MODELOWANIE I SYMULACJA ZROBOTYZOWANEGO … · (9 w kolorze niebieskim, 9 żółtym i 18 czerwonym)...
4
Technologia i Automatyzacja Montażu 4/2015 17 MODELOWANIE I SYMULACJA ZROBOTYZOWANEGO STANOWISKA MONTAŻU MODUŁOWEJ LINII PRODUKCYJNEJ Jan ŻUREK, Katarzyna PETA, Marcin WIŚNIEWSKI, Arkadiusz PIETROWIAK Streszczenie W pracy przedstawiono model oraz symulację zrobotyzowanego stanowiska montażu wchodzącego w skład elastycznej li- nii produkcyjnej. W tym celu zastosowano oprogramowanie do komputerowego wspomagania programowania robotów prze- mysłowych oraz przedstawiono zalety i wady jego stosowania. Uzasadniono celowość robotyzacji stanowisk montażowych w wykonywaniu określonych zadań. Omówiono przyjęty wariant organizacyjny stanowiska oraz możliwości osiągania zadanej wydajności. W końcowej części pracy zaprezentowano wnioski z symulacji oraz kierunki dalszych badań. Słowa kluczowe montaż, robotyzacja, modelowanie, symulacja 1. Wprowadzenie Zwiększanie wymagań jakościowych, w tym różno- rodności i złożoności wyrobów oraz dążenie do minima- lizacji czasu i kosztów wytwarzania, uzasadnia wprowa- dzanie przez przedsiębiorstwa montażowe modułowych, elastycznych linii produkcyjnych. Pojedyncza jednostka produkcyjna (moduł) charakteryzuje się pełną autono- micznością, realizuje część procesu i może być dowol- nie konfigurowana w zależności od zadań produkcyjnych [1, 2]. W konsekwencji prowadzi to do zwiększenia ela- styczności linii produkcyjnej, a dodatkową jej poprawę uzyskuje się poprzez wdrażanie systemów zautomaty- zowanych i zrobotyzowanych [3]. Korzyścią wynikającą z zastosowania robotów i manipulatorów przemysłowych jest możliwość montażu wyrobów złożonych, przy częstej zmianie ich kształtów i wymiarów, kompensując w ten sposób ograniczenia psychofizyczne pracowników [4, 5]. Standardowe programowanie robotów przemysło- wych bezpośrednio przy stanowisku roboczym wią- że się z długotrwałymi przestojami w pracy maszyn i urządzeń. Uwzględniając konieczność wprowadzania częstych zmian produkcyjnych, celowe wydaje się sto- sowanie oprogramowania do komputerowego wspoma- gania programowania robotów przemysłowych poza rze- czywistą linią produkcyjną [6]. Modelowanie i symulacja modułowych linii produkcyjnych, w tym zrobotyzowanych stanowisk montażu, umożliwia optymalizację ich pracy, skrócenie czasu wprowadzania projektu oraz ocenę ja- kościową i ilościową bieżącej, jak i przyszłej produkcji [7]. 2. Modelowanie i symulacja stanowiska montażu Modelowanie i symulację wydzielonego organizacyj- nie zrobotyzowanego stanowiska montażu wykonano za pomocą oprogramowania RobotStudio firmy ABB oraz SolidWorks 3D CAD firmy Dassault Systèmes Soli- dWorks Corp. [8, 9]. Celem projektu było przygotowanie stanowiska dydaktycznego w Laboratorium Modelowania Elastycznych Linii Produkcyjnych Zakładu Projektowania Technologii Politechniki Poznańskiej. Zautomatyzowana linia produkcyjna składa się z pa- letowych modułów transportowych firmy Bosch Rexroth z możliwością elastycznego ich konfigurowania, central- nego systemu sterowania z komponentami firmy Sie- mens, systemu RFID typu ID 200 firmy Bosch Rexroth przeznaczonego do identyfikacji wyrobów i palet, dwóch robotów przemysłowych IRB 140 firmy ABB, systemu wizyjnego IVC-2D firmy SICK oraz centrum obróbczego FMS (tokarka i frezarka CNC, robot Movemaster prze- mieszczający się po torze jezdnym). Z wyżej wymienio- nej linii produkcyjnej wyodrębniono moduł stanowiska montażu (rys. 1), które poddano rozbudowie i symulacji, stosując techniki komputerowe CAx. Obecnie składa się on z modułu paletowego systemu transportowego TS2 plus firmy Bosch Rexroth, systemu wizyjnego firmy SICK oraz robota przemysłowego IRB 140 firmy ABB umieszczonego na stacjonarnym stole [10]. Rys. 1. Zrobotyzowane stanowisko montażu modułowej linii pro- dukcyjnej Fig. 1. The robotized assembly station in modular production line
Transcript of MODELOWANIE I SYMULACJA ZROBOTYZOWANEGO … · (9 w kolorze niebieskim, 9 żółtym i 18 czerwonym)...
