UTEMELJITEV POVEČANJA UPORABE SIMULACIJSKE PROGRAMSKE OPREME V ROBOTSKIH APLIKACIJAH V SLOVENIJI

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

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. I

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 6.2 Faza proizvodnje... 31 7. Strošek programiranja strege stroja in odstranjevanja srha... 36 7.1 Faza izvedbe... 36 7.2 Faza proizvodnje... 40 8. Strošek programiranja odstranjevanja srha in brušenja... 44 8.1 Faza izvedbe... 44 8.2 Faza proizvodnje... 47 9. Strošek programiranja strege CNC stroja za obdelavo... 51 II

9.1 Faza izvedbe... 51 9.2 Faza proizvodnje... 53 10. Strošek programiranja obločnega varjenja delov sedežev... 57 10.1 Faza izvedbe... 57 10.2 Faza proizvodnje... 63 11. Strošek varjenja osnov bivalnih zabojnikov... 67 11.1 Faza izvedbe... 67 11.2 Faza proizvodnje... 70 12. Strošek varjenja navojnih palic za avtomobilske sedeže... 75 12.1 Faza izvedbe... 75 12.2 Faza proizvodnje... 80 13. Sklep... 84 Literatura... 86 Izjava... 87 III

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. 1

Abstract 2

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. 3

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. 4

Število robotov na 10.000 zaposlenih 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 Država Število robotov 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. 400 350 300 250 200 150 100 50 0 Graf 1.: Število industrijskih robotov (vseh tipov) na 10.000 zaposlenih v letu 2011. 5

Število robotov na 10.000 zaposlenih Japonska Italija Nemčija ZDA Španija Koreja Slovenija Velika Britanija Avtomobilska 1584 1215 1176 1104 909 895 641 622 industrija 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. 400 350 300 250 200 150 100 50 0 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. 6

Število letno dobavljenih robotov 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 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. 7

Ocenjeno število delujočih robotov po letih 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 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. 8

Strega strojem Varjenje Ostalo 2011 2010 2009 Nedefinirano 0 20 40 60 80 100 120 140 Število robotov 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 3 3-100% kovanja 114 Strega CNC 13 7 5 4 4 9 125% 115 Strega ostalih procesov 3 10 8-20% 116 Strega merjenja, kontrole in 2 3 2 4 2 5 150% testiranja 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. 9

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. Avtomobilski deli Kemija, guma in plastika Kovina in stroji Hrana Elektro/elektronika 2011 2010 2009 Ostalo Nedefinirano 0 20 40 60 80 100 Število robotov 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. 10

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 1 paralelnimi do 2009) 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. 11

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 12

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. 13

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. 14

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 15

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 16

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. 17

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. 18

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. 19

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 20

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. 21

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. 22

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. 23

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. 24

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 C sols po ceniku podjetja ABB [21] je 1.800 EUR in je enaka ceni šolanja za aplikacijo varjenja C solv. Cena 3 dnevnega šolanja za uporabo simulacijske programske opreme C solrs je 1.200 EUR, cena šolanja za posamezen dodatek C solmtpp ali C solawpp pa 900 EUR, kar bomo upoštevali pri naših izračunih. 25

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. 26

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. 27

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. 28

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. 29

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 U osn ter trajektorij za dodatne izdelke N U dod, cena programerske ure dobavitelja opreme C prog, čas programerja na poti U pot (ko se programiranje izvaja izven sedeža dobavitelja), cena ure na poti C pot, cena osnovne programske opreme C swrs, cena dodatka MTPP C swmtpp, cena osnovnega šolanja C sols, cena šolanja za programsko opremo RobotStudio C solrs ter cena šolanja za MTPP C solmtpp. Glede na majhno vrednost cena dnevnice [23] tako rekoč ne vpliva na izračun, ki ga da enačba 1, zato je ne bomo upoštevali. Za čas na poti U pot predvidimo dvakrat po eno uro na dan izvedbe in zapišimo enačbo 2. (1) ( ) (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. 30

