Joustavan robotisoidun särmäyssolun käyttöönotto levytuotetahtaalla

Diplomityön ensimmäisenä tavoitteena on selvittää robotisoidun särmäyssolun tehokkaimmat käyttöalueet särmättävien kappaleiden muotojen ja laitteiston teknisten edellytysten perusteella. Toisena tavoitteena on tuoda esille robotisoidun särmäyssolun käyttöönottoon liittyviä ongelmia ja antaa käytännön ohjeita niiden ratkaisemiseksi. Tuloksia sovelletaan jatkossa kohdeyrityksen markkinoiman särmäyssolun tuotekehitykseen. Särmäyksen automatisoinnin pääpiirteitä tarkastellaan tutkimalla markkinoilla olevien robottisolujen toimintaperiaatteita ja ohjelmointitapoja. Työssä on myös esitetty kohdeyrityksen omat tavoitteet ja lähtökohdat särmäysmenetelmien kehittämiseen, joista tärkeimmät ovat integroitavuus joustavaan valmistusjärjestelmään ja solun kehittäminen myyntiartikkeliksi. Työssä esitellään robotisoidun särmäyssolun toimintaa kuvaamalla työkierron toiminnot pääpiirteissään. Samassa yhteydessä esitellään myös solun konekanta sekä koneiden välillä tapahtuva tiedon siirto. Erityisenä mielenkiinnon kohteena ovat olleet joustavan valmistusjärjestelmän soluohjaimen toiminnot ja särmäyssolun toimivuus FMS:n osana. Analyyttisessä osuudessa tutkitaan kappaleiden särmättävyyttä robotisoidussa tuotantoratkaisussa. Lähtökohdaksi on otettu särmäyspuristimen, robotin, lisälaitteiden ja kappaleen muotojen asettamat rajoitukset sekä toisaalta robotisoinnin tuomat uudet mahdollisuudet. Tulosten perusteella robotisointi soveltuu parhaiten painaville tai monimutkaisille kappaleille, joiden manuaalisärmäys vie paljon aikaa. Taloudellisia käyttöalueita kartoitettiin tutkimalla eräkokoon, ohjelmointiajan, kappaleajan ja särmien määrän vaikutusta valmistuskustannuksiin. Robotisoinnin on todettu kannattavan yrityksissä, joissa sarjat ovat usein toistuvia ja eräkoot yli 150 kappaleen suuruisia. Kappaleen muoto ja särmien määrä vaikuttaa monin tavoin kappaleaikaan ja siten myös valmistuskustannuksiin. Robotisoinnin kannattavuutta on näissä tapauksissa arvioitava aina tapauskohtaisesti työkierron vaatimien toimintojen perusteella.

Ohutlevyn taivuttaminen pienerätuotannossa

Tutkimuksessa on selvitetty ohutlevyn taivuttamismenetelmien tärkeimmät kustannustekijät ja menetelmien taloudelliset käyttöalueet. Vertailtavina menetelminä on käsinsärmäys, robotisoitu särmäys, taivutusautomaatti ja taivutuskone. Tulosta on sovellettu Hackman Metos Oy:n keittiölaitteiden tuotantoon. Tutkimusmenetelminä oli haastattelututkimus, kirjallisuustutkimus, työntutkimustulosten käyttö, ryhmäteknologian soveltaminen ja kokeellinen tutkimus. Särmäysrobotin tärkein kustannustekijä on ohjelmointiaika, mikä vaikuttaa ratkaisevasti sen soveltuvuuteen pienerätuotantoon. Nykyisten särmäyssolujen taloudellinen käyttöalue on tuhansien kappaleiden vuosivolyymi satojen kappaleiden eräkoolla. taivutusautomaatin ohjelmointi- ja asetusajat ovat erittäin lyhyet ja sen tärkein kustannustekijä on käyttöaste. Mikäli käyttöaste on korkea, taivutusautomaatti on kannattava pienerätuotannossa pienille vuosivolyymeille. Taivutusautomaatin käyttöönotossa tuotteiden suunnittelu on tärkeä tekijä, sillä särmättäväksi suunnitellut osat eivät välttämättä sovellu taivutusautomaatilla taivutettavaksi. Taivutuskoneen investointikustannus on alhaisempi kuin särmäyspuristimen, mutta sillä on paljon tuotteen valmistettavuuden liittyviä rajoituksia. Taivutuskone on kannattava investointi, mikäli tuotannossa on paljon levyjä, joiden taivutukset ovat samaan suuntaan ja ne vaativat kaksi särmääjää. Tutkimuksen perusteella Hackman Metso Oy:ssä teknis-taloudellisin taivutusmenetelmä on käsinsärmäys. Tuotannon kasvaessa taivutusautomaatti tulee olemaan särmäysrobottia edullisempi. Taivutuskoneella on niin paljon valmistettavuusrajoituksia, että se ei sovellu yrityksen tuotantoon.

