Digitalizacija hidravliˇcne stiskalnice in streˇzne naprave

(1)

UNIVERZA V LJUBLJANI Fakulteta za strojniˇstvo

Digitalizacija hidravliˇ cne stiskalnice in streˇ zne naprave

Magistrsko delo magistrskega ˇstudijskega programa II. stopnje Strojniˇstvo

David Pekolj

Ljubljana, september 2021

(2)

(3)

(4)

(5)

UNIVERZA V LJUBLJANI Fakulteta za strojniˇstvo

Digitalizacija hidravliˇ cne stiskalnice in streˇ zne naprave

Magistrsko delo magistrskega ˇstudijskega programa II. stopnje Strojniˇstvo

David Pekolj

Mentor: doc. dr. Marko ˇ Simic, univ. dipl. inˇ z Somentor: prof. dr. Niko Herakoviˇ c, univ. dipl. inˇ z

Ljubljana, september 2021

(6)

(7)

(8)

(9)

Zahvala

Iskreno zahvalo namenjam mentorju, doc. dr. Marku ˇSimicu za predlagano temo in podporo na vseh korakih nastajanja te naloge. Hkrati se zahvaljenem tudi vodji laboratorija prof. dr. Niku Herakoviˇcu za strokovnost in podporo pri izdelavi magistrske naloge.

Zahvala gre tudi druˇzini, ki me je tekom ˇstudija vzpodbujala k uspehu in mi oprostila mnoge neopravljene domaˇce obveznosti, ko je bila glava polna ˇstudijskih bremen.

v

(10)

vi

(11)

(12)

viii

(13)

Izvleˇ cek

UDK 658.5:004.946:004.451.62(043.2) Tek. ˇstev.: MAG II/965

Digitalizacija hidravliˇ cne stiskalnice in streˇ zne naprave

David Pekolj

Kljuˇcne besede: digitalizacija modeliranje

izdelovalni sistemi in procesi navidezna resniˇcnost

Visual Components

Magistrska naloga obravnava digitalizacijo proizvodnega sistema sestavljenega iz zalogovnika, transportnih sistemov, robotske roke in hidravliˇcne stiskalnice. Digitalizacija obravnavanega sistema hkrati postavlja smernice za razvoj digitalnega dvojˇcka, ki se v industriji uporablja za sprotno optimizacijo procesov. Fiziˇcne sisteme v nalogi obrav- navamo kot digitalne modele, ki jih uvozimo v programsko okolje Visual Components ali pa jih izberemo v obstojeˇci knjiˇznici komponent programskega orodja. Podrobneje so prikazani vsi postopki za ustrezno pripravo in uvoz digitalnih modelov v navidezno okolje, nastavitev parametrov modelov in pripravo podatkov. V okviru naloge je za digitalni model hidravliˇcne stiskalnice izdelan nov program, ki omogoˇca animacijo pre- oblikovalnega procesa. Z uporabo knjiˇznic, vkljuˇcenih v okolje Visual Components, so bile v digitalno okolje vkljuˇcene ˇse druge naprave, ki so potrebne za izvedbo celotnega proizvodnega procesa. V okviru naloge smo izvedli tudi povezavo in sinhronizacijo med napravami s pomoˇcjo vhodnih in izhodnih signalov. Na koncu naloge je prikazan primer uspeˇsne animacije obravnavanega avtomatiziranega proizvodnega procesa.

ix

(14)

x

(15)

Abstract

UDC 658.5:004.946:004.451.62(043.2) No.: MAG II/965

Digitalization of hydraulic press and handling device

David Pekolj

Key words: digitalization modeling

manufacturing systems and processes virtual reality

Visual Components

Master thesis describes the digitalisation of a manufacturing system consisting of a part container, transport systems, an industrial robot arm and a hydraulic press. The digitalisation of such a system sets the precedent for the development of a digital twin, which is used in industry for on-line process optimization. Physical systems are in this work considered as digital models, which we import into the workspace of Visual Components program, or which are chosen from an existing library of components within the program. All the processes of preparation and importation of digital models into the virtual environment are presented, as well as the setting of model parameters and data preparation. Within this thesis a new digital model of a hydraulic press is designed, which allows animation of the manufacturing process. By using libraries of Visual Components, several other machines were included within the workspace, all of which are required for this particular manufacturing operation. Within the thesis, the synchronisation between these machines using input and output signals was demonstrated. At the end, use case of successful animation of the automated production process is presented.

xi

(16)

xii

(17)

Kazalo

Kazalo slik . . . xv

Seznam uporabljenih simbolov . . . xix

Seznam uporabljenih okrajˇsav . . . xxi

1 Uvod . . . 1

1.1 Ozadje problema . . . 1

1.2 Cilji naloge . . . 2

1.3 Struktura naloge . . . 2

2 Teoretiˇcne osnove in pregled literature . . . 3

2.1 Digitalizacija sistemov in procesov . . . 3

2.2 3D modeliranje . . . 3

2.3 Postopek konstruiranja in proizvodnje . . . 5

2.4 Digitalni dvojˇcek . . . 9

2.5 Virtualno okolje in virtualna resniˇcnost . . . 11

2.6 Pametne tovarne in industrija 4.0 . . . 12

2.7 Programski paket Visual Components . . . 13

2.7.1 Visual Components - obnaˇsanja . . . 13

2.7.2 Visual Components - signali . . . 13

2.7.3 Visual Components - vmesnik . . . 14

2.7.4 Povezava z realnim krmilnikom . . . 14

2.8 Digitalizacija realnih sistemov . . . 14

3 Metodologija raziskave . . . 17

3.1 Opis obravnavanega sistema . . . 17

3.2 Hidravliˇcna stiskalnica . . . 18

3.3 Digitalizacija poljubnega stroja in uvoz v Visual Components . . . 22

3.3.1 Uvoz hidravliˇcne stiskalnice . . . 23

3.3.2 Specificiranje gibajoˇcih se delov stiskalnice . . . 25

3.3.3 Specificiranje zalogovnikov za izdelke v hidravliˇcni stiskalnici . . 26 xiii

(18)

3.3.4 Doloˇcitev vhodnih signalov hidravliˇcne stiskalnice . . . 27

3.3.5 Generator polizdelkov . . . 28

3.3.6 Industrijski robot . . . 30

3.4 Prikaz izdelave virtualne robotske celice s pomoˇcjo Work knjiˇznice . . . 34

3.4.1 Spreminjanje oblike polizdelka v obdelovalnem procesu . . . 39

3.4.2 Premik dveh izdelkov z industrijskim robotom . . . 40

4 Rezultati . . . 43

4.1 Prikaz potovanja polizdelkov . . . 44

4.2 Program industrijskega robota . . . 46

4.3 Program hidravliˇcne stiskalnice . . . 49

4.4 Prikaz podatkov v virtualnem prostoru . . . 56

4.5 Strega izdelkov . . . 59

4.6 Animacija procesa . . . 61

5 Zakljuˇcki . . . 63

Literatura . . . 65

xiv

(19)

Kazalo slik

Slika 2.1: Primer 3D modela izdelanega z modelirnikom Siemens NX. . . 4

Slika 2.2: Prikaz postopka razvoja izdelkov v sodobni tovarni. [4] . . . 6

Slika 2.3: Primerjava konvencionalnega in digitalnega ˇcasovnega postopka razvoja izdelka. [4] . . . 8

Slika 2.4: Koncepta digitalne tovarne. [4] . . . 8

Slika 2.5: Definicija digitalnega dvojˇcka. [9] . . . 10

Slika 2.6: Prikaz faz razvoja digitalnega modela. [12] . . . 12

Slika 2.7: Zaˇcetno stanje robotske celice. [2] . . . 15

Slika 2.8: Modificirano stanje robotske celice. [2] . . . 15

Slika 3.1: Shema komponent v proizvodnem postopku. . . 18

Slika 3.2: Osnovna shema hidravliˇcne naprave. . . 19

Slika 3.3: Realna hidravliˇcna stiskalnica. . . 20

Slika 3.4: Prikaz 3D modela hidravliˇcne stiskalnice v 3D okolju. . . 21

Slika 3.5: Faze, ki so potrebne, da 3D model pretvorimo v programsko okolje Visual Components. . . 22

Slika 3.6: Osnovnega okna programa Visual Components. . . 23

Slika 3.7: Delovni prostor programskega orodja Visual Components. . . 24

Slika 3.8: Prikaz sestavnih delov. . . 24

Slika 3.9: Prikaz izbranih gibajoˇcih se delov, ki omogoˇcajo preoblikovanje izdelkov. . . 25

Slika 3.10: Prikaz servo krmilnika in njegovih lastnosti. . . 26

Slika 3.11: Pribliˇzevanje robota polizdelku, pripravljenem za pobiranje. . . 26

Slika 3.12: Dodajanje signala v lastnost posameznega robota. . . 27

Slika 3.13: Prikaz signalov neposredno v delovnem okolju. . . 27

Slika 3.14: Prikaz osnovnega generatorja izdelkov. . . 28

Slika 3.15: Prikaz naprednega zalogovnika. . . 28

Slika 3.16: Datoteka z nastavitvami moˇznosti ˇsarˇz naprednega generatorja izdelkov. . . 29

Slika 3.17: Prikaz robota v 3D prostoru. . . 30 xv

(20)

Slika 3.18: Vakuumsko prijemalo za polizdelke. . . 30

Slika 3.19: Sestav robota in vakuumskega prijemala. . . 31

Slika 3.20: Prikaz lastnosti robota ter signalov, ki omogoˇcajo prijemanje polizdelkov. . . 32

Slika 3.21: Prikaz podprogramov oz. aktivnosti robota znotraj posameznega cikla. 33 Slika 3.22: Robotska strega polizdelkov iz transportne linije. . . 33

Slika 3.23: Prikaz delovnega prostora programa Visual Components. . . 34

Slika 3.24: Postavitev tekoˇcega traku ter oddajne in sprejemne toˇcko v delovni prostor. . . 35

Slika 3.25: Pravilna postavitev krmilnika robota, primerna za strego polizdelkov. 35 Slika 3.26: Postavitev robota, na levi strani vidimo ˇse ostale moˇzne tipe robotov. 36 Slika 3.27: Prikaz iskanja ˇzeljene naprave s pomoˇcjo e-kataloga. . . 37

