UTEMELJITEV POVEČANJA UPORABE SIMULACIJSKE...

UNIVERZA V LJUBLJANI Fakulteta za elektrotehniko

Karl Jerman

UTEMELJITEV POVEČANJA UPORABE SIMULACIJSKE PROGRAMSKE OPREME V ROBOTSKIH APLIKACIJAH V

SLOVENIJI

MAGISTRSKO DELO UNIVERZITETNEGA ŠTUDIJA

Mentor: doc. dr. Boštjan Murovec

Ljubljana, oktober 2013

I

Zahvala

Zahvaljujem se mami Vlasti, ki mi je omogočila dodiplomski študij, profesorjem in asistentom na

katedri za merjenje in robotiko na Fakulteti za elektrotehniko na Univerzi v Ljubljani, ki so mi odkrili

čudovit svet robotike, sodelavcem v podjetju ABB d.o.o., ki z menoj delijo svoje znanje in izkušnje iz

že izvedenih robotskih aplikacij v industriji ter družini, ki mi je omogočila podiplomski študij. Posebna

zahvala gre mentorju doc.dr. Boštjanu Murovcu za usmeritve in nasvete pri izdelavi magistrskega

dela.

II

Vsebina

Zahvala ..................................................................................................................................................... I

Vsebina .................................................................................................................................................... II

Povzetek .................................................................................................................................................. 1

Abstract ................................................................................................................................................... 2

1. Uvod ................................................................................................................................................ 3

2. Metodologija ................................................................................................................................... 5

2.1 Lokacija.................................................................................................................................... 5

2.2 Industrijski segment ................................................................................................................ 8

2.3 Tip robotov ............................................................................................................................ 10

3. Simulacijska programska oprema ................................................................................................. 12

3.1 FANUC - Roboguide ............................................................................................................... 12

3.2 Motoman - MotoSim ............................................................................................................ 13

3.3 KUKA - KUKA Sim ................................................................................................................... 14

3.4 ABB - RobotStudio ................................................................................................................. 15

4. Faze projekta ................................................................................................................................. 22

4.1 Faza ponudbe ........................................................................................................................ 22

4.2 Faza izvedbe .......................................................................................................................... 23

4.3 Faza šolanja ........................................................................................................................... 25

4.4 Faza proizvodnje ................................................................................................................... 26

5. Način analize stroška programiranja v posameznih fazah ............................................................ 27

6. Strošek programiranja strege stroja za tlačno litje ....................................................................... 28

6.1 Faza izvedbe .......................................................................................................................... 28


7. Strošek programiranja strege stroja in odstranjevanja srha ........................................................ 36

7.1 Faza izvedbe .......................................................................................................................... 36


8. Strošek programiranja odstranjevanja srha in brušenja ............................................................... 44

8.1 Faza izvedbe .......................................................................................................................... 44


9. Strošek programiranja strege CNC stroja za obdelavo ................................................................. 51

III

9.1 Faza izvedbe .......................................................................................................................... 51


10. Strošek programiranja obločnega varjenja delov sedežev ....................................................... 57

10.1 Faza izvedbe .......................................................................................................................... 57


11. Strošek varjenja osnov bivalnih zabojnikov .............................................................................. 67

11.1 Faza izvedbe .......................................................................................................................... 67


12. Strošek varjenja navojnih palic za avtomobilske sedeže .......................................................... 75

12.1 Faza izvedbe .......................................................................................................................... 75


13. Sklep .......................................................................................................................................... 84

Literatura .............................................................................................................................................. 86

Izjava ..................................................................................................................................................... 87

1

Povzetek

Povod za analizo, predstavljeno v nadaljevanju, je mnenje, da obseg uporabe simulacijske

programske opreme za načrtovanje in programiranje robotskih aplikacij v Sloveniji ni zadovoljiv.

Namen naloge je definicija in analiza izračuna stroška programiranja najbolj pogostih robotskih

aplikacij. Končni cilj je ugotovitev, ali in kje je smiselno uporabiti simulacijsko programsko opremo pri

robotskih aplikacijah, ki se najpogosteje pojavljajo na Slovenskem trgu ter ali lahko tak način

programiranja pripomore k večji konkurenčnosti slovenskih dobaviteljev in kupcev robotskih

aplikacij.

Analiza mora odražati stanje slovenskega trga, zato moramo definirati določene omejitve (lokacija,

industrijski segment, tip robota). Na podlagi podatkov International Federation of Robotics

ugotavljamo, da se večina robotskih aplikacij v Sloveniji nahaja v avtomobilski industriji, kjer se

največ izvajata strega strojem ter obločno varjenje. V skladu z navedenim so v analizi predstavljene

različne robotske celice, v katerih šest-osni roboti izvajajo strego strojev ter obločno varjenje manjših

in večjih varjencev.

Sledi pregled simulacijske programske opreme, ki je na voljo na trgu. Tu vidimo, da je na voljo

splošna simulacijska programska oprema, ki lahko simulira več različnih znamk robotov, vsi

uveljavljeni proizvajalci robotske opreme pa ponujajo svojo simulacijsko programsko opremo, ki je

največkrat vezana na posameznega proizvajalca robotov. Nekateri proizvajalci nudijo tudi posebno,

dodatno programsko opremo, namenjeno prav analizi izbranih aplikacij strege in obločega varjenja,

ki programiranje poenostavi, pohitri in poceni.

V nadaljevanju se analiza osredotoči na zgradbo robotskih projektov. Izmed štirih glavnih faz v

projektu definiramo dve, za kateri je smiselno izvajati analizo prednosti uporabe simulacijske

programske opreme pri programiranju robotov. To sta faza izvedbe in faza proizvodnje. Vsako od

njiju analiziramo na podlagi dejanskih projektov, izvedenih na omenjenih segmentih v Sloveniji, in

ugotavljamo mejo, ki je v našem primeru številu izdelkov ali števil varov, kjer se investicija v

simulacijsko programsko opremo ter šolanje za njeno uporabo izplača. Analiza v fazi izvedbe se

nanaša na dobavitelja robotske opreme, v fazi proizvodnje pa na končnega kupca.

V zaključku naloge so ovrednoteni rezultati analize ter konkretni predlogi za povečanje uporabe

simulacijske programske opreme v obravnavanih tipih robotskih aplikacij.

Ključne besede: strega strojem, obločno varjenje, analiza stroška, ročno programiranje, off-line

programiranje, simulacija.

2

Abstract

3

1. Uvod

Kot vodja prodaje v podjetju ABB d.o.o. sem odgovoren za prodajo ABB-jevih industrijskih robotov

slovenskim dobaviteljem in kupcem robotskih aplikacij na področju Slovenije, Hrvaške, Bosne in

Hercegovine ter Makedonije. Poleg prodaje samih robotov in robotskih aplikacij, je moja naloga tudi

osveščati kupce o prednostih, ki jih nudi programska simulacijska oprema ter posledično povečati

uporabo in prodajo le te.

Industrijske robote [1] danes programiramo ročno prek pripadajočih učnih naprav ali nesprotno

(ang. off-line) z namensko simulacijsko programsko opremo. Čeprav dobavitelji robotske opreme

nudijo ustrezno in primerno zmogljivo simulacijsko programsko opremo, uporaba le-te v aplikacijah z

industrijskimi roboti ni razširjena.

V nasprotju s prodanimi industrijskimi roboti, katerih količine lahko spremljamo v vsakoletnem

poročilu neprofitne mednarodne organizacije International Robotics Federation [2], se količina

prodane simulacijske programske opreme ne evidentira, zato se za oceno njene razširjenosti lahko v

našem primeru opremo le na dostopne podatke podjetja ABB d.o.o. [3]. Podjetje ABB poleg prodaje

novih robotov in aplikacij ter poprodajne podpore svojim kupcem zagotavlja tudi simulacijsko

programsko opremo za načrtovanje in programiranje robotskih aplikacij, ki se imenuje RobotStudio

[4].

V Sloveniji so bile leta 2011 podjetjem prodane 4 licence programske opreme RobotStudio, 5 licenc

pa je bilo dano šolam [5]. V letu 2012 so podjetja kupila 6 licenc, enako število je bilo dano tudi

šolam. Šolske licence podjetje ABB nudi brezplačno, licence za podjetja pa so plačljive. V povezavi s

tem je potrebno navesti dejstvo, da se v podjetjih, kjer vložijo finančna sredstva v off-line

programiranje, le to tudi izvaja, v šolah pa je uporaba te programske opreme po pogovorih z študenti

nekje od 50 % do 60 %. Kot primer dobre prakse naj navedemo, da je programska oprema za off-line

programiranje del študijskega programa robotike na Univerzi v Ljubljani na Fakulteti za

elektrotehniko že več kot 10 let. Če primerjamo število kupcev in uporabnikov simulacijske

programske opreme podjetja ABB, vidimo, da se manj kot 10 % kupcev robotov odloči tudi za nakup

simulacijske programske opreme [5]. Največ kupcev le te je integratorjev robotske opreme, ki vsako

leto načrtujejo in proizvedejo več različnih robotskih aplikacij.

Ročno programiranje robotskih aplikacij zahteva večje število delovnih ur v projektih, kar jih podraži,

posledično pa je konkurenčnost slovenskih proizvajalcev proizvodne opreme in proizvodov na

evropskem trgu manjša. V letu 2012 je podjetje ABB izvedlo tudi prvi brezplačni seminar za

programsko opremo RobotStudio. Seminarja se je udeležilo 45 oseb iz več kot 25 podjetji. Iz

navedenega ugotovimo, da interes za tak način programiranja robotskih aplikacij obstaja, vendar

mnoga podjetja še nimajo jasne predstave o prednostih, ki jih uporaba simulacijske programske

opreme prinaša.

Navkljub nenehnemu povečevanju prodaje industrijskih robotov tako na lokalnem slovenskem kot

na globalnem trgu opažam, da je rast prodaje simulacijske programske opreme manjša. Ker

proizvajalci robotske opreme pospešeno vlagajo v njen razvoj, sem se odločil preveriti ali bi

povečanje uporabe simulacijske programske opreme, ki je trenutno na voljo, omogočilo slovenskim

dobaviteljem in kupcem večjo konkurenčnost.

4

V ta namen je v analizi najprej narejena primerjava slovenskega robotskega trga z svetovnim. Nato je

izveden pregled različnih tipov robotskih aplikacij na slovenskem trgu ter definicija najbolj pogostih,

na katere se v nadaljevanju analiza tudi osredotoči.

Sledi pregled simulacijske programske opreme različnih proizvajalcev robotske opreme, ki

prevladujejo na slovenskem trgu, predvsem za področje aplikacij, ki smo jih izbrali za analizo.

Za primerjavo stroškov programiranja z uporabo simulacijske programske opreme in brez nje, so

uporabljene dejansko izvedene aplikacije. Na njih tudi temeljijo podani načini izračunov stroškov, ki

se razlikujejo glede na posamezen tip aplikacije.

Ker vseh veličin na projektu, ki vplivajo na strošek programiranja ni mogoče točno definirati, je v

njihov vpliv ovrednoten pri nekaterih posameznih izračunih ter sklepu analize.

5

2. Metodologija

Ker želimo da analiza odraža razmere na slovenskem trgu, se moramo pri izboru robotov in robotskih

aplikacij osredotočiti na področja, relevantna za slovenski trg industrijskih robotov, zato bomo v

nadaljevanju pojasnili izbiro lokacije, industrijskega segmenta ter tipa robotov.

2.1 Lokacija Na začetku se je potrebno odločiti glede lokacije, saj je nemogoče med seboj primerjati države z

različno stopnjo robotizacije. Iz poročila IFR je razvidno, da je Slovenija po številu robotov na

zaposlenega nad svetovnim povprečjem ter da je robotizacija tesno povezana z avtomobilsko

industrijo in njenimi poddobavitelji, količina le te pa se od države do države zelo razlikuje, kar je

razvidno iz tabel 1 in 2 ter grafov 1 in 2. Ker nas zanima vpliv uporabe simulacijske programske

opreme na konkurenčnost slovenskih dobaviteljev in kupcev robotskih aplikacij, se za našo analizo

omejimo le na podatke, podane za Slovenijo. Povprečna gostota v svetu je 55 robotov na 10.000

zaposlenih, v Sloveniji pa 64.

Država Število robotov



Koreja 347 Španija 131 Nizozemska 91

Japonska 339 Finska 130 Švica 67

Nemčija 261 Tajvan 129 Slovenija 64

Italija 159 Francija 122 Avstralija 63

Švedska 157 Belgija 117 Velika Britanija 60

Danska 145 Avstrija 104

ZDA 135 Kanada 98

Tabela 1.: Povprečno število robotov na 10.000 zaposlenih po državah.

Graf 1.: Število industrijskih robotov (vseh tipov) na 10.000 zaposlenih v letu 2011.

0

50

100

150

200

250

300

350

400

Šte

vilo

ro

bo

tov

na

10

.00

0 z

apo

slen

ih

6

Japonska

Italija

Nemčija

ZDA Španija Koreja Slovenija Velika Britanija

Avtomobilska industrija

1584

1215

1176

1104

909

895

641

622

Ostala industrija

221 114 137 72 61 260 34 27

Tabela 2.: Število industrijskih robotov (vseh tipov) na 10.000 zaposlenih v avtomobilski in vseh

drugih industrijah v letu 2011.

Graf 2.: Število industrijskih robotov (vseh tipov) na 10.000 zaposlenih v avtomobilski in vseh drugih

industrijah v letu 2011.

Tabela 3 in graf 3 kažeta, da se prodaja robotov povečuje in da že presega količine pred gospodarsko

krizo 2008-2009. V letu 2011 je bilo v Sloveniji prodanih že 187 robotov.

Leto Število dobavljenih robotov Leto Število dobavljenih robotov

1999 25 2006 115

2000 65 2007 164

2001 135 2008 158

2002 25 2009 66

2003 31 2010 149

2004 15 2011 187

2005 69

Tabela 3.: Ocenjena letna dobava industrijskih robotov v Slovenijo.

0

50

100

150

200

250

300

350

400

Šte

vilo

ro

bo

tov

na

10

.00

0 z

apo

slen

ih

7

Graf 3.: Ocenjena letna dobava industrijskih robotov v Slovenijo.

Slovenija je zelo povezana z avtomobilsko industrijo, saj so številna podjetja dobavitelji sestavnih ali

rezervnih delov za vse večje svetovne proizvajalce avtomobilov. Ker se je v zadnjih letih avtomobilska

industrija razvijala, posledično vidimo tudi konstanten porast števila delujočih robotov v Sloveniji, ki

ga prikazujeta tabela 4 in graf 4. V Sloveniji je bilo leta 2011 približno 1.500 robotov, od tega jih je

bilo v redni uporabi skoraj 1.200, ostali so izrabljeni, ali pa se jih uporablja le za rezervne dele.

Leto Število delujočih robotov Leto Število delujočih robotov

1999 308 2006 560

2000 363 2007 709

2001 488 2008 852

2002 493 2009 903

2003 494 2010 1032

2004 391 2011 1194

2005 460

Tabela 4.: Ocenjeno število delujočih robotov v Sloveniji konec leta 2011.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

Šte

vilo

letn

o d

ob

avlj

enih

ro

bo

tov

8

Graf 4.: Ocenjeno število delujočih robotov v Sloveniji konec leta 2011.

2.2 Industrijski segment Za definicijo industrijskih segmentov si poglejmo, kje je bilo v Sloveniji v 2011 prodanih največ

industrijskih robotov.

Statistiko že nekaj let izvaja revija IRT3000 [6], ki pa se opira na podatke, podane s strani lokalnih

slovenskih dobaviteljev robotov, kot so ABB, Yaskawa [7], Adept [8], Staubli [9], Fanuc [10], Kuka

[11], vendar ne zajema podatkov o robotih, ki so bili v Slovenijo prodani iz drugih držav. Zato je

najbolj primerno, da za statistiko uporabimo poročilo International Robotics Federation (IFR) za leto

2011, ki podatke o številu prodanih robotov po svetu in v katerih aplikacijah so bili le ti prodani, dobi

neposredno od tovarn, ki proizvajajo industrijske robote. IFR svoje zapise deli na servis in na prodajo

novih robotov. Kasneje se zapisi delijo po državah, tipih robotov itd.

Za naše potrebe se bomo osredotočili na poročilo World Robotics report 2012 [2], ki definira stanje

na koncu leta 2011. Največji delež v Sloveniji je pripadal aplikacijam za strego strojem oziroma

manipulacijo (62%) in varjenju (17%), kot je razvidno iz tabele 5 in grafa 5.

2009 2010 2011

Strega strojem 37 64 116

Varjenje 6 22 32

Ostalo 15 36 1

Nedefinirano 9 27 1

Tabela 5.: Ocenjeno število dobavljenih industrijskih robotov v Slovenijo med leti 2009 in 2011 po

aplikacijah.

