mgr inż. Bartłomiej Podgórski

Visual Components Robotics OLP łączy w sobie środowisko symulacyjne Visual Components oraz technologię Delfoi Robotics tworząc uniwersalne narzędzie do symulacji procesów produkcyjnych i programowania robotów przemysłowych różnych marek w trybie offline.

Co to jest OLP?

Robot Offline Programming (OLP) to metoda programowania robotów przemysłowych w wirtualnym środowisku symulacyjnym – programie komputerowym, bazującym na danych CAD 3D. Po napisaniu i zweryfikowaniu programu w symulacji można go wgrać i odtworzyć za pomocą aktualnie używanego robota (manipulatora).

Jak to działa – wyobraźmy sobie, że chcemy zaprogramować robota spawalniczego, by wykonywał spoinę pachwinową biegnącą po okręgu np. krawędzi rury, która ma być przyspawana do blachy pod kątem prostym. Robot ma poprowadzić palnik po obwodzie koła zachowując stały kąt pochylenia i stałą odległość palnika względem złącza. Można to zrobić tradycyjnie ucząc robota krok po kroku za pomocą Teach Pendanta. Będzie to wymagało zapisania wielu punktów, co zajmie sporo czasu, a odległość i orientacja palnika względem złącza oraz CTWD w kolejnych punktach może i tak nie być identyczna. Ponadto robot będzie wyłączony z produkcji na czas programowania, co w przypadku bardziej skomplikowanych detali może zająć kilka godzin lub nawet dni. Dzięki wykorzystaniu Visual Components Robotics OLP programowanie robota sprowadza się do wskazania trajektorii przebiegu spoiny na zaimportowanej geometrii CAD 3D detalu. Oprogramowanie samo wygeneruje ścieżkę, po której będzie przemieszczał się palnik robota i przeanalizuje program pod kątem wykonalności, zasięgu robota, dostępności złącza oraz ewentualnych kolizji. Tak przygotowany program można wgrać w kontroler robota, odtworzyć najpierw z małą prędkością w trybie manualnym, by zweryfikować go przed ostatecznym „puszczeniem” w trybie automatycznym.

Historia programowania robotów offline

Pierwsze roboty przemysłowe programowano poprzez nauczanie. Programista lub operator manipulował ramieniem robota ustawiając je w odpowiednich pozycjach i zapisywał każdą z pozycji jako kolejny krok programu.

Pierwsze programy komputerowe wykorzystujące dane CAD ilustrujące kinematykę robota i jego otoczenie stanowiące łącznie symulację stanowiska zrobotyzowanego pojawiły się w latach 80. XX wieku. Chwilę później powstały postprocesory umożliwiające konwersję symulacji na program sterujący ruchami robota. W ten sposób powstało oprogramowanie OLP działające na podobnych zasadach jak systemy CAD/CAM służące do programowania obrabiarek CNC.

Współcześnie większość producentów robotów oferuje własne rozwiązania OLP. Są to jednak narzędzia dedykowane konkretnej marce lub do konkretnemu zadaniu produkcyjnemu. Visual Components Robotics OLP jest rozwiązaniem, które wspiera wiele marek robotów i większość procesów przemysłowych, które mogą być przez nie wykonywane umożliwiając użytkownikowi odwzorowanie wszystkich swoich stanowisk zrobotyzowanych i programowanie ich w jednym środowisku niezależnie od marki i modelu robota.

Efektywność programowania offline zależy od dokładności odwzorowania geometrii stanowiska zrobotyzowanego i obrabianych detali pod postacią modelu CAD 3D. Visual Components OLP umożliwia bardzo dokładne odwzorowanie rzeczywistej celi, dzięki pomiarom wykonanym za pomocą zainstalowanego w niej robota. Wystarczy zebrać odpowiedni zbiór punktów referencyjnych na stanowisku zapisując pozycje TCP robota i zaimportować je do layoutu w symulacji. Następnie dzięki stworzonym przez Delfoi Robotics unikalnym narzędziom kalibracyjnym można stworzyć wierną wirtualną kopię, tzw. bliźniaka cyfrowego stanowiska zrobotyzowanego. Nie potrzeba do tego żadnych zaawansowanych przyrządów pomiarowych ani drogich skanerów 3D.

Powszechne lecz nieprawdziwe opinie na temat OLP

Mimo iż programowanie robotów offline jest dostępne nie od dziś, niewielu użytkowników robotów decyduje się na jego wdrożenie. Wynika to po części z braku zrozumienia czym jest OLP i jak można z niego korzystać. Poniżej staramy się odpowiedzieć na wątpliwości naszych potencjalnych Klientów.