Slika 3.28: Osnovna postavitev za prikaz delovanja robota. . . 38

Slika 3.29: Prikaz premikanja izdelkov v VO. . . 38

Slika 3.30: Prikaz uvoza izdelka. . . 39

Slika 3.31: Sprememba oblike v obdelovalnem stroju. . . 39

Slika 3.32: Kontrolno okno vozliˇsˇca in dodajanje trdilnih stavkov. . . 40

Slika 3.33: Doloˇcitev novega tipa izdelka. . . 40

Slika 3.34: Kontrolno okno vozliˇsˇca in dodajanje trdilnih stavkov. . . 41

Slika 3.35: Prikaz vozliˇsˇca po dodanih trdilnih stavkih. . . 41

Slika 3.36: Prikaz dodajanja stavkov in pritrjevanje izdelka v ˇskatlo. . . 42

Slika 3.37: Prikaz strege ˇskatle in konˇcnega izdelka. . . 42

Slika 4.1: Na sliki vidimo tlorisni pogled na streˇzno napravo in hidravliˇcno stiskalnico. . . 44

Slika 4.2: Prikaz izdelave polizdelka s pomoˇcjo generatorja izdelkov. . . 44

Slika 4.3: Strega polizdelka po tekoˇcem traku. . . 45

Slika 4.4: Robot prime polizdelek in ga zaˇcne stregati v ˇzeljeni poloˇzaj. . . 48

Slika 4.5: Postavitev polizdelka v delovno obmoˇcje. . . 48

Slika 4.6: Prikaz poti pehala, katerega mora narediti narediti v danem ˇcasu. . 54

Slika 4.7: Prikaz tlakov v hidravliˇcnem cilindru. . . 55

Slika 4.8: Preoblikovanje polizdelka. . . 56

Slika 4.9: Prikaz imena polizdelka, ko pride v delovno obmoˇcje hidravliˇcne stiskalnice. . . 56 xvi

(21)

Slika 4.10: Nastavitve lastnosti prikaza statistik. . . 57

Slika 4.11: Nastavitev kljuˇcnega parametra prikaza statistike. . . 58

Slika 4.12: Stanje hidravliˇcne stiskalnice v obdelovalnem ciklu skupaj z podatki, katere spremljamo. . . 58

Slika 4.13: Prikaz imena izdelka medtem, ko se preoblikuje. . . 59

Slika 4.14: Strega izdelka iz orodja stiskalnice. . . 59

Slika 4.15: Prijem izdelka z vakuumskim prijemalom. . . 60

Slika 4.16: Strega izdelka od stiskalnice do odlagalnega mesta na traku. . . 60

Slika 4.17: Konˇcen zgled streˇzne naprave in hidravliˇcne stiskalnice v programu Visual Components. . . 61

xvii

(22)

xviii

(23)

Seznam uporabljenih simbolov

Oznaka Enota Pomen

p MPa tlak

s m pot

t s ˇcas

xix

(24)

xx

(25)

Seznam uporabljenih okrajˇ sav

Okrajˇsava Pomen

2D Dvodimenzionalen prostor

3D Trodimenzionalen prostop

CAD Raˇcunalniˇsko podprto dizajniranje (angl. Computer Aided Design ) CAE Raˇcunalniˇsko podprt razvoj (angl. Computer Aided Engineering ) CAM Raˇcunalniˇsko podprta proizvodnja (angl. Computer Aided Manufac-

turing)

CNC Raˇcunalniˇsko krmiljenje strojev (angl. Computer Numerical Control) ISO Mednarodna organizacija za standardizacijo (angl. okr. International

Organization for Standardization)

LASIM Laboratorij za strego, montaˇzo in pnevmatiko

PDM Upravljanje podatkov izdelka (angl. okr. Product Data Management) PLK Programabilni logiˇcni krmilnik (angl. PLC oz. Programmable Logic

Controller)

PLM Upravljanje ˇzivljenjskega cikla izdelka (angl. Product lifecycle management)

QR Hitro odzivno (angl. Quick Response)

STEP Standard za izmenjavo podatkov o izdelkih (angl. okr. STandard for the Exchange of Product model data)

VDI Zdruˇzenje Nemˇskih inˇzenirjev (nemˇsko Verein Deutscher Ingenieure)

xxi

(26)

xxii

(27)

1 Uvod

1.1 Ozadje problema

V danaˇsnjem ˇcasu globalizacije podjetja stremijo k ˇcim hitrejˇsemu razvoju izdelkov, viˇsjim produktivnostim in ˇcim boljˇsi kakovosti, da bi bila kar se da konkurenˇcna na globalnem trgu. Za moderno konstruiranje in proizvodnjo so kljuˇcni razliˇcni programski paketi, s katerimi lahko modeliramo izdelke in ustvarjamo CAM programe za njihovo proizvodnjo.

Ta pristop se nadgrajuje z virtualizacijo celotnega proizvodnega cikla ter obrata. Viˇsjo produktivnost oz. manjˇso izgubo ˇcasa lahko doseˇzemo z detajlnim naˇcrtovanjem proizvodnje in postavitve strojev v tovarnah. Za dosego visokih standardov je potrebno sprotno spremljanje parametrov proizvodnih postopkov, kar omogoˇca zmanjˇsanje izmeta ter poslediˇcno niˇzjo cene izdelave posameznega izdelka. Obdelovalni stroji morajo biti redno servisirani, da so dragi izpadi v proizvodnji ˇcim redkejˇsi, kakovost obdelave pa ˇcim boljˇsa.

Ustrezna digitalizacija sistemov omogoˇca dostop do podatkov tudi drugim delavcem ali ekipam, ki niso fiziˇcno prisotne, s ˇcimer se poveˇca produktivnost in pretok informacij.

Velika prednost digitalizacije je dobra preglednost nad celim proizvodnim postopkom, kar omogoˇca hitrejˇso zaznavo kritiˇcnih toˇck v proizvodnji (angl. ’bottleneck’).

Iz teh potreb se je razvil koncept digitalnega dvojˇcka. Bazira na tem, da se za doloˇceno fiziˇcno napravo ali proizvodni obrat naredi njen virtualni pribliˇzek, ki vkljuˇcuje dele te naprave ter postopke, ki se z napravo izvajajo, v primeru obrata pa vkljuˇcuje prostor, stroje oz. naprave ter delavce. S simulacijami z uporabo ustreznih programskih paketov se lahko izvaja optimizacije proizvodnega postopka v virtualnem prostoru, kar je relativno poceni, poslediˇcno pa izboljˇsamo uˇcinkovitost proizvodnje in zniˇzamo konˇcno ceno izdelkov.

1

(28)

Uvod

1.2 Cilji naloge

V delu bomo raziskali moˇznosti uporabe programskega paketa Visual Components za simulacijo proizvodne operacije. Prikazali bomo postopek digitalizacije hidravliˇcne stiskalnice, nato pa bomo s pomoˇcjo programa in slik prikazali postopek preoblikovanja na hidravliˇcni stiskalnici, v kateri bomo naredili izdelek z eno operacijo. Surovec se premika po tekoˇcem traku, na koncu katerega ga pobere robotska roka, ga postavi v stiskalnico, ter odstrani konˇcni izdelek po preoblikovanju. Naˇs cilj se je seznaniti s programom Visual Components do take mere, da bomo lahko izdelali svoj izdelek, ga vstavili v program in na njem izvajali simulacijo delovnega cikla preoblikovalne operacije. Izdelek mora biti narejen v simulacijskem okolju istoˇcasno kakor tudi v realnosti. Na koncu bomo poskusili spremljati naˇso simulacijo v virtualnem okolju.

1.3 Struktura naloge

Teoretiˇcni pregled obravnavanih tem se najprej posveti opisu digitalnega dvojˇcka. Za potrebe in postavitve stroja v delovni prostor raziskujemo virtualni prostor. V poglavju 3 je natanˇcneje opisan postopek dela s programom, ki nam vse to omogoˇca, skupaj z nadgradnjo v virtualno resniˇcnost. V zadnjem delu naloge (poglavje 4) vrednotimo naˇso simulacijo in primerjamo z referenˇcnimi meritvami narejenimi na stroju v laboratoriju LASIM.

2

(29)

2 Teoretiˇ cne osnove in pregled lite- rature

2.1 Digitalizacija sistemov in procesov

Ena od glavnih nalog veˇcine podjetij je razvoj novih izdelkov ter optimizacija izdelkov, ki so trenutno v proizvodnji. Prvi korak pri razvoju izdelka je raziskava trga, saj je pomembno, da bodo ljudje ali podjetja ˇzeleli kupiti izdelek, obstajati mora potreba po takem izdelku oz. po reˇsevanju doloˇcenega problema. Pomembno je tudi, da obstaja trˇzna niˇsa oz. da se taki izdelki ˇze ne proizvajajo, ˇce pa se, mora biti naˇs izdelek od konkurence boljˇsi v doloˇcenem aspektu, bodisi v uporabnosti, izgledu ali pa z niˇzjo pro- izvodno ceno. S pomoˇcjo 3D prikaza doloˇcenega polizdelka ali izdelka lahko izboljˇsamo naˇse razumevanje in obliko katero ima izdelek v resniˇcnem svetu. S pomoˇcjo 3D izrisa lahko prav tako vidimo veˇc variant oziroma tipov izdelkov, brez da bi jih proizvedli v fiziˇcnem svetu, nam pa omogoˇcajo nadaljnje raziskovanje v navidezni resniˇcnosti.

Velika veˇcina podjetij zaˇcne proizvodni proces izdelkov z oblikovanjem le-teh v digitalni obliki, pri ˇcemer si pomagajo s sistemi za upravljanje podatkov (Product Data Management). Proces digitalizacije je lahko koristen tudi na podroˇcju uvajanja novih izdelkov, saj omogoˇca boljˇse razumevanje novih konceptov, laˇzje preverjanje njihovega obnaˇsanja in poslediˇcno olajˇsa odloˇcitvene procese pri uvajanju novih izdelkov.

2.2 3D modeliranje

Podatke, ki so potrebni za ustvarjanje digitalnih prototipov v 3D obliki, lahko prido- bivamo s pomoˇcjo rentgenske tomografije, laserskim skeniranjem, CAD modelirniki in drugimi podobnimi instrumenti.

Siemens NX je programska oprema oz. modelirnik, ki omogoˇca hitro in uˇcinkovito naˇcrtovanje izdelkov. Nudi zmogljivo zasnovo ter razumljiv in enostaven uporabniˇski vmesnik, ki pospeˇsi proces naˇcrtovanja. Program omogoˇca ocenjevanje stroˇskov, vizualizacijo, animacijo, upravljanje s podatki in uporabo funkcionalnih naˇcrtovalskih orodij. Kljub temu, da program Siemens NX ni najcenejˇsi, je zaradi priroˇcne in eno- stavne podobe zelo priljubljen. [1] Prikaz modela izdelanega v Siemens NX je prikazan na sliki 2.1.