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011Oce

nje

no

šte

vilo

del

ujo

čih

ro

bo

tov

po

leti

h

9

Graf 5.: Ocenjeno število dobavljenih industrijskih robotov v Slovenijo med leti 2009 in 2011 po

aplikacijah.

V tabeli 6 vidimo podrobno razdelitev prodanih robotov po posameznih industrijskih segmentih.

IFR Razred

Področje aplikacije 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2011/2010

000 Nedefinirano 12 42 4 9 27 1 -96%

100 Strega strojem/manipulacija 73 80 98 37 64 116 81%

111 Strega litja kovine 1 3 9 1 2 100%

112 Strega brizganja plastike 41 37 51 18 24 39 63%

113 Strega stiskalnic, zvijanja in kovanja

3 3 -100%

114 Strega CNC 13 7 5 4 4 9 125%

115 Strega ostalih procesov 3 10 8 -20%

116 Strega merjenja, kontrole in testiranja

2 3 2 4 2 5 150%

117 Strega paletiranja 6 9 12 5 8 22 175%

118 Strega Pick&Place in pakiranja 7 8 6 2 1 2 100%

119 Manipulacija izdelkov 13 10 4 11 29 164%

Strega nedefinirano

160 Varjenje/spajkanje (vsi materiali) 29 42 40 6 22 32 45%

161 Obločno varjenje 27 34 38 6 22 31 41%

162 Uporovno varjenje 2 8 2 1

163 Lasersko varjenje

164 Ostalo varjenje

165 Spajkanje

Varjenje in spajkanje nedefinirano

Tabela 6.: Razdelitev prodanih robotov znotraj analiziranih industrijskih segmentov.

0 20 40 60 80 100 120 140

Nedefinirano

Ostalo

Varjenje

Strega strojem

2011

2010

2009

Število robotov

10

Razdelitev prodanih robotov v Sloveniji po različnih tipih industrije kaže graf 6. Pri varjenju je v

največji meri prisotno varjenje tipa MIG/MAG [12]. Pri stregi strojev je večina vezana na strego

stojem za brizganje plastike, kjer se uporabljajo linearni roboti tipa x,y,z proizvajalcev kot so

Withman [13] ipd., ki pa niso del naše študije, kar bomo definirali pri izbiri tipa robotov v

nadaljevanju. Poleg strege strojev za brizganje plastike je prisotna strega CNC strojev, strega drugih

strojev, strega za meritve, strega za paletiranje ter veliko število nedefiniranih aplikacij.

Zaradi velika koncentracije livarn v Sloveniji [14], ki proizvajajo dele za avtomobilsko industrijo,

sklepamo, da veliko število nedefiniranih aplikacij strege pripada livarnam.

IFR prav tako ugotavlja, da je največ robotov (44 %) prodanih v avtomobilski industriji, temu sledi

industrija plastike in gume (20 %). Preostali manjši del je porazdeljen med ostale segmente, kar

kažeta tabela 6 in graf 6.

Graf 6.: Razdelitev prodanih robotov v Sloveniji po različnih tipih industrije.

2.3 Tip robotov Zaradi robotov, ki se uporabljajo v izbranih segmentih, moramo v analizi upoštevali le artikulirane

robote. S tem izločimo linearne x,y,z manipulatorje, ki so v osnovi vezani na področje strege strojev

za brizganje plastike, kjer ne potrebujemo več kot tri osi, mase izdelkov pa so razmeroma majhne.

Poleg tega so programi za manipulatorje zelo enostavni, saj izvajajo le odvzem izdelka in njegovo

odlaganje na transport. IFR-jeva statistka v tabeli 7 navaja 37 linearnih robotov (x,y,z), ki so bili

vključeni v strego strojev za brizganje plastike.

0 20 40 60 80 100

Nedefinirano

Ostalo

Elektro/elektronika

Hrana

Kovina in stroji

Kemija, guma inplastika

Avtomobilski deli

2011

2010

2009

Število robotov

11

Leto 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2011/2010

Tip robota 115 164 158 66 149 187 26%

Kartezijski 31 37 34 18 19 37 95%

SCARA 7 7 3 9 16 5 -69%

Artikulirani 77 120 120 39 114 145 27%

Cilindrični/sferični

Paralelni

Ostali (vključno s paralelnimi do 2009)

1

Tabela 7.: Število prodanih industrijskih robotov v Sloveniji glede na tip.

Če zgoraj navedeno povežemo z našim izborom segmentov, zaključimo, da v segmentu strege strojev

ne bomo upoštevali strege strojev za brizganje plastike, torej bomo analizo izvedli za aplikacije strege

strojem za tlačno litje, strege CNC strojev ter obločno varjenje.

12

3. Simulacijska programska oprema

Vsak izdelovalec robotske opreme ima svoj pristop glede simulacijske programske opreme.

Posledično je večina programske opreme vezane na posameznega izdelovalca robotov, saj je v njej

definirana točna kinematika posameznih robotskih mehanizmov [15]. V nadaljevanju je narejen

pregled simulacijske programske opreme, ki jo nudijo proizvajalci robotov FANUC, Motoman, KUKA

in ABB.

3.1 FANUC - Roboguide Podjetje Fanuc nudi za off-line programiranje svojih industrijskih robotov simulacijsko programsko

opremo, imenovano Roboguide [10], prikazano na sliki 1.

Slika 1.: Simulacijska programska oprema Roboguide proizvajalca FANUC.

Roboguide uporabniku omogoča [10]: kalibracijo virtualne celice v skladu z dejansko robotsko

opremo, definicijo osnovnega okvira na katerem bazira robotski program s tremi točkami in kasnejši

premik navedenega programa le z spremembo navedenih treh točk, preverjanje kolizije med

robotom in periferno opremo, preprosto off-line programiranje robotov za hitrejši zagon dejanske

aplikacije, grafično predstavitev simulacije robotskega programa, možnost zapisa simulacije v video

format, vnos CAD modelov periferne opreme in izdelkov v IGES formatu, optimizacijo robotskega

programa in posledično cikla aplikacije, preverjanje dosega robota, programiranje s pomočjo

virtualne učne enote, ki je enaka pravi in jo vidimo na sliki 2, določanje cikla aplikacije, simulacijo

vseh modelov FANUC robotov ter uporabo FANUC-ovega integriranega strojnega vida. Poleg

navedenega ima Roboguide programske dodatke, namenjene za specifične aplikacije kot so: obločno

13

varjenje WELD PRO, barvanje PAINT PRO, odstranjevanje srha CHAMFERING PRO, obločno varjenje s

pomočjo dodatnega robota DUAL ARM PROGRAMMING FOR WELDING ter strego HANDLING PRO.

Slika 2.: Offline programiranje FANUC robotov s pomočjo virtualne učne enote.

3.2 Motoman - MotoSim Proizvajalec Motoman nudi svojim kupcem simulacijsko programsko opremo, imenovano MotoSim

EG, ki jo vidimo na sliki 3. Le ta uporablja enake kinematične modele kot krmilnik robota in jezik

INFORM, ki omogoča off-line ustvarjanje robotskih programov.

Slika 3.: Simulacijska programska oprema MotoSim EG.

14

Programska oprema ima vgrajeno knjižnico MOTOMAN izdelkov (roboti, pozicionirniki, tračne proge,

itd.). Tako da je robotsko celico mogoče ustvariti hitro in natančno, vključno z izračunom časa cikla,

ki od realnega ne odstopa za več kot 5 %. Poleg tega sistem omogoča analizo dosega in zaznavanja

kolizije s periferno opremo. MotoSim EG je enostaven za uporabo, saj podoben virtualni vmesnik,

kot pri realnem krmilniku, prihrani čas proizvodnje in zmanjša čas nedelovanja. Podpira vnos 3D

modelov periferne opreme formatov hsf, hmf, rwx, 3ds in vrml. Z dodatno programsko opremo

lahko sprejme formate sat, x_t, step, iges, dxf, obj, stl in Catia V4. Primer simulacije robotske celice z

več roboti prikazuje slika 4.

Slika 4.: Primer kompleksnejše simulacije z več roboti proizvajalca Motoman.

3.3 KUKA - KUKA Sim Podjetje KUKA nudi simulacijsko programsko opremo KUKA Sim Layout in KUKA Sim Pro. Primer prve

vidimo na sliki 5, omogoča pa: načrtovanje konceptov in tlorisov robotskih celic, vnos 3D modelov

vseh KUKA robotov in periferne opreme, kot na primer: tekočih trakov, ograj, prijemal, itd.

Omogočena je primerjava različnih konceptov robotskih celic, preverjanje dosega in kolizije robotov

z okolico ter enostavna vizualizacija robotskega gibanja. Izračun cikla je zgolj približen in se ne sme

uporabljati za določanje točnega cikla robotske rešitve. Zasnovane koncepte robotskih celic se lahko

izvozi v 3D PDF format.

Za našo analizo je bolj primerna simulacijska programska oprema KUKA Sim Pro, predstavljena na

sliki 6, ki je namenjena off-line programiranju in simulaciji robotske opreme. Gre za nadgradnjo prej

omenjene programske opreme KUKA Sim Layout, ki poleg navedenih funkcij omogoča: off-line

programiranje, ki se izvaja direktno v KRL (KUKA Robot language), izvajanje simulacije robotskega

gibanja v realnem času, točen izračun cikla robotskega gibanja, upoštevanje I/O signalov, vnos STL,

3DS, VRML1, Robface in Google Sketchup modelov izdelkov in periferne opreme. Opcijsko je

omogočen tudi vnos modelov tipa CATIA V5, CATIA V4, Siemens NX, JT, STEP, Parasolid, ProE,

SolidWorks, ACIS, IDEAS in IGES.

15

Slika 5.: Simulacijska programska oprema KUKA Sim Layout.

Slika 6.: Simulacijska programska oprema KUKA Sim Pro.

3.4 ABB - RobotStudio Podjetje ABB nudi simulacijsko programsko opremo RobotStudio [4], predstavljeno na sliki 7, ki

uporabnikom omogoča simulacijo in off-line programiranje ABB robotov, pozicionirnikov in tračnih

prog. V njem deluje enaka programska oprema, kot se nahaja v ABB krmilnikih njihovih industrijskih

16

robotov, s čimer je robotski program neposredno prenosljiv in po strukturi identičen dejanskemu

programu, ki ga operater naredi z ročnim vodenjem robota, shranjevanjem točk ter njihovo

povezavo v trajektorije.

Slika 7.: Simulacijska programska oprema RobotStudio.

Robotstudio omogoča: simulacijo delovanja več robotov hkrati, vnos 3D modelov formata SAT,

opcijsko tudi STEP, IGES, VRML, VDAFS, ACIS, CATIA, avtomatsko generiranje točk v skladu z obliko

izdelka, določanje cikla robotske aplikacije, preverjanje dosega manipulatorja, optimizacijo

posamezne robotske trajektorije, spremljanje kolizije s periferno opremo, off-line programiranje s

pomočjo virtalne učne enote, urejevalnik ABB-jevega robotskega RAPID programskega jezika z

razhroščevalnikom, orodje za izdelavo lastnih mehanizmov, snemalnik zaslona, s katerim si lahko

pomagamo pri šolanju ali predstavitvah, izdelavo simulacije ter njen izvoz v .exe obliki, v kateri lahko

kupec simulacijo poljubno predvaja, spreminja poglede, povečuje ali zmanjšuje elemente itd.

Za posamezne aplikacije je ABB razvil tudi posebne programske dodatke, tako imenovane

PowerPack-e [3]: za obločno varjenje Arc Welidng PowerPack, za upogibanje pločevine Bending

PowerPack, za rezkanje Machining PowerPack, za strego strojem MachineTending PowerPack, za

barvanje Painting PowerPack, za paletiranje Palletising Power pack ter za rezanje CuttingPower Pack.

Ker bomo v analizi obravnavali aplikacije strege strojem in obločnega varjenja, si dva od njih

podrobneje poglejmo.

Za namen programiranja strege storjem je ABB razvil poseben dodatek, imenovan RobotStudio

MachineTending PowerPack; v nadaljevanju MTPP [18], ki ga prikazuje slika 8. Gre za grafično

programsko opremo, ki s pomočjo obstoječih knjižnic periferne robotske opreme (prijemal, strojev

za tlačno litje, stojev za brizganje plastike….) omogoča enostavno in hitro definicijo robotskega

programa za strego. Operater grafično izbere elemente in jih poveže v celoto. Na podlagi tega nato

17

generira robotski program. S pomočjo MTPP operater natančno definira cikel, pregleda možnosti

kolizij med robotom in okolico, ter vrši optimizacijo robotskega programa. Vse navedeno lahko

operater izvede še preden je program prvič preizkušen na dejanski robotski celici.

Slika 8.: Programska oprema RobotStudio in dodatek MTPP.

Poleg navedenega lahko uporabnik definira svoj lasten, aplikaciji prilagojen, HMI vmesnik na učni

enoti FlexPendant [3]. S tem je omogočen lažji pregled nad stanjem robotske celice in upravljanje le

te tudi s strani manj izkušenih operaterjev, ki niso vešči programiranja ABB robotov.

Slika 9.: Aplikaciji prirejen HMI na ABB-jevi učni enoti FlexPendant.

Posebej za namene varjenja po postopku MIG/MAG je ABB razvil dodatek, imenovan RobotStudio

ArcWeld PowerPack [19]; v nadaljevanju AWPP, ki je prikazan na sliki 10. Z njegovo pomočjo

operater izdela robotski program tako, da vanj najprej vnese 3D modele varjencev. Nato na mestih

kjer potekajo vari, definira položaje in orientacije gorilnika, s tem pa tudi točke, ki so osnove

robotskih trajektorij.

18

Slika 10.: Programska oprema RobotStudio in dodatek AWPP.

Položaje gorilnika lahko shrani v 3D obliki in jih posreduje izdelovalcu vpenjalnih priprav, ki bodo

držale varjence na mestu med varjenjem, kar je prikazano na sliki 11.

Slika 11.: Definicija položajev gorilnika za posamezen var.

19

Na ta način lahko operater izdela program že v fazi, ko še nima končnega izdelka, vpenjalnih priprav

ali varilne celice. V drugi fazi lahko preveri, da se položaj robota in gorilnika sklada s konstrukcijo

vpenjalnih priprav ali preveri celo zasnovo dejanske varilne celice, saj ustrezno varjenje poleg izbire

robota in varilne opreme zagotavlja tudi ustrezen pozicionirnik, ki zagotavlja ustrezen položaj varov

med varjenjem, kot prikazuje slika 12.

Slika 12.: Preverjanje ustrezne izbire pozicionirnika.

AWPP upošteva tudi omejitve rotacij posameznih robotskih osi in singularnosti [1] ter zaznava in

grafično prikazuje kolizijo robotske opreme s periferno opremo, kot na primer vpenjalnimi

pripravami, kar je razvidno s slike 13.

Slika 13.: Primer avtomatskega prikaza kolizije gorilnika in varjenca.

20

Na koncu omenimo še, da AWPP omogoča izračun in grafični prikaz vara v prerezu na podlagi

podanih varilnih parametrov ter dimenzij in medsebojnih položajev varjencev, kar prikazuje slika 14.

Slika 14.: Prikaz pričakovanega prereza vara na podlagi podanih parametrov varjenja.

Obstajajo tudi univerzalni programi, na primer MasterCam [16] ali RobCad [17], ki omogočajo

simulacijo robotov različnih izdelovalcev, vendar so zmožnosti simulacije praviloma manjše kot pri

programih, ki jih ponujajo sami izdelovalci robotske opreme.

Kot vidimo iz navedenih lastnosti posameznih programskih oprem, se med seboj razlikujejo v tem kaj

uporabniku ponujajo ter na kakšen način so zasnovane. Njihova direktna primerjava presega okvire

te analize, saj se neodvisne primerjave ne izvajajo, praktično pa programerji na področju Slovenije

uporabljajo eno ali največ dve različni simulacijski programski opremi. Ob tem imajo uporabniki za

svoje aplikacije različne, zelo specifične zahteve kot na primer: izredno točnost položaja robota

(vstavljanje kosa v orodje), ponovljivost trajektorije robota (nanos lepila na avtomobilski žaromet),

hitrost (strega manjših strojev s kratkimi cikli), prilagodljivost (odstranjevanje srha s pomočjo

senzorja sile, ki prilagaja silo ali hitrost robota), itd. Zato je mnenje uporabnikov o posamezni

simulacijski opremi zelo subjektivno.

