Aalto-yliopisto

Insinööritieteiden korkeakoulu

Tuotantoautomaatio Kon-15.4119

Robottien etäohjelmointi

Harjoitustyö

21.10.2015

Janica Aula

Sakari Ilvesniemi

Karri Vehviläinen

Ville Paakkunainen

i

Sisällysluettelo 1 Johdanto ......................................................................................................................... 1

2 Yleistä robotisoinneista ................................................................................................. 2

2.1 Nivelten ominaisuudet ...................................................................................... 2

2.2 Manipulaattorit, käyttökohteet ja turvallisuus................................................... 3

2.3 Voimantuotto ja kontrollerit .............................................................................. 4

3 Robottien etäohjelmointi ............................................................................................... 5

3.1 Robottien ohjelmointitavat ................................................................................ 5

3.1.1 Online-ohjelmointi ................................................................................ 5

3.1.2 Offline-ohjelmointi ............................................................................... 6

3.2 Ohjelmistot ........................................................................................................ 6

3.2.1 Valmistajien omat ohjelmistot .............................................................. 7

3.2.2 Geneeriset ohjelmistot .......................................................................... 7

3.3 Käyttöönottoprosessi ......................................................................................... 9

4 Case-osuus ................................................................................................................... 11

4.1 Case I: ABB RobotStudio ............................................................................... 11

4.2 Case II: Laivan osien robottihitsaus ................................................................ 12

4.2.1 Edellytykset ........................................................................................ 12

4.2.2 Hitsausrobottien ohjelmointiprosessi.................................................. 13

5 Robottien etäohjelmoinnin vaikutukset tuottavuuteen ................................................ 15

6 Tulevaisuuden näkymät ............................................................................................... 17

7 Johtopäätökset ............................................................................................................. 19

Lähteet ............................................................................................................................ 20

1

1 Johdanto

Globalisaation aikakaudella vallitseva markkina- ja kilpailutilanne on huolenaihe

valmistavan teollisuuden yrityksille. Näihin sisältyy esimerkiksi innovaatioiden

lisääntyminen, tuotteiden lyhentynyt elinkaari sekä tuotevalikoimien

monipuolistuminen. Samanaikaisesti huolena ovat pulasta aiheutuva paine sekä suuret

korkeasti koulutetun työvoiman kustannukset. (Pan, Polden, Larkin, Van Duin &

Norrish 2012)

Tuotannon kannattavuuden ja joustavuuden parantamiseksi paras ratkaisu löytyy

automatisoiduista tuotannosta, mikä käytännössä tarkoittaa teollisuusrobottien

käyttöönottoa. Teollisuusrobottien ohjelmointi on kuitenkin nykyisin haastavaa ja aikaa

vievää. Esimerkiksi hitsausprosessin ohjelmointi voi olla ajallisesti yli 300-kertainen

prosessin suorittamiseen verrattuna. Tästä johtuen pienten ja keskisuurten yritysten on

vaikeaa hyötyä teollisuusrobottien käytöstä. (Pan ym. 2012)

Etäohjelmoinnin avulla ohjelmointi voidaan tehdä tuotannon ulkopuolella.

Robottiympäristön kolmiulotteisen mallin avulla voidaan ohjelmoida ja simuloida

reaalista tai suunniteltua mallia tietokoneympäristössä. Etäohjelmoinnin avulla voidaan

hallita laajoja ja monimutkaisiakin systeemejä sekä saada tuotannosta kustannustehokas

niin suurille kuin pienille volyymeille.

Tämän harjoitustyön tarkoituksena on tutkia teollisuusrobottien etäohjelmointia.

Työhön sisältyy yleistä tietoa robotisoinnista sekä tarkempi katsaus robottien

ohjelmointitapoihin, ohjelmistoihin ja käyttöönottoprosessiin. Lisäksi harjoitustyössä

käsitellään case-esimerkki sekä tutkitaan robottien etäohjelmoinnin vaikutuksia

tuottavuuteen ja tulevaisuuden näkymiä. Työn tavoitteena on selvittää etäohjelmoinnin

vaikutuksia tuotantoprosessiin sekä sen vaikutuksia tehokkuuteen.

2

2 Yleistä robotisoinneista

Alun perin robotisoinnin pääasiallisena tarkoituksena oli tehostaa tuotantoa ja tehdä

ihmisille vaarallisista tehtävistä turvallisempia. Tuotannon tehostaminen tapahtui

pääsääntöisesti automatisoimalla yksinkertaisia mekaanisia tehtäviä. Robottien hyviä

puolia oli esimerkiksi väsymättömyys ja erinomainen toistotarkkuus. Nykyaikaisella

robotisoinnilla voidaan automatisoida monimutkaisia tuotantoprosesseja tehokkaasti.

(Kandray 2010, 258–259)

2.1 Nivelten ominaisuudet

Pääsääntöisesti robotit ovat kiinnitettyinä johonkin määrättyyn kohtaan suorittamaan

jotain tiettyä työtehtävää. Suurin osa roboteista koostuu mekaanisesta käsivarresta,

manipulaattorista, virtalähteestä ja ohjaimesta. Käsivarsi koostuu useista paloista, jotka

ovat liitetty toisiinsa nivelillä. Erilaisia niveliä on monenlaisia, joista yleisimmät ovat

lineaarinivel, kohtisuora nivel ja kolme erilaista pyörivää niveltä (engl. rotational joint,

revolving joint ja twisting joint). Eri nivelten toimintaperiaatteet on esitetty kuvassa 1.

(Kandray 2010, 261–263)

Kuva 1. Nivelten toimintaperiaatteet havainnollistettuna. (Kandray, 2010 mukaillen)

3

Lineaarinivelellä käsivartta voidaan liikuttaa oman akselinsa suuntaisesti ja vastaavasti

kohtisuoralla nivelellä voidaan liikuttaa ulostulolinkin akselia kohtisuorasti

sisääntulolinkin akseliin nähden. Pyörivän nivelen tyyppi on riippuvainen

sisääntuloakselin ja ulostuloakselin pyörimisen suhteesta. Pyörivien akselien tyypit

ovat: akseleita kohtisuorasti toistensa suhteen pyörittävä nivel (revolving joint),

akselinsa ympäri pyörittävä nivel (twisting joint) ja toistensa suhteen kellon

viisarimaisesti pyörittävä nivel (rotational joint). Manipulaattorin sijainti on aina

nivelten asentojen summa. Manipulaattorin eri sijainnit koordinaatistossa on usein

mahdollista saavuttaa monilla erilaisilla nivelkulmien yhdistelmillä. Ohjelmoinnin

avulla on tarkoituksena saada nivelille mahdollisimman tehokkaat liikeradat. (Kandray

2010, 258–265)

2.2 Manipulaattorit, käyttökohteet ja turvallisuus

Manipulaattorin valinta riippuu täysin robotin käyttötarkoituksesta. Yleisimmät

manipulaattorit ovat tarttujia, joita käytetään kappaleen liikuttamiseen. Tarttujan

toimintaperiaate voi olla esimerkiksi mekaaninen, imukuppi tai magneetti. Käytetyin

tarttujatyyppi on mekaaninen. Mekaanisessa tarttujassa on usein kahdesta neljään

leukaa, joilla tartunta tapahtuu. Tarttujan ominaisuuksiin kuuluu tartuntavoima,

liiketapa, voimanlähde, toimintanopeus ja tarttujan massa. Imukuppitarttujan käyttö on

perusteltua esimerkiksi lasilevyjä käsiteltäessä ja magneettisen tarttujan käyttö voi

helpottaa esimerkiksi laakeiden metallikappaleiden manipulointia. Manipulaattoreita

käyttäviä robotteja käytetään paljon esimerkiksi kokoonpanotöissä, kappaleenvaihtajina

koneistuksessa ja pinoamisessa. (Kandray 2010, 266–283)

Muut käytettävät manipulaattorit voivat olla esimerkiksi hitsauslaitteita, maaliruiskuja,

jyrsimiä tai laser-leikkureita. Esimerkiksi autoteollisuudessa hitsausrobottien käytöllä

voidaan tehostaa tuotantoa huomattavasti. Robottihitsauksessa käytetään pääsääntöisesti

pistehitsauslaitteita. Maalaamojen robotisoinnilla voidaan vähentää ihmisten altistusta

maalien vaarallisille höyryille. Koneistuksessa robotteja hyödynnetään esimerkiksi

poraamisessa ja jyrsinnässä. Viimeaikoina robotteja on myös alettu käyttämään

laadunvalvonnassa yhdistämällä manipulaattoriin kamera tai muu tarkastuslaite, jolla

tuotteet tarkastetaan. (Kandray 2010, 266–283)

Robottien käytössä on ensiarvoisen tärkeätä että käyttöturvallisuudesta huolehditaan.

