Ebben az esettanulmányban az SDU és a Dán RoboCluster cég adaptív gyártórendszerekről készült tanulmányát vizsgáljuk meg és bemutatjuk, hogy használta az SDU a Visual Components-et akadémiai kutatásra, illetve tantermi oktatásra is.
A Dél-dániai Egyetemen (SDU) 27.000 diák tanul, közülük 3000-en vesznek részt mérnöki képzésben. Az egyetem fő kampusza Odense-ben található, ami robotika kutatás és az innováció központja Dániában, valamint sok említésre méltó cég, köztük az Universal Robots (UR) és a Mobil Indrustrial Robots (MiR) alapítási helye.
Az SDU Mads Clausen technológiai kutató-, és fejlesztő intézete széleskörű kutatást végez a digitalizált termelés területén, különösen nagy hangsúlyt fektetve a társadalmilag fontos problémák megoldására képes intelligens és autonóm rendszerek fejlesztésére. Az egyik ilyen terület az adaptív gyártó rendszerek vizsgálata.
Az adaptív gyártás során használt robot asszisztensben rejlő potenciál felderítése
“A mai ipari összeszerelő rendszerek esetében követelmény, hogy gyorsan adaptálni tudják a működésüket és a lehetőségeiket, mert csak így tudnak megfelelni a folyamatosan változó vevői igényeknek.” – mondta Elias Riberio da Silva, az SDU professzor helyettese. „Annak érdekében, hogy felmérjük, mekkora potenciál van abban, ha robot asszisztensek használatának segítségével igyekszünk megfelelni a változó vevői igényeknek, összeállítottuk egy mobiltelefon jellegű termék teljes összeszerelési folyamatát végigkísérő bemutatót. Ebben a bemutatóban kombináltuk a fizikai és a digitális rendszereket, illetve folyamatos szimulációk segítségével kiértékeltük a megvalósíthatóságot.”
A projekt a dán ipar és felsőoktatás több tagjának részvételével valósult meg, a különböző területek forrásainak és szakértelmének együttműködésével. Az Aalborg egyetem volt felelős a Festo modulok és különböző robotok integrálásával a fizikai megvalósításért. Az SDU feladata a szimulációk elvégzése volt, amelyekkel a robot asszisztensek gyártórendszerbe történő integrálásának különböző lehetőségeit vizsgálták és szemléltették. Az Integrate DK diszkrét esemény szimulációk használatával statisztikailag elemezte a különböző megvalósítási forgatókönyvekben rejlő lehetőségeket. A 4Tech Apps a robot szerszámcserélő összeállításáért felelt. A Plus Pack pedig a csomagolási folyamatot tervezte meg.
A fizikai és digitális rendszerek egyesítése
Az projekthez készített bemutató első lépése egy moduláris gyártórendszer összeállítása volt, amely állomásainál robot asszisztens és emberi munkaerő is dolgozhatott. A robot asszisztensek egy mobil platformra rögzített kollaboratív robotból és három dokkolható szerszámból tevődtek össze.
Az épp készülő termék variációt alapul véve A Manufacturing Execution System (MES) automatikusan kiválasztott egy konfigurációt a gyártáshoz. A MES rendszer képes arra is, hogy különböző szerszámokat rendeljen a robotokhoz. Ezután a robotok a MES-t alapul véve tudták, hova kell elhelyezkedniük és milyen szerelési folyamatokat kell végrehajtaniuk.
Az alap forgatókönyv ehhez a projekthez egy teljesen automatizált, robot asszisztens és ember nélküli sor volt, ahol minden szerelési folyamatot a robotcellákban végeztek el. Más esetekben, ahol több szerelési folyamatra volt szükség (például biztosíték elhelyezésére, elemek összeragasztására), ott a MES rendszer felosztotta a feladatokat úgy, hogy a robot asszisztens és az ember egymás mellett dolgozzon.
A csapat 5 fő lehetőséget értékelt ki:
- teljesen automatizált 1 robot asszisztens
- teljesen automatizált 2 robot asszisztens
- fél-automatizált 1 ember 1 robot asszisztens
- részben manuális robot cellával és 1 emberrel
- teljesen manuális (robot nélkül)
Az SDU Visual Components segítségével elkészítette az Aalborg Egyetemen felállított fizikai szerelősor digitális ikerpárját, annak érdekében, hogy a különböző megvalósítási megoldásokon szimulációkat végezhessen és ezek alapján megtervezhesse, kiértékelhesse és optimálhassa a hozzájuk tartozó konfigurációkat. Valamint a Visual Components segítségével vizualizálni is tudták mi is történik.