Analiza je sicer zaradi izbranih primerov dejanskih aplikacij narejena v primeru dela z eno od

navedenih simulacijskih programskih oprem, vendar je sam koncept izračuna narejen tako, da lahko

21

uporabimo podatke kateregakoli proizvajalca. S tem naloga zajame širše področje, saj je predlagan

koncept izračuna, ki pa je prilagodljiv in ga je možno uporabiti ne glede a izbrano simulacijsko

opremo in proizvajalca robotov.

Ker RS, AWPP in MTPP omogočajo programiranje, simulacijo robotskega gibanja, definicijo časa cikla

ter preverjanje dosega robota, jih lahko, kot bomo videli v nadaljevanju, uporabimo v številnih fazah

projektiranja in uporabe robotskih aplikacij strege strojem in obločnega varjenja, ki jih bomo navedli

v nadaljevanju.

Pri izračunu prednosti off-line programiranja bomo temeljili na možnostih in omejitvah trenutno

dostopne programske opreme RobotStudio izdelovalca ABB.

22

4. Faze projekta

Ker se oba izbrana segmenta, ki ju analiziramo, zelo razlikujeta, je potrebno narediti analizo uporabe

simulacijske programske opreme za vsakega posebej. Za vsak segment je potrebno analizirati kaj

robot dela in koliko časa potrebujemo za izdelavo robotskega programa. Posamezen segment je

smiselno razdeliti na vsaj štiri faze:

ponudbo,

izvedbo,

šolanje,

proizvodnjo.

Primer take analize, narejene za aplikacijo paletiranja [20], kaže, da so že pri preprosti aplikaciji, kot

je paletiranje, prihranki veliki, še posebej v fazi dodajanja novih programov v času delujoče

proizvodnje.

4.1 Faza ponudbe V fazi ponudbe se izvaja predvsem načrtovanje robotske celice, katere namen je izpolnjevati vse

podane zahteve kupca. To je najbolj kritična faza projekta, saj je z njo pogojena njegova uspešna

realizacija. Z simulacijsko programsko opremo si lahko v fazi ponudbe pomagamo pri grafični

predstavitvi projekta in iskanju odgovorov na vprašanja glede pravilne izbire tipov in količin robotov,

njihovih variant (doseg, nosilnost), preverjanju konstrukcije periferne opreme (prijemala, podstavka

za manipulator, vhodnih in izhodnih zalogovnikov, konstrukcije vpenjalnih priprav, …), načrtovanju

tlorisa, definiciji poteka posameznih operacij robotske celice, preverjanju časa gibanja robota in cikla

robotskega dela aplikacije itd.

Splošna definicija stroška v tej fazi ni mogoča, saj je le-ta odvisen od številnih dejavnikov, ki se

razlikujejo od aplikacije do aplikacije, zato jih ne moremo vrednotiti (posamezni dobavitelji robotske

opreme ne znajo vedno primerno predstaviti vse prednosti njihove opreme, kupec včasih ne

sodeluje pri zasnovi robotske celice, še posebej če nima obstoječih izkušenj z roboti, čas na voljo za

načrtovanje je lahko tudi zelo kratek in ne dovoljuje večkratnih simulacij in analiz, napačno izbranega

robota, ki nima dovolj velikega delovnega prostora ali nosilnosti, je težko uporabiti v drugem delu

proizvodnje ali ga, zaradi specifičnih izbranih programskih in mehanskih opcij, prodati drugemu

kupcu, strošek spremembe periferne opreme je lahko visok, če je uporabljena posebej namenska

oprema, dobavni rok za dodatno opremo lahko vpliva na končni rok izvedbe projekta itn. ).

V fazi ponudbe predstavlja programiranje strošek za dobavitelja opreme, ki ga vključi v svojo

kalkulacijo za izračun ponudbene cene. Če ne izbere pravilnega načina programiranja, se to lahko

odrazi tudi v neuspešni ponudbi.

Hitro pa lahko ugotovimo, da je uporaba simulacijske programske opreme v tej fazi smiselna, saj v

današnjem času tudi periferna oprema nastaja v 3D modelirnih programskih paketih, hkrati pa je

vizualizacija celotne robotske celice s strani kupca pred odločitvijo o nakupu zaželena, pogosto pa

tudi zahtevana.

23

Čeprav splošna definicija stroška v tej fazi ni mogoča, dolgoletna praksa načrtovanja in izvedbe

robotskih aplikacij v podjetju ABB potrjuje, da simulacijska programska oprema zelo pozitivno vpliva

na razvoj projekta v fazi ponudbe, saj daje kupcu plastično predstavo o tem, kakšna oprema mu je

ponujena in kako bo delovala.

4.2 Faza izvedbe V tej fazi se navadno poleg dobave in postavitve opreme izvede tudi programiranje robota za

varjenje ali strego vnaprej določenega števila izdelkov. Običajno kupec zahteva izvedbo programa

vsaj za en izdelek, saj s tem preveri izbiro opreme ter njeno delovanje. Poleg tega kupec pogosto

zahteva šolanje, da lahko sam v prihodnosti izdela programe za nove izdelke. Ker so v fazi izvedbe

prihranki časa v primeru off-line programiranja veliki, jo bomo vključili v našo analizo posameznih

projektov.

Programiranje robota lahko razdelimo na dve fazi: izdelavo osnovnega programa in definicijo točk

gibanja robota ter trajektorij za manipulacijo ali varjenje posameznih izdelkov.

Osnovni program ima nalogo, da delovanje robotskega sistema uskladi s periferno opremo. V ta

namen robotski program spremlja signale o njenem stanju, pripravljenosti za novo operacijo,

končanju začetega cikla, napakah, ki vplivajo na delovanje, ter na podlagi njih izbira posamezne dele

robotskega programa z ustreznimi trajektorijami. Tudi delovanje periferne opreme je vezano na

delovanje robota, zato osnovni program zagotavlja, da robot pošilja relevantne informacije periferni

opremi, kot so na primer: kdaj je končal s ciklom, kdaj je v določenem območju, ko mora periferna

oprema mirovati, kdaj čaka na periferno opremo, da le ta izvede aktivnost itd. Več kot je vzročno

posledičnih povezav v robotski celici, več časa mora operater nameniti izdelavi osnovnega programa.

Poleg tega lahko osnovni program upravlja z vizualizacijo robotske celice, izvaja štetje izdelanih

kosov, podaja informacije preko različnih komunikacijskih vmesnikov, kot so: I/O signali, ProfiBus,

ProfiNet, DeviceNet, Ethernet, zato lahko njegova kompleksnost hitro narase.

Drugi del robotskega programa sestavljajo točke ter ukazi, ki jih povezujejo v gibanje robota. Na sliki

14 si poglejmo primer kako je zasnovano programiranje enega vara.

24

Slika 14.: Primer uporabe ukazov pri obločnem varjenju.

Kot vidimo naveden var sestavlja 5 različnih ukazov ArcLStart, ArcL, ArcC in ArcLEnd, ukazi za linearni

premik MoveL ali nelinearni MoveJ pa omogočajo gibanje robota med posamezni vari. Pri tem je

vsak izmed ukazov sestavljen iz množice parametrov, kot so: hitrost robota, hitrost varilne žice, tok,

napetost, višina obloka itd. Eden od parametrov je tudi kot gorilnika glede na varjenec, ki vpliva na

širino in penetracijo vara, kakor je razvidno s slike 15.

Slika 15.: Vpliv kota gorilnika na penetracijo in širino vara.

25

Navedeni parametri se odražajo na izgledu in prerezu vara, kakor kaže slika 16. Mnogi parametri so

medsebojno odvisni, zato prihaja do različnih oblik varov, naloga programerja pa je, da s

poskušanjem navedene parametre nastavi tako, da je var optimalen in v skladu s predpisanimi

zahtevami s strani kupca.

Slika 16.: Neustrezni prerezi varov zaradi napačno izbranih parametrov.

4.3 Faza šolanja Šolanje kupcev se največkrat izvaja pred samim prevzemom robotske celice. Podjetje ABB izvaja pet

dnevno šolanje za aplikaciji v navedenih segmentih. Dva dneva sta namenjena za osvojitev osnov

dela z robotsko celico, trije dnevi pa za šolanje programiranja.

Če se kupec odloči za nakup simulacijske programske opreme, se šolanje podaljša za tri dni za učenje

osnov simulacijske programske opreme RS ter dva dni za učenje dela z dodatkom za strego stojem

MTPP ali v primeru varjena AWPP.

Cena 5 dnevnega osnovnega šolanja za aplikacijo strege Csols po ceniku podjetja ABB [21] je 1.800

EUR in je enaka ceni šolanja za aplikacijo varjenja Csolv. Cena 3 dnevnega šolanja za uporabo

simulacijske programske opreme Csolrs je 1.200 EUR, cena šolanja za posamezen dodatek Csolmtpp ali

Csolawpp pa 900 EUR, kar bomo upoštevali pri naših izračunih.

26

4.4 Faza proizvodnje Navedena faza nastopi, ko robotsko celico prevzame kupec in le-ta z njo samostojno proizvaja

izdelke. V skladu s poslovnimi odločitvami podjetja se na robotski celici spreminjajo oziroma

dodajajo novi izdelki in posledično robotski programi za strego ali varjenje. V tej fazi porabljen čas za

dodajanje novega oziroma spreminjanje obstoječega robotskega programa neposredno vpliva na

stroške podjetja, zato ga moramo v izračunih upoštevati.

Ker se količina proizvodnje, še posebej v avtomobilski industriji, dinamično spreminja na podlagi

prodaje končnega izdelka, kupci robotske opreme proizvajajo izdelke v eni, dveh ali treh izmenah. Ko

ne delajo v treh izmenah, lahko preostale izmene uporabijo za servis opreme, ali za uvajanje novega

izdelka ter posledično programiranje novega robotskega programa. V premeru da gre za obsežno

delo, ki ga ni mogoče izvesti v eni izmeni, lahko kupec začasno poveča delo na več izmen, si naredi

zalogo izdelkov, ter tako omogoči uvajanje novega izdelka brez stroškov izgubljene proizvodnje. V

analizi zato pri programiranju novih izdelkov upoštevamo primer ko obstoječa proizvodnja ne stoji in

se programiranje izvede v prostih izmenah ter primer, ko je potrebno proizvodnjo ustaviti.

Glede na zgoraj navedeno, bodo analiza in izračuni osredotočeni na fazo izvedbe in fazo proizvodnje.

Pri obeh bosta v ustreznem obsegu upoštevana faza šolanja in pripadajoč strošek, faza ponudbe pa

bo upoštevana pri interpretaciji rezultatov. V nadaljevanju bo predstavljena analiza dejanskih

projektov v okviru začrtanih omejitev, ki smo jih podali na začetku.

27

5. Način analize stroška programiranja v posameznih fazah

Analizirani projekti so razdeljeni na aplikacije strege strojem ter aplikacije obločnega varjenja. Ker

želimo izračun stroška določiti tako, da bo z njim mogoče obravnavati širok spekter navedenih

aplikacij, so v analizi uporabljeni projekti različnih stopenj obsega in zahtevnosti programiranja. Tako

obravnavamo strego enega stroja za tlačno litje, strego stroja za tlačno litje z odstranjevanjem srha,

odstranjevanje srha z več roboti, strego horizontalnih obdelovalnih centrov, varjenje večjih kosov za

avtomobilske sedeže, varjenj osnov za bivalne zabojnike ter varjenje navojnih palic za avtomobilske

sedeže.

Pri analizi stroška programiranja vsakega projekta je opisano osnovno delovanje robotske celice, ter

ključne zahteve kupca, ki se odražajo na času programiranja in posledično tudi strošku.

Vseh stroškov ne moremo ovrednotiti, saj ne moremo zagotoviti da bodo nastali in če, v kakšnem

obsegu. Tu govorimo predvsem o strošku neustreznih kosov pri testiranju robotskega programa,

izgubi časa zaradi posebnih funkcij robotske celice (na primer dolgo obračanje vpenjalne priprave ali

ogrevanje livarskega stroja), strošku popravila mehanskih komponent vpenjalne priprave, ki nastane

zaradi neprimerne konstrukcije, strošku zastoja v primeru okvare opreme, dolgega časa dobave

varjencev, potrošnega materiala ali rezervnega dela.

Izmed zgoraj navedenih stroškov, so ključni in pogosti izmed njih, tudi upoštevani pri interpretaciji

rezultatov analize.

28

6. Strošek programiranja strege stroja za tlačno litje

6.1 Faza izvedbe Del projektnega časa odpade na mehansko postavitev opreme. Tukaj uporaba simulacijske opreme

pripomore k pravilni definiciji tlorisa in ustrezni razdelitvi opreme v prostoru. Formalen izračun

prihranka ni smiseln, saj je spremenljivk preveč. Napačna postavitev robota lahko na primer povzroči

ponovno vrtaje lukenj za sidra, ki ga fiksirajo na ustreznem položaju, posledično premik periferne

opreme okoli robota, ponovna izdelava električnih povezav, če so obstoječe prekratke, itn. Izguba

projektnega časa je lahko tako zelo velika, posledično pa se povečajo tudi stroški projekta. Je pa

potrebno navedene stroške upoštevati pri vrednotenju rezultatov naše analize. Sedaj proučimo čas,

ki je potreben za programiranje delovanja samega robota.

Programiranje lahko razdelimo na dve fazi: izdelavo jedra programa in definicijo točk gibanja robota,

ki sestavljajo trajektorije za manipulacijo izdelkov. Jedro programa so krmilni del programa za

prijemalo, programska povezava senzorjev za detekcijo izdelka, izdelava pravil, ki zagotavljajo

ustrezen prijem, orientacijo izdelka itd. V drugi fazi z definicijo točk program povežemo v celoto in

definiramo želene trajektorije robota.

Določimo potreben čas ročnega načina programiranja strege stroja za en izdelek. Tipičen primer je

robotska strega stroja za tlačno litje v podjetju LTH Castings, ki ga prikazuje slika 17.

Slika 17.: Robotizirana strega stroja za tlačno litja aluminija.

Izdelek na podlagi katerega bomo izvedli našo analizo in izračune je oljna črpalka za osebni

avtomobil, ki jo prikazuje slika 18.

29

Slika 18.: Oljna črpalka za osebni avtomobil.

Zaporedje robotskih operacij v celici je sledeče. Robot čaka na signal stroja, da je le ta končal z litjem.

Robot nato seže v stroj, prime odlitek, ga prenese iz stroja in ga postavi pred senzorje. S slednjimi

preveri, ali je odlitek v celoti odstranjen iz orodja. Robot v primeru ustreznega odlika s signalom

omogoči stroju za litje začetek novega cikla. Robot nato odlitek pomoči v bazen s hladilno tekočino,

da mu zniža temperaturo. Sledi vstavljanje izdelka v obsekovalnik, kjer se odstranijo dolivki in večji

srhi, ter odlaganje na izhodni transport, ki je lahko drča, tekoč trak ali zaboj.

V preteklosti smo pri podobnih projektih [22] v podjetju ABB za osnovni program potrebovali 16 ur

programiranja. Temu je sledilo programiranje trajektorij za posamezen izdelek in testiranje, kjer je bil

po izkušnjah čas programiranja v povprečju 4 ure. Vanj sta všteta tudi čas testiranja izdelanega

programa in fina nastavitev točk, ki sestavljajo trajektorije. Ker je jedro programa narejeno le enkrat,

potrebujemo za vsak dodatni izdelek 4 dodatne ure programiranja. Posledica finega nastavljanja

trajektorij so tudi neustrezni izdelki. Ti v primeru same strege tlačnega stroja ne predstavljajo

bistvenega stroška, saj lahko proizvajalec izdelek ponovno vrne v peč in samo litino ponovno

uporabi.

Sedaj določimo potreben čas programiranja strege stroja za tlačno litje za en izdelek s pomočjo

simulacijske programske opreme. Za osnovni program smo pri preteklih projektih porabili 8 ur. Temu

je sledilo programiranje trajektorij in testiranje, kar je vzelo dodatni dve uri. V to sta všteta tudi čas

testiranja izdelanega programa in fina nastavitev točk. Ker je jedro programa narejeno le enkrat,

potrebujemo za vsak nadaljnji program dve dodatni uri programiranja. Število neustreznih izdelkov v

tem primeru ni bistveno večje kot v primeru ročnega programiranja, saj gre le za prijem izdelka v

livarskem stroju ter vstavljanje v obsekovalnik. Točno pozicioniranje v obsekovalniku pa se vedno

izvaja ročno.

30

V fazi izvedbe je navadno prisotnih še več zunanjih dejavnikov, ki vplivajo na sam potek projekta.

Neustrezno delovanje periferne opreme, spremembe kupčevih zahtev ter zamenjava dobaviteljev

periferne opreme, so dejavniki, ki praviloma podaljšujejo čas programiranja. Navedenih dejavnikov

ni mogoče točno ovrednotiti, vendar jih moramo upoštevati pri interpretaciji rezultatov.