Robottien suuret liikenopeudet ja käsiteltävien kappaleiden massat voivat aiheuttaa

merkittäviä turvallisuusriskejä. Itse robotit eivät sisällä sensoreita, joilla olisi

mahdollista seurata robotin toiminta-alueella tapahtuvaa liikettä. Robottien liike ei

ulkopuolisen silmin välttämättä noudata järkevää logiikkaa ja liikkeet voivat olla

ennalta arvaamattoman oloisia. Robottien toiminta-alueet on pääsääntöisesti aina

aidattuja joko fyysisin aidoin tai valoverhoilla. Valoverhon katkeaminen tai aitauksen

oven avaaminen toimii hätäkatkaisijana, joka lopettaa robotin liikkeen välittömästi.

Robotin toiminta-alueella tapahtuvissa toimissa, esimerkiksi huollossa ja

4

ohjelmoinnissa, tulee noudattaa erityistä varovaisuutta. Mikäli robotin kanssa samassa

tilassa työskentely on välttämätöntä, työskentelystä voidaan tehdä turvallisempaa

rajoittamalla robotin liikenopeutta. (Kandray 2010, 283–287)

2.3 Voimantuotto ja kontrollerit

Robottien voimantuotossa kolme yleisintä menetelmää on hydraulinen järjestelmä,

pneumaattinen järjestelmä ja sähköinen järjestelmä. Hydrauliset järjestelmät toimivat

suljettuina piireinä, joissa hydraulinesteen välityksellä kontrolloidaan robotin liikettä.

Hydraulisissa järjestelmissä on hyvä tarkkuus ja niissä on erinomainen teho-paino

suhde. Hydrauliset järjestelmät vaativat runsaasti tilaa ja ne ovat meluisia sekä herkkiä

vuotamaan. Pneumaattisissa järjestelmissä robotin liike tuotetaan ilmanpaineen avulla.

Pneumaattisen järjestelmässä on ilman kokoon painuvuuden takia vaikeata saada hyvää

tarkkuutta. Ilmanpaineella toimivat järjestelmissä paikotukseen käytetään monesti

fyysisiä paikoittimia, joihin robotin liike pysähtyy. Pneumaattisen järjestelmän hyvä

puoli on yhteensopivuus, lähes jokaisessa tuotantolaitoksessa on paineilmajärjestelmä

asennettuna. (Kandray 2010, 269–270)

Yleisin menetelmä robotin voimantuottoon on sähköinen servomoottori.

Servomoottoreita käyttämällä saavutetaan erinomainen nopeuden ja paikan

kontrollointi. Servomoottorin käyttäminen robotin voimanlähteenä vaatii

alennusvaihteen, jotta sähkömoottorien suuret kierroslukumäärät saadaan robotin

liikenopeuksille sopiviksi. Sähkömoottoreilla saadaan aikaan nopea vasteaika, vähäinen

melutaso ja ne eivät aiheuta saastemahdollisuutta vuotojen muodossa. Sähkömoottorilla

varustettujen robottien ongelmat liittyvät pääsääntöisesti niiden kantokykyyn, joka on

rajallinen verrattuna hydraulisiin järjestelmiiin. (Kandray 2010, 270–273)

Robotin kontrolleri on eräänlainen tietokone, jolla ohjataan robotin toimintaa.

Kontrolleri muuntaa annetut liikekäskyt moottorin, nivelten ja manipulaattorin

liikkeeksi. Kontrolleri toimii rajapintana ohjelman ja robotin välillä. Kontrolleriin

tallennetaan robotilla käytettävät ohjelmat. Ohjelmat voidaan kontrollerista riippuen

opettaa käsin eräänlaisen ohjaimen kanssa tai etäohjelmoinnin avulla esimerkiksi

ethernetin välityksellä. (Kandray 2010, 273–275)

5

3 Robottien etäohjelmointi

Nykyisin teollisuusrobottien ohjelmointi jaetaan kahteen pääkategoriaan: online-

ohjelmointiin ja etäohjelmointiin, joista etäohjelmointi kasvattaa jatkuvasti suosiotaan.

Etäohjelmointi perustuu koko robottityöpisteen kolmiulotteiseen malliin. Se siirtää

ohjelmoinnin pois työpisteen käyttäjältä toimistossa työskentelevälle

ohjelmistoinsinöörille. Etäohjelmoinnin vahvuus on monimutkaisten systeemien

ohjelmoinnissa ja se on todettu kustannustehokkaammaksi ratkaisuksi suurille

valmistusvolyymeille. (Pan ym. 2012)

3.1 Robottien ohjelmointitavat

Robottien ohjelmoinnilla tarkoitetaan tapaa jolla robotti opetetaan suorittamaan haluttu

tehtävä. Tehtävään kuuluu robotin liikeradat ja liikkeiden tahdistus suhteessa muuhun

prosessiin. Robottien ohjelmoinnissa on kaksi erilaista toimintatapaa, jotka ovat online-

ja offline-ohjelmointi. Online-ohjelmoinnissa robotin liikeradat opetetaan paikanpäällä

ja offline-ohjelmoinnin periaatteena on että se ei vaadi fyysistä läsnäoloa robotin luona.

(Kandray 2010, 294-296)

3.1.1 Online-ohjelmointi

Robotin online-ohjelmointi on yksinkertaisimmillaan pisteiden ja pisteissä tapahtuvien

tehtävien opettamista lokaalisti. Johdattamalla opettaminen tapahtuu ohjaamalla robotti

halutun liikeradan läpi samalla nauhoittaen kaikki tapahtuvat liikkeet. Johdattamalla

ohjelmointi monimutkaisille kappaleille on aikaa vievää ja haastavaa, metodi

mahdollistaa lähinnä yksinkertaisten ohjelmien ajamisen. Ohjelman toiminta on pitkälti

riippuvainen ohjelmoijan taidosta luoda tehokkaita liikeratoja. (Kandray 2010, 295–

296)

Johdattamalla opettaminen käytännössä tapahtuu kontrollerissa kiinni olevat ohjaimen

avulla. Ohjaimella voi kontrolloida robotin liikettä yksittäisten nivelten kautta tai eri

koordinaatistojen avulla. Ohjaimen käyttö tehokkaasti vaatii runsaasti harjoittelua ja eri

liikesuuntien järkevä yhdisteleminen voi olla erittäin vaikeaa. Monimutkaisten ja

kertaluontoisten ohjelmien opettaminen käsin ei ole kannattavaa. Itse ohjelmoinnin

vaikeuksien lisäksi robottia ei voida ohjelmoinnin aikana käyttää tuottaviin tehtäviin.