Yksittäistuotannon robotisointi konenäön avulla

Työn tavoitteena oli uuden konenäköpohjaisen hitsausrobottiaseman käyttöönotto ja järjestelmän kehittäminen siten, että voitiin mahdollistaa vähintään vaadittu 70 %:n kaariaikasuhde ohjelmien sisällä. Aseman käyttöönotolla pyrittiin tehostamaan hitsaustyötä ja helpottamaan tuotanto-paineita osavalmistuksen paneeli-linjalla. Hitsausasemalla parannetaan myös työntekijöiden työergonomiaa sekä koko työn imagoa. Kirjallisen osan tarkoituksena oli tutkia robotisoitua hitsausta ja sen tuomia etuja, verrata jo olemassa olevia ohjelmointimenetelmiä uuteen ohjelmointitapaan ja selvittää robottien tarkkuuksia. Kirjallisuusosan jälkimmäisessä osassa tutustuttiin konenäköön ja sen laitteistoihin sekä sovelluksiin. Kirjallisuus-tutkimuksessa selvisi, että uusi ohjelmointimenetelmä on selvä parannus kyseiseen sovellukseen. Käytännön osassa on esitelty konenäköpohjainen hitsausrobottiasema sen suunnittelusta, käyttöönottoon ja tuotantotesteihin asti. Käytännön osassa on lisäksi esitelty asema osana koko automatisointiprojektia. Lisäksi on kerrottu järjestelmän toiminnasta sekä makroista, joihin robotin toiminta perustuu. Lopuksi on tehty katsaus maailmalla olevista vastaavista järjestelmistä ja niiden teknologioista sekä verrattiin niitä tähän uuteen järjestelmään. Tavoitteena olleeseen 70% kaariaikasuhteeseen ohjelmien sisällä päästiin jo lyhyen koejakson aikana. Käyttöönotettu konenäköpohjainen hitsausrobottiasema on tiettävästi ensimmäinen hitsausasema maailmassa, jota ei tarvitse ohjelmoida etukäteen. Ohjelmointiin kuluva aika on minimaalinen, koska operaattori ohjelmoi robotin sen hitsatessa tuotetta. Kokeellinen osa osoitti, että käyttöönotettu konenäköpohjainen hitsausrobottiasema toimii, kuten se oli suunniteltukin. Käyttöönoton yhteydessä huomattiin monia kehitettäviä asioita, joilla järjestelmästä on mahdollista saada vieläkin tehokkaampi.

Automatic code generation for microcontrollers from place-transition Petri net models

This paper describes a program for the automatic generation of code for Intel's 8051 microcontroller. The code is generated from a place-transition Petri net specification. Our goal is to minimize programming time. The code generated by our program has been observed to exactly match the net model. It has also been observed that no change is needed to be made to the generated code for its compilation to the target architecture. © 2011 IFAC.