Na strošek vpliva število porabljenih ur za programiranje osnovnega programa Uosn ter trajektorij za

dodatne izdelke N∙Udod, cena programerske ure dobavitelja opreme Cprog, čas programerja na poti

Upot (ko se programiranje izvaja izven sedeža dobavitelja), cena ure na poti Cpot, cena osnovne

programske opreme Cswrs, cena dodatka MTPP Cswmtpp, cena osnovnega šolanja Csols, cena šolanja za

programsko opremo RobotStudio Csolrs ter cena šolanja za MTPP Csolmtpp. Glede na majhno vrednost

cena dnevnice [23] tako rekoč ne vpliva na izračun, ki ga da enačba 1, zato je ne bomo upoštevali.

(1)

Za čas na poti Upot predvidimo dvakrat po eno uro na dan izvedbe in zapišimo enačbo 2.

(

)

(2)

Cena ure na poti po ceniku podjetja ABB je 50 evrov, strošek ure programiranja pa 70 evrov [21]. Pri

izvedbi robotske celice proizvodnja ne poteka, zato stroška izgubljene proizvodnje v tem primeru ne

upoštevamo. Z navedenimi cenami za ročni način programiranja dobimo izračun, predstavljen v

enačbi 3.

( ) (3)

Strošek pri uporabi simulacijske programske opreme je naveden v enačbi 4, tabeli 8 in na grafu 7,

uporabljene vrednosti za izračun pa so navedene v tabeli 9.

( )

(4)

Število izdelkov Izvedba ročno [kEUR]

Izvedba off-line [kEUR]

1 3,450 6,725

3 4,110 7,055

5 4,770 7,385

7 5,430 7,715

9 6,090 8,045

11 6,750 8,375

13 7,410 8,705

15 8,070 9,035

17 8,730 9,365

19 9,390 9,695

21 10,050 10,025

Tabela 8.: Strošek ročnega in off-line programiranja strege stroja glede na število različnih izdelkov.

31

Graf 7.: Strošek ročnega in off-line programiranja strege stroja glede na število različnih izdelkov.

Oznaka Pomen Izvedba ročno Izvedba off-line

Uosn Število porabljenih ur za osnovni program 16 ur 8 ur

Udod Število porabljenih ur za dodatni izdelek 4 ure 2 uri

Cprog Cena programerske ure dobavitelja opreme 70 EUR/uro 70 EUR/uro

Upot Število ur na poti na dan programiranja 2 uri 2 uri

Cpot Cena ure na poti 50 EUR/uro 50 EUR/uro

Cswrs Cena osnovne programske opreme RS 1 kEUR 1 kEUR

Cswmtpp Cena dodatka MTPP 1 kEUR 1 kEUR

Csols Cena osnovnega šolanja 1,8 kEUR 1,8 kEUR

Csolrs Cena šolanja za programsko opremo RS 1,2 kEUR 1,2 kEUR

Csolmtpp Cena šolanja za dodatek MTPP 0,9 kEUR 0,9 kEUR

Tabela 9.: Uporabljene vrednosti za izračun.

Navedeni izračuni kažejo, da uporaba simulacijske programske opreme z namenom off-line

programiranja strege livarskega stroja v fazi izvedbe projekta ni smiselna, saj je upravičena šele pri

enaindvajsetih različnih izdelkih. Pri interpretaciji te ugotovitve je potrebno upoštevati, da v praksi

dobavitelj robotske opreme za strego livarskega stroja ob zagonu opreme izdela robotski program za

največ tri različne izdelke [22].

6.2 Faza proizvodnje Ker uspešna proizvodnja vedno odraža zahteve na trgu, je velika verjetnost, da bo potrebno po

uspešnem zagonu v prihodnosti izdelek spremeniti ali pa v robotsko celico dodati povsem nove

izdelke. Takrat je pri ročnem načinu programiranja potrebno robotsko celico in s tem proizvodnjo

ustaviti ter pripraviti nov robotski program.

0

2

4

6

8

10

12

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

Stro

šek

[kE

UR

]

Ročno

Off-line

Število različnih izdelkov

32

V fazi proizvodnje se strošek ure programerja spremeni, saj sedaj programiranje izvaja kupec sam.

Tako definiramo ceno programerske ure Ckprog, ki je običajno nižja od Cprog s strani dobavitelja

opreme in znaša v povprečju 50 evrov [22]. Navedenim stroškom dodamo še strošek ustavljene

proizvodnje Cup ter zapišemo enačbo 5.

(

)

(5)

V enačbi 6 je strošek ustavljene proizvodnje definiran kot produkt ocenjenega dobička posameznega

izdelka Ci, števila izdelkov na uro Pu ter časa zaustavitve Uzau.

(

)

(6)

Dejanski izračun stroška ustavljene proizvodnje je v podjetjih lahko precej obširnejši in

kompleksnejši, saj vključuje dejanski dobiček na izdelek, kapaciteto proizvodnje, število izmen, v

katerih obratuje proizvodnja ter druge stroške (elektrika, zrak, vzdrževanje, izobraževanje…). Kljub

temu je ocena, navedena v nadaljevanju, povsem ustrezna za našo analizo, saj povzema vse

navedeno, na podlagi zbranih podatkov v okviru projekta. Poleg tega je izračun stroška zasnovan

tako, da lahko vanj dobavitelj in kupec vstavita svoje točne podatke.

Tlačno litje predstavljenega ohišja oljne črpalke za osebni avto traja 30 s, zato se na uro izdela 120

izdelkov. Ob predpostavki, da je vrednost izdelka 10 EUR, ocenjeni dobiček proizvajalca pa 2 EUR, je

strošek izgubljene proizvodnje 240 EUR na uro.

Ker programiranje izvaja kupec sam, časa na poti ne vključimo v izračun.

V našem izračunu bomo upoštevali dve možnosti. V prvem primeru (ustavljena proizvodnja) kupec

dela v treh izmenah, torej nima možnosti za programiranje brez zaustavitve proizvodnje, v drugem

(delujoča proizvodnja) pa le v eni izmeni, preostali dve pa sta mu na voljo za programiranje. Kupec

lahko dela v drugačnem režimu ali pa število izmen prilagaja trenutnim zahtevam, kot smo že navedli

v poglavju 4.4.

Če vstavimo zgoraj navedene cene in poenostavimo izračun, dobimo za ustavljeno proizvodnjo pri

ročnem programiranju enačbo 7.

( )

(7)

Strošek pri uporabi simulacijske programske opreme je naveden v enačbi 8. Rezultata obeh enačb

sta predstavljena v tabeli 10 in na grafu 8, vrednosti uporabljene za izračun pa v tabeli 11.

( ) (8)

33

Število izdelkov Ustavljena proizvodnja

ročno [kEUR]

Ustavljena proizvodnja

off-line [kEUR]

1 7,600 8,800

2 8,760 9,380

3 9,920 9,960

4 11,080 10,540

5 12,240 11,120

6 13,400 11,700

7 14,560 12,280

8 15,720 12,860

9 16,880 13,440

10 18,040 14,020

Tabela 10.: Strošek ročnega in off-line programiranja strege stroja v EUR v primeru ustavljene

proizvodnje, glede na število različnih izdelkov.

Graf 8.: Strošek ročnega in off-line programiranja strege stroja v EUR v primeru ustavljene


Rezultat izračuna v primeru, ko moramo proizvodnjo ustaviti, je pričakovan, saj stroški ustavljene

proizvodnje hitro presežejo ostale stroške, zato je uporaba simulacijske programske opreme v tem

primeru nujna in se upraviči že pri programiranju tretjega izdelka.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Stro

šek

[kEU

R]

Ročno

Off-line


34




Ckprog Cena programerske ure kupca 50 EUR/uro 50 EUR/uro

Upot Število ur na poti na dan programiranja 0 ur 0 ur







Ci Ocenjeni dobiček na posamezen izdelek 2 EUR 2 EUR

Pu Število izdelkov na uro 120 120

Uzau Čas zaustavitve proizvodnje = čas programiranja Osnovni + izdelek Osnovni + izdelek


Ko proizvodnje ni potrebno zaustaviti, izračunamo strošek pri ročnem programiranju z enačbo 9,

(9)

strošek pri uporabi simulacijske programske opreme pa z enačbo 10, kar je tudi predstavljeno v

tabeli 12 in na grafu 9. V izračunu uporabljene vrednosti so navedene v tabeli 13.

(10)

Število izdelkov Delujoča proizvodnja

ročno [kEUR]

Delujoča proizvodnja

off-line [kEUR]

1 2,800 6,400

5 3,600 6,800

9 4,400 7,200

13 5,200 7,600

17 6,000 8,000

21 6,800 8,400

25 7,600 8,800

29 8,400 9,200

33 9,200 9,600

37 10,000 10,000

Tabela 12.: Strošek ročnega in off-line programiranja strege stroja v EUR v primeru delujoče


35

Graf 9.: Strošek ročnega in off-line programiranja strege stroja v EUR v primeru delujoče















Uzau Čas zaustavitve proizvodnje = čas programiranja 0 ur 0 ur


Rezultat izračunov je jasen. Investicija v off-line programiranje se povrne šele po sedemintrideset

različnih izdelkih.

Če povzamemo rezultate, je v fazi izvedbe uporaba simulacijske programske opreme upravičena šele

pri izdelavi programa za enaindvajseti izdelek. V fazi proizvodnje podobno velja za primer, ko se

programiranje lahko izvaja v prostih izmenah. V primeru ko je potrebno proizvodnjo zaustaviti, pa je

zaradi visokih stroškov ustavljene proizvodnje uporaba simulacijske programske opreme upravičena

že pri izdelavi programa za tretji izdelek.

0

2

4

6

8

10

12

1 5 9 13 17 21 25 29 33 37

Stro

šek

[kEU

R]

Ročno

Off-line


36

7. Strošek programiranja strege stroja in odstranjevanja srha

7.1 Faza izvedbe V zadnjih letih se robotskim celicam, namenjenim stregi strojev, dodaja operacije, kot so: iskanje

izdelkov na zalogovniku s sistemi strojnega vida [24], obdelava izdelkov, kot na primer žaganje

dolivkov, odstranjevanje srha, kontrola izdelkov po obdelavi, sestava podsklopov, …

Livarne z namenom zmanjševanja stroškov in povečevanja dodane vrednosti pogosto robotiziranim

celicam za tlačno litje izdelkov dodajajo brušenje oziroma odstranjevanja srha [25]. Srh, prikazan na

sliki 19, nastane zaradi obrabe orodja za tlačno litje, ko med delilnimi ravninami nastane reža, v

katero se med procesom litja vrine talina.

Slika 19.: Srh na menjalniku osebnega avtomobila.

Srh se z obrabo livarskega orodja povečuje, kar pomeni da je za njegovo uspešno odstranitev, kot je

prikazano na sliki 20, potrebno robotski program ustrezno prilagajati.

Ročno programiranje odstranjevanja srha je časovno zelo zamudno, saj gre za izdelke zelo razgibanih

oblik, ki so prepleteni s kanali, ojačitvami, izvrtinami itd. Simulacijska programska orodja pa

omogočajo vnos 3D modelov in izdelavo robotskih trajektorij glede ena krivulje na modelu.

37

Slika 20.: Odstranjen srh na ohišju menjalnika osebnega avtomobila.

Na sliki 21 je predstavljena robotska celica [26] podjetja LTH Castings d.d., v kateri robot po

končanem procesu tlačnega litja odloži odlitek v vpenjalo. Tam z odlitka s pomočjo drugega robota in

pnevmatskih vreten odstrani srhe. Gre torej za usklajeno delovanje dveh robotov, prikazano na sliki

22, ki ga podjetje ABB imenuje MultiMove [27]. Cikel se zaključi z odlaganjem obdelanega kosa v

mrežni zaboj na rotacijski mizi, prikazani na sliki 23.

Slika 21.: Robotska celica za tlačno litje z dodano operacijo odstranjevanja srha.

38

Slika 22.: Usklajeno odstranjevanje srha na ohišju menjalnika osebnega avtomobila.

Slika 23.: Odlaganje izdelkov na rotacijsko mizo v mrežni zaboj.

39

Če si podrobno pogledamo delovanje vidimo, da prvi robot čaka na signal stroja, da je le ta končal s

tlačnim litjem. Nato robot seže v stroj in prime odlitek, ki ga postavi na vpenjalno mesto ter sproži

vpenjanje izdelka. Stroj za litje začne nov cikel. Oba robota nato začneta s postopkom odstranjevanja

srha s pomočjo pnevmatskih vreten. Ko je srh odstranjen, prvi robot prime izdelek in ga odloži na

ustrezno mesto v mrežni boks, ki se nahaja na rotirajočem se pozicionirniku. Po vsakem zaključenem

sloju, mora prvi robot v mrežni boks namestiti še vmesni karton.

V navedeni robotski celici sta dva robota, kar močno poveča čas, potreben za programiranje, v

primerjavi s prej navedeno livarsko celico. Za naveden projekt je podjetje ABB [22] za osnovni

program potrebovalo 16 ur programiranja. Nato sta sledila programiranje trajektorij za

odstranjevanje srha in paletiranje. Za posamezen izdelek je bil po izkušnjah čas programiranja 80 ur.

Vanj sta všteta tudi čas testiranja izdelanega programa in fina nastavitev točk, ki sestavljajo

trajektorije. Ker je jedro programa narejeno le enkrat, potrebujemo za programiranje vsakega

nadaljnjega izdelka 80 dodatnih ur. Fina nastavitev točk v tem primeru povzroči več neustreznih

kosov, ki imajo večjo vrednost, zato je strošek navkljub ponovni uporabi same taline večji kot v

primeru samega tlačnega litja.

Sedaj definirajmo potreben čas programiranja enake aplikacije s pomočjo simulacijske programske

opreme. Za osnovni program potrebujemo le 8 ur, za programiranje trajektorij in testiranje pa 40 ur.

V to je vštet tudi čas testiranja izdelanega programa in fina nastavitev točk. Ker je jedro programa

narejeno le enkrat, potrebujemo za vsak nadaljnji program 40 dodatnih ur programiranja.

V fazi izvedbe robotske celice za strego stroja in odstranjevanje srha proizvodnja ne poteka, zato

stroška izgubljene proizvodnje ne upoštevamo. Če vstavimo zgoraj naveden čas v enačbo 2, dobimo

izračun, predstavljen v enačbi 11.

( ) (11)

Strošek pri uporabi simulacijske programske opreme je naveden v enačbi 12 ter prikazan v tabeli 14

in na grafu 10. Tabela 15 prikazuje vrednosti uporabljene za izračun.

( )

(12)

Število izdelkov Izvedba ročno [kEUR] Izvedba off-line [kEUR]

1 9,720 9,860

2 16,320 13,160

3 22,920 16,460

4 29,520 19,760

5 36,120 23,060

6 42,720 26,360

7 49,320 29,660

8 55,920 32,960

9 62,520 36,260

10 69,120 39,560

Tabela 14: Strošek ročnega in off-line programiranja strege stroja za odstranjevanje srha v EUR glede

na število različnih izdelkov.

40

Graf 10: Strošek ročnega in off-line programiranja strege stroja in odstranjevanja srha v EUR glede na

število različnih izdelkov.



Udod Število porabljenih ur za dodatni izdelek 80 ur 40 ur










Narejen izračun kaže, da je v fazi izvedbe robotske celice za tlačno litje in odstranjevanje srha

programiranje s simulacijsko programsko opremo upravičeno že pri prvem izdelku. To je posledica

velike razlike v številu ur, potrebnih za izdelavo trajektorij.

7.2 Faza proizvodnje Predstavljeno ohišje menjalnika za osebni avto tlačno lijemo s ciklom 73 s, zato na uro izdelamo 49

izdelkov. Ob predpostavki, da je vrednost izdelka 50 EUR, ocenjeni dobiček proizvajalca pa 15 EUR, je

strošek izgubljene proizvodnje 735 EUR na uro.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Stro

šek

[kEU

R]

Ročno

Off-line


41

Ponovno upoštevamo dve možnosti. V prvem primeru kupec dela v treh izmenah, v drugem pa le v

eni izmeni, preostali dve pa sta na voljo za programiranje.

Če vstavimo predvidene cene v enačbo 6, dobimo pri ročnem programiranju v primeru zaustavitve

proizvodnje enačbo 13.

( )

(13)

Strošek pri uporabi simulacijske programske opreme je naveden v enačbi 14, rezultata obeh enačb

pa predstavljena v tabeli 16 in na grafu 11. Uporabljene vrednosti za izračun prikazuje tabela 17.