3

(30)

Teoretiˇcne osnove in pregled literature

S pomoˇcjo grafiˇcnega vmesnika programa Siemens NX lahko ustvarimo 3D model, ki ga kasneje izvozimo v ’STEP’ obliki (.stp datoteka), ter ga uporabimo znotraj okolja Visual Components.

Slika 2.1: Primer 3D modela izdelanega z modelirnikom Siemens NX.

Podjetje Visual Components je vodilni razvijalec 3D proizvodne simulacije in reˇsitev na globalnem nivoju. Izdelovalcem strojev, sistematskim integratorjem in proizvajalcem nudijo preprosto, hitro in stroˇskovno uˇcinkovito reˇsitev pri naˇcrtovanju in simulaciji proizvodnih linij. [2] Najpogostejˇsi primeri uporabe simulacij v Visual Components:

-optimiziranje proizvodnje, -sestavljanje izdelkov,

-priprava izdelkov za pakiranje, -2D risba proizvodnje,

-izdelava kaj-ˇce scenarijev (angl. what-if).

4

(31)

2.3 Postopek konstruiranja in proizvodnje

Znotraj proizvodnje se v zadnjem ˇcasu poudarja ˇcloveˇski dejavnik, saj tako pripomoremo k veˇcji produktivnosti. Vsaka naloga je edinstvena; pri reˇsevanju le teh se mora upoˇstevati opremo, stroje, postavitve posameznega objekta, koliko zaposlenih se potrebuje pri reˇsevanju le te. Tako dobimo edinstvene rezultate, ki zahtevajo svojevrstne pristope in tudi reˇsitve. Konvencionalni projekt ima tri glavne faze avtomatizacije, in sicer so to idejna zasnova, izvedbeni projekt in oblikovanje ter na koncu proizvodnja. [3]

Po raziskavi trga sledi razvoj oz. dizajniranje izdelka. V 21. stoletju je raˇcunalnik nepogreˇsljiv pripomoˇcek vsakega inˇzenirja oz. konstrukterja. ˇZe v zelo zgodnji fazi dizajniranja izdelka se s programom za modeliranje izriˇse 3D model, ki omogoˇca laˇzjo predstavo o bodoˇcem izdelku. Raˇcunalniˇsko modeliranje lahko prinese velike prihranke pri prenosu izdelka na trg, saj je dejanska proizvodnja izdelkov draga, konstruiranje pa pogosto iterativno. Z modeliranjem zmanjˇsamo moˇznost napak pri izdelku, s tem pa tudi ˇstevilo iteracij nulte serije. ˇZe v tem delu moramo razmiˇsljati o postopkih za proizvodnjo izdelka. V kolikor je izdelek preveˇc kompleksen, bo proizvodnja predraga oz. draˇzja od konkurenˇcnih izdelkov, kar lahko odvrne potencialne kupce. Dobro poznavanje proizvodnih postopkov ˇze tekom modeliranja je zelo zaˇzeleno.

Po zakljuˇcku modeliranja izdelka ga moramo pripraviti na proizvodnjo. V primeru da ga bomo izdelovali z odrezovalnimi postopki, je potrebno izdelati CAM programe oz.

G-kodo za obdelovalne stroje. V kolikor je izdelek brizgan, je potrebno izdelati kalupe.

V industriji pri velikoserijskih proizvodnih postopkih lahko tudi majhno zmanjˇsanje trajanja cikla izdelave prinese velike prihranke. Optimizacija proizvodnega postopka je tako eden od glavnih razlogov, da se sploh lotimo pretvorbe obstojeˇcega proizvodnega postopka v digitalno obliko.

Sledi priprava proizvodnega obrata za izdelek. Zahtevane stroje moramo razporediti v prostor na tak naˇcin, da bo najbolj optimalno izkoriˇsˇcen. Delavcem moramo zagotoviti ustrezne delovne pogoje, saj bodo sicer slabˇse in teˇzje opravljali svoje delo. Zahtevana orodja jim morajo biti blizu pri roki, da ne bodo zapravljali ˇcasa in energije z nepo- trebno hojo po tovarni. Iz vsega tega sledi, da lahko doseˇzemo velike ˇcasovne prihranke z ustrezno razporejenostjo strojev in delovnih mest v tovarni. Tudi pri tem nam lahko pomaga modeliranje v virtualnem svetu.

Ta pristop se ˇse nadgrajuje, tako da je pogosto celoten proizvodni postopek preneˇsen v virtualni svet.

Pri izhodu izdelka iz proizvodnega postopka se pogosto oz. pri doloˇcenem odstotku izdelkov izvedejo dimenzijske meritve. Ko podatke vnesemo v raˇcunalniˇski sistem, lahko statistiˇcno ugotovimo, kdaj se je povpreˇcje ali standardni odklon doloˇcene merjene koliˇcine spremenilo tako, da izdelki niso veˇc ustrezni. To nam da signal, da je treba preveriti proizvodni postopek in urediti teˇzave.

Predvsem pri programiranju veˇc-osnih industrijskih robotov in robotskih celic se prikaˇze prednost digitalnega dvojˇcka, saj ta omogoˇca varno programiranje robotov, s ˇcimer se izognemo dragim kolizijam v realnem svetu. [4]

Da bi definirali, kaj sploh pomeni pojem ”digitalna tovarna”, so bili zapisani standardi 5

(32)

in sicer VDI 4499 ter ISO 18828. Po standardu VDI 4499 so kljuˇcni postopki v digitalni tovarni:

-razvoj produkta, njegovo testiranje in optimizacija -razvoj, naˇcrtovanje in izboljˇsanje proizvodnega obrata, -operativno naˇcrtovanje in nadzor proizvodnje.

Digitalna tovarna lahko pomeni tudi to, da se podjetje usmeri v informacijsko strate- gijo upravljanja in naˇcrtovanja proizvodnje, torej da se izdelek dela po nekem vnaprej doloˇcenem postopku. Kot je prikazano na sliki 2.2 moramo najprej raziskati trg oz.

ugotoviti ali se bo izdelek prodajal, kot so zastavljeni cilji. Ko je raziskovanje konˇcano, se v postopek vkljuˇci razvoj in dizajn izdelka. Pripravijo se proizvodni obrati. Proizvo- dnji obrati morajo biti avtonomni z malo naprednega programiranja prav tako ne sme biti napornega ˇcloveˇskega nadzora. Sledi prodaja, na koncu pa ˇse podpora konˇcnem kupcu v primeru teˇzav. [5]

Globalni trg zahteva ˇcim niˇzje cene izdelkov. Avtomatizirana proizvodnja je lahko hitrejˇsa in robustnejˇsa, na dolgi rok pa tudi cenejˇsa. Omogoˇca, da obrat deluje tudi z manjˇsim ˇstevilom delavcev. ˇCe imamo v obratu zaposlenih npr. 100 delavcev in nekdo od njih zboli, mora veˇcino v karanteno in ostanemo brez delovne sile. ˇCe pa zboli delavec iz avtomatizirane proizvodnje, gre zaradi manj pogostih stikov v karanteno manjˇse ˇstevilo delavcev in izpad proizvodnje je veliko manjˇsi.

Slika 2.2: Prikaz postopka razvoja izdelkov v sodobni tovarni. [4]

6

(33)

Teoretiˇcne osnove in pregled literature Razlogi oz. prednosti zaradi katerih je virtualno naˇcrtovanje proizvodnje uˇcinkovitejˇse so:

– vkljuˇcitev CAD modelov in CAE informacij;

– sinhronizacija inˇzenirskih postopkov, oblikovalna ekipa ima nemoten dostop do informacij;

– vse skupine povezane z izdelki lahko sodelujejo, ne glede na njihovo fiziˇcno lokacijo;

– izoblikujejo se modularne komponente, ki se lahko reciklirajo oziroma se lahko celo ponovno uporabijo;

– spremembe preizkusimo v virtualnem svetu in tako laˇzje opazimo napake ter iz- boljˇsave preden sistem zaˇzenemo v resniˇcnem svetu;

– odpravljanje teˇzav na zaˇcetku procesa;

– zaznavanje ozkih grl (angl. ’bottleneck’) in prepreˇcevanje zaustavitve linije;

– testiranje obstojeˇce linije in njena optimizacija;

– s preizkuˇsanjem razliˇcnih scenarijev (’what if’) lahko z majhnimi spremembami doseˇzemo velike spremembe v produktivnosti;

– simuliranje popravila posamezne naprave in privedba do odziva na razliˇcne scenerije;

– vpeljava proizvodnje razliˇcnih izdelkov na liniji (uporablja se pri zaznavanju teˇzav pri uvedbi razliˇcnih tipov izdelkov na obstojeˇci liniji ;

– vidimo lahko ali bo sedanja linija zadostovala pri uvedbi novega izdelka ali potrebujemo nadgradnjo, saj novega izdelka ni moˇzno izdelovati na sedanji liniji);

– boljˇsa predvidljivost (nekateri proizvajalci bi radi imeli proizvodnjo brez zalog oz.

’just in time’ dostavo polizdelkov);

– programska oprema nam zagotovi boljˇso predvidljivost naˇsih operacij, tako dobimo bolj realistiˇcne roke dostave;

– laˇzje komunikacija z vodstvom podjetja;

– s pomoˇcjo simulacije laˇzje prikaˇzemo spremembe, ki bi jih bilo potrebno storiti v proizvodnji (tako prikaˇzemo upraviˇcenost naloˇzbe).

Simulacije ne reˇsujejo naˇsih teˇzav, nam pa pomagajo olajˇsati delo. [6]

Glavna prednost pristopa digitalne tovarne v primerjavi s konvencionalnim je prikazana na sliki 2.3. Vidimo, da je vloˇzen trud v izdelek veˇcji pri digitalnem pristopu, vendar je tudi ˇcas v katerem spravimo izdelek na trg manjˇsi. Kljuˇcno pri tem je, da timi razvoja tehnologije sodelujejo. Pri konvencionalnem pristopu je trud manjˇsi, vendar je tudi ˇcas razvoja veˇcji. To poslediˇcno pomeni, da bo izdelek priˇsel kasneje na trg, zato bo podjetje manj konkurenˇcno. Poleg tega pa se zmanjˇsa ˇstevilo napak pri proizvodnji, oz. so teˇzave odkrite v bolj zgodnjih fazah, ko je odprava teh napak obˇcutno cenejˇsa.