Identification and correction of besouro's faults: impact on test‐driven development experiments

Context. This thesis is framed in experimental software engineering. More concretely, it addresses the problems arisen when assessing process conformance in test-driven development experiments conducted by UPM's Experimental Software Engineering group. Process conformance was studied using the Eclipse's plug-in tool Besouro. It has been observed that Besouro does not work correctly in some circumstances. It creates doubts about the correction of the existing experimental data which render it useless. Aim. The main objective of this work is the identification and correction of Besouro's faults. A secondary goal is fixing the datasets already obtained in past experiments to the maximum possible extent. This way, existing experimental results could be used with confidence. Method. (1) Testing Besouro using different sequences of events (creation methods, assertions etc..) to identify the underlying faults. (2) Fix the code and (3) fix the datasets using code specially created for this purpose. Results. (1) We confirmed the existence of several fault in Besouro's code that affected to Test-First and Test-Last episode identification. These faults caused the incorrect identification of 20% of episodes. (2) We were able to fix Besouro's code. (3) The correction of existing datasets was possible, subjected to some restrictions (such us the impossibility of tracing code size increase to programming time. Conclusion. The results of past experiments dependent upon Besouro's data could no be trustable. We have the suspicion that more faults remain in Besouro's code, whose identification requires further analysis.

Assembling genes from predicted exons in linear time with dynamic programming

In a number of programs for gene structure prediction in higher eukaryotic genomic sequences, exon prediction is decoupled from gene assembly: a large pool of candidate exons is predicted and scored from features located in the query DNA sequence, and candidate genes are assembled from such a pool as sequences of nonoverlapping frame-compatible exons. Genes are scored as a function of the scores of the assembled exons, and the highest scoring candidate gene is assumed to be the most likely gene encoded by the query DNA sequence. Considering additive gene scoring functions, currently available algorithms to determine such a highest scoring candidate gene run in time proportional to the square of the number of predicted exons. Here, we present an algorithm whose running time grows only linearly with the size of the set of predicted exons. Polynomial algorithms rely on the fact that, while scanning the set of predicted exons, the highest scoring gene ending in a given exon can be obtained by appending the exon to the highest scoring among the highest scoring genes ending at each compatible preceding exon. The algorithm here relies on the simple fact that such highest scoring gene can be stored and updated. This requires scanning the set of predicted exons simultaneously by increasing acceptor and donor position. On the other hand, the algorithm described here does not assume an underlying gene structure model. Indeed, the definition of valid gene structures is externally defined in the so-called Gene Model. The Gene Model specifies simply which gene features are allowed immediately upstream which other gene features in valid gene structures. This allows for great flexibility in formulating the gene identification problem. In particular it allows for multiple-gene two-strand predictions and for considering gene features other than coding exons (such as promoter elements) in valid gene structures.

Real-Time Automatic Object Classification and Tracking using Genetic Programming and NVIDIA R CUDA TM

Genetic Programming (GP) is a widely used methodology for solving various computational problems. GP's problem solving ability is usually hindered by its long execution times. In this thesis, GP is applied toward real-time computer vision. In particular, object classification and tracking using a parallel GP system is discussed. First, a study of suitable GP languages for object classification is presented. Two main GP approaches for visual pattern classification, namely the block-classifiers and the pixel-classifiers, were studied. Results showed that the pixel-classifiers generally performed better. Using these results, a suitable language was selected for the real-time implementation. Synthetic video data was used in the experiments. The goal of the experiments was to evolve a unique classifier for each texture pattern that existed in the video. The experiments revealed that the system was capable of correctly tracking the textures in the video. The performance of the system was on-par with real-time requirements.

The concept of time in programming languages.

Thesis (M.S.)--University of Illinois at Urbana-Champaign.