( ) (14)


ročno [kEUR]


off-line [kEUR]

1 77,160 43,580

2 139,960 74,980

3 202,760 106,380

4 265,560 137,780

5 328,360 169,180

6 391,160 200,580

7 453,960 231,980

8 516,760 263,380

9 579,560 294,780

10 642,360 326,180

Tabela 16.: Strošek ročnega in off-line programiranja strege stroja in odstranjevanja srha v EUR v

primeru ustavljene proizvodnje, glede na število različnih izdelkov.

Graf 11.: Strošek ročnega in off-line programiranja strege stroja in odstranjevanja srha v EUR v

primeru ustavljene proizvodnje, glede na število različnih izdelkov.

0

100

200

300

400

500

600

700

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Stro

šek

[kEU

R]

Ročno

Off-line


42
















Rezultat izračuna v primeru, ko moramo proizvodnjo ustaviti je pričakovan, saj stroški ustavljene

proizvodnje daleč presegajo vse preostale stroške, zato je uporaba simulacijske programske opreme

v tem primeru nujna.

Ko proizvodnje ni treba zaustaviti, izračunamo strošek pri ročnem programiranju z enačbo 15,

(15)

strošek pri uporabi simulacijske programske opreme pa z enačbo 16, kar je predstavljeno v tabeli 18

in na grafu 12. Vrednosti za izračun so zbrane v tabeli 19.

(16)


ročno [kEUR]


off-line [kEUR]

1 6,600 8,300

2 10,600 10,300

3 14,600 12,300

4 18,600 14,300

5 22,600 16,300

6 26,600 18,300

7 30,600 20,300

8 34,600 22,300

9 38,600 24,300

10 42,600 26,300

Tabela 18.: Strošek ročnega in off-line programiranja strege stroja in odstranjevanja srha v EUR v

primeru delujoče proizvodnje, glede na število različnih izdelkov.

43

Graf 12.: Strošek ročnega in off-line programiranja strege stroja in odstranjevanja srha v EUR v

primeru delujoče proizvodnje, glede na število različnih izdelkov.
















Uporaba simulacijske programske opreme za programiranje robotske celice za strego in

odstranjevanje srha je v fazi izvedbe projekta in proizvodnje nujna. V primeru ko se lahko

programiranje izvede v prosti izmeni, pa se njena uporaba ekonomsko upraviči že pri programiranju

drugega izdelka.

Če upoštevamo dejstvo, da je kupcu v fazi ponudbe čas cikla zelo pomemben in se ga lahko določi le

s simulacijo oziroma off-line programiranjem, lahko rečemo, da je v primeru aplikacije strege, ki

vključuje odstranjevanje srha, off-line programiranje smiselno v vseh definiranih fazah projekta.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Stro

šek

[kEU

R]

Ročno

Off-line


44

8. Strošek programiranja odstranjevanja srha in brušenja

8.1 Faza izvedbe Analizirajmo primer strege več strojev z več roboti. Projekt odstranjevanja srha z ohišja menjalnika,

ki ga prikazuje slika 24, je podjetje ABB izvedlo za kupca Automobile Dacia S.A., Mioveni, Romunija

[28]. Projekt je obsegal izdelavo študije, simulacijo, izdelavo robotske celice ter njen zagon.

Slika 24.: Ohišje menjalnika osebnega avtomobila.

Robotska celica, predstavljena na sliki 25, je sestavljena iz dveh robotov IRB 6600 s kombiniranimi

prijemali, preprijemne postaje, treh pnevmatsko gnanih rezkalnih vreten, tračnega brusilnega stroja,

odsesovalnega stroja, izpihovalne komore, vstopne postaje in iztopne drče. Postopek dela je sledeč.

Operater položi neobdelan izdelek na vstopno postajo ter zavrti rotirajočo se mizo. Prvi robot prime

izdelek z zunanje strani ter s tračnim brusnim strojem obrusi sledi sistema izmetačev. Sledi

odstranjevanje srha na spodnji in notranji strani z rezkalnimi vreteni. Na koncu prvi robot odloži

izdelek na preprijemno postajo, kjer ga prime drugi robot, ki odstrani srh, ki je pri prvem robotu

zaradi načina prijema ostal nedostopen.

45

Slika 25.: Robotska celica za odstranjevanje srha z ohišja menjalnika.

Ker je bila predstavljena oprema in tehnologija novost za kupca, se je pred dejansko izvedbo robotske celice želel prepričati v možnost izvedbe, zato je bilo potrebno zgraditi virtualno robotsko celico s pomočjo simulacijske programske opreme RS in dodatka MTPP ter z njeno pomočjo preveriti možnost uporabe obstoječih robotov IRB 6600, določiti koncepte prijemanja, ki jih kažeta sliki 26 in 27, izbrati primerna obdelovalna orodja, oceniti hitrosti obdelave, razdeliti naloge med robota, preveriti dosegljivosti, morebitne trke, izdelati robotske programe – trajektorije ter potrditi možnosti čiščenja izdelka v zahtevanem ciklu, ki je prvotno znašal 200 s.

Slika 26.: Koncept zunanjega prijema ohišja menjalnika.

46

Slika 27.: Koncept notranjega prijema ohišja menjalnika.

Projekt je bil izveden s pomočjo simulacijske programske opreme. Za izdelavo osnovnega programa

je bilo potrebnih 32 ur, za izdelavo trajektorij pa zaradi zahtevnosti izvedbe kar 144 ur. V to je všteto

tudi testiranje izdelanega programa [22], fina nastavitev točk, ter iskanje optimalne porazdelitve dela

med roboti. Če bi želeli izvesti enak obseg dela brez uporabe simulacijske programske opreme, bi za

jedro programa potrebovali 48 ur, za programiranje trajektorij pa 224 ur. Simulacija robotske celice,

njena izvedba in programiranje so bili izvedeni v Sloveniji s strani dobavitelja ABB, zato upoštevamo

ceno ure 70 EUR. Ker se celica nahaja v Romuniji, lahko v nadaljevanju za ceno ure kupca v fazi

proizvodnje upoštevamo manj, torej 40 EUR. Glede na to da gre za odstranjevanje velikih količin

srha, je strošek neustreznih kosov pri ročnem programiranju bistveno večji kot v primeru off-line

programiranja, predvsem zaradi časa, ki ga izgubimo za posamezen kos. Strošek ročnega

programiranja izračunamo s pomočjo enačbe 17.

( ) (17)

Strošek pri uporabi simulacijske programske opreme je naveden v enačbi 18, v tabeli 20 in na grafu

13. Tabela 21 podaja vrednosti, ki so bile uporabljene v izračunu.

( )

(18)

Število izdelkov Izvedba ročno kEUR] Izvedba off-line [kEUR]

1 24,240 23,220

2 42,720 35,100

3 61,200 46,980

4 79,680 58,860

5 98,160 70,740

6 116,640 82,620

7 135,120 94,500

8 153,600 106,380

9 172,080 118,260

10 190,560 130,140

Tabela 20.: Strošek ročnega in off-line programiranja odstranjevanja srha v EUR glede na število

različnih izdelkov.

47

Graf 13.: Strošek ročnega in off-line programiranja odstranjevanja srha v EUR glede na število

različnih izdelkov.













Rezultati potrjujejo, da je bila odločitev podjetja ABB d.o.o., da se že v samem začetku projekta v fazi

ponudbe uporabi simulacijsko programsko opremo, upravičena, saj na celoten strošek najbolj vpliva

število porabljenih ur, ki je v tem primeru zelo veliko.

8.2 Faza proizvodnje Cikel omenjene aplikacije je v zahtevah kupca znašal 200 sekund. Ob predpostavki, da je vrednost

izdelka 140 EUR, ocenjeni dobiček proizvajalca pa 50 EUR, je strošek izgubljene proizvodnje 900 EUR

na uro.

Če vstavimo zgoraj navedene podatke v enačbo 6, dobimo pri ročnem programiranju v primeru

zaustavitve proizvodnje enačbo 19.

0

50

100

150

200

250

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Stro

šek

[kEU

R]

Ročno

Off-line


48

( )

(19)


pa sta predstavljena v tabeli 8 in sliki 29.

( ) (20)


ročno [kEUR]


off-line [kEUR]

1 257,480 171,340

2 468,040 306,700

3 678,600 442,060

4 889,160 577,420

5 1.099,720 712,780

6 1.310,280 848,140

7 1.520,840 983,500

8 1.731,400 1.118,860

9 1.941,960 1.254,220

10 2.152,520 1.389,580

Tabela 22.: Strošek ročnega in off-line programiranja odstranjevanja srha v EUR v primeru ustavljene


Graf 14.: Strošek ročnega in off-line programiranja odstranjevanja srha v EUR v primeru ustavljene


0

500

1.000

1.500

2.000

2.500

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Stro

šek

[kEU

R]

Ročno

Off-line


49
















Rezultat izračuna jasno kaže, da stroški ustavljene proizvodnje daleč presegajo vse preostale, zato je

uporaba simulacijske programske opreme v tem primeru nujna. Ko proizvodnje ni treba zaustaviti,

izračunamo strošek pri ročnem programiranju z enačbo 21,

(21)


in na grafu 14. Vrednosti ki so bile uporabljene za izračun, podaja tabela 25.

(22)


ročno [kEUR]


off-line [kEUR]

1 12,680 12,940

2 21,640 18,700

3 30,600 24,460

4 39,560 30,220

5 48,520 35,980

6 57,480 41,740

7 66,440 47,500

8 75,400 53,260

9 84,360 59,020

10 93,320 64,780

Tabela 24.: Strošek ročnega in off-line programiranja odstranjevanja srha v EUR v primeru delujoče

proizvodnje, glede na število izdelkov.

50

Graf 15.: Strošek ročnega in off-line programiranja odstranjevanja srha v EUR v primeru delujoče

proizvodnje, glede na število izdelkov.
















V vseh treh izračunih vidimo, da je uporaba simulacijske programske opreme upravičena že v samem

začetku projekta. Če upoštevamo še dejstvo, da je kupec želel simulacijo kot dokaz zmožnosti

doseganja cikla že v fazi ponudbe, lahko rečemo, da je v podobnih aplikacijah, kjer je število

programerskih ur veliko, smiselno že v samem začetku izvesti predstavljeni izračun in se projekta

lotiti s pomočjo off-line programiranja.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Stro

šek

[kEU

R]

Ročno

Offline


51

9. Strošek programiranja strege CNC stroja za obdelavo

9.1 Faza izvedbe Za zaključek analize področja strege strojem si poglejmo strego CNC strojev, ki se od strege strojev za

tlačno litje razlikuje v dveh ključnih dejavnikih. Cikli obdelave CNC strojev so veliko daljši od ciklov

tlačnega litja, sama vrednost izdelka pa je bistveno večja, saj gre za izdelke z manjšimi tolerancami in

s tem večjo dodano vrednostjo. Zaradi dolgih ciklov roboti strežejo dva ali več CNC strojev hkrati in

izvajajo dodatne operacije, kot so strega vrtalnih strojev, čiščenje izdelkov v banji, merjenje

specifičnih dimenzij z namenom zagotovitve, da je bila izvedena predobdelava, izvajanje kontrole s

pomočjo strojnega vida, izpihovanje izdelkov, izpihovanje vpenjal, …

Poglejmo primer projekta [22] v podjetju CIMOS d.d., kjer so obstoječi rabljeni robot uporabili za

strego štirih horizontalnih obdelovalnih centrov, v nadaljevanju HOC. Delovanje robotske celice je

sledeče. Delavec postavi na vhodni trak največ 6 izdelkov. Ker mora biti nujno izvedena

predobdelava, se pred vstavljanjem izdelka v (HOC) izvede merjenje njegovega notranjega premera

(2 x 98 mm). Merjenje se izvede s posebnim cilindrom z merjenjem položaja, ki je fiksno vpet, robot

pa položi kos čez cilinder. Preko analogne kartice velikost odprtine posredujemo robotu in ob

primerjavi z referenčno vrednostjo definiramo, ali je predobdelava izvedena ali ne. Robot nato vstavi

kos v prosti HOC na vpenjalo za operacijo 1, ki ga predhodno izpiha. Ko je operacija 1 zaključena,

robot odloži kos na mesto za preprijem. Vmes lahko streže druge stroje. Ko je vpenjalo na operaciji 2

prosto, robot preprime kos, izpiha vpenjalo in nanj odloži kos. Ko sta obe operaciji končani, robot

opere kos v pralni komori, ga izpiha in odloži na izhodni trak, ki ima senzor polnosti, sprejme pa 6

kosov.

Slika 28.: Strega štirih HOC z enim robotom.

52

Projekt je podjetje ABB izvedlo z ročnim načinom programiranja. Zanj so potrebovali 8 ur za

definicijo osnovnega programa in 32 ur za programiranje trajektorij. Če bi za enako delo uporabili

MTPP, bi potrebovali le 4 ure za osnovni program in 16 ur za programiranje in testiranje trajektorij.

Ker robot razen prijema izdelka ne izvaja obdelave, je število neustreznih izdelkov v fazi fine

nastavitve trajektorij malo, zanemarljivo za naše izračune. Programiranje vstavljanja izdelka v HOC je

razmeroma enostavno, saj gre le za odlaganje izdelka v prijemala. Če vstavimo navedene podatke v

enačbo 2 dobimo enačbo 23.

( ) (23)

Strošek pri uporabi simulacijske programske opreme je naveden v enačbi 24, tabeli 26 in na grafu 16.

( )

(24)

Število izdelkov Izvedba Ročno [kEUR]


1 5,100 7,550

2 7,740 8,870

3 10,380 10,190

4 13,020 11,510

5 15,660 12,830

6 18,300 14,150

7 20,940 15,470

8 23,580 16,790

9 26,220 18,110

10 28,860 19,430

Tabela 26.: Strošek ročnega in off-line programiranja strege HOC v EUR glede na število različnih

izdelkov.

Graf 16.: Strošek ročnega in off-line programiranja strege HOC v EUR glede na število različnih

izdelkov.

0

5

10

15

20

25

30

35

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Stro

šek

[kEU

R]

Ročno

Off-line


53

Vrednosti uporabljene v izračunu so navedene v tabeli 17.













Ker je projekt obsegal le en tip izdelka, se je pristop, ki ga je izbralo podjetje ABB, izkazal za

upravičenega, saj je off-line programiranje cenejše od ročnega šele v trenutku programiranja robota

za tretji izdelek. Ker gre pri stregi HOC zgolj za vlaganje kosa v vpenjalo, je čas programiranja

relativno kratek, zato se investicija v off-line programiranje povrne kasneje.

9.2 Faza proizvodnje Cikel operacije 1 je 5 minut, cikel operacije 2 pa 15 minut. Zaradi hkratnega dela štirih HOC, robotska

celica proizvede 16 izdelkov na uro. Cena izdelka je približno 400 EUR, ocenjeni dobiček pa zaradi

natančne obdelave, majhnih toleranc in visoke dodane vrednosti okoli 150 EUR. Strošek enournega

zastoja proizvodnje je tako 2.400 EUR.

Če vstavimo naveden strošek v enačbo 6, dobimo pri ročnem programiranju v primeru zaustavitve

proizvodnje enačbo 25.

( )

(25)


sta predstavljena v tabeli 28 in na grafu 17, uporabljene vrednosti pa v tabeli 29.

( ) (26)

54


ročno [kEUR]


off-line [kEUR]

1 99,800 54,900

2 178,200 94,100

3 256,600 133,300

4 335,000 172,500

5 413,400 211,700

6 491,800 250,900

7 570,200 290,100

8 648,600 329,300

9 727,000 368,500

10 805,400 407,700

Tabela 28.: Strošek ročnega in off-line programiranja strege HOC v EUR v primeru ustavljene


Graf 17.: Strošek ročnega in off-line programiranja strege HOC v EUR v primeru ustavljene

















0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Stro

šek

[kEU

R]

Ročno

Off-line


55

Zaradi visoke dodane vrednosti izdelka, so stroški ustavljene proizvodnje že v primeru programiranja

1 izdelka tako visoki, da je uporaba simulacijske programske opreme nujna. Ko proizvodnje ni treba

zaustaviti, izračunamo strošek pri ročnem programiranju z enačbo 27,

(27)

pri uporabi simulacijske programske opreme pa z enačbo 28, kar kažeta tabela 30 in graf 18.

Vrednosti uporabljene v izračunih, so podane v tabeli 31.

