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.

Robotisoidun hitsaussolun toiminnan kehittäminen ohutlevytuotteita valmistavassa yrityksessä

Robotisoitu hitsaus tarjoaa mahdollisuuden tasaiseen laatuun ja miehittämättömään tuotantoon. Se ei ole kuitenkaan yhtä joustava menetelmä kuin käsinhitsaus ja siihen liittyy yleensä paljon asetus- ja ohjelmointikustannuksia. Tässä diplomityössä selvitetään, mitkä ovat robotisoidun ohutlevyjen hitsauksen erityispiirteet ja mitä seikkoja tulee huomioida robotisoidun hitsaussolun kehittämisessä. Ohutlevytuotteiden tulee soveltua robotisoituun hitsaukseen. Ne ovat ohuita ja taipuisia kappaleita, joten liitosten tarkka kohdistaminen voi olla vaikeaa. Tämä edellyttää suunnittelulta menetelmän erityispiirteiden ymmärtämistä ja valmistukselta erinomaista laaduntuottokykyä. Materiaaleina ohutlevyt ovat pääosin hyvin hitsattavia kaikilla tavanomaisilla menetelmillä.Haitallisten muodonmuutosten välttämiseksi kannattaa suosia hitsausprosesseja, joilla on mahdollisimman pieni lämmöntuonti. Saavutettu hitsausnopeus riippuu prosessin lisäksi myös liitosten kokoonpanon tarkkuudesta. Työnkokeellisessa osassa selvitetään erään robottihitsaussolun kehitystyötä. Tavoitteena oli nostaa solun nopeus ja kapasiteetti vastaamaan yrityksen muun tuotannon tasoa. Solua varten kehitettiin erityinen automaattisesti toimiva hitsauskiinnitin, jonka toimintaperiaate esitellään. Kiinnitin kohdistaaohutlevystä valmistetun kotelon pohjan sivut riittävän tarkasti, jotta ne voidaan hitsata robotilla.

Robottihitsauksen tehokas käyttöönotto

Työn tavoitteena oli selvittää uuden robottihitsaussolun käyttöönotto siten, että se tapahtuu mahdollisimman tehokkaasti ja taloudellisesti. Uudella robotilla on tarkoitus hitsata nykyisin käsinhitsattavia kauhakuormaajien takarunkoja sekä alihankintana tilattavia kauhoja. Tuotannon kotiuttamisella alihankinnasta ja hitsauksen robotisoinnilla pyritään nostamaan omaa tuotantovolyymiä ja pienentämään valmistuskustannuksia. Työn teoriaosuudessa selvitettiin tyypilliset robotiikkaan liittyvät asiat, kuten robotit, niiden ohjaus ja ohjelmointi sekä perusteet hitsauksen robotisoinnista. Lisäksi käsiteltiin hitsattavan tuotteen suunnittelu- ja valmistusnäkökohtia ja hitsauksen kustannuslaskennan perusteet. Työn käytännön osuudessa tehtiin kartoitus kahden valitun takarunkomallin soveltuvuudesta robottihitsaukseen ja muutosehdotuksia, joilla voidaan parantaa runkojen robottihitsattavuutta. Lisäksi käytiin läpi hitsauksen nykytilanne osavalmistuksesta aina hitsauksen jälkeiseen viimeistelyyn. Hitsauksen kustannusten selvittämistä varten tehtiin taulukkolaskentaohjelma, jolla tehtiin esimerkkinä kuvitteellinen kustannussäätölaskelma. Tuottavuusmittari laadittiin niin, että sillä voidaan mitata sekä robotin että kokohitsaustapahtuman tehokkuutta pitkällä ja lyhyellä aikavälillä. Näiden lisäksi laadittiin sisäinen ohje robottihitsattavien kappaleiden silloitukseen sekä suunnittelijoille ohjeistus huomioitavista asioista suunniteltaessa kappaletta robottihitsaukseen.

