukalibrointi. (Pan ym. 2012) 10

4 Case-osuus Tämän case-osuuden on tarkoitus tarkastella ABB:n RobotStudio etäohjelmointi ohjelmistoa sekä käydä läpi saksalaisen tekniikan tohtorin Jobst Bickendorf:n kehittämän laivan osien robottihitsauksen etäohjelmointiprosessi. 4.1 Case I: ABB RobotStudio Harjoitustyöhön sisältyi käynti ABB:n Vantaan toimitiloihin sekä ABB:n RobotStudioohjelmistoon. RobotStudio on ohjelmisto, jolla ABB:n toimittamien robottien ohjelmointi tapahtuu. Ohjelmiston ulkoasu on selkeä layout ja se perustuu Microsoft Officeen. Tällä ohjelmistolla voidaan yksittäisen robotin tai koko tuotantosolun toimintaa mallintaa, ohjelmoida sekä simuloida. ABB käyttää tätä ohjelmistoa myös omassa tuotannossaan. Kuvassa 4 ABB:n RobotStudio-ohjelmistolla mallinnettu tuotantosolu, jossa robottikäsivarsi syöttää työstökappaleita kuormalavalta automaattisorviin ja laskee ne työstön jälkeen kuljettimelle. Toinen robottikäsivarsi nostaa koneistetut kappaleet valmiiden kappaleiden lavalle. (Mainio 2015) Kuva 4. ABB:n RobotStudio-ohjelmistolla mallinnettu tuotantosolu. (ABB-1 2015) RobotStudiolla voidaan tuotannonsuunnittelusta saada joustavampi ja tehokkaampi. Robotin ratoja ja liikkeitä simuloimalla voidaan havaita ongelmia, joita robotti voi kohdata tuotannossa (Mainio 2015). Tällöin ongelmat havaitaan ajoissa ja pystytään säästämään resursseja, mitä tuotantoprosessin ylös ajo voi viedä. Monimutkaisten tuotantolinjojen ohjelmointi onnistuu hyvin ja silloin voidaankin etäohjelmoinnin avulla saada parhain hyöty (Pan ym. 2012). 11

4.2 Case II: Laivan osien robottihitsaus Laivojen moduulien/osien hitsaus tapahtuu automatisoidusti, etäohjelmoitujen robottien toimesta. Robotit ovat tähän asti pystyneet käsittelemään yksinkertaisia geometrioita ja työstöreitin suunnittelua makrotason ohjelmoinnin, ja joskus myös kuvantunnistusohjelmistolla varustettujen kameroiden, avulla. Tämä kuitenkin edellyttää, että törmäysriskit ovat pieniä. Kolmiulotteisten ja syvyyttä vaativien sekä vaikeasti tavoitettavien rakenteiden hitsaus on kuitenkin haastavaa, ellei jopa mahdotonta nykyisillä menetelmillä. (Bickendorf 2014) Saksalainen tekniikan tohtori, Jobst Bickendorf, tiimeineen on kehittänyt uuden robottihitsaussysteemin edellä mainitut tekijät huomioiden. Tämän systeemin avaintekijä on täysin automatisoitu CAD-ohjelmistoon pohjautuva etäohjelmointi. Tähän sisältyy muun muassa kokonaisten hitsausprosessien suunnittelu sekä niiden suunnat ja parametrit, kaikki työkappaleeseen liittyvät mittaustoiminnot, hitsisauman alku- ja loppupisteiden ja myös 7-akselisen robotin kaikkien liikkeiden mallinnus. (Bickendorf 2014) 4.2.1 Edellytykset Systeemin kehitysprosessin aluksi on luotava uusi CAD-ohjelmisto sekä käyttöliittymä, sillä olemassa olevilla ohjelmistoilla ei ole ollut mahdollista siirtää hitsisauman mallinnuksen informaatiota luontevasti eteenpäin etäohjelmointivaiheeseen. (Bickendorf 2014) Robottien etäohjelmointia varten CAD-ohjelmiston on tarjottava riittävästi informaatiota työkappaleesta sekä hitsaukseen liittyvästä informaatiosta: esimerkiksi hitsisauman