1. Czy OLP jest tylko dla dużych producentów?

Powszechnie uważa się, że tylko duży wolumen produkcji obsługiwany przez wiele stanowisk zrobotyzowanych umożliwia zwrot zainwestowanych w OLP środków. Rzeczywistość jest zupełnie inna. Programowanie offline może być efektywnie wykorzystane i sprawdza się zwłaszcza tam, gdzie produkcja jest zmienna. Gdzie występuje dużo krótkich serii produkcyjnych i częste przezbrojenia, a wszystko ma być obsługiwane przez kilka lub nawet tylko jednego robota. Nasze doświadczenie pokazuje, że mali i średni producenci osiągają znaczne korzyści i stają się bardziej konkurencyjni na rynku dzięki inwestycji w OLP.

2. Czy OLP jest trudne w obsłudze?

Jak każde zaawansowane oprogramowanie, obsługa Visual Components Robotics OLP wymaga nauki obsługi i pewnego okresu wdrożenia. Jednak interfejs programu jest przyjazny i intuicyjny do tego stopnia, że nawet użytkownicy bez podstawowej znajomości zagadnień z zakresu robotyki są w stanie szybko nauczyć się programowania robotów offline. Wiele zautomatyzowanych funkcji wbudowanych w oprogramowanie sprawia, że wraz z użytkowaniem praca przebiega coraz sprawniej i jest coraz bardziej wydajna. Ponadto uwzględniając fakt, że za pomocą jednej aplikacji i jednego interfejsu jesteśmy obsłużyć różne marki robotów otrzymujemy uniwersalne, wszechstronne narzędzie.

3. Czy OLP jest drogie?

Zakup oprogramowania jest dodatkowym kosztem, jednakże w przypadku Visual Components Robotics OLP jest to jednorazowy zakup licencji, która obsłuży wszystkie stanowiska zrobotyzowane w zakładzie niezależnie od marki robota i wykonywanego przez niego procesu przemysłowego. Użytkownicy raportują, że dzięki OLP czas przestoju robota potrzebny na przeprogramowanie ulega skróceniu nawet o 90%. Sprawia to, że zwrot z inwestycji można niekiedy osiągnąć w bardzo krótkim czasie.

4. Czy OLP wymaga zatrudniania wysoko wykwalifikowanych programistów?

Programowanie offline przyspiesza tworzenie programów, skracając czas potrzebny na programowanie. Im wyższe kwalifikacje programisty tym korzyści z zastosowania OLP większe. Planowanie i optymalizację ścieżek, unikanie kolizji i tym podobne doświadczony programista wykona najlepiej. Jednak oprogramowanie OLP może zwiększyć ich produktywność, dając im czas na pracę nad bardziej złożonymi zadaniami programistycznymi i wprowadzanie innowacji w bezpieczniejszym środowisku pracy.

Specyfika i kluczowe problemy przy programowaniu robotów spawalniczych

Alternatywą dla stosowania OLP jest programowanie bezpośrednio na robocie. Wiążą się z tym co najmniej trzy problemy:

• ryzyko opóźnień i dodatkowych kosztów,
• względy bezpieczeństwa,
• utracone moce produkcyjne.

Gdy programowanie odbywa się na robocie, istnieje znaczne ryzyko opóźnień w projekcie. Aby zacząć programować należy zaprojektować, wytworzyć i zainstalować całe oprzyrządowanie wraz z osprzętem na stanowisku zrobotyzowanym oraz wyprodukować detale do spawania. Dopiero na tym etapie programista może przystąpić do uczenia robota. Jest wysoce prawdopodobne, że pojawią się problemy. Być może robot nie będzie mógł dotrzeć do określonego punktu, być może detale znajdą się w niewłaściwym miejscu, a może założony docelowy czas cyklu nie będzie osiągalny. W przypadku każdego z tych problemów najczęściej jedynym rozwiązaniem jest przeprojektowanie i przeróbka kluczowych elementów oprzyrządowania czy nawet stanowiska. To nieuchronnie opóźni rozpoczęcie produkcji i może spowodować znaczne dodatkowe koszty. Programowanie robota w trybie ręcznym za pomocą Teach Pendanta wymaga od programisty wejścia do celi. Nierzadko na drabinę. To jedyny sposób, aby zobaczyć, dokąd zmierza narzędzie lub sprawdzić, czy nie ma kolizji. Przełączenie robota w „tryb uczenia” powinno zapewnić jego bezpieczeństwo, ale zawsze istnieje pewne ryzyko związane z niespodziewanym ruchem samego robota lub któregoś z pozostałych mechanizmów na stanowisku. Czas programowania robota poprzez uczenie to czas nieproduktywny i trwa on niestety do momentu dopóki programista nie skończy i program nie zostanie sprawdzony.