Joustavan särmäyssolun kehittäminen

Tässä diplomityössä esitellään robotisoinnin teoria ja robottisolun oheislaitteet, vaihtoehdot, toiminta ja turvallisuus. Joustavalla tuotantosolulla tarkoitetaan automaattista valmistusjärjestelmää, jossa on useita toisiinsa liitettyjä koneita yhteisellä ohjausjärjestelmällä. Solun komponentteja ovat tuotantolaitteet ja -koneet, ohjausjärjestelmät, valvontalaitteet ja anturit, toimi- ja säätölaitteet sekä ohjelmointijärjestelmä. Joustavaa tuotantosolua voidaan kehittää tehostamalla työntekijöiden koulutusta, ohjelmointia, asetusten tekemistä ja layouttia. Diplomityöhön liittyvä kehitystehtävä koskee heinäveteläisen alihankintakonepajan, Metalliset Oy:n, tuotannon tehostamista robotisoinnin avulla. Metalliset Oy:n joustavan särmäyssolun kehittämiskeinoiksi valittiin nykyisen järjestelmän tehostaminen, uuden tuotantosolun luominen olemassa olevia laitteita hyödyntäen ja tulevaisuuden tuotantosolun kehittäminen. Vertailussa parhaimmaksi osoittautui uuden tuotantosolun luominen olemassa olevia laitteita hyödyntäen.

Coloured Petri nets and graphical simulation for the validation of a robotic cell in aircraft industry

This paper proposes a mixed validation approach based on coloured Petri nets and 3D graphic simulation for the design of supervisory systems in manufacturing cells with multiple robots. The coloured Petri net is used to model the cell behaviour at a high level of abstraction. It models the activities of each cell component and its coordination by a supervisory system. The graphical simulation is used to analyse and validate the cell behaviour in a 3D environment, allowing the detection of collisions and the calculation of process times. The motivation for this work comes from the aeronautic industry. The automation of a fuselage assembly process requires the integration of robots with other cell components such as metrological or vision systems. In this cell, the robot trajectories are defined by the supervisory system and results from the coordination of the cell components. The paper presents the application of the approach for an aircraft assembly cell under integration in Brazil. This case study shows the feasibility of the approach and supports the discussion of its main advantages and limits. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Optimal location of the workpiece in a PKM-based machining robotic cell

Most machining tasks require high accuracy and are carried out by dedicated machine-tools. On the other hand, traditional robots are flexible and easy to program, but they are rather inaccurate for certain tasks. Parallel kinematic robots could combine the accuracy and flexibility that are usually needed in machining operations. Achieving this goal requires proper design of the parallel robot. In this chapter, a multi-objective particle swarm optimization algorithm is used to optimize the structure of a parallel robot according to specific criteria. Afterwards, for a chosen optimal structure, the best location of the workpiece with respect to the robot, in a machining robotic cell, is analyzed based on the power consumed by the manipulator during the machining process.

An ontology-based representation of an agent-based controlled robotic cell

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciência e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Bending continuous structures with SMAs: a novel robotic fish design

In this paper, we describe our research on bio-inspired locomotion systems using deformable structures and smart materials, concretely shape memory alloys (SMAs). These types of materials allow us to explore the possibility of building motor-less and gear-less robots. A swimming underwater fish-like robot has been developed whose movements are generated using SMAs. These actuators are suitable for bending the continuous backbone of the fish, which in turn causes a change in the curvature of the body. This type of structural arrangement is inspired by fish red muscles, which are mainly recruited during steady swimming for the bending of a flexible but nearly incompressible structure such as the fishbone. This paper reviews the design process of these bio-inspired structures, from the motivations and physiological inspiration to the mechatronics design, control and simulations, leading to actual experimental trials and results. The focus of this work is to present the mechanisms by which standard swimming patterns can be reproduced with the proposed design. Moreover, the performance of the SMA-based actuators’ control in terms of actuation speed and position accuracy is also addressed.

The Application of a Dendric Cell Algorithm to a Robotic Classifier

The dendritic cell algorithm is an immune-inspired technique for processing time-dependant data. Here we propose it as a possible solution for a robotic classification problem. The dendritic cell algorithm is implemented on a real robot and an investigation is performed into the effects of varying the migration threshold median for the cell population. The algorithm performs well on a classification task with very little tuning. Ways of extending the implementation to allow it to be used as a classifier within the field of robotic security are suggested.