Strošek [keur] 12 10 8 6 4 Ročno Off-line 2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 Število različnih izdelkov Graf 7.: Strošek ročnega in off-line programiranja strege stroja glede na število različnih izdelkov. Oznaka Pomen Izvedba ročno Izvedba off-line U osn Število porabljenih ur za osnovni program 16 ur 8 ur U dod Število porabljenih ur za dodatni izdelek 4 ure 2 uri C prog Cena programerske ure dobavitelja opreme 70 EUR/uro 70 EUR/uro U pot Število ur na poti na dan programiranja 2 uri 2 uri C pot Cena ure na poti 50 EUR/uro 50 EUR/uro C swrs Cena osnovne programske opreme RS 1 keur 1 keur C swmtpp Cena dodatka MTPP 1 keur 1 keur C sols Cena osnovnega šolanja 1,8 keur 1,8 keur C solrs Cena šolanja za programsko opremo RS 1,2 keur 1,2 keur C solmtpp 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. 31

V fazi proizvodnje se strošek ure programerja spremeni, saj sedaj programiranje izvaja kupec sam. Tako definiramo ceno programerske ure C kprog, ki je običajno nižja od C prog s strani dobavitelja opreme in znaša v povprečju 50 evrov [22]. Navedenim stroškom dodamo še strošek ustavljene proizvodnje C up ter zapišemo enačbo 5. ( ) (5) V enačbi 6 je strošek ustavljene proizvodnje definiran kot produkt ocenjenega dobička posameznega izdelka C i, števila izdelkov na uro P u ter časa zaustavitve U zau. ( ) (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) 32

Strošek [keur] 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. 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Število različnih izdelkov Ročno Off-line Graf 8.: Strošek ročnega in off-line programiranja strege stroja v EUR v primeru ustavljene proizvodnje, glede na število različnih izdelkov. 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. 33

Oznaka Pomen Izvedba ročno Izvedba off-line U osn Število porabljenih ur za osnovni program 16 ur 8 ur U dod Število porabljenih ur za dodatni izdelek 4 ure 2 uri C kprog Cena programerske ure kupca 50 EUR/uro 50 EUR/uro U pot Število ur na poti na dan programiranja 0 ur 0 ur C pot Cena ure na poti 0 EUR/uro 0 EUR/uro C swrs Cena osnovne programske opreme RS 1 keur 1 keur C swmtpp Cena dodatka MTPP 1 keur 1 keur C sols Cena osnovnega šolanja 1,8 keur 1,8 keur C solrs Cena šolanja za programsko opremo RS 1,2 keur 1,2 keur C solmtpp Cena šolanja za dodatek MTPP 0,9 keur 0,9 keur C i Ocenjeni dobiček na posamezen izdelek 2 EUR 2 EUR P u Število izdelkov na uro 120 120 U zau Čas zaustavitve proizvodnje = čas programiranja Osnovni + izdelek Osnovni + izdelek Tabela 11.: Uporabljene vrednosti za izračun. Ko proizvodnje ni potrebno zaustaviti, izračunamo strošek pri ročnem programiranju z enačbo 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. (9) (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 proizvodnje, glede na število različnih izdelkov. 34

Strošek [keur] 12 10 8 6 4 Ročno Off-line 2 0 1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 Število različnih izdelkov Graf 9.: Strošek ročnega in off-line programiranja strege stroja v EUR v primeru delujoče proizvodnje, glede na število različnih izdelkov. Oznaka Pomen Izvedba ročno Izvedba off-line U osn Število porabljenih ur za osnovni program 16 ur 8 ur U dod Število porabljenih ur za dodatni izdelek 4 ure 2 uri C kprog Cena programerske ure kupca 50 EUR/uro 50 EUR/uro U pot Število ur na poti na dan programiranja 0 ur 0 ur C pot Cena ure na poti 0 EUR/uro 0 EUR/uro C swrs Cena osnovne programske opreme RS 1 keur 1 keur C swmtpp Cena dodatka MTPP 1 keur 1 keur C sols Cena osnovnega šolanja 1,8 keur 1,8 keur C solrs Cena šolanja za programsko opremo RS 1,2 keur 1,2 keur C solmtpp Cena šolanja za dodatek MTPP 0,9 keur 0,9 keur C i Ocenjeni dobiček na posamezen izdelek 2 EUR 2 EUR P u Število izdelkov na uro 120 120 U zau Čas zaustavitve proizvodnje = čas programiranja 0 ur 0 ur Tabela 13.: Uporabljene vrednosti za izračun. 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. 35