Technologia i Automatyzacja Montażu 4/2015
17
MODELOWANIE I SYMULACJA ZROBOTYZOWANEGO STANOWISKA MONTAŻU MODUŁOWEJ LINII PRODUKCYJNEJ
Jan ŻUREK, Katarzyna PETA, Marcin WIŚNIEWSKI, Arkadiusz PIETROWIAK
S t r e s z c z e n i eW pracy przedstawiono model oraz symulację zrobotyzowanego stanowiska montażu wchodzącego w skład elastycznej li-nii produkcyjnej. W tym celu zastosowano oprogramowanie do komputerowego wspomagania programowania robotów prze-mysłowych oraz przedstawiono zalety i wady jego stosowania. Uzasadniono celowość robotyzacji stanowisk montażowych w wykonywaniu określonych zadań. Omówiono przyjęty wariant organizacyjny stanowiska oraz możliwości osiągania zadanej wydajności. W końcowej części pracy zaprezentowano wnioski z symulacji oraz kierunki dalszych badań.
S ł o w a k l u c z o w emontaż, robotyzacja, modelowanie, symulacja
1. Wprowadzenie
Zwiększanie wymagań jakościowych, w tym różno-rodności i złożoności wyrobów oraz dążenie do minima-lizacji czasu i kosztów wytwarzania, uzasadnia wprowa-dzanie przez przedsiębiorstwa montażowe modułowych, elastycznych linii produkcyjnych. Pojedyncza jednostka produkcyjna (moduł) charakteryzuje się pełną autono-micznością, realizuje część procesu i może być dowol-nie konfigurowana w zależności od zadań produkcyjnych [1, 2]. W konsekwencji prowadzi to do zwiększenia ela-styczności linii produkcyjnej, a dodatkową jej poprawę uzyskuje się poprzez wdrażanie systemów zautomaty-zowanych i zrobotyzowanych [3]. Korzyścią wynikającą z zastosowania robotów i manipulatorów przemysłowych jest możliwość montażu wyrobów złożonych, przy częstej zmianie ich kształtów i wymiarów, kompensując w ten sposób ograniczenia psychofizyczne pracowników [4, 5].
Standardowe programowanie robotów przemysło-wych bezpośrednio przy stanowisku roboczym wią-że się z długotrwałymi przestojami w pracy maszyn i urządzeń. Uwzględniając konieczność wprowadzania częstych zmian produkcyjnych, celowe wydaje się sto-sowanie oprogramowania do komputerowego wspoma-gania programowania robotów przemysłowych poza rze-czywistą linią produkcyjną [6]. Modelowanie i symulacja modułowych linii produkcyjnych, w tym zrobotyzowanych stanowisk montażu, umożliwia optymalizację ich pracy, skrócenie czasu wprowadzania projektu oraz ocenę ja-kościową i ilościową bieżącej, jak i przyszłej produkcji [7].
2. Modelowanie i symulacja stanowiska montażu
Modelowanie i symulację wydzielonego organizacyj-nie zrobotyzowanego stanowiska montażu wykonano za pomocą oprogramowania RobotStudio firmy ABB oraz SolidWorks 3D CAD firmy Dassault Systèmes Soli-dWorks Corp. [8, 9]. Celem projektu było przygotowanie
stanowiska dydaktycznego w Laboratorium Modelowania Elastycznych Linii Produkcyjnych Zakładu Projektowania Technologii Politechniki Poznańskiej.
Zautomatyzowana linia produkcyjna składa się z pa-letowych modułów transportowych firmy Bosch Rexroth z możliwością elastycznego ich konfigurowania, central-nego systemu sterowania z komponentami firmy Sie-mens, systemu RFID typu ID 200 firmy Bosch Rexroth przeznaczonego do identyfikacji wyrobów i palet, dwóch robotów przemysłowych IRB 140 firmy ABB, systemu wizyjnego IVC-2D firmy SICK oraz centrum obróbczego FMS (tokarka i frezarka CNC, robot Movemaster prze-mieszczający się po torze jezdnym). Z wyżej wymienio-nej linii produkcyjnej wyodrębniono moduł stanowiska montażu (rys. 1), które poddano rozbudowie i symulacji, stosując techniki komputerowe CAx. Obecnie składa się on z modułu paletowego systemu transportowego TS2 plus firmy Bosch Rexroth, systemu wizyjnego firmy SICK oraz robota przemysłowego IRB 140 firmy ABB umieszczonego na stacjonarnym stole [10].