Korzyści z wdrożenia OLP

Ręczne uczenie robota jest powolne i niedoskonałe. Wymaga wyłączenia z użytkowania stanowiska zrobotyzowanego na czas programowania, co opóźnia rozpoczęcie produkcji. OLP rozwiązuje te problemy umożliwiając programowanie w środowisku wirtualnym. Następnie, gdy program jest gotowy i zweryfikowany, można go „wgrać do robota” i po ewentualnych korektach rozpocząć produkcję. Użytkownicy robotów którzy wdrożyli oprogramowanie offline mówią o następujących korzyściach.

• Szybkie czasy konfiguracji – wprowadzenie nowego produktu do produkcji zajmuje mniej czasu – programowanie odbywa się na komputerze biurowym, poza stanowiskiem zrobotyzowanym.
• Brak przestojów robota – czas programowania można skrócić nawet o 80%, a wykorzystanie robota zwiększyć nawet o 95%, maksymalizując produktywność programistów i redukując czas przestojów.
• Możliwość analizy wykonalności i opłacalności zlecenia – dzięki symulacji można określić, czy dany produkt nadaje się do spawania przez robota, określić wydajność stanowiska, czas i koszty spawania oraz rentowność zlecenia.
• Zwiększone bezpieczeństwo – zmniejszone ryzyko wypadków i obrażeń podczas programowania.
• Wyższa i powtarzalna jakość – programy robotów są lepiej zoptymalizowane (krótsze czasy cykli, większa dokładność i spójność), co skutkuje większą wydajnością oraz wyższą i powtarzalną jakością produkcji.
• Brak kosztownych niespodzianek – dzięki możliwości symulacji i analizy procesu przed jego wdrożeniem na robocie można uniknąć modyfikacji oprzyrządowania i narzędzi dokonywanych w ostatniej chwili, wprowadzając odpowiednie zmiany w projekcie zanim powstanie ostateczna wersja przyrządu czy nawet detalu.

Wartością dodaną oprogramowania OLP jest możliwość wykorzystania go już w procesie projektowania wyrobu do oceny wykonalności i wydajności wytwarzania przez robota w myśl zasady DfM – Design for Manufacturing, czyli Projektowanie pod Wytwarzanie.

Główne obszary zastosowania Visual Components Robotics OLP

Każda aplikacja zrobotyzowana jest potencjalnym kandydatem do programowania offline. Jedynym wymaganiem jest posiadanie cyfrowych modeli stanowiska zrobotyzowanego, detali do obróbki, narzędzi i osprzętu. Co dzisiaj, gdy wszystko jest projektowane w CAD 3D, zazwyczaj nie stanowi problemu. Korzyści z programowania offline będą tym większe, im bardziej złożone są programy, których trzeba nauczyć robota oraz im bardziej skomplikowana jest kinematyka całego stanowiska. Mając na uwadze powyższe najwięcej korzyści z OLP przynoszą procesy:

• Spawania – gdzie wyzwaniem jest dostępność i właściwa orientacja palnika względem złącza przy bardziej skomplikowanych ścieżkach składających się z wielu punktów.
• Nanoszenia powłok (malowanie natryskowe) – podobnie jak w przypadku spawania, ważna jest orientacja i odległość narzędzia od powierzchni, ujednolicona grubość nanoszonej powłoki oraz zapewnienie możliwości optymalnego dotarcia narzędzia do wszystkich powierzchni.
• Nanoszenia kleju – wiele operacji montażowych wymaga nałożenia długich, skomplikowanych ścieżek kleju. Visual Components Robotics OLP umożliwia stworzenie ich w prosty sposób na podstawie zaimportowanych plików DXF.
• Obróbki powierzchni – zastosowania takie jak śrutowanie i gratowanie często wymagają długich, skomplikowanych ścieżek składających się z wielu punktów.
• Cięcia i ukosowania – termiczne, plazmowe, laserowe w przypadku skomplikowanych trajektorii wymagają precyzyjnego pozycjonowania robota z dokładnym odwzorowaniem linii cięcia.

Zwiększenie opłacalności robotyzacji dzięki Visual Components Robotics OLP

Visual Components Robotics OLP to oprogramowanie offline nowej generacji oparte na wydajnej technologii Delfoi Robotics, stworzone by zmaksymalizować potencjał robotów przemysłowych dzięki szybkiemu, dokładnemu i intuicyjnemu programowaniu. Rozwiązanie to wspiera 17 marek robotów i 40 wersji kontrolerów. Zestaw łatwych w użyciu narzędzi umożliwia tworzenie programów sterujących robotem na podstawie geometrii CAD 3D, symulację oraz wizualizację procesów spawania, cięcia termicznego, obróbki mechanicznej, nanoszenia powłok i innych.