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. 36

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. 37

Slika 22.: Usklajeno odstranjevanje srha na ohišju menjalnika osebnega avtomobila. Slika 23.: Odlaganje izdelkov na rotacijsko mizo v mrežni zaboj. 38

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. 39

Strošek [keur] 80 70 60 50 40 30 Ročno Off-line 20 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Število različnih izdelkov Graf 10: Strošek ročnega in off-line programiranja strege stroja in odstranjevanja srha v EUR glede na število različnih izdelkov. Oznaka Pomen Izvedba ročno Izvedba off-line U osn Število porabljenih ur za osnovni program 16 ur 8 ur U dod Število porabljenih ur za dodatni izdelek 80 ur 40 ur C prog Cena programerske ure dobavitelja opreme 70 EUR/uro 70 EUR/uro U pot Število ur na poti na dan programiranja 2 uri 2 uri C pot Cena ure na poti 50 EUR/uro 50 EUR/uro C swrs Cena osnovne programske opreme RS 1 keur 1 keur C swmtpp Cena dodatka MTPP 1 keur 1 keur C sols Cena osnovnega šolanja 1,8 keur 1,8 keur C solrs Cena šolanja za programsko opremo RS 1,2 keur 1,2 keur C solmtpp Cena šolanja za dodatek MTPP 0,9 keur 0,9 keur Tabela 15.: Uporabljene vrednosti za izračun. 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. 40

Strošek [keur] 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) Število izdelkov Ustavljena proizvodnja ročno [keur] Ustavljena proizvodnja 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. 700 600 500 400 300 200 Ročno Off-line 100 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 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. 41

Oznaka Pomen Izvedba ročno Izvedba off-line U osn Število porabljenih ur za osnovni program 16 ur 8 ur U dod Število porabljenih ur za dodatni izdelek 80 ur 40 ur C kprog Cena programerske ure kupca 50 EUR/uro 50 EUR/uro U pot Število ur na poti na dan programiranja 0 ur 2 ur C pot Cena ure na poti 0 EUR/uro 0 EUR/uro C swrs Cena osnovne programske opreme RS 1 keur 1 keur C swmtpp Cena dodatka MTPP 1 keur 1 keur C sols Cena osnovnega šolanja 1,8 keur 1,8 keur C solrs Cena šolanja za programsko opremo RS 1,2 keur 1,2 keur C solmtpp Cena šolanja za dodatek MTPP 0,9 keur 0,9 keur C i Ocenjeni dobiček na posamezen izdelek 15 EUR 15 EUR P u Število izdelkov na uro 49 49 U zau Čas zaustavitve proizvodnje = čas programiranja Osnovni + izdelek Osnovni + izdelek Tabela 17.: Uporabljene vrednosti za izračun. 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, 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. (15) (16) Število izdelkov Delujoča proizvodnja ročno [keur] Delujoča proizvodnja 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. 42

Strošek [keur] 45 40 35 30 25 20 15 Ročno Off-line 10 5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Število različnih izdelkov Graf 12.: Strošek ročnega in off-line programiranja strege stroja in odstranjevanja srha v EUR v primeru delujoče proizvodnje, glede na število različnih izdelkov. Oznaka Pomen Izvedba ročno Izvedba off-line U osn Število porabljenih ur za osnovni program 16 ur 8 ur U dod Število porabljenih ur za dodatni izdelek 80 ur 40 ur C kprog Cena programerske ure kupca 50 EUR/uro 50 EUR/uro U pot Število ur na poti na dan programiranja 0 ur 0 ur C pot Cena ure na poti 0 EUR/uro 0 EUR/uro C swrs Cena osnovne programske opreme RS 1 keur 1 keur C swmtpp Cena dodatka MTPP 1 keur 1 keur C sols Cena osnovnega šolanja 1,8 keur 1,8 keur C solrs Cena šolanja za programsko opremo RS 1,2 keur 1,2 keur C solmtpp Cena šolanja za dodatek MTPP 0,9 keur 0,9 keur C i Ocenjeni dobiček na posamezen izdelek 15 EUR 15 EUR P u Število izdelkov na uro 49 49 U zau Čas zaustavitve proizvodnje = čas programiranja 0 ur 0 ur Tabela 19.: Uporabljene vrednosti za izračun. 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. 43