The real-time refinement calculus: A foundation for machine-independent real-time programming

The real-time refinement calculus is an extension of the standard refinement calculus in which programs are developed from a precondition plus post-condition style of specification. In addition to adapting standard refinement rules to be valid in the real-time context, specific rules are required for the timing constructs such as delays and deadlines. Because many real-time programs may be nonterminating, a further extension is to allow nonterminating repetitions. A real-time specification constrains not only what values should be output, but when they should be output. Hence for a program to implement such a specification, it must guarantee to output values by the specified times. With standard programming languages such guarantees cannot be made without taking into account the timing characteristics of the implementation of the program on a particular machine. To avoid having to consider such details during the refinement process, we have extended our real-time programming language with a deadline command. The deadline command takes no time to execute and always guarantees to meet the specified time; if the deadline has already passed the deadline command is infeasible (miraculous in Dijkstra's terminology). When such a realtime program is compiled for a particular machine, one needs to ensure that all execution paths leading to a deadline are guaranteed to reach it by the specified time. We consider this checking as part of an extended compilation phase. The addition of the deadline command restores for the real-time language the advantage of machine independence enjoyed by non-real-time programming languages.

Synthesis of PID controllers for a class of time delay systems

In this paper we use the Hermite-Biehler theorem to establish results on the design of proportional plus integral plus derivative (PID) controllers for a class of time delay systems. Using the property of interlacing at high frequencies of the class of systems considered and linear programming we obtain the set of all stabilizing PID controllers. As far as we know, previous results on the synthesis of PID controllers rely on the solution of transcendental equations. This paper also extends previous results on the synthesis of proportional controllers for a class of delay systems Of retarded type to a larger class of delay systems. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Robust integration of real time optimization with linear model predictive control

Here, we study the stable integration of real time optimization (RTO) with model predictive control (MPC) in a three layer structure. The intermediate layer is a quadratic programming whose objective is to compute reachable targets to the MPC layer that lie at the minimum distance to the optimum set points that are produced by the RTO layer. The lower layer is an infinite horizon MPC with guaranteed stability with additional constraints that force the feasibility and convergence of the target calculation layer. It is also considered the case in which there is polytopic uncertainty in the steady state model considered in the target calculation. The dynamic part of the MPC model is also considered unknown but it is assumed to be represented by one of the models of a discrete set of models. The efficiency of the methods presented here is illustrated with the simulation of a low order system. (C) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Real time optimization (RTO) with model predictive control (MPC)

This paper studies a simplified methodology to integrate the real time optimization (RTO) of a continuous system into the model predictive controller in the one layer strategy. The gradient of the economic objective function is included in the cost function of the controller. Optimal conditions of the process at steady state are searched through the use of a rigorous non-linear process model, while the trajectory to be followed is predicted with the use of a linear dynamic model, obtained through a plant step test. The main advantage of the proposed strategy is that the resulting control/optimization problem can still be solved with a quadratic programming routine at each sampling step. Simulation results show that the approach proposed may be comparable to the strategy that solves the full economic optimization problem inside the MPC controller where the resulting control problem becomes a non-linear programming problem with a much higher computer load. (C) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.

A novel continuous time representation for the scheduling of pipeline systems with pumping yield rate constraints

Pipeline systems play a key role in the petroleum business. These operational systems provide connection between ports and/or oil fields and refineries (upstream), as well as between these and consumer markets (downstream). The purpose of this work is to propose a novel MINLP formulation based on a continuous time representation for the scheduling of multiproduct pipeline systems that must supply multiple consumer markets. Moreover, it also considers that the pipeline operates intermittently and that the pumping costs depend on the booster stations yield rates, which in turn may generate different flow rates. The proposed continuous time representation is compared with a previously developed discrete time representation [Rejowski, R., Jr., & Pinto, J. M. (2004). Efficient MILP formulations and valid cuts for multiproduct pipeline scheduling. Computers and Chemical Engineering, 28, 1511] in terms of solution quality and computational performance. The influence of the number of time intervals that represents the transfer operation is studied and several configurations for the booster stations are tested. Finally, the proposed formulation is applied to a larger case, in which several booster configurations with different numbers of stages are tested. (C) 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.