Tuotannon seisahtuminen ohjelmoinnin ajaksi aiheuttaa ongelmia tehokkuuden ja

käyttöasteen kanssa. Mikäli robotilla ajettava ohjelma vaihtuu useasti, johdattamalla

ohjelmointi voi viedä kohtuuttoman paljon tuotantoaikaa. Johdattamalla opettamista

voidaan tehostaa yhdistämällä sitä offline-ohjelmointiin, jolloin esimerkiksi

toimintaympäristön logiikka ja laukaisimet ohjelmoidaan robotin järjestelmän

ulkopuolella. Tällöin robotin luona opetetaan ainoastaan robotin paikkatiedot. (Kandray

2010, 295–296)

6

3.1.2 Offline-ohjelmointi

Offline-ohjelmoinnissa rakennetaan robotin liikekäskyt ja toimintalogiikka robotin

järjestelmän ulkopuolella. Eri offline-ohjelmoinnin tasoilla robotin luona tapahtuvan

opetuksen määrä vaihtelee. Tehokkaimmillaan offline-ohjelmointi ei vaadi lainkaan

robotin manuaalista opettamista, vaan ohjelmointi tapahtuu tietokoneella ja ohjelmat

mallinnetaan ja simuloidaan 3D-ympäristössä valmiiksi ja toimivaksi ohjelmaksi.

Toimintavalmiit simuloidut ohjelmat voidaan ladata robotin kontrolleriin, jolloin robotti

on toimintavalmis. (Kandray 2010, 296)

Offline-ohjelmointi mahdollistaa robotin käyttämisen muuhun tuotantoon ohjelmoinnin

aikana, jolloin tuotantokatkoksien määrä vähenee huomattavasti. Robotin

ohjelmointityö siirtyy tuotannon operaattorilta toimistossa työskentelevälle

ohjelmistoinsinöörille. Etäohjelmointi mahdollistaa ohjelmien tekemisen aikaisemmin

tuotantoprosessissa, jolloin tuotannon aloittaminen ei vaadi niin pitkiä asetusaikoja

laitoksen valmistuttua. Simulointia voidaan käyttää myös robottisolujen suunnittelussa,

jotta niistä saadaan mahdollisimman tehokkaita. (Pan ym. 2012)

Simulaatiomallien rakentaminen valmiissa toimintaympäristössä on suhteellisen

helppoa, mutta uusien simulaatiomallien rakentaminen alusta saakka toimivaan

ohjelmaan on pitkä prosessi. Robotin ohjelmien muokkaaminen esimerkiksi kappaleen

muuttuessa hieman on helppoa verrattuna online-ohjelmointiin, jossa pienetkin

muutokset vaativat koko ohjelman uusimisen. Ohjelmien laatiminen vaatii tarkan

mallinnuksen käsiteltävästä kappaleesta ja robotin toimintaympäristöstä.

Monimutkaisten simulointien mallintaminen vaatii tietokoneelta kykyä selviytyä

raskaasta prosessoinnista. Simuloinnin jälkeen ohjelma on käännettävä robotin

ymmärtämään muotoon. Kun ohjelma on siirretty robotin muistiin, vaatii robotti

kalibroinnin, jossa robotille opetetaan nollakohdat, joiden suhteen ohjelma on

tietokoneella ohjelmoitu. (Pan ym. 2012)

Offline-ohjelmoinnin ongelmana on usein ohjelmistojen jäykkyys. Tällä hetkellä ei ole

olemassa standardisoitua ohjelmaa robottien simulointiin, vaan ohjelmistot ovat

riippuvaisia robottitoimittajista. Toimiva ohjelmisto onkin yksi tärkeistä osa-alueista

robotin hankintaa miettiessä, sillä hyväkään robotti ei kykene tarkkaan työhön huonolla

ohjauksella. (Pan ym. 2012)

3.2 Ohjelmistot

Etäohjelmointiin käytettävät ohjelmistot voidaan jakaa valmistajien omiin

ohjelmistoihin ja geneerisiin ohjelmistoihin joita voidaan käyttää usean eri valmistajan

robottien kanssa. Lisäksi on olemassa avoimen lähdekoodin ohjelmistoja, joita on

kehitetty lähinnä akateemisiin tarkoituksiin. Ohjelmistoja on saatavilla useisiin eri

käyttökohteisiin, kuten jyrsintään, maalaukseen ja hitsaukseen. Lisäksi useita

ohjelmistoja on mahdollista räätälöidä tarpeen mukaan. (Pan ym. 2012)

7

3.2.1 Valmistajien omat ohjelmistot

Lähes jokaisella robottivalmistajalla on oma erikseen kehitetty ohjelmisto robottien

etäohjelmointiin. Tällä varmistetaan ettei yhteensopivuusongelmia omien tuotteiden

välillä pääse syntymään. Yleisimpiä ohjelmistoja ovat suurimpien robottivalmistajien,

kuten KUKA, FANUC ja ABB, kehittämät sovellukset. Suurin osa valmistajista on

kehittänyt oman ohjelmointikielen, mutta suurin osa näistä perustuu joihinkin jo

olemassa oleviin kieliin. (Pan ym. 2012) Nykyisin trendinä vaikuttaa olevan että osa

valmistajista on siirtymässä java-ohjelmointiin. (Laitinen 2015)

Yhteistä kaikille OLP-paketeille on tarkka solun mallinnus jotta simulointi ja kalibrointi

voidaan tehdä virheettömästi. Ohjelmistot eroavat toisistaan lähinnä ohjelmointikielen

ja käytettävän mallinnusteknologian osalta. Ohjelmistot ovat kehittyneet huomattavasti

viimevuosina, ja satojen pisteiden työratoja voidaan ohjelmoida muutamalla

klikkauksella. (Pan ym. 2012) Varsinkin ABB on tehnyt merkittävää kehitystyötä

RobotStudio ohjelmistonsa kanssa.

ABB:n kehittämä RobotStudio on yleisimmin käytetty valmistajien oma ohjelmisto.

Tätä käsitellään myös luvussa 4.1. Ohjelma käyttää RAPID-nimistä koodia, jota on

helppo muokata myös manuaalisesti. Koodiin pystytään syöttämään helposti for- ja if-

silmukoita joiden avulla voidaan luoda vaativiakin erityissovellutuksia. Työstöratojen

mallinnus kannattaa kuitenkin ehdottomasti suorittaa graafisesti. Ohjelmalla on myös

mahdollista ohjata robottia reaaliaikaisesti ja täten opettaa halutut pisteet. Ohjelmointi

onnistuu kuitenkin helpoiten selkeän graafisen käyttöliittymän avulla, jonka jälkeen

koodia voidaan hienosäätää ohjelmointiosiossa. RobotStudiolla on myös erittäin

monipuoliset simulointiominaisuudet, ja sillä voidaan helposti hallita suuriakin

kokonaisuuksia. (Mainio 2015)

3.2.2 Geneeriset ohjelmistot

Geneeristen ohjelmistojen etuna on se, ettei tarvitse sitoutua ainoastaan yhteen

toimittajaan. Erityisesti jos jo valmiissa tuotantosolussa on usean eri valmistajan

laitteita, kannattaa harkita jotain yleistä monelle valmistajalle tukea tarjoavaa

ohjelmistoa. Nämä ovat erittäin joustavia ratkaisuja ja helpottavat tuotannon

laajentamista myöhemmin. Näille on myös saatavissa laajasti lisäosia, joiden avulla

voidaan esimerkiksi ohjata koko tuotantoa tai hallita tuotteiden elinkaaria. Yleisimpiä

tällaisia ohjelmistoja ovat Dassaultin Delmia Robotics ja Jabez Technologiesin

kehittämä Robotmaster, joihin tutustutaan tässä kappaleessa lyhyesti. Lisäksi on

kehitelty avoimen lähdekoodin ohjelmistoja, joita käytetään lähinnä tutkimuskäyttöön.

Näitä on kehitetty mm. MatLabin ja AutoCADin pohjalta. (Pan ym. 2012)

Dassault on kehittänyt Delmiaa jo pitkään, ja ohjelmistosta on ilmestynyt jo kuudes

versio. Ohjelmistoa voidaan käyttää paitsi etäohjelmointiin myös muuhun erittäin

laajaan prosessinohjaukseen. Etäohjelmoinnin osalta työkaluja on tarjolla lähes

8

jokaiseen sovellutukseen, joista uusimpana on oma versio offshore-teknologiaan.