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. 44

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. 45

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. 46

Strošek [keur] 250 200 150 100 Ročno Off-line 50 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Število različnih izdelkov Graf 13.: Strošek ročnega in off-line programiranja odstranjevanja srha v EUR glede na število različnih izdelkov. Oznaka Pomen Izvedba ročno Izvedba off-line U osn Število porabljenih ur za osnovni program 48 ur 32 ur U dod Število porabljenih ur za dodatni izdelek 224 ur 144 ur C prog Cena programerske ure dobavitelja opreme 70 EUR/uro 70 EUR/uro U pot Število ur na poti na dan programiranja 2 uri 2 uri C pot Cena ure na poti 50 EUR/uro 50 EUR/uro C swrs Cena osnovne programske opreme RS 1 keur 1 keur C swmtpp Cena dodatka MTPP 1 keur 1 keur C sols Cena osnovnega šolanja 1,8 keur 1,8 keur C solrs Cena šolanja za programsko opremo RS 1,2 keur 1,2 keur C solmtpp Cena šolanja za dodatek MTPP 0,9 keur 0,9 keur Tabela 21.: Uporabljene vrednosti za izračun. 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. 47

( ) (19) Strošek pri uporabi simulacijske programske opreme je naveden v enačbi 20, rezultata obeh enačb pa sta predstavljena v tabeli 8 in sliki 29. ( ) (20) Število izdelkov Ustavljena proizvodnja ročno [keur] Ustavljena proizvodnja 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 proizvodnje, glede na število različnih izdelkov. 2.500 2.000 Strošek [keur] 1.500 1.000 500 Ročno Off-line 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Število različnih izdelkov Graf 14.: Strošek ročnega in off-line programiranja odstranjevanja srha v EUR v primeru ustavljene proizvodnje, glede na število različnih izdelkov. 48

Oznaka Pomen Izvedba ročno Izvedba off-line U osn Število porabljenih ur za osnovni program 48 ur 32 ur U dod Število porabljenih ur za dodatni izdelek 224 ur 144 ur C kprog Cena programerske ure kupca 40 EUR/uro 40 EUR/uro U pot Število ur na poti na dan programiranja 0 ur 0 ur C pot Cena ure na poti 0 EUR/uro 0 EUR/uro C swrs Cena osnovne programske opreme RS 1 keur 1 keur C swmtpp Cena dodatka MTPP 1 keur 1 keur C sols Cena osnovnega šolanja 1,8 keur 1,8 keur C solrs Cena šolanja za programsko opremo RS 1,2 keur 1,2 keur C solmtpp Cena šolanja za dodatek MTPP 0,9 keur 0,9 keur C i Ocenjeni dobiček na posamezen izdelek 50 EUR 50 EUR P u Število izdelkov na uro 18 18 U zau Čas zaustavitve proizvodnje = čas programiranja Osnovni + izdelek Osnovni + izdelek Tabela 23.: Uporabljene vrednosti za izračun. 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, strošek pri uporabi simulacijske programske opreme pa z enačbo 22, kar je predstavljeno v tabeli 24 in na grafu 14. Vrednosti ki so bile uporabljene za izračun, podaja tabela 25. (21) (22) Število izdelkov Delujoča proizvodnja ročno [keur] Delujoča proizvodnja 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. 49

Strošek [keur] 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Število različnih izdelkov Ročno Offline Graf 15.: Strošek ročnega in off-line programiranja odstranjevanja srha v EUR v primeru delujoče proizvodnje, glede na število izdelkov. Oznaka Pomen Izvedba ročno Izvedba off-line U osn Število porabljenih ur za osnovni program 48 ur 32 ur U dod Število porabljenih ur za dodatni izdelek 224 ur 144 ur C kprog Cena programerske ure kupca 40 EUR/uro 40 EUR/uro U pot Število ur na poti na dan programiranja 0 ur 0 ur C pot Cena ure na poti 0 EUR/uro 0 EUR/uro C swrs Cena osnovne programske opreme RS 1 keur 1 keur C swmtpp Cena dodatka MTPP 1 keur 1 keur C sols Cena osnovnega šolanja 1,8 keur 1,8 keur C solrs Cena šolanja za programsko opremo RS 1,2 keur 1,2 keur C solmtpp Cena šolanja za dodatek MTPP 0,9 keur 0,9 keur C i Ocenjeni dobiček na posamezen izdelek 50 EUR 50 EUR P u Število izdelkov na uro 18 18 U zau Čas zaustavitve proizvodnje = čas programiranja 0 ur 0 ur Tabela 25.: Uporabljene vrednosti za izračun. 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. 50