mallinnus. CAD-ohjelmiston ja käyttöliittymän on oltava sellaisia, että niillä voidaan mallinnetut parametrit siirtää automaattisesti seuraavaan ohjelmointivaiheeseen ja hitsausprosessin ohjelmointiin. (Bickendorf 2014) Hitsausprosessin liikkeiden automaattisessa generoinnissa on perustuttava teknologian tuntemukseen sekä sääntöihin. Telakoilla osa tästä tuntemuksesta on hitsauseksperttien päässä, eikä siten ole dokumentoituna ja tallennettu yrityksissä niin kauan kuin hitsausprosessit tapahtuvat manuaalisesti. Tämä tuntemus on saatava ohjelmistokehittäjien käyttöön, jotta he voivat luoda hitsausprosessille säännöt, joita tietokone osaa tulkita. (Bickendorf 2014) Hitsausrobotin etäohjelmointijärjestelmän tulee voida CAD-ohjelman ja syötettävien lisätietojen, kuten esimerkiksi hitsisauman paksuuden, perusteella generoida kaikki tarvittavat hitsi- ja mittausoperaatiot. Etäohjelmointijärjestelmän tulee siis automaattisesti suorittaa hitsausprosessin suunnittelu, mukaan lukien hitsien järjestykset ja suunnat, parametrien määritys sekä sensoreiden hallinta. Järjestelmän tulee myös 12

tarkastaa kaikki suunnittelut mittaus- ja hitsausprosessien liikeradat törmäysten varalta. (Bickendorf 2014) 4.2.2 Hitsausrobottien ohjelmointiprosessi Alankomaalaisen, kustomoitujen ruoppausalusten markkinajohtajan, IHC Dredgersin telakan, käytössä olevan NUPAS CAD-ohjelmiston kehittämisessä oli alusta asti mukana kyseisen ohjelmiston kehittäjä. Hitsausinformaation määrittämisestä CADmallin avulla keskusteltiin alusta alkaen telakan, CAD-ohjelmiston toimittajan sekä etäohjelmointijärjestelmän toimittajan kesken. Näin selvitettiin etenkin mallilta vaadittavan informaation määrä sekä siihen liittyvä toimivuus. Lisäksi määritettiin tiedon saatavuuden tasot suunnitteluprosessin aikana: ei ole järkevää tuhlata aikaa ja nähdä vaivaa hitsisauman parametrien määrittämiseen järjestelmässä, jonka käyttäjällä ei ole siihen tarvittavaa tietotaitoa. Kehityksen, suunnittelun ja valmistuksen organisaatiorakenteella on siis tärkeä vaikutus CAD-ohjelmiston ja käyttöliittymän toimivuuteen. (Bickendorf 2014) Edellä mainitun CAD-ohjelmiston kehitysprosessin seurauksena telakalla päädyttiin muutamaan käyttöliittymää koskevaan vaatimukseen. Käyttöliittymän tulee siirtää etäohjelmointijärjestelmään moduulin/laivan osan STEP-3D-solid mukainen geometrinen malli, sen yksittäisten osien topologien informaatio sekä STEP-tiedostossa olevien hitsisaumojen sijainnit ja orientaatiot erillisessä XML-tiedostossa. Tällaista käyttöliittymää ei ollut, joten kehitysprojektissa päätettiin soveltaa ja kehittää samantapaisia periaatteita noudattavaa WISCON-käyttöliittymää. (Bickendorf 2014) Teknologisen tietämyksen soveltaminen etäohjelmointijärjestelmän suorittaman automaattisen prosessin suunnittelun perustana vaatii monen ongelman ratkaisemista. Kuten edelläkin on mainittu, tietämys tulee ensiksi saada yrityksen hitsauseksperteiltä ja dokumentoida. Tämä tietämys on kuitenkin osa yrityksen ydinosaamista ja siihen käsiksi pääseminen halutaan estää kilpailijoilta. Tästä johtuen osa etäohjelmointijärjestelmän käyttäjistä