Delmia hyödyntää useita erilaisia mallinnusohjelmia, mutta paras yhteensopivuus on

Dassaultin kehittämällä CATIA cad-ohjelmalla. Ohjelma on myös yhteensopiva

useimpien valmistajien kanssa, ja uusimmassa versiossa on kehitetty NRL Teach

ominaisuus, jonka avulla voidaan ohjelmoida robottia suoraan sen omalla

ohjelmointikielellä. Ohjelmistoa voidaan räätälöidä tarpeen mukaan erittäin vapaasti.

Delmia on kallis ohjelmisto, mutta tarjoaa huomattavan määrän erilaisia käyttökohteita

myös etäohjelmoinnin ulkopuolella. Delmia onkin suunniteltu raskaaseen teollisuuteen,

ja sen suurimpia käyttäjiä ovat auto- ja lentokoneteollisuus. (Dassault systemes 2015)

Kuva 2. Mallinettu solu Delmialla.(Dassault systemes 2015)

Delmian lisäksi toinen tunnettu geneerinen OLP-ohjelmisto on Robotmaster, josta on

myös julkaistu jo kuudes versio. Myös Robotmasterilla on sovelluksia lähes jokaiselle

työvaiheelle, kuten leikkaamiselle, koneistukselle, maalaukselle ja hitsaukselle.

Ohjelmiston yhteensopivuus on hyvä, ja se tukee lähes kaikkia suurimpien valmistajien

robotteja. Ohjelmisto hyödyntää CNC Softwaren Mastercam teknologiaa. Työstöratojen

ohjelmointi tapahtuu kuten CNC koneissa; annetaan halutut geometriat ja parametrit

jonka jälkeen ohjelma laskee näiden pohjalta työstöradat. Robotmaster panostaa

erityisesti helppokäyttöisyyteen. Ratojen opettaminen olemassa olevan geometrian

pohjalta on erittäin helppoa, ja ohjelmisto sisältää paljon suunnittelua helpottavia

työkaluja. Esimerkiksi ympäristö on simuloitu niin, että se ilmoittaa automaattisesti

mikäli työkalu ei ylety tiettyyn pisteeseen, tai mikäli on olemassa törmäysvaara.

9

Työstöradat voidaan myös opettaa manuaalisesti raahaamalla työkalua haluttujen

pisteiden kautta. (Robotmaster 2015)

3.3 Käyttöönottoprosessi

Ennen kuin etäohjelmointiin sijoitetaan, tulee tehdä tilannekartoitus. Huomioon täytyy

ottaa tuotteiden volyymi ja tuotantosolu. OLP paketit ja lisenssit ovat usein

kustannustensa takia pk-yritysten ulottumattomissa, ja niihin käytetty aika tulisi

suhteessa liian kalliiksi. Tuotevolyymien tulee olla tarpeeksi suuria, jotta sijoitus

kannattaa. Tuotantosolun suunnittelussa tulee ottaa huomioon yhteensopivuusongelmat.

Mikäli kaikki robotit tulevat samalta valmistajalta, on looginen valinta valmistajan oma

etäohjelmointijärjestelmä. Myös simuloinnin haluttu tarkkuus tulee ottaa huomioon.

(Pan ym. 2012)

Kun tarpeisiin sopiva ohjelmisto on löytynyt, luodaan aluksi tuotantosolusta

mahdollisimman tarkka malli, jonka jälkeen ohjelma kalibroidaan tuotantosolun

kanssa. Ainakin valmistajien omista ohjelmistoista löytyy valmiina malleina robotit

jotka voidaan sijoittaa suoraan tuotantosolun malliin. Kalibrointivaiheessa ohjelman

koordinaatisto sidotaan todelliseen fyysiseen tuotantosoluun ja robottiin. Tässä

vaiheessa tulevat ilmi mahdolliset ulottuvuusongelmat solussa. (Mainio 2015)

Kuva 3. Prosessin vaiheet (Pan ym. 2012)

Kun oikea ohjelmisto on valittu ja solu mallinnettu, voidaan aloittaa varsinainen

tuotteen ohjelmointiprosessi. Kuvassa 3 on esitelty etäohjelmoinnin eri vaiheet.

Ohjelman pohjana toimii tuotteen CAD malli. Joissain tapauksissa tämä voidaan luoda

myös 3D skannerilla, mikäli varsinaista mallia ei ole olemassa. Suurin osa

ohjelmistoista tarjoaa laajaa tukea erilaisille tiedostomuodoille, ja myös

tiedostomuotojen muuttaminen onnistuu tänä päivänä kohtalaisen helposti. Mallin

pohjalta luodaan pisteitä joiden perusteella ohjelma tietää kappaleen sijainnin. (Pan ym.

2012)

10

Seuraava vaihe on työstöratojen luonti. Nämä voidaan toteuttaa erilaisilla ohjelmilla

hyvinkin eri tavalla. Tässä vaiheessa tule myös ottaa huomioon robotin liikkeet.

Nykyaikaiset ohjelmistot tunnistavat kappaleen geometrian erittäin tarkasti, joten

työstöratoja voidaan laskea automaattisesti. Varsinainen optimointi kuitenkin vaatii

jonkun verran manuaalista työtä. Tässä vaiheessa varmistetaan myös, ettei

törmäysvaaraa ole, ja että robotti ylettää varmasti määriteltyihin pisteisiin. Mikäli

ohjelmisto on kalibroitu oikein, voidaan tämä simuloida erittäin tarkasti. (Pan ym. 2012)

Tämän jälkeen suunnitellaan itse prosessi. Etäohjelmoinnilla voidaan toteuttaa erittäin

monimutkaisia kokonaisuuksia, ja tämä vaihe on erittäin tärkeä kun halutaan optimoida

koko prosessi. Työvaiheitten järjestys ja mahdollinen samanaikaisuus täytyy suunnitella

tarkasti jotta varsinainen työstöaika jäisi mahdollisimman pieneksi.

Jälkiprosessointivaiheessa annetaan laitteille kaikki tarvittava tieto jotta ne kykenevät

operoimaan ohjelman mukaisesti, ja ohjelmiston koodi muutetaan laitteen

ymmärtämälle kielelle. Tämä on suurempi ongelma kun käytetään geneerisiä ohjelmia

jotka ovat yhteensopivia monen eri valmistajan robottien kanssa. (Pan ym. 2012)

Kun ohjelma on valmis, voidaan se simuloida ilman että itse fyysistä robottia käytetään.

Tämä on yksi etäohjelmoinnin suurimmista eduista joka vähentää huomattavasti

ohjelmointiaikaa verrattuna online-ohjelmointiin. Kun simulointi on valmis, voidaan

ohjelma ajaa robotille ja parhaassa tapauksessa aloittaa suoraan tuotanto. Usein

kappaleen ja solun geometriat kuitenkin poikkeavat hieman simuloinnista, jolloin täytyy

vielä suorittaa loppukalibrointi. (Pan ym. 2012)

11

4 Case-osuus

Tämän case-osuuden on tarkoitus tarkastella ABB:n RobotStudio etäohjelmointi

ohjelmistoa sekä käydä läpi saksalaisen tekniikan tohtorin Jobst Bickendorf:n

kehittämän laivan osien robottihitsauksen etäohjelmointiprosessi.

4.1 Case I: ABB RobotStudio

Harjoitustyöhön sisältyi käynti ABB:n Vantaan toimitiloihin sekä ABB:n RobotStudio-

ohjelmistoon. RobotStudio on ohjelmisto, jolla ABB:n toimittamien robottien

ohjelmointi tapahtuu. Ohjelmiston ulkoasu on selkeä layout ja se perustuu Microsoft

Officeen. Tällä ohjelmistolla voidaan yksittäisen robotin tai koko tuotantosolun

toimintaa mallintaa, ohjelmoida sekä simuloida. ABB käyttää tätä ohjelmistoa myös

omassa tuotannossaan. Kuvassa 4 ABB:n RobotStudio-ohjelmistolla mallinnettu

tuotantosolu, jossa robottikäsivarsi syöttää työstökappaleita kuormalavalta

automaattisorviin ja laskee ne työstön jälkeen kuljettimelle. Toinen robottikäsivarsi

nostaa koneistetut kappaleet valmiiden kappaleiden lavalle. (Mainio 2015)

Kuva 4. ABB:n RobotStudio-ohjelmistolla mallinnettu tuotantosolu. (ABB-1 2015)

RobotStudiolla voidaan tuotannonsuunnittelusta saada joustavampi ja tehokkaampi.