Glavna razlika med tema dvema pristopoma je ta, da pri digitalni proizvodnji ˇze v zaˇcetku razvoja sodelujejo vsi timi tako pri razvoju kot tudi pri planiranju. Skozi celoten proces ne smemo pozabiti na simulacije, ki so se prviˇc pojavile pri digitalni tovarni.

7

(34)

Slika 2.3: Primerjava konvencionalnega in digitalnega ˇcasovnega postopka razvoja izdelka. [4]

Slika 2.4: Koncepta digitalne tovarne. [4]

8

(35)

Teoretiˇcne osnove in pregled literature Izziv digitalne tovarne je tudi upravljanje s produktom na veˇcih lokacijah. V kolikor uporabljamo veˇc razliˇcnih programskih paketov, se sreˇcujemo z razliˇcnimi CAD/CAM/

CAE datotekami, kar predstavlja dodatno teˇzavo. Tovarna potrebuje CAD integracijo, ki povezuje veˇc razliˇcnih CAD sistemov. Potrebno je imeti dobro komunikacijo med ekipami, tudi komunikacija znotraj posameznih ekip mora biti hitra in uˇcinkovita.

Sodelovanje in hiter prenos informacij med razliˇcnimi lokacijami sta kljuˇcnega pomena.

Prikaz kljuˇcnih stvari, ki jih potrebuje digitalna tovarna prikazuje slika 2.4.

2.4 Digitalni dvojˇ cek

Ze leta 1978 sta Kenn in Scott Morton razvrstila naloge od strukturiranih do nestruk-ˇ turiranih. Nadalnje se problemi delijo glede na naˇcin reˇsevanja: s pomoˇcjo inteligence, dizajna in izbire. Probleme so zaˇceli reˇsevati tako, da so uporabljali podatke iz komponent, modelov ter inferenˇcnega vmesnika. [7]

Pri algoritemskem reˇsevanju problemov se definira doloˇceno okno, v katerem priˇcakujemo reˇsitev, nato pa s pomoˇcjo modelov pridemo do reˇsitve. Pri tem pa ima ˇcloveˇski faktor velik pomen, saj moramo presoditi ali je reˇsitev dobra in ali jo lahko uporabimo pri odloˇcanju za naprej.

V zaˇcetku osemdesetih let 20. stoletja se je zaˇcela uporaba tudi v praksi, v primeru kadar so jih lahko zapisali v obliki pravil. Priˇslo je do teˇzav, saj inˇzenirji niso znali pridobiti kakovostnih podatkov za potrebe odloˇcanja.

Prvi, ki je uporabil besedo digitalni dvojˇcek, je bil Michael Reaves, in sicer je leta 2001 predstavil, da ni dovolj, ˇce je proizvodnja samo v fiziˇcni obliki, mora biti tudi v virtualni. Osnovna ideja digitalnega dvojˇcka je kljub spreminjajoˇci terminologiji ostala od leta 2002 dokaj stabilna. Koncept digitalnega dvojˇcka temelji na ideji, da lahko digitalne informacije o fiziˇcnem sistemu tvorijo samostojno celoto, ki predstavljajo repliko digitalnih informacij, ki so bile vgrajene v sam fiziˇcni sistem. Model digitalnega dvojˇcka je dinamiˇcni model, ki se spreminja skozi ˇzivljenjski cikel sistema. Najprej nastane v digitalni obliki, v fazi proizvodnje dobi fiziˇcno obliko, po konˇcani dobi koristnosti pa je odstranjen. Ta tehnologija je podprla povsem nov naˇcin razmiˇsljanja in ustvarjanja novih sistemov, saj je pred tem moral sistem najprej obstajati v fiziˇcnih oblikah, v naˇcrtih in skicah ter dragih prototipih. Tako je bilo v preteklosti izjemno teˇzko zagotoviti ujemanje 2D naˇcrtov in realnosti, saj so problemi, odkriti kasneje, pomenili zaˇcetek cikla na novo. S 3D modeli lahko celoten sistem preizkuˇsamo in tako probleme reˇsimo relativno hitro in poceni. Tako preizkuˇsanje nam tudi omogoˇca, da sisteme bistveno bolje razumemo in laˇzje predvidimo, kako se bodo obnaˇsali v najrazliˇcnejˇsih okoljih.

Naslednji korak ˇzivljenjskega cikla je proizvodnja. Pri tej fazi zaˇcnemo graditi fiziˇcne sisteme s potencialno edinstvenimi specifikacijami, ki morajo biti vgrajene in prikazane skladno z virtualnim svetom. V naslednji fazi (faza podpore/vzdrˇzevanja) ugotavljamo ali so bila naˇsa predvidevanja o obnaˇsanju sistema pravilna. Tukaj je povezava med virtualnim in realnim svetom obojestranska; spremembe iz fiziˇcnega sistema zajamemo v virtualnem sistemu ali pa uporabljamo informacije virtualnega sistema za napove- dovanje zmogljivosti in napak fiziˇcnih sistemov. Zadnja faza (faza odstranjevanja) ne sme ostati prezrta, saj se pogosto zgodi, da ima naslednja generacija sistemov podobne 9

(36)

teˇzave kot predhodna. Tudi ˇce je treba fiziˇcni sistem odstraniti, se lahko virtualne podatke shrani z majhnimi stroˇski.

Med obratovanjem se senzorski podatki z dejanskega stroja lahko shranjujejo. Iz mnoˇzice digitalnih dvojˇckov istega tipa naprave se lahko te senzorske podatke uporabi na tak naˇcin, da omogoˇcajo ugotavljanje, kdaj se bo doloˇcen del naprave pokvaril.

Normalni delovni parametri (npr. pritisk v komori) se spremljajo. Ko zaˇcne prihajati do znatnih odstopanj od normalnih vrednosti, lahko predvidimo teˇzavo, bodisi se bo stroj pokvaril, ali pa je priˇslo do spremembe v obdelovalnem postopku.

Koncept digitalnega dvojˇcka sega v leto 2002, ko so na Univerzi v Michiganu predstavili oblikovanje ’upravljanje ˇzivljenjskega cikla izdelka’ (angl. ’Product Lifecycle Management’ oz. PLM). Predstavili so preprost model, ki je prikazan na sliki 2.5. Ta model je ˇze imel vse elemente digitalnega dvojˇcka: realni in navidezni okolje, povezavo za pretok podatkov realnega okolja v digitalnega, povezavo za pretok podatkov iz digitalnega v realno okolje in navidezne ’podprostore’. Izhodiˇsˇce je tako temeljilo na tem, da je bil vsak sistem sestavljen iz dveh sistemov: fiziˇcnega in digitalnega, ki je vseboval podatke o fiziˇcnem sistemu. Upravljanje ˇzivljenjskega cikla izdelka (PML) tako poudarja, da sta ta dva sistema povezana skozi celotni ˇstiristopenjski ˇzivljenjski cikel izdelka; stopnja ustvarjanja, stopnja proizvodnje, stopnja delovanja (podpora in vzdrˇzevanje) in stopnja odstranjevanja. Ta koncept je bil uporabljen na zaˇcetku leta 2003 in se je imenoval ’Mirrored Spaces Model’. [8]

Definicija digitalnega dvojˇcka: Digitalni dvojˇcek je virtualni model, ki vsebuje informacije, ki popolnoma opisujejo potencialni izdelek ali pa izdelek, ki ˇze ima fiziˇcno obliko. Obstajata dve obliki digitalnega dvojˇcka. Prva oblika je prototip digitalnega dvojˇcka (angl. ’Digital Twin Prototype’). Ta oblika opisuje prototipno fiziˇcno obliko produkta in vsebuje nujno potrebne informacije za proizvodnjo izdelka. Druga oblika se imenuje primer digitalnega dvojˇcka (angl. ’Digital Twin Instance’), ki opisuje doloˇcen fiziˇcni izdelek, s katerim je povezan skozi celotno ˇzivljenjsko dobo fiziˇcnega izdelka.

Digitalni dvojˇcki delujejo v okolju digitalnih dvojˇckov (angl. ’Digital Twin Enviro- nment’). [8] [9]

Slika 2.5: Definicija digitalnega dvojˇcka. [9]

10

(37)

2.5 Virtualno okolje in virtualna resniˇ cnost

V industriji se pogosto pojavlja potreba po razvoju in zagonu novih proizvodnih linij.

Pomembno je, da so izdelki ˇcimprej na trgu, hkrati pa je potrebno zagotoviti optimalni delovni prostor, da je produktivnost ˇcim veˇcja. Postopek razvoja lahko pospeˇsimo tako, da proizvodne linije najprej dizajniramo v virtualnem okolju, za kar pa potrebujemo ustrezno programsko opremo. Primer programa, ki to omogoˇca je Visual Components.

[10]

Inovativnost je temelj uspeˇsnosti in konkurenˇcnosti na danaˇsnjem globalnem trgu.

Konkurenˇcna prednost je lahko doseˇzena z uˇcinkovitim upravljanjem z novo tehnologijo in s sposobnostjo reˇsevanja izzivov, ki so aktualni na podroˇcju inˇzenirskega oblikovanja. Izzivi in priloˇznosti za poveˇcanje uˇcinkovitosti in uspeˇsnosti poslovanja zajemajo vse vidike razvoja izdelka, vkljuˇcno z ergonomijo, proizvodnjo, ˇzivljenjskim ciklom izdelka, vzdrˇzevanjem itd. Najveˇc prostih potencialov za napredek pa je v zgodnjih fazah oblikovanja izdelka. V preteklosti se je zaradi drage izdelave prototipov in posto- pnega testiranja izdelkov pojavila potreba po novi tehnologiji, ki bo zagotavljala hitre in zanesljive informacije z razvojnega podroˇcja. Tehnologija navidezne resniˇcnosti je v zadnjih dveh desetletjih napredovala na dovrˇseno raven, ki je spremenila poglede znanstvenikov in inˇzenirjev na raˇcunalniˇstvo, matematiˇcne vizualizacije, vizualizacije in poslediˇcno tudi na proces odloˇcanja. Vizualna resniˇcnost zagotavlja slikovne, sluˇsne in haptiˇcne obˇcutke, ki dajejo uporabnikom vtis prisotnosti v virtualnem svetu. To je tudi prvovrsten cilj tehnologije navidezne resniˇcnosti; zagotoviti uporabniku ^≫nevidni vmesnik^≪, ki omogoˇca stik z resniˇcnostjo preko navideznega okolja. Zaradi tega je tehnologija navidezne resniˇcnosti idealno orodje za simuliranje nalog, ki zahtevajo pogoste in kompleksne interakcije. [11]