haluaa lisätä hitsaussääntöjä tietokantaan ja hallinnoida niitä itse. Tämän takia käytetään XML-formaattia, jota käyttäjä voi muokata. (Bickendorf 2014) Kun geometrinen malli työkappaleesta on siirretty WISCON-käyttöliittymän avulla MOSES-etäohjelmointijärjestelmään, se laskee hitsisaumojen alku- ja loppupisteet sekä myös mittausoperaatioiden liikekehykset automaattisesti. Hitsaus- ja mittaustoimenpiteiden automaattinen suunnittelu vaatii hitsaustyökalun törmäysvaarattomat asennot. Siksi törmäystenhallinta on integroitu liikekehysten laskentaan. Jos järjestelmä havaitsee törmäyksen liikeratoja generoitaessa, se automaattisesti ja välittömästi törmäyksen poistavat apuliikekehykset. (Bickendorf 2014) 13

Hitsisaumojen suunnan ja järjestyksen suunnittelussa järjestelmä ottaa huomioon hitsauksessa syntyvän lämmön aiheuttamat mahdolliset muodonmuutokset. Yrityksen hitsausekspertit ovat määritelleet hitsaussäännöt aiemmin mainittuun XML-tiedostoon. Etäohjelmointijärjestelmä lisää automaattisesti tarvittavat hitsausparametrit hitsisaumoille. (Bickendorf 2014) Järjestelmä suunnittelee hitsaustoimintojen lisäksi automaattisesti myös mittausoperaatiot. Tässä hitsausprosessissa sovelletaan eri mittausmenetelmiä, kuten esimerkiksi koordinaattimittausta, kaarisensoria ja laserjuovasensoria. Koordinaattimittausoperaatioiden simulointi tapahtuu osana geometrisen mallin luomista ja datan siirtoa WISCON:n avulla. (Bickendorf 2014) Kaikkien edellä mainittujen toimintojen jälkeen MOSES generoi prosessimallin, johon kuuluu esimerkiksi kaikki hitsaus-, mittaus- ja lisäliikkeiden liikekehykset sisältävä CAD-malli. Prosessimalli sisältää lisäksi kaikki liike- ja prosessiparametrit, joita ovat helposti muokattavissa. Tämä malli voidaan myös tallentaa ja käyttää uudelleen tarvittaessa. (Bickendorf 2014) Seuraavaksi MOSES generoi automaattisesti aiemmin luodun informaation perusteella ohjelmakoodin. Tämä koodi sisältää ohjeet kaikille liikeakseleille ja -radoille. Tätä ohjelmakoodia ei tarvitse enää muokata, vaan se voidaan sellaisenaan siirtää simulaatiovaiheeseen. Tässä vaiheessa määritellyt liikkeiden ja positioiden koordinaatit sopeutetaan todelliseen robottisysteemiin. Koko etäohjelmointi toimii automaattisesti, eikä käyttäjän tarvitse manuaalisesti luoda tai tarkastella ohjelmakoodia. Halutessaan käyttäjä voi kuitenkin koodia lukea ja sitä tarkistaa sekä muokata. (Bickendorf 2014) Viimeinen vaihe etäohjelmoinnissa on simulaatio, johon koordinaattien saavutettavuuden ja mahdollisten törmäysten tarkastus. Havaitessaan törmäyksen robotin ja työkappaleen välillä MOSES välittömästi laskee mahdollisen vaihtoehtoisen liikeradan. Operaattorin ei tarvitse valvoa simulaatiota, sillä MOSES generoi simulaatiosta myös loki- ja neuvontatiedoston. Simulaatio tarjoaa myös informaatiota koko hitsausprosessin kestoajasta. (Bickendorf 2014) 14