Rys. 1. Zrobotyzowane stanowisko montażu modułowej linii pro-dukcyjnej Fig. 1. The robotized assembly station in modular production line
TiAM_4_2015+okladka.indd 17 2015-12-01 09:44:09
4/2015 Technologia i Automatyzacja Montażu
18
Do celów dydaktycznych zaprojektowano wyrób elek-troniczny (rys. 2), którego montaż przewidziano na roz-patrywanym stanowisku. Składa się on z 36 elementów (9 w kolorze niebieskim, 9 żółtym i 18 czerwonym) łą-czonych z płytą montażową. Jego konstrukcja została tak dobrana, aby podczas zajęć laboratoryjnych porów-nać montaż ręczny z montażem zrobotyzowanym, pod względem dokładności i powtarzalności wykonywanych ruchów, natomiast zróżnicowanie kolorów ma umożliwiać ocenę wystąpienia ewentualnych błędów produkcyjnych, a tym samym wadliwych wyrobów.
Rys. 2. Widok wyrobu Fig. 2. The product view
Robot IRB 140 firmy ABB wyposażony jest w chwytak pneumatyczny SCHUNK JGP 80-1, którego siła zamy-kania przy długości końcówki chwytnej 50 mm wynosi 370 N. Powtarzalność pozycjonowania ruchów liniowych lub ruchów obrotowych wynosi 0,01 mm [11]. Do mon-tażu opisanego wyrobu zaproponowano chwytak pneu-matyczny (SCHUNK JGP 80-1), ze zmodyfikowanymi sztywnymi końcówkami chwytnymi (rys. 3).
Do budowy wirtualnego stanowiska montażu użyto elementów utworzonych z brył importowanych z modeli CAD, wykonanych w programie SolidWorks oraz goto-wego modelu robota IRB 140 z dostępnej biblioteki pro-gramu RobotStudio [12]. Stanowisko uzupełniono o trzy magazyny elementów (1 – elementy czerwone, 2 – żółte, 3 – niebieskie) łączonych podczas montażu z dedykowa-ną płytą, dostarczaną w wyznaczone miejsce za pomocą przenośnika transportowego.
Rys. 3. Zmodernizowany chwytak SCHUNK JGP 80-1Fig. 3. The modernized gripper SCHUNK JGP 80-1
Na rys. 4 przedstawiono wirtualny model stanowiska przed i po montażu z uwzględnieniem ścieżek ruchów chwytaka, wykonany w programie RobotStudio, a na rys. 5 algorytm zadań przewidzianych do wykonania pod-czas symulacji pracy tego stanowiska, tj. dojazd palety na stanowisko, montaż elementów pobieranych z maga-zynów 1, 2 i 3 z płytą montażową, kontrolę jakości, od-jazd palety ze stanowiska, uzupełnianie magazynu.
Po utworzeniu wirtualnego modelu stanowiska mon-tażu wyrobu elektronicznego oraz przeanalizowaniu przestrzennego rozmieszczenia poszczególnych jego elementów przeprowadzono symulację realizowanego procesu, z uwzględnieniem możliwości wystąpienia ko-lizji. Po stwierdzeniu poprawności wykonywanych zadań wygenerowano program sterujący robotem IRB 140, któ-ry następnie wprowadzono do sterownika robota, bez-pośrednio na modułowej linii produkcyjnej. Pozwoliło to usprawnić prace związane z przygotowaniem stanowiska dydaktycznego w Laboratorium Modelowania Elastycz-nych Linii Produkcyjnych.
3. Wnioski
Ustalono, że stosowanie oprogramowania do kom-puterowego wspomagania programowania robotów przemysłowych pozwala w pełni odzwierciedlić elemen-
a) b)
Rys. 4. Widok wirtualnego modelu stanowiska wykonanego w programie RobotStudio: a) przed montażem, b) po montażuFig. 4. The virtual model of station constructed in RobotStudio: a) before assembly, b) after assembly
TiAM_4_2015+okladka.indd 18 2015-12-01 09:44:09
Technologia i Automatyzacja Montażu 4/2015
19
ty stanowiska produkcyjnego oraz symulować zadania przewidziane do wykonania. Modelowanie symulacyjne rozpatrywanego w artykule stanowiska montażu umoż-liwi skrócenie czasu jego rzeczywistego tworzenia i te-stowania, a tym samym pozwoli na zmniejszenie ryzyka popełnienia błędów.