Robotin ratoja ja liikkeitä simuloimalla voidaan havaita ongelmia, joita robotti voi

kohdata tuotannossa (Mainio 2015). Tällöin ongelmat havaitaan ajoissa ja pystytään

säästämään resursseja, mitä tuotantoprosessin ylös ajo voi viedä. Monimutkaisten

tuotantolinjojen ohjelmointi onnistuu hyvin ja silloin voidaankin etäohjelmoinnin avulla

saada parhain hyöty (Pan ym. 2012).

12

4.2 Case II: Laivan osien robottihitsaus

Laivojen moduulien/osien hitsaus tapahtuu automatisoidusti, etäohjelmoitujen robottien

toimesta. Robotit ovat tähän asti pystyneet käsittelemään yksinkertaisia geometrioita ja

työstöreitin suunnittelua makrotason ohjelmoinnin, ja joskus myös

kuvantunnistusohjelmistolla varustettujen kameroiden, avulla. Tämä kuitenkin

edellyttää, että törmäysriskit ovat pieniä. Kolmiulotteisten ja syvyyttä vaativien sekä

vaikeasti tavoitettavien rakenteiden hitsaus on kuitenkin haastavaa, ellei jopa

mahdotonta nykyisillä menetelmillä. (Bickendorf 2014)

Saksalainen tekniikan tohtori, Jobst Bickendorf, tiimeineen on kehittänyt uuden

robottihitsaussysteemin edellä mainitut tekijät huomioiden. Tämän systeemin

avaintekijä on täysin automatisoitu CAD-ohjelmistoon pohjautuva etäohjelmointi.

Tähän sisältyy muun muassa kokonaisten hitsausprosessien suunnittelu sekä niiden

suunnat ja parametrit, kaikki työkappaleeseen liittyvät mittaustoiminnot, hitsisauman

alku- ja loppupisteiden ja myös 7-akselisen robotin kaikkien liikkeiden mallinnus.

(Bickendorf 2014)

4.2.1 Edellytykset

Systeemin kehitysprosessin aluksi on luotava uusi CAD-ohjelmisto sekä käyttöliittymä,

sillä olemassa olevilla ohjelmistoilla ei ole ollut mahdollista siirtää hitsisauman

mallinnuksen informaatiota luontevasti eteenpäin etäohjelmointivaiheeseen.

(Bickendorf 2014)

Robottien etäohjelmointia varten CAD-ohjelmiston on tarjottava riittävästi

informaatiota työkappaleesta sekä hitsaukseen liittyvästä informaatiosta: esimerkiksi

hitsisauman mallinnus. CAD-ohjelmiston ja käyttöliittymän on oltava sellaisia, että

niillä voidaan mallinnetut parametrit siirtää automaattisesti seuraavaan

ohjelmointivaiheeseen ja hitsausprosessin ohjelmointiin. (Bickendorf 2014)

Hitsausprosessin liikkeiden automaattisessa generoinnissa on perustuttava teknologian

tuntemukseen sekä sääntöihin. Telakoilla osa tästä tuntemuksesta on hitsauseksperttien

päässä, eikä siten ole dokumentoituna ja tallennettu yrityksissä niin kauan kuin

hitsausprosessit tapahtuvat manuaalisesti. Tämä tuntemus on saatava

ohjelmistokehittäjien käyttöön, jotta he voivat luoda hitsausprosessille säännöt, joita

tietokone osaa tulkita. (Bickendorf 2014)

Hitsausrobotin etäohjelmointijärjestelmän tulee voida CAD-ohjelman ja syötettävien

lisätietojen, kuten esimerkiksi hitsisauman paksuuden, perusteella generoida kaikki

tarvittavat hitsi- ja mittausoperaatiot. Etäohjelmointijärjestelmän tulee siis

automaattisesti suorittaa hitsausprosessin suunnittelu, mukaan lukien hitsien järjestykset

ja suunnat, parametrien määritys sekä sensoreiden hallinta. Järjestelmän tulee myös

13

tarkastaa kaikki suunnittelut mittaus- ja hitsausprosessien liikeradat törmäysten varalta.

(Bickendorf 2014)

4.2.2 Hitsausrobottien ohjelmointiprosessi

Alankomaalaisen, kustomoitujen ruoppausalusten markkinajohtajan, IHC Dredgersin

telakan, käytössä olevan NUPAS CAD-ohjelmiston kehittämisessä oli alusta asti

mukana kyseisen ohjelmiston kehittäjä. Hitsausinformaation määrittämisestä CAD-

mallin avulla keskusteltiin alusta alkaen telakan, CAD-ohjelmiston toimittajan sekä

etäohjelmointijärjestelmän toimittajan kesken. Näin selvitettiin etenkin mallilta

vaadittavan informaation määrä sekä siihen liittyvä toimivuus. Lisäksi määritettiin

tiedon saatavuuden tasot suunnitteluprosessin aikana: ei ole järkevää tuhlata aikaa ja

nähdä vaivaa hitsisauman parametrien määrittämiseen järjestelmässä, jonka käyttäjällä

ei ole siihen tarvittavaa tietotaitoa. Kehityksen, suunnittelun ja valmistuksen

organisaatiorakenteella on siis tärkeä vaikutus CAD-ohjelmiston ja käyttöliittymän

toimivuuteen. (Bickendorf 2014)

Edellä mainitun CAD-ohjelmiston kehitysprosessin seurauksena telakalla päädyttiin

muutamaan käyttöliittymää koskevaan vaatimukseen. Käyttöliittymän tulee siirtää

etäohjelmointijärjestelmään moduulin/laivan osan STEP-3D-solid mukainen

geometrinen malli, sen yksittäisten osien topologien informaatio sekä STEP-tiedostossa

olevien hitsisaumojen sijainnit ja orientaatiot erillisessä XML-tiedostossa. Tällaista

käyttöliittymää ei ollut, joten kehitysprojektissa päätettiin soveltaa ja kehittää

samantapaisia periaatteita noudattavaa WISCON-käyttöliittymää. (Bickendorf 2014)

Teknologisen tietämyksen soveltaminen etäohjelmointijärjestelmän suorittaman

automaattisen prosessin suunnittelun perustana vaatii monen ongelman ratkaisemista.

Kuten edelläkin on mainittu, tietämys tulee ensiksi saada yrityksen hitsauseksperteiltä ja

dokumentoida. Tämä tietämys on kuitenkin osa yrityksen ydinosaamista ja siihen

käsiksi pääseminen halutaan estää kilpailijoilta. Tästä johtuen osa

etäohjelmointijärjestelmän käyttäjistä haluaa lisätä hitsaussääntöjä tietokantaan ja

hallinnoida niitä itse. Tämän takia käytetään XML-formaattia, jota käyttäjä voi

muokata. (Bickendorf 2014)

Kun geometrinen malli työkappaleesta on siirretty WISCON-käyttöliittymän avulla

MOSES-etäohjelmointijärjestelmään, se laskee hitsisaumojen alku- ja loppupisteet sekä

myös mittausoperaatioiden liikekehykset automaattisesti. Hitsaus- ja

mittaustoimenpiteiden automaattinen suunnittelu vaatii hitsaustyökalun

törmäysvaarattomat asennot. Siksi törmäystenhallinta on integroitu liikekehysten

laskentaan. Jos järjestelmä havaitsee törmäyksen liikeratoja generoitaessa, se

automaattisesti ja välittömästi törmäyksen poistavat apuliikekehykset. (Bickendorf

2014)

14

Hitsisaumojen suunnan ja järjestyksen suunnittelussa järjestelmä ottaa huomioon

hitsauksessa syntyvän lämmön aiheuttamat mahdolliset muodonmuutokset. Yrityksen

hitsausekspertit ovat määritelleet hitsaussäännöt aiemmin mainittuun XML-tiedostoon.