5 Robottien etäohjelmoinnin vaikutukset tuottavuuteen Tuottavuutta pidetään tuotannon tehokkuuden mittarina. Tuotantoon voidaan vaikuttaa esimerkiksi investoimalla ja tällöin prosessi muuttuu johonkin suuntaan, jota voidaan arvioida tuottavuudella. Tuottavuutta voidaan mitata siihen sijoitetun pääoman eli investoinnin ja siitä saatavan hyödyn eli tuloksen suhteella (Neely, Gregory & Platts 2005, 1238). Etäohjelmoinnilla voidaan robottien ohjelmointi tehdä tuotannon ulkopuolella, niin ettei tuotantoa tarvitse välttämättä edes pysäyttää (Delfoi 2015). Tästä on merkittäviä vaikutuksia tuottavuuteen, sillä tuotanto voidaan pitää käynnissä silloinkin, kun tuotantoon tehdään muutoksia. Yritykset, jotka tuottavat monenlaisia tuotteita, hyötyvät robottien etäohjelmoinnista parhaiten (Mitsi, Bouzakis, Mansour, Sagris & Maliaris 2005, 262). Robottien offline-ohjelmoinnilla voidaan jo suunnitteluvaiheessa vaikuttaa robotin toimintaan visuaalista mallia tarkastelemalla. Visuaalisen esityksen avulla havainnoidaan robotin liikeratoja ja pyritään poistamaan ongelmia, joita robotti voi kohdata tuotannossa. Robotista voidaan analysoida esimerkiksi miten se liikkuu tuotannossa ja onko sen liikeradat tarpeeksi laajoja sekä onko robotilla mahdollisuuksia törmätä johonkin. (Mitsi ym. 2005, 262) Tästä voidaan todeta, että robottien etäohjelmoinnin avulla pystytään säästämään kustannuksia, joita robotti voisi tuotannossa aiheuttaa tai tuotantokustannuksia, joita robotin uudelleen ohjelmointi voisi aiheuttaa. Kustannustehokkuus, korkea luotettavuus ja tuottavuus ovat robottisovelluksen tärkeimmät ominaisuudet robottivalmistajan näkökulmasta (Brogårdh 2007, 69). Näillä ominaisuuksilla pystytään vaikuttamaan muun muassa tuotannon läpäisyaikaan parantamalla robotti-investoinnin avulla tuottavuutta sekä vaikuttamaan laatuun, sillä esimerkiksi robotin hitsaustarkkuus on parempi kuin ihmisen. Investointi voidaan saada kustannustehokkaaksi käyttämällä jo aiemmin mainittua offline-ohjelmointia. Offlineohjelmoinnissa käytettävän CAD/CAM systeemin avulla pystytään merkittävästi vaikuttamaan robotin keskeytysaikaan eli niin sanottuun hukka-aikaan ja tällöin prosessista tulee tehokkaampi (Mitsi ym. 2005, 267). Robottijärjestelmän käyttöasteeseen voidaan vaikuttaa positiivisesti käyttämällä etäohjelmointia niin ohjelmissa kuin testauksessa. Etäohjelmoinnissa käytettävän simuloinnin tarkkuus tulee määritellä käyttötarkoituksen mukaisesti. (Korkeamäki 2010, 57) Liian tarkka simulointi ei välttämättä anna enää lisäarvoa projektille vai ainoastaan syö resursseja aiheuttaen lisäkustannuksia. Etäohjelmoinnin avulla pystytään tukemaan lean-tuotantomallia (Delfoi 2015). Leantuotantomallin tarkoituksena on pyrkiä kontrolloimaan resursseja asiakkaidensa 15

tarpeiden mukaisesti sekä pyrkiä vähentämään turhaa hukkaa mukaan lukien ajan tuhlausta (Andersson, Eriksson & Torstensson 2006, 288). Etäohjelmointi tukee juurikin lean-tuotantomallia pyrkien ohjelmoinnin avulla vähentämään hukkaa esimerkiksi tuotantokatkoksesta aiheutuvaa ajan tuhlausta. Hyötyinä voidaan myös nähdä piensarjatuotannon automatisointi, sillä uuden ohjelman käyttöönottoprosessi lyhenee merkittävästi viikoista päivään. (Delfoi 2015) Tällöin yrityksen on mahdollisuus siirtää resursseja muualle sitä vaativiin kohteisiin ja näin vaikuttaa yrityksen kilpailukykyyn. Yhtenä