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. 51

Strošek [keur] 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] Izvedba off-line [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. 35 30 25 20 15 10 5 Ročno Off-line 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Število različnih izdelkov Graf 16.: Strošek ročnega in off-line programiranja strege HOC v EUR glede na število različnih izdelkov. 52

Vrednosti uporabljene v izračunu so navedene v tabeli 17. Oznaka Pomen Izvedba ročno Izvedba off-line U osn Število porabljenih ur za osnovni program 8 ur 4 ur U dod Število porabljenih ur za dodatni izdelek 32 ure 16 uri C prog Cena programerske ure dobavitelja opreme 70 EUR/uro 70 EUR/uro U pot Število ur na poti na dan programiranja 2 uri 2 uri C pot Cena ure na poti 50 EUR/uro 50 EUR/uro C swrs Cena osnovne programske opreme RS 1 keur 1 keur C swmtpp Cena dodatka MTPP 1 keur 1 keur C sols Cena osnovnega šolanja 1,8 keur 1,8 keur C solrs Cena šolanja za programsko opremo RS 1,2 keur 1,2 keur C solmtpp Cena šolanja za dodatek MTPP 0,9 keur 0,9 keur Tabela 27.: Uporabljene vrednosti za izračun. 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) Strošek pri uporabi simulacijske programske opreme je naveden v enačbi 26, rezultata obeh enačb sta predstavljena v tabeli 28 in na grafu 17, uporabljene vrednosti pa v tabeli 29. ( ) (26) 53

Strošek [keur] Število izdelkov Ustavljena proizvodnja ročno [keur] Ustavljena proizvodnja 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 proizvodnje, glede na število različnih izdelkov. 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Število različnih izdelkov Ročno Off-line Graf 17.: Strošek ročnega in off-line programiranja strege HOC v EUR v primeru ustavljene proizvodnje, glede na število različnih izdelkov. Oznaka Pomen Izvedba ročno Izvedba off-line U osn Število porabljenih ur za osnovni program 8 ur 4 ur U dod Število porabljenih ur za dodatni izdelek 32 ure 16 uri C kprog Cena programerske ure kupca 50 EUR/uro 50 EUR/uro U pot Število ur na poti na dan programiranja 0 ur 0 ur C pot Cena ure na poti 0 EUR/uro 0 EUR/uro C swrs Cena osnovne programske opreme RS 1 keur 1 keur C swmtpp Cena dodatka MTPP 1 keur 1 keur C sols Cena osnovnega šolanja 1,8 keur 1,8 keur C solrs Cena šolanja za programsko opremo RS 1,2 keur 1,2 keur C solmtpp Cena šolanja za dodatek MTPP 0,9 keur 0,9 keur C i Ocenjeni dobiček na posamezen izdelek 150 EUR 150 EUR P u Število izdelkov na uro 16 16 U zau Čas zaustavitve proizvodnje = čas programiranja Osnovni + izdelek Osnovni + izdelek Tabela 29.: Uporabljene vrednosti za izračun. 54

Strošek [keur] 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, 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. (27) (28) Število izdelkov Delujoča proizvodnja ročno [keur] Delujoča proizvodnja 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 proizvodnje, glede na število različnih izdelkov. 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Število različnih izdelkov Ročno Off-line Graf 18.: Strošek ročnega in off-line programiranja strege HOC v EUR v primeru delujoče proizvodnje, glede na število različnih izdelkov. 55

Oznaka Pomen Izvedba ročno Izvedba off-line U osn Število porabljenih ur za osnovni program 8 ur 4 ur U dod Število porabljenih ur za dodatni izdelek 32 ure 16 uri C kprog Cena programerske ure kupca 50 EUR/uro 50 EUR/uro U pot Število ur na poti na dan programiranja 0 ur 0 ur C pot Cena ure na poti 0 EUR/uro 0 EUR/uro C swrs Cena osnovne programske opreme RS 1 keur 1 keur C swmtpp Cena dodatka MTPP 1 keur 1 keur C sols Cena osnovnega šolanja 1,8 keur 1,8 keur C solrs Cena šolanja za programsko opremo RS 1,2 keur 1,2 keur C solmtpp Cena šolanja za dodatek MTPP 0,9 keur 0,9 keur C i Ocenjeni dobiček na posamezen izdelek 150 EUR 150 EUR P u Število izdelkov na uro 16 16 U zau Čas zaustavitve proizvodnje = čas programiranja 0 ur 0 ur Tabela 31.: Uporabljene vrednosti za izračun. 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. 56