Etäohjelmointijärjestelmä lisää automaattisesti tarvittavat hitsausparametrit

hitsisaumoille. (Bickendorf 2014)

Järjestelmä suunnittelee hitsaustoimintojen lisäksi automaattisesti myös

mittausoperaatiot. Tässä hitsausprosessissa sovelletaan eri mittausmenetelmiä, kuten

esimerkiksi koordinaattimittausta, kaarisensoria ja laserjuovasensoria.

Koordinaattimittausoperaatioiden simulointi tapahtuu osana geometrisen mallin

luomista ja datan siirtoa WISCON:n avulla. (Bickendorf 2014)

Kaikkien edellä mainittujen toimintojen jälkeen MOSES generoi prosessimallin, johon

kuuluu esimerkiksi kaikki hitsaus-, mittaus- ja lisäliikkeiden liikekehykset sisältävä

CAD-malli. Prosessimalli sisältää lisäksi kaikki liike- ja prosessiparametrit, joita ovat

helposti muokattavissa. Tämä malli voidaan myös tallentaa ja käyttää uudelleen

tarvittaessa. (Bickendorf 2014)

Seuraavaksi MOSES generoi automaattisesti aiemmin luodun informaation perusteella

ohjelmakoodin. Tämä koodi sisältää ohjeet kaikille liikeakseleille ja -radoille. Tätä

ohjelmakoodia ei tarvitse enää muokata, vaan se voidaan sellaisenaan siirtää

simulaatiovaiheeseen. Tässä vaiheessa määritellyt liikkeiden ja positioiden koordinaatit

sopeutetaan todelliseen robottisysteemiin. Koko etäohjelmointi toimii automaattisesti,

eikä käyttäjän tarvitse manuaalisesti luoda tai tarkastella ohjelmakoodia. Halutessaan

käyttäjä voi kuitenkin koodia lukea ja sitä tarkistaa sekä muokata. (Bickendorf 2014)

Viimeinen vaihe etäohjelmoinnissa on simulaatio, johon koordinaattien

saavutettavuuden ja mahdollisten törmäysten tarkastus. Havaitessaan törmäyksen

robotin ja työkappaleen välillä MOSES välittömästi laskee mahdollisen vaihtoehtoisen

liikeradan. Operaattorin ei tarvitse valvoa simulaatiota, sillä MOSES generoi

simulaatiosta myös loki- ja neuvontatiedoston. Simulaatio tarjoaa myös informaatiota

koko hitsausprosessin kestoajasta. (Bickendorf 2014)

15

5 Robottien etäohjelmoinnin vaikutukset tuottavuuteen

Tuottavuutta pidetään tuotannon tehokkuuden mittarina. Tuotantoon voidaan vaikuttaa

esimerkiksi investoimalla ja tällöin prosessi muuttuu johonkin suuntaan, jota voidaan

arvioida tuottavuudella. Tuottavuutta voidaan mitata siihen sijoitetun pääoman eli

investoinnin ja siitä saatavan hyödyn eli tuloksen suhteella (Neely, Gregory & Platts

2005, 1238).

Etäohjelmoinnilla voidaan robottien ohjelmointi tehdä tuotannon ulkopuolella, niin ettei

tuotantoa tarvitse välttämättä edes pysäyttää (Delfoi 2015). Tästä on merkittäviä

vaikutuksia tuottavuuteen, sillä tuotanto voidaan pitää käynnissä silloinkin, kun

tuotantoon tehdään muutoksia. Yritykset, jotka tuottavat monenlaisia tuotteita, hyötyvät

robottien etäohjelmoinnista parhaiten (Mitsi, Bouzakis, Mansour, Sagris & Maliaris

2005, 262).

Robottien offline-ohjelmoinnilla voidaan jo suunnitteluvaiheessa vaikuttaa robotin

toimintaan visuaalista mallia tarkastelemalla. Visuaalisen esityksen avulla

havainnoidaan robotin liikeratoja ja pyritään poistamaan ongelmia, joita robotti voi

kohdata tuotannossa. Robotista voidaan analysoida esimerkiksi miten se liikkuu

tuotannossa ja onko sen liikeradat tarpeeksi laajoja sekä onko robotilla mahdollisuuksia

törmätä johonkin. (Mitsi ym. 2005, 262) Tästä voidaan todeta, että robottien

etäohjelmoinnin avulla pystytään säästämään kustannuksia, joita robotti voisi

tuotannossa aiheuttaa tai tuotantokustannuksia, joita robotin uudelleen ohjelmointi voisi

aiheuttaa.

Kustannustehokkuus, korkea luotettavuus ja tuottavuus ovat robottisovelluksen

tärkeimmät ominaisuudet robottivalmistajan näkökulmasta (Brogårdh 2007, 69). Näillä

ominaisuuksilla pystytään vaikuttamaan muun muassa tuotannon läpäisyaikaan

parantamalla robotti-investoinnin avulla tuottavuutta sekä vaikuttamaan laatuun, sillä

esimerkiksi robotin hitsaustarkkuus on parempi kuin ihmisen. Investointi voidaan saada

kustannustehokkaaksi käyttämällä jo aiemmin mainittua offline-ohjelmointia. Offline-

ohjelmoinnissa käytettävän CAD/CAM systeemin avulla pystytään merkittävästi

vaikuttamaan robotin keskeytysaikaan eli niin sanottuun hukka-aikaan ja tällöin

prosessista tulee tehokkaampi (Mitsi ym. 2005, 267).

Robottijärjestelmän käyttöasteeseen voidaan vaikuttaa positiivisesti käyttämällä

etäohjelmointia niin ohjelmissa kuin testauksessa. Etäohjelmoinnissa käytettävän

simuloinnin tarkkuus tulee määritellä käyttötarkoituksen mukaisesti. (Korkeamäki 2010,

57) Liian tarkka simulointi ei välttämättä anna enää lisäarvoa projektille vai ainoastaan

syö resursseja aiheuttaen lisäkustannuksia.

Etäohjelmoinnin avulla pystytään tukemaan lean-tuotantomallia (Delfoi 2015). Lean-

tuotantomallin tarkoituksena on pyrkiä kontrolloimaan resursseja asiakkaidensa

16

tarpeiden mukaisesti sekä pyrkiä vähentämään turhaa hukkaa mukaan lukien ajan

tuhlausta (Andersson, Eriksson & Torstensson 2006, 288). Etäohjelmointi tukee

juurikin lean-tuotantomallia pyrkien ohjelmoinnin avulla vähentämään hukkaa

esimerkiksi tuotantokatkoksesta aiheutuvaa ajan tuhlausta. Hyötyinä voidaan myös

nähdä piensarjatuotannon automatisointi, sillä uuden ohjelman käyttöönottoprosessi

lyhenee merkittävästi viikoista päivään. (Delfoi 2015) Tällöin yrityksen on

mahdollisuus siirtää resursseja muualle sitä vaativiin kohteisiin ja näin vaikuttaa

yrityksen kilpailukykyyn.

Yhtenä merkittävänä tuottavuuden osana voidaan pitää myös laatua. Valmiin tuotteen

laatu on keskeisessä osassa myynnin kannalta tarkasteltuna, jolloin myös työstötarkkuus

muodostuu keskeiseksi osaksi tuotantoprosessia. Robotisoinnin avulla päästään

parempiin tarkkuuksiin (Zhu, Qu, Cao, Yang & Ke 2013, 2536) ja näin ollen tuotteen

laatua voidaan parantaa. Etäohjelmoinnin avulla robotin liikkeitä voidaan simuloida ja

saada parhain mahdollinen työstötarkkuus jo suunnitteluvaiheessa. Robotin liikkeitä

voidaan myös kontrolloida etäohjelmoinnin avulla tuotantoprosessin aikana (Marin,

Sanz, Nebot & Wirz 2005, 1506-1520) paremman laadun takaamiseksi.