“A Visual Components magas minőségű 3D vizualizációja segített a különböző megvalósítási lehetőségek fejlesztésben, magyarázatában és megjelenítésében. A projekt támogatóinak készített bemutató során is Visual Components-et használtuk, hogy vizuális és intuitív módon tudjuk bemutatni a különböző megvalósítási lehetőségeket. Ez leegyszerűsítette az eredmények megértését és pozitív visszajelzéseket kaptunk.”
Az SDU professzor asszisztense
Egy megvalósítható lehetőség a termelés növelésére
A projekt eredményeit az Aalborg egyetemen mutatták be 2020. márciusában. “A bemutató célja az ipari adaptív gyártó rendszerekben rejlő potenciál bemutatása volt, azon belül is az, hogy a több szerszámos robot asszisztens zökkenőmentesen csatlakozható a gyártó rendszerekhez, annak érdekében, hogy további kapacitást biztosítson, illetve különböző feladatokat végezzen el.” – mondta Elias. „Én úgy érzem ezt sikerült elérnünk”
A projekten dolgozó csapat azt tapasztalta, hogy a több szerszámos robot asszisztens használata javított a produktivitáson és a gyártósor rugalmasságát is növelte. Különösen a nagy varianciájú kis darabszámú termelésnél. Összehasonlítva a második (teljesen automatizált 2 robot asszisztens) és az ötödik (teljesen manuális, robot nélküli) megvalósítási lehetőséget, kimutatható volt, hogy az előbbi produktivitása 18%-kal nagyobb.
Sikerült igazolniuk, hogy a robot asszisztensek gyors és rugalmas módon nyújtanak kivitelezhető alternatívát a produktivitás kismértékű növeléséhez, illetve, hogy a kollaboratív robotok hasznosíthatók az adaptív gyártó rendszereknél.
“Az ilyen típusú termelési rendszereket használó kis- és középvállalatok úgy tervezik meg azokat, hogy a folyamatok a robotcellán belül történnek, ahelyett, hogy több különböző robot között osztanák szét a feladatokat, ezzel rugalmatlanná téve a rendszerüket.” – mondta Elias. „Sikerült bemutatnunk, hogy lehetséges olyan gyártósort tervezni, amely alkalmazni tudja a különböző, igény szerinti erőforrásokat, mint például a robot asszisztenseket. Valamint ezek az erőforrások a MES segítségével automatikusan beoszthatók, munkaállomáshoz rendelhetők és feladatokkal láthatók el.”
A következő generációs mérnökök oktatása
Riberio da Silva professzor a kutatással kapcsolatos érdeklődésén túl, az SDU egyetemen órákat is ad mind a végzős, mind a képzésük közben járó hallgatók számára. Két kurzus fut az ő neve alatt: egy egyetemi kurzus „Operation Management” címmel és egy végzős kurzus automatizálás és digitalizálás témában, amely magában foglalja a Visual Components szoftver használatát is.
“A Visual Components-szel rendkívül egyszerűen el lehet kezdeni dolgozni és az oktatási környezet nagyon hasznos eszközének bizonyul.” – vallotta Elias. “A hallgatóink mindössze néhány óra alatt képesek voltak a Visual Components segítségével különböző megvalósítási lehetőségek összeállítására, illetve a gyártórendszerek különböző aspektusainak megvitatására. Ez pedig sokkal gyorsabb, mint ahogy azt más korábban használt szimulációs eszközöknél tapasztaltuk.”
“A Visual Components-szel rendkívül egyszerűen el lehet kezdeni dolgozni és az oktatási környezet nagyon hasznos eszközének bizonyul. A hallgatóink mindössze néhány óra alatt képesek voltak a Visual Components segítségével különböző megvalósítási lehetőségek összeállítására, illetve a gyártórendszerek különböző aspektusainak megvitatására. Ez pedig sokkal gyorsabb, mint ahogy azt más korábban használt szimulációs eszközöknél tapasztaltuk.”
Az SDU professzor asszisztense