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. 57

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.). 58

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, 59

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 U osn ter trajektorij za varjenje V U var, cena programerske ure dobavitelja opreme C prog, čas programerja na poti U pot (ko se programiranje izvaja zunaj sedeža dobavitelja), cena ure na poti C pot, čas potreben za programiranje iskanja vara X U isv, čas, potreben za programiranje sledenja vara X U sv, cena osnovne programske opreme RS C swrs, cena dodatka AWPP C swawpp ter cena šolanja C sols. 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 U pot 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. 60

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. 61

Strošek [keur] 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Število različnih varov Ročno Off-line Graf 19.: Strošek ročnega in off-line programiranja varjenja v EUR glede na število varov posameznega robota. Oznaka Pomen Izvedba ročno Izvedba off-line U osn Število porabljenih ur za osnovni program 32 ur/robota 16 ur/robota U var Število porabljenih ur za posamezen var 8 ur/var 4 ure/var C kprog Cena programerske ure dobavitelja 70 EUR/uro 70 EUR/uro U pot Število ur na poti na dan programiranja 2 uri 2 uri C pot Cena ure na poti 50 EUR/uro 50 EUR/uro C swrs Cena osnovne programske opreme RS 1 keur 1 keur C swawpp Cena dodatka AWPP 1 keur 1 keur C sols Cena osnovnega šolanja 1,8 keur 1,8 keur C solrs Cena šolanja za programsko opremo RS 1,2 keur 1,2 keur C solawpp Cena šolanja za dodatek AWPP 0,9 keur 0,9 keur R Število robotov 4 4 U isv Čas programiranja iskanja vara 0 ur 0 ur X Število varov kjer se izvaja iskanje vara 0 0 U sv Čas programiranja sledenja vara 0 ur 0 ur Y Število varov kjer se izvaja sledenje vara 0 0 Tabela 33.: Uporabljene vrednosti za izračun. 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. 62

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 C kprog, ki znaša v povprečju 50 evrov [22]. Navedenim stroškom dodamo še strošek ustavljene proizvodnje C up ter zapišemo enačbo 35. ( ) ) ( (35) V enačbi 36 je strošek ustavljene proizvodnje definiran kot produkt ocenjenega dobička posameznega izdelka C i, števila izdelkov na uro P u ter časa zaustavitve U zau. ( ) ) ( (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. 63

Strošek [keur] ( ) ( ) (38) Število izdelkov Ustavljena proizvodnja ročno[keur] Ustavljena proizvodnja 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. 90 80 70 60 50 40 30 Ročno Off-line 20 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Število različnih varov 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. 64

Oznaka Pomen Izvedba ročno Izvedba off-line U osn Število porabljenih ur za osnovni program 32 ur/robota 16 ur/robota U var Število porabljenih ur za posamezen var 8 ur/var 4 ure/var C kprog Cena programerske ure kupca 50 EUR/uro 50 EUR/uro U pot Število ur na poti na dan programiranja 0 ur 0 ur C pot Cena ure na poti 0 EUR/uro 0 EUR/uro C swrs Cena osnovne programske opreme RS 1 keur 1 keur C swawpp Cena dodatka AWPP 1 keur 1 keur C sols Cena osnovnega šolanja 1,8 keur 1,8 keur C solrs Cena šolanja za programsko opremo RS 1,2 keur 1,2 keur C solawpp Cena šolanja za dodatek AWPP 0,9 keur 0,9 keur R Število robotov 4 4 U isv Čas programiranja iskanja vara 0 ur 0 ur X Število varov kjer se izvaja iskanje vara 0 0 U sv Čas programiranja sledenja vara 0 ur 0 ur Y Število varov kjer se izvaja sledenje vara 0 0 C i Ocenjeni dobiček na posamezen izdelek 2 EUR 2 EUR P u Število izdelkov na uro 120 120 U zau Čas zaustavitve proizvodnje = čas programiranja Osnovni + izdelek Osnovni + izdelek Tabela 35.: Uporabljene vrednosti za izračun. Ko proizvodnje ni treba zaustaviti, izračunamo strošek pri ročnem programiranju z enačbo 39, ( ) (39) strošek pri uporabi simulacijske programske opreme pa z enačbo 40, kar je predstavljeno v tabeli 36 in na grafu 21. Uporabljene vrednosti za izračun so podane v tabeli 37. ( ) (40) Število izdelkov Delujoča proizvodnja ročno [keur] Delujoča proizvodnja 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. 65