Tehnologija vizualne resniˇcnosti podpira vedno veˇc podroˇcij gospodarstva, kjer so 360- stopinjske slike in video posnetki lahko koristni (na primer na podroˇcju medicine in zabave), a kljub temu je uporaba najbolj razˇsirjena na podroˇcju simulacije proizvodnih procesov, montaˇze, demontaˇze, delovne opreme, izdelkov itd. Glede na fazo ˇzivljenjskega cikla izdelka na katerega se navidezna resniˇcnost nanaˇsa, je tehnologija lahko koristna na podroˇcju oblikovanja, testiranja, predstavitve produkcijskega procesa in navsezadnje tudi na podroˇcju usposabljanja zaposlenih. Usposabljanje zaposlenih s pomoˇcjo navidezne resniˇcnosti ima veliko pomembnih koristi, med drugimi tudi dej- stvo, da zaradi usposabljanja in prouˇcevanja posledic razliˇcnih dejavnosti ni potrebno ustavljati celotne proizvodnje. [12]

Enotna opredelitev navidezne resniˇcnosti je teˇzavna naloga, med drugim tudi zaradi dejstva, da je uporaba tehnologije navidezne resniˇcnosti razˇsirjena na veliko razliˇcnih podroˇcij. Vizualno resniˇcnost lahko opredelimo kot medij, ki je sestavljen iz inte- raktivne raˇcunalniˇske simulacije, ki daje obˇcutek zabrisane meje med virtualnostjo in resniˇcnostjo. Bolj natanˇcna definicija pa opisuje navidezno resniˇcnost kot vrhunski vmesnik, ki zdruˇzuje tehnologije, kot so raˇcunalniˇska grafika, obdelava slik, prepozna- vanje vzorcev, zvok, umetna inteligenca, z namenom simulacije in interakcije, ki daje obˇcutek pristnosti. [13]

S pomoˇcjo CAD modelov pripomoremo k oblikovanju izdelkov v proizvodnji, ˇce k temu dodamo simulacije in tehnologijo navidezne resniˇcnosti lahko s pomoˇcjo progra- 11

(38)

mov ustvarimo virtualno okolje neke tovarne. Problem je, da to vzame veliko ˇcasa in zahteva visoko usposobljen kader. V naslednjem koraku potrebujemo razliˇcne scenarije in animacije, ki nam bodo laˇzje predstavile dejanski tok naˇsega produkta. Faze razvoja digitalnega sistema so prikazane na spodnji sliki 2.6.

Slika 2.6: Prikaz faz razvoja digitalnega modela. [12]

V kolikor imamo hitro naˇcrtovanje proizvodne linije, pridemo do teˇzav, kako pridobiti posamezni sklop proizvodnje v program, pa tudi nezdruˇzljivost razliˇcnih programskih paketov, ki jih dobimo s strani prodajalca. Pomembno je tudi, da ne pride do neustre- znih predpostavk in komunikacijskih ˇsumov v sami ekipi inˇzenirjev.

Za ustvarjanje virtualnega okolja je bil uporabljen program Visual Components.

2.6 Pametne tovarne in industrija 4.0

Eden od glavnih terminov v Industriji 4.0 je ’pametna tovarna’, ki predstavlja tovarno, v kateri je proizvodnja popolnoma digitalizirana. To pomeni, da lahko v sprotnem ˇ

casu sledimo premikanju posameznega polizdelka v proizvodnem postopku. Naprave in industrijski roboti med sabo komunicirajo. Proizvodnja v ˇcim veˇcji meri poteka brez ˇcloveˇskega faktorja. V taki tovarni je vloga ˇcloveka predvsem spremljanje kljuˇcnih parametrov in nadzor postopka ter servisiranje ob morebitnih okvarah naprav.

Pandemija Covid-19 je pokazala, kako pomembno je, da je podjetje ustrezno raˇcunalniˇsko pripravljeno oz. da so stvari digitalizirane. S tem omogoˇcimo delavcem, da so produk- tivni tudi ˇce niso fiziˇcno prisotni v tovarni.

12

(39)

2.7 Programski paket Visual Components

Za simulacijo proizvodnje in modeliranje v virtualnem okolju potrebujemo ustrezno programsko opremo oz. programski paket, ki to omogoˇca. Za uˇcinkovito oz. hitro modeliranje mora program zagotavljati animirano 3D vizualizacijo in simulacijo, bogato knjiˇznico delujoˇcih komponent (transportne naprave, industrijski roboti, obdelovalni stroji), ter izvoz narejene simulacije. Poznamo veˇc programskih paketov, ki to omogoˇcajo, kot npr. Dassault Systems Delmia, FlexSIM, RoboDK in CoppeliaSim.

Odloˇcili smo se za programski paket Visual Components, saj ima dobro podporo uvoza CAD datotek in omogoˇca 3D animirani tok izdelkov v proizvodnji. Vkljuˇcuje knjiˇznico z velikim ˇstevilom pred izdelanih modelov oz. naprav, kot so tekoˇci trakovi in industrijski roboti. Velika prednost programa je moˇznost izvoza izdelane simulacije v formatu PDF, zaradi ˇcesar lahko kasneje simulacijo pogledamo kjerkoli, brez dodatnih programskih orodij. Dukalski et al. so primerjali veˇc programskih paketov. Ugotovili so, da Visual Components premore najboljˇse lastnosti. [3]

S programom Visual Components lahko v poljubno velikem delovnem prostoru (virtualni tovarni) namestimo najrazliˇcnejˇse komponente, kot so npr. transportni trakovi, industrijski roboti, obdelovalni centri, toˇcke za odlaganje materiala in podobno.

Te komponente je potrebno med sabo povezati oz. ustvariti simulacijo postopka, pri ˇcemer sprogramiramo doloˇcene relacije, npr. da robotska roka prime del in ga poloˇzi v obdelovalni center. [14]

Program omogoˇca veˇc naˇcinov izdelave simulacije, prilagojene za uporabnike z razliˇcnimi potrebami in izkuˇsnjami. Nekateri naˇcini (npr. okolje Works) so grafiˇcne narave, ˇce pa ˇzelimo, lahko stvari programiramo v obliki Python skript. Odloˇcitev o naˇcinu dela je odvisna tudi od kompleksnosti simulacije.

Uporabniku so v veliko pomoˇc predpripravljene simulacije, prosto dostopne na spletni strani proizvajalca Visual Components.

2.7.1 Visual Components - obnaˇ sanja

Kljuˇcni del stroja v okolju Visual Components so njegova obnaˇsanja (angl. ’Behavi- ors’). V sploˇsnem so to vse lastnosti stroja, s katerim lahko enoliˇcno popiˇsemo njegovo obnaˇsanje. To so npr. vhodni in izhodni signali, zalogovniki za izdelke, krmilniki gibanja, moduli za spremljanje statistike itd.

2.7.2 Visual Components - signali

Pri modeliranju nam je v veliko pomoˇc, ˇce vidimo, kako so posamezni stroji povezani med sabo. V ta namen okolje Visual Components omogoˇca uporabo ’Signalov’. Kot primer vzemimo robotsko roko, ki poloˇzi izdelek v stiskalnico. Izhodni signal robota predstavlja vhodni signal v program stiskalnice. Ko se signal sproˇzi, se cikel stiskalnice priˇcne.

13

(40)

2.7.3 Visual Components - vmesnik

Za uporabnika je pomembno, da se da preprosto simulacijo hitro izdelati, brez programiranja. Okolje Visual Components ponuja moˇznost uporabe ’Interface-ov’, preko katerih lahko posamezne (prednarejene) stroje poveˇzemo brez programiranja.

2.7.4 Povezava z realnim krmilnikom

Programski paket Visual Components omogoˇca tudi povezavo z realnimi programabil- nimi logiˇcnimi krmilniki oz PLK-ji, npr. Beckhoff TwinCAT-om. V kolikor to ˇzelimo, moramo pognati streˇznik Beckhoff, nato pa vzpostavimo povezavo med simulacijo v Visual Components in streˇznikom. Po tem dostopamo do spremenljivk v virtualnem PLK-ju, prav tako pa lahko virtualni PLK dostopa do spremenljivk v simulaciji.

2.8 Digitalizacija realnih sistemov

Prvi korak digitalizacije je ustvarjanje 3D modela stroja v poljubnem okolju za modeliranje (CAD). Ta model uvozimo v izbran programski paket za virtualizacijo. Definirati moramo dele stroja, ki se bodo premikali znotraj simulacije, ter omejitve gibanja (naj- daljˇsi moˇzni gib v izbranih smereh).

Primer izboljˇsanja proizvodnje s pomoˇcjo uporabe avtomatizacije pri proizvodnji so prikazali na univerzi M¨alardalen. S projektom so zaˇceli tako, da so opazovali obstojeˇce stanje robotske celice. Na zaˇcetku je celica imela tekoˇci trak, oznaˇcevalni stroj, stroj za testiranje in industrijskega robota. Sestav, ki se sestavlja v stroju za testiranje je sestavljen iz dveh kosov, ki jih robot s tekoˇcega traku postavi v stroj, tu se sestavita, stroj ju testira, nato pa robot prestavi sestav in ga da v QR oznaˇcevalnik. Ko so kosi oznaˇceni jih robot poloˇzi v odlagalni prostor. Celotna robotska celica je prikazana na sliki 2.7. Odlagalni prostor delimo na prostor za ustrezne kose in za izmet. Po testiranjih so ugotovili, da imajo teˇzave na treh delih:

- robotska strega kosa,

- ˇcas strege kosa v stroj za testiranje, - neustrezni kosi oz. velik deleˇz izmeta.

S pomoˇcjo simulacij, ki so jih naredili v programu Visual Components, so ugotovili, da se je bolj primerna uporaba dveh robotov namesto enega. Prvi robot je bil zadolˇzen za postavljanje kosov v stroj za testiranje in iz njega. Drugi robot je imel dve nalogi: prva naloga je razvrˇsˇcati kose iz ˇskatel in jih podajati na tekoˇci trak, druga naloga je bila, da je konˇcne izdelke podajal nazaj v ˇskatle. Prikaz na sliki 2.8. S pomoˇcjo simulacije so zmanjˇsali zahtevan ˇcas prisotnosti operaterja za nadzor robotske celice. [2]

14

(41)

Slika 2.7: Zaˇcetno stanje robotske celice. [2]

Slika 2.8: Modificirano stanje robotske celice. [2]

15

(42)

16

(43)

3 Metodologija raziskave

3.1 Opis obravnavanega sistema

Pri izdelovanju novega izdelka moramo najprej izdelati konceptualno shemo, ki vkljuˇcuje stroje, uporabljene v proizvodnji, ter shemo vsakega posameznega elementa.