(28)


ročno [kEUR]


off-line [kEUR]

1 3,800 6,900

2 5,400 7,700

3 7,000 8,500

4 8,600 9,300

5 10,200 10,100

6 11,800 10,900

7 13,400 11,700

8 15,000 12,500

9 16,600 13,300

10 18,200 14,100

Tabela 30.: Strošek ročnega in off-line programiranja strege HOC v EUR v primeru delujoče


Graf 18.: Strošek ročnega in off-line programiranja strege HOC v EUR v primeru delujoče


0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Stro

šek

[kEU

R]

Ročno

Off-line


56
















Uporaba simulacijske programske opreme za strego obdelovalnih centrov je torej upravičena le v

primeru, ko moramo zaradi ročnega načina programiranja zaustaviti že obstoječo proizvodnjo, ali pa

ko število programov v fazi izvedbe ali nadgradnje celice naraste na tri ali več.

S tem se zaključi analiza segmenta strege strojem in začne obravnava segmenta obločnega varjenja.

57

10. Strošek programiranja obločnega varjenja delov sedežev

10.1 Faza izvedbe Industrijski roboti omogočajo več vrst varjenja. Z roboti nosilnosti od 5 kg do 10 kg se največkrat

izvaja obločno varjenje, sledi mu uporovno varjenje, ki zahteva robote nosilnosti od 100 kg do

250 kg. Manj pogosti sta aplikacij robotskega varjenja po postopku TIG in uporabe laserja za spojitev

zvarjencev. Glede na podatke, navedene v tabeli 6, se moramo v analizi omejiti na robotske varilne

celice, ki izvajajo obočno varjenje.

Varilne robotske celice so sestavljene iz varilnih robotov, varilnih izvorov, pozicionirnikov ki

omogočajo rotacijo zvarjencev, vpenjalnih priprav za vpetje zvarjencev ter zaščite za operaterje.

Poleg navedenega lahko v posebnih primerih robotske celice vsebujejo tudi dodatno opremo, kot so

strojni vid za pregledovanje kakovosti varov, hladilne linije za izdelke, naprave za končno dimenzijsko

kontrolo zvarjencev ipd. V osnovi je delovanje varilnih celic sledeče. Robot se po končanem varjenju

umakne in omogoči vrtenje pozicionirnika. Operater na operaterski strani vzame pravkar zvarjen kos

iz vpenjalne priprave. Hkrati z izpenjanjem zvarjenega kosa začne robot na drugi strani pozicionirnika

variti. Nato operater vzame varjence iz zalogovnikov in jih vstavi v vpenjalno pripravo ter z

dvoročnim vklopom sproži vpenjanje varjencev z namenom zagotovitve točnega položaja v vpenjalni

pripravi.

Tipičen primer robotske varilne celice v avtomobilski industriji je varilna celica za varjenje sestavnih

delov avtomobilskih sedežev v podjetju TPV d.d., ki jo vidimo na sliki 29.

Slika 29.: Robotska varilna celica tipa FlexArc.

58

Del projektnega časa odpade na mehansko postavitev opreme. Tukaj uporaba simulacijske opreme

ne prinese bistvene razlike, zato je za analizo bolj pomemben čas, potreben za programiranje

delovanja varilnega robota.

Podobno kot pri stregi strojev, programiranje razdelimo na dve fazi: izdelavo jedra programa in

definicijo točk gibanja robota, ki sestavljajo posamezne vare. Jedro programa sestavlja krmilni del

programa, ki krmili vpenjalne priprave, programska povezava senzorjev, ki zagotavljajo prisotnost in

ustrezno lego varjencev v vpenjalni pripravi, izdelava pravil, ki zagotavljajo ustrezno zaporedje

vpenjanja, itd. V drugi fazi definiramo začetne in končne točke varov ter varilne parametre, kot so

hitrost varjenja, napetost, tok, hitrost žice, kot gorilnika, ter program povežemo v celoto. Vsak var

ima praviloma svoje varilne parametre, saj lahko s tem v primeru sprememb le te vedno omejimo na

točno določen var.

Robotska varilna celica ima lahko tudi enega ali več različnih sistemov iskanja ali sledenja varov.

Iskanje je lahko izvedeno kontaktno, primer je ABB-jeva programska funkcija SmartTack [29], kjer se

iskanje vara izvaja mehansko s pomočjo dotika in napetosti na plinski šobi gorilnika. Uporablja se

tudi sistem za optično iskanje varov, primer je oprema proizvajalca SICK [30], kjer se položaj kosov ali

reža med njimi ugotavlja z laserskim merilnikom razdalje. Robot lahko var tudi sledi in dinamično

izvaja korekcijo trajektorije v primeru deformacije varjencev, zaradi povišanja temperature ali

odstopanja mer zaradi proizvodnje. Primer takega sledenja je ABB-jev sistem WeldGuide [31], ki med

varjenjem spremlja impedanco obloka in korigira pot robota. Zahtevnejše sledenje se izvaja z

laserjem in kamero, kjer se aktivno spremlja predvideno pot robota in korigira trajektorije. Primer je

rešitev, ki jo nudi podjetje ServoRobots [32]. V navedeni primerih je potrebno, poleg programiranja

že navedenih parametrov posameznega vara, določiti in s poskusi validirati tudi parametre za

opremo, ki omogoča iskanje ali sledenje vara.

Samo varjenje je lahko razmeroma enostavno, na primer varjenje linearnih varov brez rotacije

pozicionirnika. Bolj zahtevno je varjenje daljših varov, med katerimi so tudi krožni vari.

Najzahtevnejše robotsko varjenje nastane ko potrebujemo usklajeno rotacijo pozicionirnika z

varilnim robotom, varjenje več robotov hkrati na istem varjencu, več žarkovno varjenje debelih

materialov ter iskanje in sledenje določenih ali vseh varov na varjencu.

Sorazmerno z številom varov se povečuje tudi kompleksnost vpenjalnih priprav. V projekt, kjer se

uporablja ena varilna celica, je lahko vključenih več vpenjalnih priprav, kar moramo upoštevati v

izračunih. Na prirobnico pozicionirnika je vpeta vpenjalna priprava, primer vidimo na sliki 30, ki je

skupek nosilnih mehanskih elementov, pnevmatskih ali električnih aktuatorjev ter različnih senzorjev

in zaščit proti obrizgom. Vsi navedeni elementi zagotavljajo ustrezen položaj vajencev med

varjenjem in so ključnega pomena za doseganje ustrezne geometrije končnega zvarjenca.

Pozicionirnik ima nalogo zagotoviti sinhrono rotacijo varjenega kosa z robotom na tak način, da so

doseženi želeni parametri varilnega procesa (položaj varjenca, hitrost varjenja, dolžina vara, ustrezen

prerez….).

59

Slika 30.: Vpenjalne priprave za vpetje varjencev.

Ker so vpenjalne priprave vedno izdelane za točno določen izdelek, je v primeru ročnega

programiranja potrebno vse spremembe, ki se pojavijo na primer zaradi kolizije gorilnika, primer

kaže slika 31, ali nedostopnosti vara, reševati v fazi izvedbe, ki pa je časovno najbolj kritičen del

projekta. S pomočjo simulacijske programske opreme lahko že v fazi zasnove, torej 3D modela

vpenjalne priprave, preverimo ali dejanska postavitev aktuatorjev, vodnikov, električnih omar, … ne

ovira dostopa do zahtevanih varov. Zato je uporaba simulacijske programske opreme pri načrtovanju

vpenjalnih priprav ključna, v izračunu pa jo ne bomo upoštevali, kjer je njen prispevek nemogoče

točno ovrednotiti, saj RS izdelave dejanske konstrukcije, ki je časovno največji del vpenjalnih priprav,

ne omogoča.

Slika 31.: Primer napake v konstrukciji vpenjal, ki gorilniku preprečuje dostop do vara.

Čas, ki je potreben, da je var ustrezen, je relativno dolg. Najprej se določi začetno, vmesne in končno

točko vara. Nato se varjence zvari in spreminja parametre (položaj začetne točke, vmesne točke,

60

položaj končne točke, tok, napetost, hitrost varjenja ter mehanske nastavitve vpenjalnih priprav),

dokler var vizualno ne ustreza zahtevam. V avtomobilski industriji se običajno var verificira s

pomočjo pregleda prereza, nateznega testa in rezultatov točnega merjenja geometrije zvarjenca. Če

so rezultati neustrezni, se mora del ali celo ves naveden postopek za posamezen var ponoviti.

Pri varjenju imajo neustrezni izdelki večji pomen, saj se jih ne da ponovno uporabiti v nadaljnjem

procesu proizvodnje. Izdelek je lahko neustrezen zaradi neustreznega položaja vara, njegove dolžine,

penetracije vara v sam material, obrizgov, ki so posledica varilnega procesa in se jim v celoti ne da

izogniti ali pa dimenzijsko ne ustreza predpisanim vrednostim. Slednje je ob predpostavki da so

varjenci ustrezni, posledica neustrezne zasnove in posledično delovanja vpenjalnih priprav ali pa

napačno določenih parametrov posameznega vara.

Na strošek programiranja vpliva število robotov v robotski celici R, število varov na izdelku V, število

porabljenih ur za programiranje osnovnega programa Uosn ter trajektorij za varjenje V∙Uvar, cena

programerske ure dobavitelja opreme Cprog, čas programerja na poti Upot (ko se programiranje izvaja

zunaj sedeža dobavitelja), cena ure na poti Cpot, čas potreben za programiranje iskanja vara X∙Uisv,

čas, potreben za programiranje sledenja vara X∙Usv, cena osnovne programske opreme RS Cswrs, cena

dodatka AWPP Cswawpp ter cena šolanja Csols. Kakor smo že navedli v primeru strege, majhna vrednost

cene dnevnice [23] tako rekoč ne vpliva na izračun, ki ga da enačba 29, zato je ne bomo upoštevali.

(

) (29)

Za čas na poti Upot predvidimo dvakrat po eno uro na dan izvedbe kar nam da enačbo 30.

(

(

) ) (30)

V primeru ročnega programiranja dobimo enačbo 31,

(

(

) ) (31)

V primeru programiranja s pomočjo simulacijske programske opreme pa enačbo 32.

(

(

) ) (32)

Izračun si poglejmo na primeru projekta v podjetju TPV za varjenje sestavnih delov za avtomobilske

sedeže, ki jih prikazuje slike 32, kjer je projekt obsegal dobavo dveh varilnih celic, vsaka od njih je

vključevala dva varilna robota ter 10 vpenjalnih priprav. Vsaka od njih je bila namenjena vpenjanju

dveh izdelkov.

Dobavitelj je v projektu že v samem začetku uporabil simulacijsko programsko opremo predvsem iz

dveh razlogov. Prvi je veliko število varov, saj gre za 10 dvojnih vpenjalnih priprav. Drug pomemben

razlog je bil relativno dolg čas dobave varilnih celic ter kratek dobavni rok celotnega projekta. Zato je

bilo potrebno pristopiti k razvoju in konstrukciji vpenjalnih priprav že zelo zgodaj v projektu.

61

Slika 32.: Deli avtomobilskih sedežev.

Cena ure na poti je v ceniku podjetja ABB 50 evrov, strošek ure programiranja varjenja pa 70 evrov

[21]. Pri izvedbi robotske celice proizvodnja ne poteka, zato stroška izgubljene proizvodnje v tem

primeru ne upoštevamo. Za izračun definiramo, da imamo 4 robote, vsak vari na petih različnih

vpenjalnih pripravah, vsak kos v vpenjalni pripravi ima v povprečju 4 vare. V navedenem projektu je

dobavitelj programiranje izvedel s pomočjo simulacijske programske opreme. Za osnovni program

posameznega robota je potreboval 16 ur, za določitev vseh parametrov posameznega vara pa 4 ure.

Če bi se enako obsežnega programiranja lotil ročno s pomočjo učne naprave, bi za osnovni program

robota potreboval 32 ur, za posamezen var pa 8 ur. Z navedenimi vrednostmi za ročni način

programiranja in enačbo 31, dobimo izračun po enačbi 33,

( ( ) ) (33)

v primeru programiranja s pomočjo simulacijske programske opreme pa enačbo 34. Rezultate

prikazujeta tabela 32 in graf 19, uporabljene vrednosti pa tabela 33.

( ( ) )

(34)

Število izdelkov Izvedba ročno [kEUR] Izvedba off-line [kEUR]

1 15,000 12,000

2 17,640 13,320

3 20,280 14,640

4 22,920 15,960

5 25,560 17,280

6 28,200 18,600

7 30,840 19,920

8 33,480 21,240

9 36,120 22,560

10 38,760 23,880

Tabela 32.: Strošek ročnega in off-line programiranja varjenja v EUR glede na število varov

posameznega robota.

62

Graf 19.: Strošek ročnega in off-line programiranja varjenja v EUR glede na število varov

posameznega robota.


Uosn Število porabljenih ur za osnovni program 32 ur/robota 16 ur/robota

Uvar Število porabljenih ur za posamezen var 8 ur/var 4 ure/var

Ckprog Cena programerske ure dobavitelja 70 EUR/uro 70 EUR/uro




Cswawpp Cena dodatka AWPP 1 kEUR 1 kEUR



Csolawpp Cena šolanja za dodatek AWPP 0,9 kEUR 0,9 kEUR

R Število robotov 4 4

Uisv Čas programiranja iskanja vara 0 ur 0 ur

X Število varov kjer se izvaja iskanje vara 0 0

Usv Čas programiranja sledenja vara 0 ur 0 ur

Y Število varov kjer se izvaja sledenje vara 0 0


Iz izračunov je razvidno, da je bil pristop k projektu s pomočjo simulacijske programske opreme

upravičen in ustrezen. Predvsem se pozna obseg projekta, saj je bilo potrebno programirati 4 robote,

vsak od njih pa je moral variti 20 različnih varov. Navkljub izračunu je potrebno poudariti, da za

razliko od strege strojev tu vpenjalne priprave predstavljajo velik finančni izdatek ter tudi

potencialno veliko izgubo časa, če niso primerno konstruirane, izdelane ali nastavljene. Zato je

nujno, da v projekte varjenja vedno vključujemo simulacijo in s tem preverjanje zasnove vpenjalnih

priprav že v fazi konstrukcije.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Stro

šek

[kEU

R]

Ročno

Off-line

Število različnih varov

63

10.2 Faza proizvodnje Zaradi napredne konstrukcije in dobrega načrtovanja je življenjska doba robotov in s tem robotskih

celic za varjenje v avtomobilski industriji od 10 do 15 let. Avtomobilski proizvajalci rahlo prenovijo

(facelift) posamezen model avtomobila vsaka tri leta, takrat se običajno varjeni sestavni deli ne

menjajo, ter popolnoma zamenjajo model vsakih 5-6 let. V zadnjem času je sicer zelo uspešen

koncept nekaterih proizvajalcev (Opel, Škoda, Kia…), da se starejši model v omejenih različicah

ohrani v proizvodnji še po prihodu novega modela, vendar to še vedno pomeni, da se bo v življenjski

dobi varilne celice vsaj enkrat zamenjalo izdelke, ki se na njej varijo. Dejansko pa se zaradi upada

naročenih količin izdelkov, povezanim z upadom prodaje pred prihodom novega modela avtomobila,

to lahko zgodi tudi večkrat. Takrat je potrebno pri ročnem načinu programiranja robotsko celico in s

tem proizvodnjo ustaviti ter sprogramirati nov program.

Kakor smo že navedli pri analizi strege strojev, se v fazi proizvodnje strošek ure programerja

spremeni. Tako definiramo ceno programerja Ckprog, ki znaša v povprečju 50 evrov [22]. Navedenim

stroškom dodamo še strošek ustavljene proizvodnje Cup ter zapišemo enačbo 35.

(

(

) )

(35)

V enačbi 36 je strošek ustavljene proizvodnje definiran kot produkt ocenjenega dobička

posameznega izdelka Ci, števila izdelkov na uro Pu ter časa zaustavitve Uzau.

(

(

) )

(36)

Varjenje sestavnih delov za avtomobilske sedeže traja od 20 do 40 s, v povprečju 30 s. Na uro

izdelamo z enim robotom 120 izdelkov. Ob predpostavki, da je vrednost izdelka 10 EUR, ocenjeni

dobiček proizvajalca pa 2 EUR, je strošek izgubljene proizvodnje za naveden projekt 480 EUR na uro.

Ker programiranje izvaja kupec sam, časa na poti ne vključimo v izračun.

Čeprav je bila, tipično za avtomobilsko industrijo planirana 3 izmenska neprekinjena proizvodnja,

bomo kakor v primeru strege strojev upoštevali dve možnosti. V prvem primeru (ustavljena

proizvodnja) kupec dela v treh izmenah, torej nima možnosti za programiranje brez zaustavitve

proizvodnje, v drugem (delujoča proizvodnja) pa le v eni izmeni, preostali dve pa sta na voljo za

programiranje.

V projektu iskanja varov ni, zato ga v izračunih tudi ne upoštevamo. Če vstavimo predvidene cene in

poenostavimo izračun, dobimo za ustavljeno proizvodnjo pri ročnem programiranju enačbo 37.