W dalszych badaniach planuje się ustalenie kolejności montażu z wykorzystaniem grafu ograniczeń kolejnościo-wych.
LITERATURA
[1] Ciszak O. 2009. „Modelowanie i symulacja proce-su technologicznego montażu z uwzględnieniem MTFB”. Archiwum Technologii Maszyn i Automaty-zacji 29 (2).
[2] Świder J., J. Gorczyński. 2002. „Metodyka rozwią-zywania zadania sterowania modułowym systemem produkcyjnym”. Achievements in mechanical and materials engineering.
[3] Ciszak O. 2009. „Modelowanie i symulacja proce-su technologicznego montażu deski rozdzielczej do nadwozia samochodu osobowo-dostawczego”. Technologia i Automatyzacja Montażu (3).
[4] Miszke W., J. Pomirski. 2009. „Zrobotyzowane sta-nowisko do paletyzacji”. Zeszyty Naukowe Akademii Morskiej w Gdyni (62).
[5] Hajduk M., P. Jencik, S. Kosar. 2001. „Sposoby zwiększania elastyczności paletyzatorów”. Techno-logia i Automatyzacja Montażu (1).
[6] Krecich S., M. Spyrka. 2011. „Modelowanie i symu-lacja zrobotyzowanego gniazda produkcyjnego z wy-korzystaniem aplikacji ABB Robot Studio”. Pomiary,
Automatyka, Robotyka” (2).[7] Ciszak O. 2008. „Modelowanie i symulacja gniazda
montażowego wrzeciona głównego centrum tokar-skiego CTX-210”. Technologia i Automatyzacja Mon-tażu (2).
[8] Dokumentacja programu RobotStudio firmy ABB.[9] Dokumentacja programu SolidWorks firmy Dassault
Systèmes SolidWorks Corp. [10] Wiśniewski M., A. Pietrowiak, O. Ciszak, K. Peta.
2015. „Budowa i zastosowanie modułowej linii pro-dukcyjnej”. Technologia i Automatyzacja Montażu (2) : 9–13.
[11] Katalog firmy SCHUNK GmbH & Co. KG.[12] Czemierowski D., K. Kukiełka. 2010. „Program
wspomagający obsługę zrobotyzowanych stanowisk paletyzacji”. Pomiary, Automatyka, Robotyka (11).
_______________________Prof. dr hab. inż. Jan Żurek – Politechnika Poznańska, Instytut Technologii Mechanicznej, Zakład Projektowania Technologii, ul. Piotrowo 3, 60-965 Poznań, tel. 61 665 27 30, e-mail: [email protected] inż. Katarzyna Peta – Politechnika Poznańska, In-stytut Technologii Mechanicznej, Zakład Projektowania Technologii, ul. Piotrowo 3, 60-965 Poznań, tel. 61 665 22 61, e-mail: [email protected] inż. Marcin Wiśniewski – Politechnika Poznańska, Instytut Technologii Mechanicznej, Zakład Projektowania Technologii, ul. Piotrowo 3, 60-965 Poznań, tel. 61 665 22 61, e-mail: [email protected] inż. Arkadiusz Pietrowiak – Politechnika Poznańska, Instytut Technologii Mechanicznej, Zakład Projektowania Technologii, ul. Piotrowo 3, 60-965 Poznań, tel. 61 665 22 51, e-mail: [email protected]
Rys. 5. Algorytm zadań wykonywanych na wirtualnym stanowisku montażuFig. 5. The algorithm of tasks performed on a virtual assembly station
TiAM_4_2015+okladka.indd 19 2015-12-01 09:44:09
4/2015 Technologia i Automatyzacja Montażu
20
MODELING AND SIMULATION OF A ROBOTIZED ASSEMBLY STATION IN MODULAR PRODUCTION LINE
A b s t r a c tThe paper contains a model and simulation of robotized assembly station, component of a flexible production line. For this purpose are used computer aided software for industrial robots programming and presented advantages and disadvantages of its use. There is justified the advisability of robotic assembly station in the performance of specific tasks. The accepted organi-zational station variant and their ability to achieve the set performance are discussed. The final part of the paper presents the conclusions from simulation and directions for further research.
K e y w o r d sassembly, robotization, modeling, simulation
TiAM_4_2015+okladka.indd 20 2015-12-01 09:44:09