Tuotantokustannuksia lisäävät merkittävät vikaan menneet kappaleet eli niin sanotut

susi-kappaleet. Tästä seuraa myös tappioita yritykselle, jos vikaan menneitä kappaleita

on paljon. Myös ensimmäiset prototyypit aiheuttavat kustannuksia yritykselle, jos niitä

joudutaan tekemään useita kappaleita. Etäohjelmoinnin avulla ongelma on ratkaistu

tuotantoprosessista tehdyn simulointimallin avulla (Delfoi 2015). Delfoin OLP-

järjestelmän avulla koko prosessista saadaan simulointimalli, jolloin jo ensimmäisestä

tuotteesta saadaan laadullisesti hyvä (Delfoi 2015). Tästä voidaan todeta, että on tärkeää

pystyä valvomaan prosessia koko ajan, jolloin ongelmilta vältytään ja pystytään

minimoimaan ylimääräiset kulut.

Etäohjelmoinnin käyttö suunnittelussa ja tuotannossa tuo etuja tuottavuuden

näkökulmasta. Se parantaa tuottavuutta nopean reagointikykynsä ansioista

vikatilanteissa, parantaa laatua ja tehostaa käyttöönottoprosessia. Kustannuksia

pystytään säästämään niin prototyypeissä kuin ajassakin. Tästä voidaankin todeta, että

etäohjelmointi ei ainoastaan paranna tuottavuutta tuotannossa vaan myös

suunnitteluprosessin aikana. Tulevaisuudessa etäohjelmointiin tulisi panostaa yhä

enemmän tuottavuuden ja tehokkuuden näkökulmasta tarkasteltuna.

17

6 Tulevaisuuden näkymät

Robotiikka on kehittynyt ja kasvanut paljon viimeisien vuosien aikana. Kasvua on ollut

29 % vuonna 2014 verrattuna edelliseen vuoteen IFR:n (International Federation of

Robotics) mukaan. IFR on todennut, että koskaan aiemmin investointeja robotteihin ei

ole tehty näin paljon. Kuvassa 5 on esitetty vuodesta 2002 vuoteen 2014 toimitettujen

teollisuusrobottien lukumäärä. Suurimmat robotti-investoinnit on tehnyt Kiina, joka on

noussutkin robotisointien kärkimaaksi (IFR 2015).

Kuva 5. Arvioidut teollisuusrobottien toimitukset maailmanlaajuisesti (IFR 2015)

Joustavuus ja tehokkuus ovat keskeisessä asemassa nykyajan yhteiskunnassa.

Tuotannon tulisi toimia joustavasti ja tuottavasti ilman ylimääräisiä kuluja. Tällöin

voidaankin etäohjelmoinnin avulla päästä parempiin lopputuloksiin. Käyttämällä

etäohjelmointia suunnittelun aikana on mahdollisuus parantaa järjestelmän

toimintakykyä jo käyttöönottovaiheessa. Tuottavuus kasvaa ja toisaalta tuotantoseisokit

vähenevät (Mitsi ym. 2005, 267; Lee & Elmaraghy 1990, 144).

Etäohjelmoinnin käyttö on lisääntynyt robotisointisovelluksissa. ABB:n tuottaman

robottien etäohjelmointi ohjelmalla RobotStudiolla on tällä hetkellä käytössä Suomessa

noin 100 lisenssiä. Lisenssivapaiden käyttäjien määrää on kuitenkin vaikea arvioida,

joten käyttäjiä on paljon enemmän kuin lisenssien lukumäärä. Kasvua on havaittavissa

ja trendi on ollut nähtävissä jo useamman vuoden ajan. (Mainio 2015)

Perinteisten teollisuusrobottien rinnalle on tullut yhteiskäyttörobotit, jotka toimivat

ihmisen kanssa yhdessä (Mainio 2015). Esimerkiksi ABB ja KUKA ovat tuoneet

markkinoille omat mallinsa, jotka ovat kuvassa 6. Yhteiskunnan lainsäädännön

18

muuttumisen myötä myös robotisoinnin oli mahdollisuus kehittyä uuteen suuntaan

(Laitinen 2015). Yhteiskäyttörobottien erityisesti ABB:n YuMin idea on pehmustetussa

ulkokuoressa (Robotics Tomorrow 2015) sekä innovatiivisessa liikkeen

valvontaohjelmistossa, jolloin robotti pystyy pysäyttämään liikkeensä jo millisekunnissa

(ABB-1 2015).

Kuva 6. Vasemmalla ABB:n YuMi (ABB-2 2015) ja oikealla KUKAn IIWA (KUKA 2015).

Robottien ohjelmistopuolelta tarkasteltuna tilanne on pitkään ollut hyvin samanlainen.

Jokaisella robottivalmistajalla on käytössään omat robottien ohjelmointikielet.

Esimerkiksi kiinalainen robottivalmistaja Fanuc käyttää ohjelmointikielinään Karel ja

TP-ohjelmointikieliä (Teach Pendant) (Billing 2012, 42). Kuitenkin saksalainen KUKA

on tuonut markkinoille Jawa-ohjelmointikielen käytön uudessa yhteiskäyttöisessä IIWA

robotissa. Tämä on merkittävä edistysaskel robottien ohjelmoinneissa. Tarkoituksena

olisi, että kaikki robottivalmistajat voisivat käyttää samaa ohjelmointikieltä, joka toisi

laajempia mahdollisuuksia robotisoinneissa. (Laitinen 2015)

Tähän mennessä suurimmat edistysaskeleet robottien kehityksessä ovat olleet moni

robottiohjauksissa, turva- ja voimaohjauksissa, 3D näkökyvyssä, etävalvonnassa sekä

langattomissa tietoliikenneyhteyksissä (Brogårdh 2007, 69). Kuitenkin

yhteiskäyttörobotit ovat viimeisen vuoden sisällä olleet suurin muutos

robottisovelluksiin, niiden uudenlaisen käyttötarkoituksen mukaan (ABB-2 2015).

Uusien robottisovelluksien tavoitteena on saada tuotannosta entistä joustavampi ja

huomioida yhteistyön merkitys suunnittelussa eri osaajien välillä (Brogårdh 2007, 78).

Robottien etäohjelmoinnin mahdollisuudet ovat kasvattaneet sen käyttöä erilaisissa

sovelluksissa ja suunnittelun eri vaiheissa. Käyttöä ovatkin mahdollistaneet uudet

kehityssuuntaukset etäohjelmointipuolella, kuten langattomat etäyhteydet ja

vikatilanteiden purku etäohjelmoinnin avulla (Mainio 2015). Robottisovelluksissa

kasvua ja kehityksiä on ollut eteenkin ohjelmistopuolella sekä uudenlaisen

yhteiskäyttörobottisovelluksen ansiosta. Kehitystä täytyisi pitää yllä robottien

etäohjelmoinnissa ja mahdollistaa yhä laajempia ulottuvuuksia suunnitteluun sekä

tuotantoon.

19

7 Pohdinta ja yhteenveto

Etäohjelmoinnin avulla pystytään parantamaan sekä suunnittelun että tuotantoprosessin

tehokkuutta. Kuten jo case-osuudessa todettiin, että koko hitsausprosessin

automatisointi vaikuttaa selvästi tuottavuuteen. Se parantaa tuottavuutta nopean

reagointikykynsä ansioista vikatilanteissa, parantaa laatua ja tehostaa

käyttöönottoprosessia.