( ) (

) (37)

Strošek pri uporabi simulacijske programske opreme je naveden v enačbi 38. Rezultata obeh enačb

sta predstavljena v tabeli 34 in na grafu 20. Vrednosti ki smo jih uporabili v izračunu so podane v

tabeli 35.

64

( )

( ) (38)

Število izdelkov Ustavljena proizvodnja ročno[kEUR]


off-line [kEUR]

1 29,000 19,500

2 34,440 22,220

3 39,880 24,940

4 45,320 27,660

5 50,760 30,380

6 56,200 33,100

7 61,640 35,820

8 67,080 38,540

9 72,520 41,260

10 77,960 43,980

Tabela 34.: Strošek ročnega in off-line programiranja varjenja v EUR v primeru ustavljene

proizvodnje glede na število varov posameznega robota.

Graf 20.: Strošek ročnega in off-line programiranja za strego stroja v EUR v primeru ustavljene

proizvodnje.

Rezultati izračuna jasno kažejo, da stroški ustavljene proizvodnje daleč presegajo vse preostale, zato

je uporaba simulacijske programske opreme v tem primeru nujna.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Stro

šek

[kEU

R]

Ročno

Off-line


65






















( ) (39)


in na grafu 21. Uporabljene vrednosti za izračun so podane v tabeli 37.

( )

(40)


ročno [kEUR]


off-line [kEUR]

1 9,800 9,900

2 11,400 10,700

3 13,000 11,500

4 14,600 12,300

5 16,200 13,100

6 17,800 13,900

7 19,400 14,700

8 21,000 15,500

9 22,600 16,300

10 24,200 17,100

Tabela 36: Strošek ročnega in off-line programiranja varjenja v EUR v primeru delujoče proizvodnje

glede na število varov posameznega robota.

66

Graf 21: Strošek ročnega in off-line programiranja varjenja v EUR v primeru delujoče proizvodnje






















V primeru ko imamo na voljo prosto izmeno za programiranje se ponovno izkaže, da je

programiranje s pomočjo simulacijske programske opreme cenejše od ročnega programiranja.

Dobavitelj je torej v tem primeru ustrezno pristopil k projektu, saj je off-line programiranje za

navedeni obseg varov v vseh treh primerih najbolj ugodna izbira.

0

5

10

15

20

25

30

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Stro

šek

[kEU

R]

Ročno

Off-line


67

11. Strošek varjenja osnov bivalnih zabojnikov

11.1 Faza izvedbe Kot primer večjih izdelkov si poglejmo varjenje osnov za zabojnike v podjetju Arcont. Robotska celica

vključuje dva varilna robota, ki sta zaradi dolžine varjenca postavljena na tračnici. Med njima je

pozicionirnik, ki je montiran na dvižnem sistemu, kar mu omogoča lažje obračanje. Na pozicionirniku

je nosilec, na katerega sta pritrjeni dve vpenjalni pripravi.

Slika 33. Bivalni zabojnik ki ga proizvaja podjetje Arcont.

Delavci s pomočjo manipulatorja na vpenjalni pripravi zunaj robotske celice vstavijo vse varjence.

Nato z dvigalom dvignejo vpenjalno pripravo z varjenci in jo položijo na pozicionirnik, pravkar zvarjen

kos pa skupaj z drugo vpenjalno pripravo odnesejo v nadaljnjo obdelavo, v tem primeru brušenje.

Robota nato začneta z varjenjem. Ko je varjenje končano, se postopek ponovi. Varilna celica je

predstavljena na sliki 34.

Slika 34. Robotska varilna celica za varjenje platform bivalnih zabojnikov.

68

Čas cikla je 18 minut, od tega robota varita približno 10 minut. Varov je 180, od tega se 16 varov išče

3 točkovno s pomočjo prej omenjene programske funkcije SmarTac. Pri štirih varih pa se meri reža

med varjenci s pomočjo laserskega merilnika razdalje proizvajalca SICK, saj so tolerance tako velikih

kovinskih konstrukcij, kot so zabojniki, velike nekaj mm. Zato nastajajo med varjenci reže, ki jih je

potrebno s pomočjo laserskega merilnika razdalje izmeriti in nato izbrati ustrezen program za

varjenje. Za off-line programiranje 3 točkovnega iskanja vara potrebujemo 2 uri, za programiranje

iskanja reže pa 3 ure. V primeru ročnega programiranja potrebujemo za 3 točkovno iskanje 3 ure, za

iskanje reže pa 5 ur.

Ker gre za unikatno robotsko varilno celico z zelo velikimi varjenci, kar je prikazano na sliki 35, je bilo

potrebno že v fazi ponudbe pristopiti k projektu s pomočjo simulacijske programske opreme.

Dodatna motiva za tak pristop sta bila dolg čas cikla, ki ga je bilo potrebno pred naročilom s strani

kupca točno definirati ter dejstvo, da je bila platforma v osnovi narejena za ročno varjenje, zato je bil

dostop do nekaterih varov zelo otežen. Čas cikla je bil za kupca kritičen, saj je bil osnova izračuna

povratka investicije ter s tem odločitve o nakupu.

Slika 35.: Simulacija varjenja ter preverjanje dostopa gorilnika in konstrukcije vpenjalnih priprav.

Za izvedbo osnovnega programa in testiranje je bilo potrebnih 40 ur, za izvedbo varilnega programa

pa še dodatnih 320 ur. Če bi programirali ročno, bi porabili za osnovni program 80 ur, za izvedbo

varilnega dela pa 640 ur. Glede na to, da sta robota dva, bomo upoštevali, da se je polovico ur

porabilo za posameznega robota. Ker so v analizi časi definirani za posamezen var, lahko

upoštevamo, da je potrebno za off-line programiranje 2 uri/var, za ročno pa 4 ure na var.

Ker varimo z dvema robotoma, čas za osnovni program ter število iskanih varov razdelimo na pol.

69

Z navedenimi cenami za ročni način programiranja dobimo izračun po enačbi 41.

(

( ) ) (41)


(

( ) ) (42)

Rezultate prikazujeta tabela 38 in graf 22, vrednosti uporabljene v izračunu pa tabela 39.



1 13,820 12,110

2 14,480 12,440

3 15,140 12,770

4 15,800 13,100

5 16,460 13,430

6 17,120 13,760

7 17,780 14,090

8 18,440 14,420

9 19,100 14,750

10 19,760 15,080

Tabela 38.: Strošek ročnega in off-line programiranja varjenja v EUR glede na število varov

posameznega robota.

Graf 22.: Strošek ročnega in off-line programiranja varjenja v EUR glede na število varov

posameznega robota.

0

5

10

15

20

25

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Stro

šek

[kEU

R]

Ročno

Off-line


70



Uvar Število porabljenih ur za posamezen var 4 ure/var 2 uri/var










Uisv1 Čas programiranja iskanja vara 3 ure 2 uri

X1 Število varov kjer se izvaja iskanje reže 8/robot 8/robot

Uisv2 Čas programiranja iskanja reže 5 ur 3 ure



Iz izračunov je razvidno, da je bil pristop k projektu s pomočjo simulacijske programske opreme

upravičen in ustrezen že pri programiranju prvega vara. Ker smo obravnavali celoten projekt, je v

rezultatih že zajeta končna količina varov, ki smo jih iskali. Kot primer velike »izgube« časa v primeru

ročnega programiranja je rotacija pozicionirnika, ki skupaj z njegovim dvigom traja 2 minuti. V

simulacijski programski opremi RS se rotacija izvede v nekaj sekundah.

11.2 Faza proizvodnje Bivalni zabojniki so prilagojeni funkcijam, ki jih bodo ljudje v njih opravljali. Uporabljajo se kot

pisarne na gradbiščih, zasilni prostori med prenovo po naravnih nesrečah, rešitve za vrtce, kjer jih

združujejo v večje komplekse itd. Posledično lahko sklepamo, da bo kupec na varilni celici izdeloval

več tipov zabojnikov. Zato je smiselno analizirati strošek programiranja v fazi proizvodnje.

Varjenje sestavnih osnov za zabojnike traja 18 minut. Na uro izdelamo z enim robotom 3,3 osnove.

Ob predpostavki, da je vrednost izdelka 1.500 EUR, ocenjeni dobiček proizvajalca pa 150 EUR, je

strošek izgubljene proizvodnje za naveden projekt 495 EUR na uro.

Ker programiranje izvaja kupec sam, časa na poti ponovno ne vključimo v izračun, strošek

programerja Ckprog, je v tem primeru ponovno 50 EUR.

Kupec izvaja proizvodnjo v dveh izmenah, ponovno pa bomo upoštevali dve možnosti. V prvem

primeru (ustavljena proizvodnja) kupec dela v treh izmenah, torej nima možnosti za programiranje

brez zaustavitve proizvodnje, v drugem (delujoča proizvodnja) pa le v dveh izmenah, preostala pa je

na voljo za programiranje.

V projektu je bilo izvedeno iskanje varov, zato je le to vključeno tudi v izračunih. Če vstavimo

predvidene cene in poenostavimo izračun, dobimo za ustavljeno proizvodnjo pri ročnem

programiranju enačbo 43.

71

( )

( ) (43)


Uporabljene vrednosti podaja tabela 41.

( )

( ) (44)


ročno [kEUR]


off-line [kEUR]

1 51,180 31,090

2 53,560 32,280

3 55,940 33,470

4 58,320 34,660

5 60,700 35,850

6 63,080 37,040

7 65,460 38,230

8 67,840 39,420

9 70,220 40,610

10 72,600 41,800


proizvodnje glede na število varov posameznega robota.

Graf 23.: Strošek ročnega in off-line programiranja za strego stroja v EUR v primeru ustavljene

proizvodnje.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Stro

šek

[kEU

R]

Ročno

Off-line


72














X1 Število varov kjer se izvaja iskanje vara 8/robot 8/robot

Uisv2 Čas programiranja iskanja reže 5 3



Pu Število izdelkov na uro 3,3 3,3



Rezultati izračuna jasno kažejo da stroški ustavljene proizvodnje daleč presegajo vse preostale, zato

je uporaba simulacijske programske opreme v tem primeru nujna. Ko proizvodnje ni treba zaustaviti,

izračunamo strošek pri ročnem programiranju z enačbo 45,

( )

(45)


in na grafu 24. Uporabljene vrednosti podaja tabela 43.

( )

(46)

V primeru ko imamo na voljo prosto izmeno za programiranje novih izdelkov je programiranje s

pomočjo simulacijske programske opreme cenejše od ročnega programiranja že pri četrtem varu. Če

sledenja ne upoštevamo, se meja premakne na deseti var. Dobavitelj je torej v tem primeru ustrezno

pristopil k projektu, saj je off-line programiranje za navedeni obseg varov v vseh treh primerih

najbolj ugodna izbira.

73


ročno [kEUR]


off-line [kEUR]

1 9,600 10,300

2 10,000 10,500

3 10,400 10,700

4 10,800 10,900

5 11,200 11,100

6 11,600 11,300

7 12,000 11,500

8 12,400 11,700

9 12,800 11,900

10 13,200 12,100





0

2

4

6

8

10

12

14

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Stro

šek

[kEU

R]

Ročno

Off-line


74














X1 Število varov kjer se izvaja iskanje vara 8/robot 8/robot

Uisv2 Čas programiranja iskanja reže 5 3



Pu Število izdelkov na uro 3,3 3,3



75

12. Strošek varjenja navojnih palic za avtomobilske sedeže

12.1 Faza izvedbe Kot zadnji primer si poglejmo primer visoko produktivne robotske celice, namenjene varjenju

navojnih palic za električne avtomobilske sedeže v podjetju TPV, ki so prikazane na sliki 36. Izdelek je

sestavljen iz palice z navojem in ušesa, ki se nanjo privari. Kapaciteta navedene robotske celice je

200.000 kosov za leve in 200.000 kosov za desne sedeže. Ker je bil želen čas cikla le 15 s, je dobavitelj

za naročnika razvil posebno, novo robotsko celico oblike L, ki vključuje en varilni robot ter dva

pozicionirnika, ki omogočata rotacijo vpenjalnih priprav.

Slika 36. Navojna palica za električni avtomobilski sedež.

Iskanje ali sledenje vara se ne izvajata, zato v izračunih tudi nista upoštevana. Zaradi kratkega časa

varjenja ki znaša le 12 s, vsak izdelek ima namreč le dva kratka vara, je bila osnovna zahteva kupca

čim hitrejša ročna strega varilne celice s strani operaterja. Rešitev je bila konstrukcija robotske celice,

v kateri sta vpenjalni pripravi za levi kos in desni kos izdelka, postavljeni pod kotom 90 stopinj, da je

gibanje operaterja minimizirano.

Postopek dela je sledeč. Delavec odstrani zvarjen levi izdelek in vstavi nova varjenca za levi izdelek v

levo vpenjalno pripravo. Nato se odmakne, vertikalna varnostna vrata se zapro in robot prične z

varjenjem. Ker robot vari na levi vpenjalni pripravi, je desna stran prosta za odvzem zvarjenega

desnega izdelka in vstavljanje novih dveh varjencev. Ker je celica izredno kompaktna, hkrati pa mora

zagotavljati popolno zaščito operaterja pri delu, kjer robot v danem trenutku ne vari, je bilo

potrebno sestaviti model v programu RS ter preizkusiti doseg robota in varnostne zahteve

(odmaknjenost robota od operaterja, programsko logiko varnosti…). Rezultat študije je robotska

celica, predstavljena na sliki 37.

76

Slika 37.: Izdelan model robotske celice v programski simulacijski opremi RS.

Kupec je na osnovi izdelanega 3D modela in predstavljene študije ciklov, dosegljivosti ter kolizije,

odobril in naročil izdelavo varilne celice, ki jo vidimo na sliki 38.

Slika 38. Robotska varilna celica za varjenje navojnih palic za električne sedeže.

77

Poleg zasnove robotske celice, so bile v projektu ključnega pomena vpenjalne priprave, konstrukcija

katerih je bila narejena na osnovi predvidenih položajev gorilnika, kot je prikazano na sliki 39.

Slika 39.: Predviden položaji gorilnika v fazi konstrukcije vpenjalnih priprav.

Poseben poudarek je bil namenjen zaščiti navojne palice, saj obrizgi na njej povzročijo neustrezen

izdelek, ki ga ni mogoče popraviti. Premične bakrene zaščite vpenjalnih priprav so vidne na sliki 40.

Slika 40.: Premične bakrene zaščite vpenjalnih priprav.

78

Neodkrit obrizg na končnem izdelku (sedežu) preprečuje električni pomik sedeža, posledično

reklamacijo ter plačilo pogodbeno dogovorjenih stroškov dobavitelja izdelka končnemu kupcu. V ta

namen je bila izdelana študija dosegljivosti varov s pomočjo RS, predstavljena na sliki 41, ki je

potrdila ustrezen položaj bakrenih zaščit.

Slika 41.: Študija dosegljivosti vara na vpenjalnih pripravah z zaščito proti obrizgom.

Za pripravo osnovnega programa je bilo zaradi obsežne varnostne logike potrebnih 32 ur dela. Za

programiranje posameznega vara in nastavitev potrebnih parametrov so bile potrebne 4 ure. Ker je

jedro programa narejeno le enkrat, za vsak nadaljnji var potrebujemo 4 dodatne ure programiranja.

Programiranje ne vključuje obsežnih modifikacij in korekcij vpenjalnih priprav, temveč le fino

nastavitev, saj so bili vsi dostopi gorilnikov, položaji senzorjev itd. preverjeni pred samo izdelavo

vpenjalnih priprav.

Če bi enako programiranje izvajali ročno, bi bilo za osnovni program potrebnih vsaj 56 ur, za

posamezen var pa bistveno več, kar 8 ur. Razlika izhaja iz dejstva, da je potrebno upoštevati čas

modifikacij in prilagajanja vpenjalnih priprav, saj brez simulacije pristopa gorilnika k varu ni možno

predvideti vseh elementov, kjer je lahko dostop gorilnika zaradi konstrukcije vpenjalnih priprav

onemogočen. Ker je s kotom gorilnika glede na varjenec povezana tudi kakovost vara, je potrebno

zagotoviti, da vpenjalna priprava in bakreni zaščitni elementi proti obrizgom na njej ne omejujejo

ustreznega kota gorilnika.

Z navedenimi cenami za ročni način programiranja dobimo izračun po enačbi 47.

( ) ) (47)


79

( ( ) )

(48)

Rezultate prikazujeta tabela 44 in graf 25, uporabljene vrednosti pa tabela 45.



1 22,920 17,280

2 25,560 18,600

3 28,200 19,920

4 30,840 21,240

5 33,480 22,560

6 36,120 23,880

7 38,760 25,200

8 41,400 26,520

9 44,040 27,840

10 46,680 29,160

Tabela 44.: Strošek ročnega in off-line programiranja varjenja v EUR glede na število varov.