Strošek [keur] 30 25 20 15 10 Ročno Off-line 5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Število različnih varov Graf 21: Strošek ročnega in off-line programiranja varjenja v EUR v primeru delujoče proizvodnje glede na število varov posameznega robota. Oznaka Pomen Izvedba ročno Izvedba off-line U osn Število porabljenih ur za osnovni program 32 ur/robota 16 ur/robota U var Število porabljenih ur za posamezen var 8 ur/var 4 ure/var C kprog Cena programerske ure kupca 50 EUR/uro 50 EUR/uro U pot Število ur na poti na dan programiranja 0 ur 0 ur C pot Cena ure na poti 0 EUR/uro 0 EUR/uro C swrs Cena osnovne programske opreme RS 1 keur 1 keur C swawpp Cena dodatka AWPP 1 keur 1 keur C sols Cena osnovnega šolanja 1,8 keur 1,8 keur C solrs Cena šolanja za programsko opremo RS 1,2 keur 1,2 keur C solawpp Cena šolanja za dodatek AWPP 0,9 keur 0,9 keur R Število robotov 4 4 U isv Čas programiranja iskanja vara 0 ur 0 ur X Število varov kjer se izvaja iskanje vara 0 0 U sv Čas programiranja sledenja vara 0 ur 0 ur Y Število varov kjer se izvaja sledenje vara 0 0 C i Ocenjeni dobiček na posamezen izdelek 2 EUR 2 EUR P u Število izdelkov na uro 120 120 U zau Čas zaustavitve proizvodnje = čas programiranja 0 ur 0 ur Tabela 37.: Uporabljene vrednosti za izračun. 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. 66

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. 67

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. 68

Strošek [keur] Z navedenimi cenami za ročni način programiranja dobimo izračun po enačbi 41. ( ) ) ( (41) V primeru programiranja s pomočjo simulacijske programske opreme pa enačbo 42. ( ) ) ( (42) Rezultate prikazujeta tabela 38 in graf 22, vrednosti uporabljene v izračunu pa tabela 39. Število izdelkov Izvedba ročno [keur] Izvedba off-line [keur] 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. 25 20 15 10 Ročno Off-line 5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Število različnih varov Graf 22.: Strošek ročnega in off-line programiranja varjenja v EUR glede na število varov posameznega robota. 69

Oznaka Pomen Izvedba ročno Izvedba off-line U osn Število porabljenih ur za osnovni program 40 ur/robota 20 ur/robota U var Število porabljenih ur za posamezen var 4 ure/var 2 uri/var C prog Cena programerske ure dobavitelja opreme 70 EUR/uro 70 EUR/uro U pot Število ur na poti na dan programiranja 2 uri 2 uri C pot Cena ure na poti 50 EUR/uro 50 EUR/uro C swrs Cena osnovne programske opreme RS 1 keur 1 keur C swawpp Cena dodatka AWPP 1 keur 1 keur C sols Cena osnovnega šolanja 1,8 keur 1,8 keur C solrs Cena šolanja za programsko opremo RS 1,2 keur 1,2 keur C solawpp Cena šolanja za dodatek AWPP 0,9 keur 0,9 keur R Število robotov 2 2 U isv1 Čas programiranja iskanja vara 3 ure 2 uri X 1 Število varov kjer se izvaja iskanje reže 8/robot 8/robot U isv2 Čas programiranja iskanja reže 5 ur 3 ure X 2 Število varov kjer se izvaja iskanje reže 2/robot 2/robot Tabela 39.: Uporabljene vrednosti za izračun. 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 C kprog, 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. 70