merkittävänä tuottavuuden osana voidaan pitää myös laatua. Valmiin tuotteen laatu on keskeisessä osassa myynnin kannalta tarkasteltuna, jolloin myös työstötarkkuus muodostuu keskeiseksi osaksi tuotantoprosessia. Robotisoinnin avulla päästään parempiin tarkkuuksiin (Zhu, Qu, Cao, Yang & Ke 2013, 2536) ja näin ollen tuotteen laatua voidaan parantaa. Etäohjelmoinnin avulla robotin liikkeitä voidaan simuloida ja saada parhain mahdollinen työstötarkkuus jo suunnitteluvaiheessa. Robotin liikkeitä voidaan myös kontrolloida etäohjelmoinnin avulla tuotantoprosessin aikana (Marin, Sanz, Nebot & Wirz 2005, 1506-1520) paremman laadun takaamiseksi. Tuotantokustannuksia lisäävät merkittävät vikaan menneet kappaleet eli niin sanotut susi-kappaleet. Tästä seuraa myös tappioita yritykselle, jos vikaan menneitä kappaleita on paljon. Myös ensimmäiset prototyypit aiheuttavat kustannuksia yritykselle, jos niitä joudutaan tekemään useita kappaleita. Etäohjelmoinnin avulla ongelma on ratkaistu tuotantoprosessista tehdyn simulointimallin avulla (Delfoi 2015). Delfoin OLPjärjestelmän avulla koko prosessista saadaan simulointimalli, jolloin jo ensimmäisestä tuotteesta saadaan laadullisesti hyvä (Delfoi 2015). Tästä voidaan todeta, että on tärkeää pystyä valvomaan prosessia koko ajan, jolloin ongelmilta vältytään ja pystytään minimoimaan ylimääräiset kulut. Etäohjelmoinnin käyttö suunnittelussa ja tuotannossa tuo etuja tuottavuuden näkökulmasta. Se parantaa tuottavuutta nopean reagointikykynsä ansioista vikatilanteissa, parantaa laatua ja tehostaa käyttöönottoprosessia. Kustannuksia pystytään säästämään niin prototyypeissä kuin ajassakin. Tästä voidaankin todeta, että etäohjelmointi ei ainoastaan paranna tuottavuutta tuotannossa vaan myös suunnitteluprosessin aikana. Tulevaisuudessa etäohjelmointiin tulisi panostaa yhä enemmän tuottavuuden ja tehokkuuden näkökulmasta tarkasteltuna. 16

6 Tulevaisuuden näkymät Robotiikka on kehittynyt ja kasvanut paljon viimeisien vuosien aikana. Kasvua on ollut 29 % vuonna 2014 verrattuna edelliseen vuoteen IFR:n (International Federation of Robotics) mukaan. IFR on todennut, että koskaan aiemmin investointeja robotteihin ei ole tehty näin paljon. Kuvassa 5 on esitetty vuodesta 2002 vuoteen 2014 toimitettujen teollisuusrobottien lukumäärä. Suurimmat robotti-investoinnit on tehnyt Kiina, joka on noussutkin robotisointien kärkimaaksi (IFR 2015). Kuva 5. Arvioidut teollisuusrobottien toimitukset maailmanlaajuisesti (IFR 2015) Joustavuus ja tehokkuus ovat keskeisessä asemassa nykyajan yhteiskunnassa. Tuotannon tulisi toimia joustavasti ja tuottavasti ilman ylimääräisiä kuluja. Tällöin voidaankin etäohjelmoinnin avulla päästä parempiin lopputuloksiin. Käyttämällä etäohjelmointia suunnittelun aikana on mahdollisuus parantaa järjestelmän toimintakykyä jo käyttöönottovaiheessa. Tuottavuus kasvaa ja toisaalta tuotantoseisokit vähenevät (Mitsi ym. 2005, 267; Lee & Elmaraghy 1990, 144). Etäohjelmoinnin käyttö on lisääntynyt robotisointisovelluksissa. ABB:n tuottaman robottien etäohjelmointi ohjelmalla RobotStudiolla on tällä hetkellä käytössä