Graf 25.: Strošek ročnega in off-line programiranja varjenja v EUR glede na število varov.

Vsi izračuni kažejo, da je bil pristop k projektu s pomočjo simulacijske programske opreme upravičen

in ustrezen navkljub majhnemu številu varov. V praksi se je kot največji izziv pokazala konstrukcija

zaščite zvarjenca proti obrizgom, katere zasnova je bila pred izdelavo preverjena s pomočjo RS.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Stro

šek

[kEU

R]

Ročno

Off-line


80



Uvar Število porabljenih ur za posamezen var 8 ure 4 uri















12.2 Faza proizvodnje V tehničnih zahtevah kupca je sicer navedeno, da je predviden čas proizvodnje navedenega izdelka 7

let, vendar so količine vedno odvisne od prodaje posameznega modela avtomobila. Poleg tega se

zaradi prihoda novega modela količine spreminjajo, tako da je smiselno preveriti, kaj se dogaja v

primeru dodajanja novih izdelkov v fazi proizvodnje. Robotska celica se namreč lahko uporabi tudi za

izdelavo testnih kosov za projekte, ki so še v fazi razvoja.

Cikel varjenja navojne palice je 15 s, torej v eni uri zvarimo 240 izdelkov. Vrednost samega izdelka je

zelo majhna, približno 2 EUR, ocenjeni dobiček proizvajalca pa le okoli 0,5 EUR/kos. Strošek

izgubljene proizvodnje za naveden projekt tako znaša 60 EUR na uro.

Ker programiranje izvaja kupec sam, časa na poti ponovno ne vključimo v izračun, strošek

programerja Ckprog, je v tem primeru zopet 50 EUR.

Kupec izvaja proizvodnjo v dveh izmenah, ponovno pa bomo upoštevali dve možnosti. V prvem

primeru (ustavljena proizvodnja) kupec dela v treh izmenah, torej nima možnosti za programiranje

brez zaustavitve proizvodnje, v drugem (delujoča proizvodnja) pa le v dveh izmenah, preostala pa je

na voljo za programiranje.

Če vstavimo predvidene cene in poenostavimo izračun, dobimo za ustavljeno proizvodnjo pri ročnem

programiranju enačbo 49.

( ) (

) (49)


( )

( ) (50)

81


ročno [kEUR]


off-line [kEUR]

1 22,280 17,420

2 24,840 18,700

3 27,400 19,980

4 29,960 21,260

5 32,520 22,540

6 35,080 23,820

7 37,640 25,100

8 40,200 26,380

9 42,760 27,660

10 45,320 28,940


proizvodnje glede na število varov.

Graf 26.: Strošek ročnega in off-line programiranja varjenja v EUR v primeru ustavljene proizvodnje

glede na število varov.

Rezultati izračuna ponovno kažejo velik vpliv stroška ustavljene proizvodnje, zato je uporaba

simulacijske programske opreme v tem primeru nujna.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Stro

šek

[kEU

R]

Ročno

Off-line


82



Uvar Število porabljenih ur za posamezen var 8 ure 4 ure














Ci Ocenjeni dobiček na posamezen izdelek 0,5 EUR 0,5 EUR





( ) (51)


in na grafu 27. Uporabljene vrednosti so zapisane v tabeli 46.

( )

(52)


ročno [kEUR]


off-line [kEUR]

1 14,600 13,100

2 16,200 13,900

3 17,800 14,700

4 19,400 15,500

5 21,000 16,300

6 22,600 17,100

7 24,200 17,900

8 25,800 18,700

9 27,400 19,500

10 29,000 20,300



83





Uvar Število porabljenih ur za posamezen var 8 ure 4 uri














Ci Ocenjeni dobiček na posamezen izdelek 0,5 EUR 0,5 EUR




Vsi izračuni jasno kažejo, da je uporaba simulacijske programske opreme nujna tako v fazi izvedbe

navedene robotske celice, kot tudi v primeru, ko želimo pripraviti robotski program za nov izdelek.

Pristop dobavitelja, ki je v analiziranem projektu uporabil nekaj ključnih prednosti simulacijske

programske opreme v primerjavi z ročnim programiranjem, se je izkazal za pravilnega.

0

5

10

15

20

25

30

35

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Stro

šek

[kEU

R]

Ročno

Off-line


84

13. Sklep

Predstavljeni podatki kažejo, da je uporaba simulacijske programske opreme v Sloveniji zelo majhna,

v primerjavi s številom prodanih industrijskih robotov, ki se vsako leto povečuje in je v primerjavi z

ostalimi državami nad svetovnim povprečjem. Najbolj zastopani aplikaciji sta strega strojem in

obločno varjenje.

Vsi proizvajalci industrijskih robotov vlagajo veliko sredstev v razvoj simulacijske programske opreme

z namenom, da bi le ta podpirala simulacijo in izvedbo čim širšega spektra robotskih aplikacij. Glavne

prednosti, ki jih nudijo zadnje generacije programske opreme, so: simulacija poveznih paketov in s

tem predvidevanje kolizije s periferno opremo, hkratno delovanje več robotov v eni robotski celici,

analiza energetske učinkovitosti delovanja robotskih sistemov, avtomatska izdelava dokumentacije

robotskega programa, lažje in hitrejše objektno programiranje namesto ročnega pisanja programske

kode, posebni dodatki za posamezne aplikacije (paletiranje, varjenje, strega strojem, brušenje,

barvanje, …), poenotenje koncepta programiranja za določen tip aplikacij, prihranek časa zaradi že

predizdelanih modelov standardnih celic (varilnih, paletirnih…) itd.

Ker vse navedene prednosti simulacijske programske opreme omogočajo večjo konkurenčnost

Slovenskih dobaviteljev in kupcev robotskih rešitev, saj omogočajo zmanjšanje časa potrebnega za

izvedbo aplikacij ter s tem znižanje stroška, smo izvedli analizo, na osnovi najbolj zastopanih aplikacij

v Sloveniji.

Izvedena analiza je bila narejena na dejanskih aplikacijah, ki jih je dobavitelj robotskih rešitev izvedel

brez in z uporabo simulacijske programske opreme. Te aplikacije so: strega stroja za tlačno litje,

strega stroja za tlačno litje z odstranjevanje srha, odstranjevanje srha in brušenje, strega CNC strojev

ter obločno varjenje majhnih, srednjih in velikih varjencev. Izbrani primeri nazorno prikazujejo, da je

možno v relativno kratkem času pred izvedbo aplikacije izvesti analizo projekta in izbrati ustrezno

metodo programiranja. Ob tem je potrebno vedeti, da točna analiza ni možna brez dobrega

poznavanja izdelka, njegovega proizvodnega cikla, cene, karakteristik in omejitev izbrane opreme,

točnih zahtev kupca, predvidenega načina in obsega proizvodnje, časovnih zahtev, obsega celotnega

projekta itd.

Ker ima vsak projekt robotske celice več faz, smo definirali ter za našo analizo upoštevali le dve. Fazo

izvedbe, v kateri deluje dobavitelj, ter fazo proizvodnje, v kateri deluje kupec. Rezultati analize so

zato podani ločeno za posamezno fazo ter posamezno izbrano aplikacijo.

V fazi izvedbe je za posamezen projekt strege livarskega stroja in strege CNC strojev smiselno določiti

mejo, pri kateri se nam investicija v off-line programiranje povrne in temu primerno pristopiti k

projektu. Če robotu poleg strege dodamo še druge funkcije, kot so iskanje izdelka s strojnim vidom,

kontrola kakovosti, odstranjevanje srha, rezultati analize že v samem začetku kažejo v prid izbire off-

line programiranja.

V fazi proizvodnje, ko kupec dela v 3 izmenah, je praktično za vse obravnavane robotske aplikacije

bolj primeren pristop z off-line programiranjem. Ker se programiranje novih izdelkov v tem primeru

izvaja ob že obstoječi proizvodnji na robotski celici, ima največji vpliv na izračun strošek ustavljene

proizvodnje. Če upoštevamo še podatek IFR, da je večina aplikacij v Sloveniji namenjena proizvodnji

85

izdelkov za potrebe avtomobilske industrije, kjer so stroški v primeru nedobavljenih izdelkov zelo

visoki, je tu izbira off-line programiranja nujna.

V fazi proizvodnje, ko kupec ne dela v treh izmenah, je smiselno izračunavati mejo le pri običajni

stregi stroja za tlačno litje ter stregi HOC. V vseh ostalih primerih je že v začetku smiselna izbira off-

line programiranja.

Rezultati analize v primeru obločnega varjenja so si povsem enotni. Ker podatki iz prakse kažejo, da

nikoli ne varimo le enega vara, je izbira simulacijske programske opreme bistveno bolj smiselna kot

ročno programiranje varilne aplikacije. Tu moramo posebej opozoriti na pomembnost vpenjalnih

priprav v avtomobilski industriji, katerih zasnove brez uporabe simulacijske programske opreme ne

moremo preveriti pred samo izdelavo. Le te lahko v primeru napačne izvedbe povzročijo stroške, ki

so bistveno večji od stroškov programiranja. Posledično se zelo poveča možnost prekoračitve

predvidenega roka izvedbe same robotske aplikacije. Dejstvo, da varilni projekti veljajo med

robotskimi aplikacijami za bolj zahtevne, samo še potrjuje zgoraj navedene ugotovitve.

Različni primeri iz analize jasno kažejo, da je izračun odvisen od specifičnih elementov posamezne

aplikacije, zato ga je potrebno navkljub zgoraj navedenim okvirnim pravilom vedno izvesti za

posamezen robotski projekt.

Uporaba simulacijske programske opreme torej omogoča večjo konkurenčnost slovenskih

dobaviteljev in kupcev robotskih rešitev, vendar je za povečanje uporabe le te, potrebno izvesti

celovit pristop. Na tem mestu moramo omeniti razliko med različnimi generacijami inženirjev, ki

simulacijsko opremo uporabljajo. Starejši generaciji je uporaba računalniških programov ter izvedba

projekta v virtualnem svetu tuja, mlajša generacija pa ponujeno programsko opremo sprejema

odprtih rok, saj je podobne filozofije virtualnega sveta deležna že od otroštva. K simulacijski

programski opremi moramo zato pristopiti že v fazi izobraževanja bodočega dobavitelja, integratorja

ali uporabnika. V srednjih, višjih in visokih šolah bi morala biti uporaba simulacijske programske

opreme del učnega programa. Kasneje, v fazi prodaje projekta, bi moral dobavitelj robotske opreme

v nalogi prikazano analizo izvesti že v fazi ponudbe robotske opreme končnemu kupcu. Analiza bi

morala odražati dejansko aplikacijo ter vsebovati vse podatke, ki jih je uspelo dobavitelju pridobiti v

fazi povpraševanja. Enako mora veljati, ko avtomatiziran proces pripravlja integrator procesne

opreme. Tu moramo iz izkušenj izpostaviti dejstvo, da v fazi povpraševanja končni kupec ne želi

vedno razkriti vseh podatkov. Na podlagi podanih izračunov bi moral končni kupec s pomočjo svojih

(točnih) podatkov potrditi analizo in izračunati, ali je smiselno, da se odloči za off-line programiranje.

Na podlagi tega mora tudi ustrezno izbrati opcije v ponudbi in pristopiti k projektu.

Z omenjenim pristopom bi Slovenski dobavitelji in kupci robotskih aplikacij lahko zmanjšali svoje

stroške, povečali zaslužek ali pa ob enako dobri kakovosti opreme ponudili ugodnejšo ceno. Postali bi

torej bolj konkurenčni ne le na Slovenskem, temveč tudi na tujem trgu.

86

Literatura

[1] T. Bajd, M. Mihelj, J. Lenarčič, A. Stanovnik, M. Munih, »Robotics«, Springer 2009.

[2] IFR statistical department c/o VDMA Robotics + Automation, »World Robotics Industrial robots 2011«, Frankfurt, 2011.

[3] Domača stran proizvajalca ABB, http://www.abb.com (01.06.2012).

[4] »Product specification RobotStudio 3HAC026932-001 Revision E«, ABB AB Robotics Products, Västeras, June 2012.

[5] Arhiv prodaje, ABB d.o.o., Koprska ulica 92, 1000 Ljubljana.

[6] Domača stran Revije IRT 3000, http://www.irt3000.si/domov/ (01.06.2013).

[7] Domača stran proizvajalca Yaskawa Europe GmbH, http://www.yaskawa.com (01.06.2013).

[8] Domača stran prozvajalca Adept, http://www.adept.com/ (01.06.2013).

[9] Domača stran proizvajalca Staubli, http://www.staubli.com/en/robotics. (1.06.2013).

[10] Domača stran proizvajalca Fanuc corporation, http://www.fanuc.co.jp, (01.06.201).

[11] Domača stran proizvajalca Kuka roboter GmbH, http://www.kuka-robotics.com (01.06.2013).

[12] I. Rak, »Tehnologija varjenja«, založba Modrijan, 2008.

[13] Domača stran proizvajalca Withman, http://www.wittmann-robot.com (01.06.2013).

[14] Domača stran Društva livarjev Slovenije, http://www.drustvo-livarjev.si/. (01.06.2013).

[15] J. Lenarčič, T. Bajd, »Robotski mehanizmi«, Univerza v Ljubljani, Založba FE in FRI, Ljubljana 2003.

[16] Domača stran proizvajalca CNC software, inc., http://www.mastercam.com (01.06.2013)

[17] Domača stran proizvajalca Simulation Solutions, http://www.simsol.co.uk (01.06.2013)

[18] »Product specification RobotStudio MachineTending PowerPack«, ABB AB Robotics Products, Västeras, June 2013.

[19] »Product specification RobotStudio ArcWeld PowerPack«, ABB AB Robotics Products, Västeras, June 2012.

[20] K. Jerman, B. Murovec, »Smoternost uporabe simulacijske programske opreme v aplikacijah paletiranja z industrijskimi roboti«, Elektrotehniški vestnik, letnik 79, številka 3, 2012.

[21] Cenik, ABB d.o.o., Koprska ulica 92, 1000 Ljubljana, 2013.

[22] Arhiv projektov, ABB d.o.o., Koprska ulica 92, 1000 Ljubljana.

[23] Uredba o davčni obravnavi povračil stroškov in drugih dohodkov iz delovnega razmerja (Uradni list RS, št. 140/2006, 76/2008).

[24] R. Logar, »Fleksibilna robotska celica za nanos tesnila«, Magistrsko delo, Ljubljana 2012.

[25] Ž. Majdič »Robotska celica za brušenje izdelkov iz ogljikovih vlaken«, Univerzitetno diplomsko delo, Ljubljana 2008.

[26] V. Drev, M.Turk, P. Drmota, »Robotizirano odstranjevanje srha«, Revija IRT3000, številka 28, 2010.

[27] »Product specification Controller IRC5 with FlexPendant«, ABB AB Robotics Products, Västeras, June 2013.

[28] R. Logar, Ž. Majdič, »Robotsko odstranjevanje srha z aluminijastih odlitkov«, Posvet Avtomatizacija strege in montaže 2011 - ASM '11, 07.12.2011.

[29] »Data sheet SmartTack«, ABB AB Robotics Products, Västeras, June 2013.

[30] Domača stran proizvajalca Sick, http://www.sick.com/group/EN/home/Pages/Homepage1.aspx, (01.06.2013).

[31] »Data sheet WeldGuide«, ABB AB Robotics Products, Västeras, June 2013.

[32] Domača stran proizvajalca ServoRobots, http://www.servorobot.com, (01.06.2013).

http://www.irt3000.si/domov/

http://www.adept.com/

http://www.staubli.com/en/robotics

http://www.fanuc.co.jp/

http://www.wittmann-robot.com/

http://www.drustvo-livarjev.si/

http://www.ius-software.si/Objava/Besedilo.aspx?Sopi=0152%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%202006122900%7CRS-140%7C16305%7C6105%7CO%7C

http://www.ius-software.si/Objava/Besedilo.aspx?Sopi=0152%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%202008072500%7CRS-76%7C10904%7C3356%7CO%7C

http://www.sick.com/group/EN/home/Pages/Homepage1.aspx

http://www.servorobot.com/

87

Izjava

Izjavljam, da sem magistrsko delo izdelal sam pod vodstvom mentorja doc. Dr. Boštjana Murovca.

Izkazano pomoč drugih sodelavcev sem v celoti navedel v zahvali.

Karl Jerman

UTEMELJITEV POVEČANJA UPORABE SIMULACIJSKE...

Documents

Transcript of UTEMELJITEV POVEČANJA UPORABE SIMULACIJSKE...