Strošek [keur] ( ) ( ) (43) Strošek pri uporabi simulacijske programske opreme je naveden v enačbi 44, tabeli 40 in na grafu 23. Uporabljene vrednosti podaja tabela 41. ( ) ( ) (44) Število izdelkov Ustavljena proizvodnja ročno [keur] Ustavljena proizvodnja 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 Tabela 40.: Strošek ročnega in off-line programiranja varjenja v EUR v primeru ustavljene proizvodnje glede na število varov posameznega robota. 80 70 60 50 40 30 Ročno Off-line 20 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Število različnih varov Graf 23.: Strošek ročnega in off-line programiranja za strego stroja v EUR v primeru ustavljene proizvodnje. 71

Oznaka Pomen Izvedba ročno Izvedba off-line U osn Število porabljenih ur za osnovni program 40 ur/robota 20 ur/robota U var Število porabljenih ur za posamezen var 4 ure/var 2 uri/var C kprog Cena programerske ure kupca 50 EUR/uro 50 EUR/uro U pot Število ur na poti na dan programiranja 0 ur 0 ur C pot Cena ure na poti 0 EUR/uro 0 EUR/uro C swrs Cena osnovne programske opreme RS 1 keur 1 keur C swawpp Cena dodatka AWPP 1 keur 1 keur C sols Cena osnovnega šolanja 1,8 keur 1,8 keur C solrs Cena šolanja za programsko opremo RS 1,2 keur 1,2 keur C solawpp Cena šolanja za dodatek AWPP 0,9 keur 0,9 keur R Število robotov 2 2 U isv1 Čas programiranja iskanja vara 3 ure 2 uri X 1 Število varov kjer se izvaja iskanje vara 8/robot 8/robot U isv2 Čas programiranja iskanja reže 5 3 X 2 Število varov kjer se izvaja iskanje reže 2/robot 2/robot C i Ocenjeni dobiček na posamezen izdelek 150 EUR 150 EUR P u Število izdelkov na uro 3,3 3,3 U zau Čas zaustavitve proizvodnje = čas programiranja Osnovni + izdelek Osnovni + izdelek Tabela 41.: Uporabljene vrednosti za izračun. 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) strošek pri uporabi simulacijske programske opreme pa z enačbo 46, kar je predstavljeno v tabeli 42 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. 72

Strošek [keur] Število izdelkov Delujoča proizvodnja ročno [keur] Delujoča proizvodnja 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 Tabela 42: Strošek ročnega in off-line programiranja varjenja v EUR v primeru delujoče proizvodnje glede na število varov posameznega robota. 14 12 10 8 6 4 Ročno Off-line 2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Število različnih varov Graf 24: Strošek ročnega in off-line programiranja varjenja v EUR v primeru delujoče proizvodnje glede na število varov posameznega robota. 73

Oznaka Pomen Izvedba ročno Izvedba off-line U osn Število porabljenih ur za osnovni program 40 ur/robota 20 ur/robota U var Število porabljenih ur za posamezen var 4 ure/var 2 uri/var C kprog Cena programerske ure kupca 50 EUR/uro 50 EUR/uro U pot Število ur na poti na dan programiranja 0 ur 0 ur C pot Cena ure na poti 0 EUR/uro 0 EUR/uro C swrs Cena osnovne programske opreme RS 1 keur 1 keur C swawpp Cena dodatka AWPP 1 keur 1 keur C sols Cena osnovnega šolanja 1,8 keur 1,8 keur C solrs Cena šolanja za programsko opremo RS 1,2 keur 1,2 keur C solawpp Cena šolanja za dodatek AWPP 0,9 keur 0,9 keur R Število robotov 2 2 U isv1 Čas programiranja iskanja vara 3 ure 2 uri X 1 Število varov kjer se izvaja iskanje vara 8/robot 8/robot U isv2 Čas programiranja iskanja reže 5 3 X 2 Število varov kjer se izvaja iskanje reže 2/robot 2/robot C i Ocenjeni dobiček na posamezen izdelek 150 EUR 150 EUR P u Število izdelkov na uro 3,3 3,3 U zau Čas zaustavitve proizvodnje = čas programiranja 0 ur 0 ur Tabela 43.: Uporabljene vrednosti za izračun. 74

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. 75

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. 76

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. 77

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) V primeru programiranja s pomočjo simulacijske programske opreme pa enačbo 48. 78