The Application of a Dendric Cell Algorithm to a Robotic Classifier

The dendritic cell algorithm is an immune-inspired technique for processing time-dependant data. Here we propose it as a possible solution for a robotic classification problem. The dendritic cell algorithm is implemented on a real robot and an investigation is performed into the effects of varying the migration threshold median for the cell population. The algorithm performs well on a classification task with very little tuning. Ways of extending the implementation to allow it to be used as a classifier within the field of robotic security are suggested.

The Application of a Dendric Cell Algorithm to a Robotic Classifier

The dendritic cell algorithm is an immune-inspired technique for processing time-dependant data. Here we propose it as a possible solution for a robotic classification problem. The dendritic cell algorithm is implemented on a real robot and an investigation is performed into the effects of varying the migration threshold median for the cell population. The algorithm performs well on a classification task with very little tuning. Ways of extending the implementation to allow it to be used as a classifier within the field of robotic security are suggested.

Robotic Approach in the Treatment of Locally Advanced (Stage IIIA-pN2) non Small Cell Lung Cancer after Induction Therapy

Introduction: Despite there are already many studies on robotic surgery as minimally invasive approach for non-small cell lung cancer (NSCLC) patients, the use of this technique for stage III disease is still poorly described. These are the preliminary results of our prospective study on safety and effectiveness of robotic approach in patients with locally advanced NSCLC, in terms of postoperative complications and oncological outcome. Methods: Since 2016, we prospectively investigated, using standardized questionnaire and protocol, 21 consecutive patients with NSCLC stage IIIA-pN2 (diagnosed by EBUS-TBNA) who underwent lobectomy and radical lymph node dissection with robotic approach after induction treatment. Then, we performed a matched case-control study with 54 patients treated with open surgery during the same period of time, with similar age, clinical and pathological tumor stage. Results: The individual matched population was composed of 14 robot-assisted thoracic surgery and 14 patients who underwent open surgery. The median time range of resection was inferior in the open group compared to robotic lobectomy (148 vs 229 minutes; P=0.002). Lymph nodes resection and positivity were not statistically significantly different (p=0.66 and p=0.73 respectively). No difference was observed also for PFS (P=0.99) or OS (P=0.94). Conclusions: Our preliminary results demonstrated that the early outcomes and oncological results of N2-patients after robotic lobectomy were similar to open surgery. Considering the advantages of minimally invasive surgery, robotic assisted lobectomy should be a safe approach also to patients with local advanced disease.

Auxin And Physical Constraint Exerted By The Perianth Promote Androgynophore Bending In Passiflora Mucronata L. (passifloraceae).

The androgynophore column, a distinctive floral feature in passion flowers, is strongly crooked or bent in many Passiflora species pollinated by bats. This is a floral feature that facilitates the adaptation to bat pollination. Crooking or bending of plant organs are generally caused by environmental stimulus (e.g. mechanical barriers) and might involve the differential distribution of auxin. Our aim was to study the role of the perianth organs and the effect of auxin in bending of the androgynophore of the bat-pollinated species Passiflora mucronata. Morpho-anatomical characterisation of the androgynophore, including measurements of curvature angles and cell sizes both at the dorsal (convex) and ventral (concave) sides of the androgynophore, was performed on control flowers, flowers from which perianth organs were partially removed and flowers treated either with auxin (2,4-dichlorophenoxyacetic acid; 2,4-D) or with an inhibitor of auxin polar transport (naphthylphthalamic acid; NPA). Asymmetric growth of the androgynophore column, leading to bending, occurs at a late stage of flower development. Removing the physical constraint exerted by perianth organs or treatment with NPA significantly reduced androgynophore bending. Additionally, the androgynophores of plants treated with 2,4-D were more curved when compared to controls. There was a larger cellular expansion at the dorsal side of the androgynophores of plants treated with 2,4-D and in both sides of the androgynophores of plants treated with NPA. This study suggests that the physical constraint exerted by perianth and auxin redistribution promotes androgynophore bending in P. mucronata and might be related to the evolution of chiropterophily in the genus Passiflora.