Suomessa noin 100 lisenssiä. Lisenssivapaiden käyttäjien määrää on kuitenkin vaikea arvioida, joten käyttäjiä on paljon enemmän kuin lisenssien lukumäärä. Kasvua on havaittavissa ja trendi on ollut nähtävissä jo useamman vuoden ajan. (Mainio 2015) Perinteisten teollisuusrobottien rinnalle on tullut yhteiskäyttörobotit, jotka toimivat ihmisen kanssa yhdessä (Mainio 2015). Esimerkiksi ABB ja KUKA ovat tuoneet markkinoille omat mallinsa, jotka ovat kuvassa 6. Yhteiskunnan lainsäädännön 17

muuttumisen myötä myös robotisoinnin oli mahdollisuus kehittyä uuteen suuntaan (Laitinen 2015). Yhteiskäyttörobottien erityisesti ABB:n YuMin idea on pehmustetussa ulkokuoressa (Robotics Tomorrow 2015) sekä innovatiivisessa liikkeen valvontaohjelmistossa, jolloin robotti pystyy pysäyttämään liikkeensä jo millisekunnissa (ABB-1 2015). Kuva 6. Vasemmalla ABB:n YuMi (ABB-2 2015) ja oikealla KUKAn IIWA (KUKA 2015). Robottien ohjelmistopuolelta tarkasteltuna tilanne on pitkään ollut hyvin samanlainen. Jokaisella robottivalmistajalla on käytössään omat robottien ohjelmointikielet. Esimerkiksi kiinalainen robottivalmistaja Fanuc käyttää ohjelmointikielinään Karel ja TP-ohjelmointikieliä (Teach Pendant) (Billing 2012, 42). Kuitenkin saksalainen KUKA on tuonut markkinoille Jawa-ohjelmointikielen käytön uudessa yhteiskäyttöisessä IIWA robotissa. Tämä on merkittävä edistysaskel robottien ohjelmoinneissa. Tarkoituksena olisi, että kaikki robottivalmistajat voisivat käyttää samaa ohjelmointikieltä, joka toisi laajempia mahdollisuuksia robotisoinneissa. (Laitinen 2015) Tähän mennessä suurimmat edistysaskeleet robottien kehityksessä ovat olleet moni robottiohjauksissa, turva- ja voimaohjauksissa, 3D näkökyvyssä, etävalvonnassa sekä langattomissa tietoliikenneyhteyksissä (Brogårdh 2007, 69). Kuitenkin yhteiskäyttörobotit ovat viimeisen vuoden sisällä olleet suurin muutos robottisovelluksiin, niiden uudenlaisen käyttötarkoituksen mukaan (ABB-2 2015). Uusien robottisovelluksien tavoitteena on saada tuotannosta entistä joustavampi ja huomioida yhteistyön merkitys suunnittelussa eri osaajien välillä (Brogårdh 2007, 78). Robottien etäohjelmoinnin mahdollisuudet ovat kasvattaneet sen käyttöä erilaisissa sovelluksissa ja suunnittelun eri vaiheissa. Käyttöä ovatkin mahdollistaneet uudet kehityssuuntaukset etäohjelmointipuolella, kuten langattomat etäyhteydet ja vikatilanteiden purku etäohjelmoinnin avulla (Mainio 2015). Robottisovelluksissa kasvua ja kehityksiä on ollut eteenkin ohjelmistopuolella sekä uudenlaisen yhteiskäyttörobottisovelluksen ansiosta. Kehitystä täytyisi pitää yllä robottien etäohjelmoinnissa ja mahdollistaa yhä laajempia ulottuvuuksia suunnitteluun sekä tuotantoon. 18