Proizvodni postopek, ki ga bomo obravnavali, je preoblikovanje z uporabo hidravliˇcne stiskalnice. ˇZelimo se pribliˇzati realnemu sistemu, ki se nahaja v laboratoriju LASIM.

Ker ˇzelimo, da je naˇs postopek avtomatiziran, potrebujemo razliˇcne komponente, te pa so:

– generator polizdelkov, ki polizdelke (surovce) poloˇzi na tekoˇci trak;

– tekoˇci trak, ki skrbi za strego izdelkov do industrijskega robota;

– industrijski robot, ki streˇze izdelke v hidravliˇcno stiskalnico ter jih po preoblikovanju streˇze na drug tekoˇci trak;

– drug tekoˇci trak, ki izdelke streˇze do posode s konˇcnimi izdelki.

Za simulacijo postopka bomo uporabili program Visual Components. Znotraj programa so ˇze vkljuˇcene knjiˇznice, v katerih lahko najdemo vse naprave, ki jih potrebujemo za izvedbo postopka, razen hidravliˇcne stiskalnice, ki jo bomo znotraj programa uvozili in sprogramirali sami. Shema celotnega sistema je prikazana na sliki 3.1.

17

(44)

Metodologija raziskave

Slika 3.1: Shema komponent v proizvodnem postopku.

3.2 Hidravliˇ cna stiskalnica

V industriji je pogost proizvodni postopek preoblikovanje. Vhod v postopek predstavlja tanka ploˇcevina, ki jo s pomoˇcjo hidravliˇcnih stiskalnic in ustreznega orodja preobli- kujemo. Primeri izdelkov, ki jih s takim postopkom izdelujemo, so npr. umivalniki ter avtomobilski deli. Postopek se pogosto uporablja v avtomobilski in vojaˇski industriji.

Hidravliˇcne stiskalnice za delovanje potrebujejo olje pod visokim tlakom, pogosti so tlaki do 250 bar.

18

(45)

Metodologija raziskave Osnovne komponente hidravliˇcnega sistema so:

- rezervoar olja, - hidravliˇcna ˇcrpalka, - hidravliˇcni valj, - krmilni ventil, - varnostni ventil.

Vsak hidravliˇcni sistem je sestavljen iz komponent, prikazanih na sliki 3.2. Hidravliˇcno olje je shranjeno v rezervoarju, kjer ga ˇcrpa ˇcrpalka. Olje gre preko krmilnega ventila v hidravliˇcni cilinder. Glavna naloga hidravliˇcnega valja je, da hidravliˇcno energijo pretvori v mehansko. Vsak hidravliˇcni sistem potrebuje varnostni ventil, ki ob morebitni preobremenitvi razbremeni sistem in olje poˇslje nazaj v rezervoar. V naˇsem primeru hi- dravliˇcne stiskalnice moramo najprej shematsko izrisati komponente, ki nam omogoˇcajo delovanje hidravliˇcnega sistema. Znaˇcilnosti hidravliˇcnega sistema so: visoki tlaki in visoke temperature.

Shema sistema hidravliˇcne stiskalnice je prikazana na sliki 3.2.

Slika 3.2: Osnovna shema hidravliˇcne naprave.

19

(46)

V naˇsem primeru moramo poznati delovanje stiskalnice ter vplivne parametre, ki jih lahko spreminjamo. Odloˇcili smo se, da bomo zaznavali pomik pehala in tlak na obeh koncih hidravliˇcnega cilindra. S pomoˇcjo podatkov o gibu pehala in o tlakih v cilindru moramo prikazati animacijo izdelave razliˇcnih tipov izdelkov.

Model hidravliˇcne stiskalnice je izdelan v modelirniku SolidWorks. Glavni deli hidravliˇcne stiskalnice so:

- pehalo,

- hidravliˇcni cilinder, - hidravliˇcni servo ventil, - merilniki tlaka in pomika,

- orodje za preoblikovanje ploˇcevine.

Realna hidravliˇcna stiskalnica iz laboratorija LASIM je prikazana na sliki 3.3.

Slika 3.3: Realna hidravliˇcna stiskalnica.

20

(47)

Metodologija raziskave Prikaz 3D modela skupaj z glavnimi sestavnimi deli vidimo na sliki 3.4.

Slika 3.4: Prikaz 3D modela hidravliˇcne stiskalnice v 3D okolju.

21

(48)

3.3 Digitalizacija poljubnega stroja in uvoz v Vi- sual Components

Ce ˇˇ zelimo v okolje Visual Components vnesti poljuben stroj, je potrebno izvesti sledeˇce zaporedje korakov, ki je prikazano na sliki 3.5:

- Izdelava 3D modela stroja v poljubnem modelirniku;

- shranjevanje v standardnem formatu, ki ga Visual Components podpira (npr. v formatu STEP);

- uvoz shranjenega modela v Visual Components;

- grafiˇcno ali programsko programiranje obnaˇsanja stroja.

Visual Components je do uporabnika prijazen program, zato lahko uvozimo veˇcino datotek oz. formatov iz najrazliˇcnejˇsih 3D modelirnikov kot so:

- Siemens NX - Solidworks - Rhino - Catia -...

Slika 3.5: Faze, ki so potrebne, da 3D model pretvorimo v programsko okolje Visual Components.

Ostale podprte formate si lahko ogledamo na spletni strani proizvajalca. Ko zakljuˇcimo z delom lahko tudi izvozimo celotni sestav v obliki STEP, x-t formatu in v nekaj drugih oblikah. [15]

22

(49)

Metodologija raziskave Na sliki 3.6 je prikazano osnovno okno programa Visual Components. Program ima 6 glavnih zavihkov in sicer datoteka (”File”), osnovno (”Home”), proces (“Process”), modeliranje (“Modeling”), programiranje (”Program”) in risanje (”Drawing”). Pred- stavljajo osnovo za izvajanje procesov v delovnem okolju. Pomemben del programa je tudi “eCatalog”, ki vsebuje veliko modelov industrijskih robotov, strojev in drugih komponent, ki jih potrebujemo v proizvodnji. Vizija razvijalcev programa je, da za svojo proizvodnjo izberemo robota, ki nam najbolj ustreza, ter ga uporabimo pri izdelavi celic. To pomeni, da ne rabimo izdelovati raˇcunalniˇskega CAD modela, ampak je to ˇze narejeno. Tako prihranimo veliko ˇcasa. Sivi del na sliki je delovni prostor, ki ga uporabimo za naˇse postopke. Na desni strani slike pa imamo prostor za lastnosti. Ta nam prikaˇze, kakˇsne dele ima komponenta, uvoˇzena v delovni prostor. [16]

Slika 3.6: Osnovnega okna programa Visual Components.

3.3.1 Uvoz hidravliˇ cne stiskalnice

Stroj uvozimo v Visual Components tako, da odpremo zavihek ”Modeling”in izberemo moˇznost ”import Geometry”. Odpre se nam pogovorno okno, kot ga vidimo na sliki 3.7. Izberemo 3D model stroja. Med moˇznostmi vidimo ˇse npr. kakovost povrˇsine, ki doloˇca s koliko trikotniki bo program popisal naˇso izbrano povrˇsino. V kolikor imamo veliko zaobljenih delov, priporoˇcamo, da nastavitve ne spreminjamo.

23

(50)

V primeru nastavitve visoke kakovosti povrˇsin se lahko zgodi, da program deluje zelo poˇcasi ali pa se sesuje. Omeniti velja tudi postopek postavljanja izdelka v prostor, kar je prikazano na sliki 3.7. Ko smo zadovoljni s parametri, izberemo ”Import”.

Slika 3.7: Delovni prostor programskega orodja Visual Components.

Prikaˇze se stroj, vendar ga program prepozna kot en kos. Ker ˇzelimo, da prikaˇze vse ostale sestavne dele, na spodnjem levem delu zaslona z desnim klikom na ”Geome- try 0”izberemo ”Explode”, kar je prikazano na sliki 3.8a. Program avtomatsko prepozna geometrijo sestavnih delov in jih razporedi v drevesno strukturo, kar je prikazano na sliki 3.8b.

(a) (b)

Slika 3.8: Sprememba dimenzij stroja: a) izdelek doloˇcen kot en kos, b) z

”Explode”prikaˇzemo vse sestavne dele.

24

(51)

3.3.2 Specificiranje gibajoˇ cih se delov stiskalnice

Po uvozu stroja je potrebno specificirati, kateri deli stroja se sploh premikajo. Ustrezne premikajoˇce dele moramo oznaˇciti, nato pa ustvariti ”spoj”oz. ”Link”. V primeru, da je premikajoˇcih delov veˇc, jih je smiselno ustrezno poimenovati, npr. pri 3-osnem CNC rezkarju bi posamezne osi poimenovali X, Y in Z. V naˇsem primeru ima stiskalnica le eno prostostno stopnjo, zato ta spoj poimenujemo ”pehalo”. Prikazan je na spodnji sliki 3.9, obarvan modro.

Slika 3.9: Prikaz izbranih gibajoˇcih se delov, ki omogoˇcajo preoblikovanje izdelkov.

25

(52)

Za premikajoˇce pehalo moramo specificirati krmilnik gibanja, in sicer je to ”Servo controller”, ki ga najdemo pod zavihkom ”behaviours”. V pogovornem oknu nastavimo starˇsevski objekt (”RootNode”), v naˇsem primeru je to sestav4, in pa ”Flange node”, torej del, ki se giba, v naˇsem primeru ”Pehalo”. Lastnosti servo krmilnika so prikazane na sliki 3.10.

Slika 3.10: Prikaz servo krmilnika in njegovih lastnosti.

3.3.3 Specificiranje zalogovnikov za izdelke v hidravliˇ cni sti- skalnici

V kolikor ˇzelimo, da se na stroju izvaja doloˇcena operacija nad izdelki, je v program stroja treba dodati zalogovnik (angl. ”Container”), ki se znotraj Visual Components doda kot lastnost stroja (angl. ”Property”), ki ga imenujemo ”ProcessContainer”.

Dodamo, ga na zavihku ”modeling”, pod orodno vrstico ”behaviors”najdemo ”material flow”, izberemo ”container”ter ga preimenujemo v svoje ime. S tem specificiramo, da se lahko v stroj naloˇzi izdelek ali surovec. V pogovornem oknu nastavimo najveˇcje moˇzno ˇstevilo delov, ki so hkrati lahko v kontejnerju, v naˇsem primeru je to 1. Prikaz lastnosti kontejnerja za izdelek vidimo na sliki 3.11.