Etäohjelmoinnin perusajatuksena on, että ohjelmointi on siirretty tuotannon työpisteen

käyttäjältä toimistoon ohjelmistoinsinöörille. Ohjelmointi perustuu kolmiulotteiseen

malliin robottityöpisteestä. Etäohjelmoinnilla voidaan hallita monimutkaisia

kokonaisuuksia ohjelmoimalla sekä se tulee kustannustehokkaaksi niin pienille kuin

suurillekin valmistusvolyymeille.

Robottien etäohjelmoinnin mahdollisuudet ovat kasvattaneet sen käyttöä erilaisissa

sovelluksissa ja suunnittelun eri vaiheissa. Käyttöönottovaihetta voidaan lyhentää

viikosta päivään ja näin säästää aikaa sekä resursseja. Tällöin yrityksellä on

mahdollisuus siirtää resursseja muihin sitä vaativiin kohteisiin ja näin vaikuttaa myös

yrityksen kilpailukykyyn.

Uudenlaiset suuntaukset robottisovelluksissa antavat mahdollisuuksia ja kehityskohteita

etäohjelmoinnin puolelle. Vaikkakin kehitystä ja kasvua ohjelmoinnin puolella on ollut,

niin kehitystä viemällä eteenpäin voidaan käyttäjämääriä myös kasvattaa uudenlaisten

lisäominaisuuksien myötä. Tuottavuus riippuu monesta eri tekijästä ja etäohjelmointi

voi vaikuttaa moniin niistä positiivisesti parantamalla tuotteiden laatua

käyttöönottovaiheessa, säästää aikaa ja resursseja. Tulevaisuudessa etäohjelmointiin

tulisi panostaa yhä enemmän tuottavuuden ja joustavuuden kannalta tarkasteltuna.

20

Lähteet

ABB-1. 2015. Yumi ̶ Creating an automated future together. You and me. Datasheet.

(Verkkojulkaisu). Saatavana URL:

https://library.e.abb.com/public/55362813a776464383279a729b715c89/ROB0317EN_

YuMi.pdf. Viitattu 19.10.2015.

ABB-2. 2015. Yumi ̶ Creating an automated future together. You and me.

(Verkkojulkaisu). Saatavana URL: http://new.abb.com/products/robotics/yumi. Viitattu

19.10.2015.

Andersson, R. & Eriksson, H. & Torstensson, H. 2006. Lean production, six sigma

quality, TQM and company culture. The TQM Magazine, vol. 18, no. 3, s. 263-281.

ISSN: 1754-2731.

Bickendorf, J. 2014. ISR/Robotik 2014. 41st International Symposium on Robotics:

Proceedings of. s. 1-7. ISBN 978-3-8007-3601-0.

Billing, M. 2012. Oppimisympäristö robotiikan ja etäohjelmoinnin opetukseen.

Diplomityö. Tampereen teknillinen yliopisto. s.104 + 98.

Brogårdh, T. 2007. Present and future robot control development—An industrial

perspective. Annual Reviews in Control, vol. 31, no. 1, s. 69-79. ISSN 1367-5788. DOI

http://dx.doi.org.libproxy.aalto.fi/10.1016/j.arcontrol.2007.01.002.

Dassault systemes. 2015. Delmia v6 tuote-esite. Saatavana URL:

http://www.3ds.com/products-services/delmia/products/v6/. Viitattu 20.10.2015.

Delfoi. 2015. Robottien etäohjelmointi. Robotiikkaa piensarjoille. (Verkkojulkaisu).

Saatavana URL: http://www.delfoi.com/web/solutions/robotiikka/fi_FI/piensarjoille/.

Viitattu 14.10.2015.

IFR, International Federation of Robotics. 2015. Saatavana URL:

http://www.ifr.org/industrial-robots/statistics/. Viitattu 17.10.2015.

Kandray, D. 2010. Programmable automation technologies : an introduction to CNC,

robotics and PLCs. New York, N.Y. Industrial Press. 507 s. ELECTRONIC ISBN 978-

1-61583-618-5.

Korkeamäki, N. 2010. Robottijärjestelmän suunnittelu ja etäohjelmointi. Diplomityö.

Aalto-yliopiston teknillinen korkeakoulu. Koneenrakennustekniikan laitos. s. 66.

Laitinen, M. 2015. Sales Manager. Fastems. Espoo. Suullinen tiedonanto (luento).

16.10.2015.

21

Lee, D. & Elmaraghy, W. 1990. ROBOSIM: a CAD-based off-line programming and

analysis system for robotic manipulators. Computer-Aided Engineering Journal, vol. 7,

no. 5, s. 141-148. ISSN: 0263-9327.

Mainio, J. 2015. Training Manager. ABB Oy, Robotics. Vantaa. Suullinen tiedonanto.

16.10.2015.

Marin, R. & Sanz, P.J. & Nebot, P. & Wirz, R. 2005. A multimodal interface to control

a robot arm via the web: a case study on remote programming. Industrial Electronics,

IEEE Transactions on, 52(2), s. 1506-1520. ISSN: 0278-0046.

Mitsi, S. & Bouzakis, K. & Mansour, G. & Sagris, D. & Maliaris, G. 2005. Off-line

programming of an industrial robot for manufacturing. The International Journal of

Advanced Manufacturing Technology, vol. 26, no. 3, s. 262-267. ISSN: 0268-3768.

Neely, A. & Gregory, M & Platts, K. 2005. Performance measurement system design: a

literature review and research agenda. International Journal of Operations & Production

Management, vol. 25, no. 12, s. 1228-1263. ISSN: 0144-3577.

Pan, Z. & Polden, J. & Larkin, N. & Van Duin, S. & Norrish, J. 2012. Recent progress

on programming methods for industrial robots. Robotics and Computer-Integrated

Manufacturing, 28(2), s. 87-94. ISSN: 0736-5845. DOI

http://dx.doi.org/10.1016/j.rcim.2011.08.004.

Robotics Tomorrow. 2015. YuMi: ABB's Collaborative Robot. Online Trade Magazine

Robotics, Advanced Manufacturing and Factory Automation. (Verkkojulkaisu).

Saatavana URL: http://www.roboticstomorrow.com/story/2014/09/yumi-abbs-

collaborative-robot/4674/. Viitattu 19.10.2015.

Robotmaster. 2015. Robotmaster v6 tuote-esite. Saatavissa URL:

http://www.robotmaster.com/products. Viitattu 20.10.2015.

Zhu, W. & Qu, W. & Cao, L. & Yang, D. & Ke, Y. 2013. An off-line programming

system for robotic drilling in aerospace manufacturing. The International Journal of

Advanced Manufacturing Technology, vol. 68, no. 9-12, s. 2535-2545. ISSN: 0268-

3768. DOI: 10.1007/s00170-013-4873-5.

22

Kuvalähteet

ABB-1. 2015. RobotStudio. Verkkosivu. Viitattu 15.10.2015. Saatavana URL:

http://new.abb.com/products/robotics/robotstudio.

ABB-2. 2015. YuMi: ABB’s dual-arm robot ushers in new era of human-robot

collaboration. Saatavana URL:

http://www.abb.com/cawp/seitp202/00253c9ed00cc670c1257e2000369c4d.aspx.

Viitattu 17.10.2015.

Dassault systemes. 2015. Delmia v6 tuote-esite. Saatavana URL:

http://www.3ds.com/products-services/delmia/products/v6/. Viitattu 20.10.2015.

IFR, International Federation of Robotics. 2015. Viitattu 17.10.2015. Saatavana URL:

http://www.ifr.org/industrial-robots/statistics/.

KUKA. 2015. HRC – Human-Robot Collaboration Technology. Viitattu 17.10.2015.

Saatavana URL: http://www.kuka-

systems.com/en/technologies/Human_Robot_Collaboration/.

Pan, Z. & Polden, J. & Larkin, N. & Van Duin, S. & Norrish, J. 2012. Recent progress

on programming methods for industrial robots. Robotics and Computer-Integrated

Manufacturing, 28(2), s. 87-94. ISSN: 0736-5845. DOI

http://dx.doi.org/10.1016/j.rcim.2011.08.004.