7 Pohdinta ja yhteenveto Etäohjelmoinnin avulla pystytään parantamaan sekä suunnittelun että tuotantoprosessin tehokkuutta. Kuten jo case-osuudessa todettiin, että koko hitsausprosessin automatisointi vaikuttaa selvästi tuottavuuteen. Se parantaa tuottavuutta nopean reagointikykynsä ansioista vikatilanteissa, parantaa laatua ja tehostaa käyttöönottoprosessia. Etäohjelmoinnin perusajatuksena on, että ohjelmointi on siirretty tuotannon työpisteen käyttäjältä toimistoon ohjelmistoinsinöörille. Ohjelmointi perustuu kolmiulotteiseen malliin robottityöpisteestä. Etäohjelmoinnilla voidaan hallita monimutkaisia kokonaisuuksia ohjelmoimalla sekä se tulee kustannustehokkaaksi niin pienille kuin suurillekin valmistusvolyymeille. Robottien etäohjelmoinnin mahdollisuudet ovat kasvattaneet sen käyttöä erilaisissa sovelluksissa ja suunnittelun eri vaiheissa. Käyttöönottovaihetta voidaan lyhentää viikosta päivään ja näin säästää aikaa sekä resursseja. Tällöin yrityksellä on mahdollisuus siirtää resursseja muihin sitä vaativiin kohteisiin ja näin vaikuttaa myös yrityksen kilpailukykyyn. Uudenlaiset suuntaukset robottisovelluksissa antavat mahdollisuuksia ja kehityskohteita etäohjelmoinnin puolelle. Vaikkakin kehitystä ja kasvua ohjelmoinnin puolella on ollut, niin kehitystä viemällä eteenpäin voidaan käyttäjämääriä myös kasvattaa uudenlaisten lisäominaisuuksien myötä. Tuottavuus riippuu monesta eri tekijästä ja etäohjelmointi voi vaikuttaa moniin niistä positiivisesti parantamalla tuotteiden laatua käyttöönottovaiheessa, säästää aikaa ja resursseja. Tulevaisuudessa etäohjelmointiin tulisi panostaa yhä enemmän tuottavuuden ja joustavuuden kannalta tarkasteltuna. 19

Lähteet ABB-1. 2015. Yumi Creating an automated future together. You and me. Datasheet. (Verkkojulkaisu). Saatavana URL: https://library.e.abb.com/public/55362813a776464383279a729b715c89/rob0317en_ YuMi.pdf. Viitattu 19.10.2015. ABB-2. 2015. Yumi Creating an automated future together. You and me. (Verkkojulkaisu). Saatavana URL: http://new.abb.com/products/robotics/yumi. Viitattu 19.10.2015. Andersson, R. & Eriksson, H. & Torstensson, H. 2006. Lean production, six sigma quality, TQM and company culture. The TQM Magazine, vol. 18, no. 3, s. 263-281. ISSN: 1754-2731. Bickendorf, J. 2014. ISR/Robotik 2014. 41st International Symposium on Robotics: Proceedings of. s. 1-7. ISBN 978-3-8007-3601-0. Billing, M. 2012. Oppimisympäristö robotiikan ja etäohjelmoinnin opetukseen. Diplomityö. Tampereen teknillinen yliopisto. s.104 + 98. Brogårdh, T. 2007. Present and future robot control development An industrial perspective. Annual Reviews in Control, vol. 31, no. 1, s. 69-79. ISSN 1367-5788. DOI http://dx.doi.org.libproxy.aalto.fi/10.1016/j.arcontrol.2007.01.002. Dassault systemes. 2015. Delmia v6 tuote-esite. Saatavana URL: http://www.3ds.com/products-services/delmia/products/v6/. Viitattu 20.10.2015. Delfoi. 2015. Robottien etäohjelmointi. Robotiikkaa piensarjoille. (Verkkojulkaisu). Saatavana URL: http://www.delfoi.com/web/solutions/robotiikka/fi_fi/piensarjoille/. Viitattu 14.10.2015. IFR, International Federation of Robotics. 2015. Saatavana URL: http://www.ifr.org/industrial-robots/statistics/. Viitattu 17.10.2015. Kandray, D. 2010. Programmable automation technologies : an introduction to CNC, robotics and PLCs. New York, N.Y. Industrial Press. 507 s. ELECTRONIC ISBN 978-1-61583-618-5. Korkeamäki, N. 2010. Robottijärjestelmän suunnittelu ja etäohjelmointi. Diplomityö. Aalto-yliopiston teknillinen korkeakoulu. Koneenrakennustekniikan laitos. s. 66. Laitinen, M. 2015. Sales Manager. Fastems. Espoo. Suullinen tiedonanto (luento). 16.10.2015. 20