Slika 3.11: Pribliˇzevanje robota polizdelku, pripravljenem za pobiranje.

26

(53)

3.3.4 Doloˇ citev vhodnih signalov hidravliˇ cne stiskalnice

Tekom delovanja bo naˇs stroj prejel doloˇcene signale oz. ukaze. Signale lahko definiramo na veˇc naˇcinov v nadaljnjem delu smo uporabljali dva od teh. Prvi je, da signal definiramo s pomoˇcjo ”behaviors”zavihka, kjer imamo na voljo veˇc vrst signalov, uporabljali smo ”transSignal”, saj nam le ta omogoˇca proˇzenje cikla. En od teh ukazov je signal za priˇcetek obdelovalnega cikla, ki ga stroj prejme od robotske roke, po tem, ko je izdelek oz. del poloˇzen v stiskalnico. Na sliki 3.12 vidimo, da je povezan s Python skripto, to nam omogoˇca, da mu reˇcemo kdaj je signal vklopljen oziroma izklopljen.

Slika 3.12: Dodajanje signala v lastnost posameznega robota.

Na spodnji sliki 3.13 vidimo kako so signali prikazani na bolj pregleden naˇcin. Razvidno je tudi, da signal, ki ga ustvarimo s pomoˇcjo ”behaviour”, lahko vidimo tudi v sploˇsnem prikazu signalov. Signale enostavno poveˇzemo. Ko robot poloˇzi izdelek, v hidravliˇcni stiskalnici sproˇzimo izhodni signal 0, ta signal potuje do hidravliˇcne stiskalnice, kjer se pretvori v ”TransSignal”, ko je trans signal resniˇcen, pa se cikel zaˇcne izvajati. Ko pa je cikel konˇcan, se sproˇzi naslednji signal ”spreˇsano”, vhodni signal na robotu sporoˇci, da mora pobrati izdelek.

Slika 3.13: Prikaz signalov neposredno v delovnem okolju.

27

(54)

3.3.5 Generator polizdelkov

Program nam daje veˇc razliˇcnih moˇznosti za izdelavo polizdelkov oz. surovcev, te moˇznosti oz. komponente najdemo v e-katalogu. Najbolj uporabna generatorja polizdelkov sta osnovni generator izdelkov (angl. ”shapef eeder”) in napredni generator (angl. ”advanced feeder”). Osnovni generator izdeluje samo eno vrsto polizdelkov (surovcev), medtem ko lahko napredni generator izdeluje veˇc tipov polizdelkov zapored. Generator polizdelka nastavimo tako, da nam simulira zalogo polizdelkov. Prikaz osnovnega generatorja je viden na sliki 3.14.

Slika 3.14: Prikaz osnovnega generatorja izdelkov.

V primeru, ko ˇzelimo izdelovati veˇc tipov polizdelkov zapored, izberemo v e-katalogu napredni generator, ki je prikazan na levi strani slike 3.15. Na desni strani slike vidimo lastnosti le-tega. V kolikor ˇzelimo izdelovati veˇc kot tri razliˇcne tipe polizdelkov, izberemo moˇznost za dodajo nove komponente (angl. ”Add template component”), prikazano na sliki 3.15 desno.

Slika 3.15: Prikaz naprednega zalogovnika.

28

(55)

Metodologija raziskave Napredni generator ima ˇse eno pomembno lastnost in sicer je to naˇcin ustvarjanja polizdelkov. Izbiramo lahko naˇcinoma verjetnostne porazdelitve in pa naˇcinom ˇsarˇz (angl.

”batch”). V naˇcinu ˇsarˇz bo zalogovnik ustvaril toˇcno doloˇceno ˇstevilo doloˇcenega tipa polizdelkov, in tako postal neke vrste zalogovnik polizdelkov. Pri naˇcinu verjetnostne porazdelitve pa doloˇcamo verjetnost za posamezen tip polizdelka, da se bo pojavil pri izdelovanju.

Med lastnostmi naprednega generatorja izdelkov (prikazan na sliki 3.15) najdemo ˇse seznam ˇsarz (angl. ”batch book”) prikazano na sliki 3.17. Odpremo ga z gumbom

”Open in editor”ter v prikazanem oknu definiramo koliko polizdelkov bomo izdelovali, tip posameznega polizdelka, barvo polizdelka, itd.

Slika 3.16: Datoteka z nastavitvami moˇznosti ˇsarˇz naprednega generatorja izdelkov.

Na sliki 3.16 je prikazana CSV datoteka, lahko pa izberemo tudi zunanjo tekstovno datoteko (.txt) in program tako krmilimo iz zunanjega vira.

29

(56)

3.3.6 Industrijski robot

Za namen strege izdelkov od transportnega traku do hidravliˇcne stiskalnice in potem do naslednjega transportnega traku bomo uporabili industrijskega robota, ki ga uvozimo iz e-kataloga. Robot je prikazan na sliki 3.17. Ima 6 osi in se lahko primerja z veˇcino industrijskih robotov v tovarnah.

Slika 3.17: Prikaz robota v 3D prostoru.

Robotu bomo dodali ˇse vakuumsko prijemalo, ki smo ga pred tem zmodelirali v modelirniku Siemens NX. Uvozimo vakuumsko prijemalo s katerim bomo pobirali izdelke.

Prikazano je na sliki 3.18.

Slika 3.18: Vakuumsko prijemalo za polizdelke.

30

(57)

Metodologija raziskave Sedaj moramo prijemalo ˇse pritrditi na robota, kar storimo tako, da kopiramo geometrijo izdelka in ga prilepimo na zadnji sklep robota (angl. ”mountplate”). Nastaviti moramo izhodiˇsˇce vakuumskega prijemala na mesto, kjer ˇzelimo prijemati izdelke, kar je vidno na sliki 3.19.

Slika 3.19: Sestav robota in vakuumskega prijemala.

Oznaˇciti moramo koordinatni sistem mesta na vakuumskem prijemalu, s katerim bomo izdelek zagrabili. V ta namen izberemo robotsko roko in gremo v zavihek ”Mode- ling”. Med lastnostmi robota izberemo ”Controller”, kjer najdemo koordinatne sisteme razliˇcnih orodij. Izberemo prvo orodje oz. ”TOOL1”in koordinatni sistem pre- stavimo na pozicijo, kjer bomo pobirali izdelke. Ko bomo znotraj okolja Visual Com- ponents dali signal za prijem, bo program pod tem koordinatnim sistemom skuˇsal najti polizdelek (oz. izdelek), katerega naj prime. Doloˇciti moramo funkcijo posameznega signala, kar je prikazano na sliki 3.20. Izberemo izhodni signal 1 ter kaj se zgodi, ˇce je signal aktiven oziroma neaktiven. V naˇsem primeru nastavimo, da v kolikor je signal 1 aktiven, prijemalo prime izdelek, v kolikor pa je neaktiven, prijemalo spusti izdelek, kar pa velja le ob uporabi koordinatnega sistema ”TOOL1”. V pojavnem okencu na sliki 3.20 je pomembna tudi nastavitev volumna zaznavanja (angl. ”Detection volume size”), ta pa pove, v kako velikem obmoˇcju v okolici koordinatnega sistema vakuumskega prijemala bo program poskusil zaznati izdelek.

31

(58)

Slika 3.20: Prikaz lastnosti robota ter signalov, ki omogoˇcajo prijemanje polizdelkov.

Preidemo na zavihek ”Program”. Znotraj tega zavihka lahko programiramo aktivnosti robota, to so zaporedja gibov ter sprememb signalov, s katerimi lahko opravila robota logiˇcno razdelimo na posamezne module, npr. prijemanja izdelka, premikanje izdelka od mesta A do B, premikanje izdelka od mesta B do C, itd.

Znotraj tega zavihka s pomoˇcjo plus znaka ustvarimo novo rutino robota. Te aktivnosti bomo pozneje klicali znotraj Python skripte. V kolikor pa skripte ne bi ˇzeleli upora- bljati, lahko zaporedje rutin, ki naj se izvedejo, zapiˇsemo znotraj glavne aktivnosti (”Main”). Na sliki 3.21, vidimo prikazane naˇse aktivnosti, ki jih bomo potrebovali za prenos polizdelkov v hidravliˇcno stiskalnico.

32

(59)

Slika 3.21: Prikaz podprogramov oz. aktivnosti robota znotraj posameznega cikla.

V naslednjem koraku moramo izbrati toˇcke v prostoru, po katerih se bo naˇs robot premikal. Najbolj enostavno to naredimo tako, da izberemo ukaz za premik (angl.

”Jog”) in po prostoru vleˇcemo robotsko roko. Na sliki 3.22 vidimo, kako program predlaga sredino izdelka, nato pa izberemo ukaz za linearni gib (angl. ”Linear motion statement”), kar pomeni da bo robot do te toˇcke uporabljal linearno gibanje konˇcnega efektorja.

Slika 3.22: Robotska strega polizdelkov iz transportne linije.

33

(60)

3.4 Prikaz izdelave virtualne robotske celice s pomoˇ cjo Work knjiˇ znice

Prvi korak pri izdelavi simulacije je generiranje polizdelkov oz. surovcev. V zavihku

”Home”v spodnjem levem kotu odpremo ”eCatakog”in gremo pod zavihek ”Visual Components”. Izberemo generatorje izdelkov (angl. ”feeders”), kot je prikazano na sliki 3.23. Izbiramo lahko med razliˇcnimi generatorji izdelkov (palete, signali, vzorci). Vsi ti elementi so dinamiˇcni, generirajo se med vsako simulacijo. ˇCe simulacijo prekinemo, ti elementi izginejo. Komponento, kakrˇsno potrebujemo, kliknemo in povleˇcemo na delovno povrˇsino.

Slika 3.23: Prikaz delovnega prostora programa Visual Components.

Ce ˇˇ zelimo polizdelke premikati, uvozimo tekoˇci trak (angl. ”Conveyor”). V programu imamo lahko veˇc tipov tekoˇcih trakov, npr. senzorski trak, fiziˇcno pregrado, itd. Iz- beremo tekoˇci trak, ki nam ustreza, v tem primeru klasiˇcni tekoˇci trak, na koncu pa nastavimo ˇse toˇcko, kjer se izdelek ustavi. Temu poloˇzaju reˇcemo sprejemnik za robota. Na drugi strani naredimo podobno, le da tam izdelek pride na tekoˇci trak, kar se imenuje sprejemnik za odlaganje z robota. Na sliki 3.24 vidimo konˇcni prikaz opisanega postopka. Puˇsˇcice poleg tekoˇcih trakov program prikazuje zato, da se laˇzje orientiramo, kje so delovne toˇcke.