Programowanie odbywa się na komputerze biurowym poza stanowiskiem zrobotyzowanym. Wykorzystanie OLP znacznie przyspiesza proces programowania robotów oraz redukuje ich nieefektywny czas pracy nawet o 80%. Zaawansowana symulacja procesu przed uruchomieniem na stanowisku zrobotyzowanym umożliwia ocenę jego wykonalności, wyeliminowanie potencjalnych błędów, optymalizację programów oraz analizę kosztów.

Przekłada się to na realne korzyści materialne oraz przewagę konkurencyjną poprzez zwiększenie wydajności oraz elastyczności produkcji.

Przykłady wdrożeń oprogramowania OLP zrealizowanych przez Sap-Weld Sp. z o.o.

Firma z Wielkopolski produkuje narzędzia robocze i osprzęt do koparek z szerokim asortymentem produktów wytwarzanych w bardzo krótkich seriach lub jednostkowo. Zrobotyzowanie procesu spawania znacznie wpłynęło na wzrost wydajności spawalni. Wąskim gardłem okazało się uczenie robota spawalniczego. Programowanie nowego detalu, który jest spawany przez robota około 2 godzin wymagało zatrzymania stanowiska na około 12 godzin. Wdrożenie programowania offline zminimalizowało przestoje robota na programowanie i sprawiło, że spawanie nawet pojedynczych sztuk na robocie stało się opłacalne.

Firma z Pomorza posiada cztery zrobotyzowane stanowiska spawalnicze wytwarza różne produkty spawane na zlecenie. Każde ze stanowisk jest w innej konfiguracji, z innym modelem robota od innego producenta. Każde z nich wymagało specyficznej wiedzy i znajomości obsługi przez programistę, który nie zawsze był dostępny. Z tego powodu często spawające roboty nie mogły być optymalnie wykorzystywane. Zbyt długi czas programowania zmuszał użytkownika do ponownego zatrudniania spawaczy i powrotu do drogiego spawania ręcznego, nie gwarantującego przy tym żadnego powtarzalnego stopnia jakości. Po wdrożeniu VC Robotics OLP i przeszkoleniu konstruktorów i technologów z obsługi programu ujednolicony interfejs dla wszystkich stanowisk sprawił, że manipulatory spawalnicze zaczęto programować z biura i obciążenie stanowisk zrobotyzowanych oraz wydajność spawalni wzrosła o 50%.

Firma z Dolnego Śląska, produkująca różne komponenty z obszaru General Industry, użytkowała już ponad dziesięć bliźniaczych stanowisk zrobotyzowanych. Zastosowanie programowania OLP skróciło czas wdrożenia nowego detalu do spawania na robocie z 5 do 2 dni. Kopiowanie programów pomiędzy skalibrowanymi uprzednio wirtualnymi celami i wgrywanie ich do rzeczywistych odpowiedników umożliwiło planowanie wydajniejszej produkcji z optymalnym wykorzystaniem wszystkich stanowisk zrobotyzowanych bez długich przestojów koniecznych na przeprogramowanie manipulatorów. Możliwość symulacji procesu spawania nowych detali na etapie wdrożenia usprawniła proces projektowania i optymalizację oprzyrządowania spawalniczego oraz umożliwiła precyzyjnie określenie wydajności stanowiska i czasu spawania, a co za tym idzie rentowności całego zlecenia przed rozpoczęciem produkcji.

Sap-Weld Sp. z o.o. z siedzibą w Poznaniu jest certyfikowanym partnerem Visual Components w Polsce. Bazując na wieloletnim doświadczeniu w zakresie robotyzacji procesów spawalniczych oraz samego spawalnictwa dostarczyliśmy już kilkanaście licencji OLP wdrażając je na ponad 50 stanowiskach zrobotyzowanych (nie tylko spawalniczych) i nie tylko z robotami OTC Daihen, ale także z innymi markami, jak np. Cloos, Panasonic, Yaskawa, Igm, Kuka, Kawasaki,
UR i Fanuc.

mgr inż. Bartłomiej Podgórski

SAP-WELD Sp. z o.o.
ul. Mysłowicka 1
61-343 Poznań
tel. 61 870 07 80
fax 61 887 00 72
tel. kom. 693 557 510
tel. kom. 661 295 099
robotyka@sap.poznan.pl
www.sapweld.pl