Lee, D. & Elmaraghy, W. 1990. ROBOSIM: a CAD-based off-line programming and analysis system for robotic manipulators. Computer-Aided Engineering Journal, vol. 7, no. 5, s. 141-148. ISSN: 0263-9327. Mainio, J. 2015. Training Manager. ABB Oy, Robotics. Vantaa. Suullinen tiedonanto. 16.10.2015. Marin, R. & Sanz, P.J. & Nebot, P. & Wirz, R. 2005. A multimodal interface to control a robot arm via the web: a case study on remote programming. Industrial Electronics, IEEE Transactions on, 52(2), s. 1506-1520. ISSN: 0278-0046. Mitsi, S. & Bouzakis, K. & Mansour, G. & Sagris, D. & Maliaris, G. 2005. Off-line programming of an industrial robot for manufacturing. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol. 26, no. 3, s. 262-267. ISSN: 0268-3768. Neely, A. & Gregory, M & Platts, K. 2005. Performance measurement system design: a literature review and research agenda. International Journal of Operations & Production Management, vol. 25, no. 12, s. 1228-1263. ISSN: 0144-3577. Pan, Z. & Polden, J. & Larkin, N. & Van Duin, S. & Norrish, J. 2012. Recent progress on programming methods for industrial robots. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, 28(2), s. 87-94. ISSN: 0736-5845. DOI http://dx.doi.org/10.1016/j.rcim.2011.08.004. Robotics Tomorrow. 2015. YuMi: ABB's Collaborative Robot. Online Trade Magazine Robotics, Advanced Manufacturing and Factory Automation. (Verkkojulkaisu). Saatavana URL: http://www.roboticstomorrow.com/story/2014/09/yumi-abbscollaborative-robot/4674/. Viitattu 19.10.2015. Robotmaster. 2015. Robotmaster v6 tuote-esite. Saatavissa URL: http://www.robotmaster.com/products. Viitattu 20.10.2015. Zhu, W. & Qu, W. & Cao, L. & Yang, D. & Ke, Y. 2013. An off-line programming system for robotic drilling in aerospace manufacturing. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol. 68, no. 9-12, s. 2535-2545. ISSN: 0268-3768. DOI: 10.1007/s00170-013-4873-5. 21

Kuvalähteet ABB-1. 2015. RobotStudio. Verkkosivu. Viitattu 15.10.2015. Saatavana URL: http://new.abb.com/products/robotics/robotstudio. ABB-2. 2015. YuMi: ABB s dual-arm robot ushers in new era of human-robot collaboration. Saatavana URL: http://www.abb.com/cawp/seitp202/00253c9ed00cc670c1257e2000369c4d.aspx. Viitattu 17.10.2015. Dassault systemes. 2015. Delmia v6 tuote-esite. Saatavana URL: http://www.3ds.com/products-services/delmia/products/v6/. Viitattu 20.10.2015. IFR, International Federation of Robotics. 2015. Viitattu 17.10.2015. Saatavana URL: http://www.ifr.org/industrial-robots/statistics/. KUKA. 2015. HRC Human-Robot Collaboration Technology. Viitattu 17.10.2015. Saatavana URL: http://www.kukasystems.com/en/technologies/human_robot_collaboration/. Pan, Z. & Polden, J. & Larkin, N. & Van Duin, S. & Norrish, J. 2012. Recent progress on programming methods for industrial robots. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, 28(2), s. 87-94. ISSN: 0736-5845. DOI http://dx.doi.org/10.1016/j.rcim.2011.08.004. 22