34

(61)

Slika 3.24: Postavitev tekoˇcega traku ter oddajne in sprejemne toˇcko v delovni prostor.

V kolikor imamo v simulaciji industrijskega robota, ga lahko upravljamo na dva naˇcin, in sicer ga lahko programiramo s pomoˇcjo zavihka ”Process”ali pa z zavihkom ”Pro- gram”. V tem delu smo se odloˇcili za uporabniku prijaznejˇsi pristop, to je izbira zavihka ”Process”. V ”eCatalog-u”izberemo mapo ”Visual Components”imamo veˇc pod map, zanimajo nas mape, ki imajo v predponi ”Process”. Odpremo mapo ”Pro- cess Transport Controllers”in izberemo robotski krmilnik, tako poenostavimo vmesnik (”interface”) med uporabnikom in programom. Na sliki 3.25 vidimo, da lahko izbiramo med veˇc vrstami krmiljenja in sicer lahko krmilimo ˇcloveka, viliˇcarja in robota.

Krmilnik postavimo tam, kjer ˇzelimo, da teˇce naˇs tok izdelkov.

Slika 3.25: Pravilna postavitev krmilnika robota, primerna za strego polizdelkov.

35

(62)

Na krmilnik namestimo uvoˇzenega industrijskega robota, kar je prikazano na sliki 3.26.

Robot potrebuje ˇse konˇcno prijemalo (angl. ”end-effector”), da lahko izdelek zagrabi.

Prijemalo lahko najdemo v ”eCatalog-u”v mapi ”Robot tools”. V naˇsem primeru smo uporabili tritoˇckovno prijemalo. Izbiramo lahko tudi med drugimi prijemali oziroma delovnimi sredstvi, s pomoˇcjo katerih robot izvede svojo operacijo (npr. lakirna piˇstola, varilnik, rezalnik, merilnik, . . . ).

Slika 3.26: Postavitev robota, na levi strani vidimo ˇse ostale moˇzne tipe robotov.

V programu Visual Components izberemo ˇse stroj, ki bo opravljal naˇso obdelovalno operacijo. Poljuben stroj najlaˇzje najdemo tako, da ga poiˇsˇcemo v iskalniku. Iskati moramo po kljuˇcni besedi in sicer v angleˇskem jeziku. Na sliki 3.27 je prikazan primer iskanja po ”eCatalog-u” za vse struˇznice, s katerimi razpolaga program. Kliknemo na ˇ

zeleni stroj in ga povleˇcemo na ustrezno mesto. V ”eCatalog-u” so stroji klasificirani na dva glavna naˇcina, in sicer glede na tip samega stroja (struˇznica, industrijski robot, tekoˇci trak, generator izdelkov), kar je uporabno ko ˇzelimo uvoziti nek generiˇcen stroj, vseeno pa nam je, kdo ga proizvaja in kakˇsne so njegove natanˇcne dimenzije. Alterna- tivno pa so stroji razdeljeni tudi glede na proizvajalca, kar je uporabno za naˇcrtovalce industrijskih proizvodnih procesov v tovarnah. V naˇsem primeru smo veˇcino strojev uvozili iz ”eCatalog-a”, sami pa smo izdelali in sprogramirali model hidravliˇcne stiskalnice, ki bo preoblikovala polizdelke.

36

(63)

Slika 3.27: Prikaz iskanja ˇzeljene naprave s pomoˇcjo e-kataloga.

Slika 3.28 prikazuje delovni prostor in naprave oz. stroje, ki so potrebne za izvedbo obdelovalnega postopka. Iz slike lahko razberemo osnovno postavitev. Izdelek se generira v generatorju izdelkov na desni strani, od tam pa potuje do konca tekoˇcega traku. V tej toˇcki ga sprejme oz. pobere robot, ki ga prime in prenese v hidravliˇcno stiskalnico.

Izvede se delovni cikel preoblikovanja izdelka, po izvedbi cikla pa se polizdelek znotraj programa zamenja s konˇcnim izdelkom. Po konˇcani obdelavi robot prime izdelek in ga poloˇzi na drugi tekoˇci trak. Da bi to dosegli, je potrebno sprogramirati tok izdelkov znotraj okolja Works.

37

(64)

Slika 3.28: Osnovna postavitev za prikaz delovanja robota.

To naredimo tako, da gremo pod zavihek ”Procesi”. Izberemo tipko ”Flow”. Prikaˇzejo se vozliˇsˇca, katera med seboj poveˇzemo. Ob povezanih vozliˇsˇcih moramo ˇse dodatno izbrati ”implementor”, saj drugaˇce program interpolira pot izdelkov po premici. Zgodi se nam lahko, da izdelki potujejo po zraku, vidno iz slike 3.29. V kolikor pa izberemo robotski krmilnik, bo izdelke prenesel robot.

(a) (b)

Slika 3.29: Premikanje izdelkov : a) Produkt se premika z robotsko roko, b) interpolacija premika izdela program.

38

(65)

3.4.1 Spreminjanje oblike polizdelka v obdelovalnem procesu

Ob nastavitvi poti polizdelka, se geometrija ˇse ne spremeni. Polizdelek je enak na vhodu v obdelovalni stroj in na izhodu iz njega. Sprememba geometrije se izvede tako, da v ”eCatalog-u”izberemo ”Basic shapes”ali pa z uvozom naˇse geometrije v delovni prostor. Izberemo zavihek ”Process”in odpremo ikono ”Products”. Ta pokaˇze koliko izdelkov imamo v naˇsem programu. Izberemo znak ”+”in dodamo nov tip izdelka, zatem pa ga preimenujemo. V danem primeru se izdelek imenuje ”konusna cev”. Kliknemo na ”konusno cev”, da dodamo le tej geometrijo. Izberemo oranˇzni kvader na desni strani, prikazano na sliki 3.30. To omogoˇca povezavo na izdelek na obdelovalni ploskvi. V kolikor ˇzelimo uvoziti neko poljubno 3D obliko pa izberemo

”componentUrl”in kliknemo na povezavo do naˇsega 3D step izdelka.

Slika 3.30: Prikaz uvoza izdelka.

Izberemo izbirno okno ”Processes”, prikaˇzejo se nam vozliˇsˇca. Izberemo primerno vozliˇsˇce, kar je prikazano na sliki 3.31a. Odpre se okno ”ProcessExecutor”, kjer dodamo nov stavek ”Process statement”. Po konˇcanem postopku v obdelovalnem stroju dodamo stavek ”ChangeType”, kar nam omogoˇca zamenjavo izdelka v stroju. Po konˇcanem ciklu obdelovanja dobimo rezultat, prikazan na sliki 3.31b.

(a) (b)

Slika 3.31: Sprememba oblike v obdelovalnem stroju: a) Process executor prikazuje najpomembnejˇse parametre stroja, b) Prikaz spremembe izdelka.

39

(66)

3.4.2 Premik dveh izdelkov z industrijskim robotom

Zeleli bi, da se izdelek poloˇˇ zi v ˇskatlo po konˇcani operaciji. Zato dodamo ˇskatlo iz

”eCatalog-a”na delovno povrˇsino, nato pa dodamo nov izvor procesa (neke vrste ”feeder”), ki se nahaja v pod geslom ”Source process”. Doloˇciti moramo, da ima robot dva opravili. Prvo je, da postavi prazno ˇskatlo na ustrezno mesto, drugo pa je po- laganje izdelka v ˇskatlo. Ker smo dodali generator oz. ”feeder”, se ustvari nov tok izdelkov oz.”Product flow”, katerega izbriˇsemo in dodamo novega, kar je prikazano na sliki 3.32. Ob dodatku novega tipa proizvoda se nam ustvari nov tok, ki ga poimenujemo ”ˇskatla”in izberemo njegovo geometrijo po enakem postopku, kakor smo prej izbrali ”konusno cev”.

Slika 3.32: Kontrolno okno vozliˇsˇca in dodajanje trdilnih stavkov.

V naslednjem koraku moramo generatorju izdelkov povedati, kaj bo ustvarjal. Na sliki 3.33 vidimo dozirnik oz. ”feeder”, kateri bo ustvarjal ˇskatle. Na osnovnem zavihku kliknemo nanj in pod lastnostmi komponente vidimo ”Part”. Izberemo ”ˇskatlo”in zdaj dovajalnik ustvarja ˇskatle.

Slika 3.33: Doloˇcitev novega tipa izdelka.

40

(67)

Metodologija raziskave Ustvarimo tok ˇskatle, kot smo ˇze razloˇzili. Robota moramo programirati tako, da bo v ˇskatlo dal naˇs izdelek. Odpremo ”Processexecutor”(za tisto vozliˇsˇce kjer bomo postavili ˇskatlo in izdelek), kot vidimo na sliki 3.34. Osnovna nastavitev je ˇze podana.

Slika 3.34: Kontrolno okno vozliˇsˇca in dodajanje trdilnih stavkov.

Pobriˇsemo osnovne nastavitve in zaˇcnemo dodajati kriterije. Najprej moramo poloˇziti ˇskatlo na naˇso toˇcko sprejema. Kriteriji sprejema prikazani na sliki 3.35

Slika 3.35: Prikaz vozliˇsˇca po dodanih trdilnih stavkih.

Za ”Product”izberemo ”ˇskatla”, odkljukamo ”AcceptAllProduct”ter pod ”Accepted- Product”izberemo ˇskatlo. V naslednjem koraku moramo paziti, da pritrdimo konus na ˇskatlo, saj drugaˇce potuje samo en izdelek, lahko pa potujeta loˇceno. Zato pod lastnosti kriterija ”Statements”izberemo pritrditev ”Attach”. Izberemo kateri izdelek se bo prilegal kateremu. Pri izhodu iz tekoˇcega traku ”TransportOut”izberemo tisti izdelek, ki je zunanji (izdelek, kateri nosi drugi izdelek). Vse skupaj je prikazano na sliki 3.36.

41

(68)

Slika 3.36: Prikaz dodajanja stavkov in pritrjevanje izdelka v ˇskatlo.

Na sliki 3.37 vidimo, kako po tekoˇcem traku potujeta tako ˇskatla kot izdelek v njej.

Slika 3.37: Prikaz strege ˇskatle in konˇcnega izdelka.

42