montaŽa z robotinajpogostejše izvedbe robotov za montaţo ter njihova najpogostejša opravila....

Fakulteta za strojništvo

MONTAŽA Z ROBOTI

Diplomsko delo

Študent: Primoţ KRAJNC

Študijski program: Gospodarsko inţenirstvo

Smer: Strojništvo

Mentor FS: izr. prof. dr. Miran BREZOČNIK

Mentor EPF: doc. dr. Zdenka ŢENKO

Somentor FS: univ. dipl. inţ. el. Simon BREZOVNIK

Maribor, 2010

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo

- II -


- III -

I Z J A V A

Podpisani Primoţ KRAJNC izjavljam, da:

je bilo predloţeno diplomsko delo opravljeno samostojno pod mentorstvom izr. prof.

dr. Mirana BREZOČNIKA in doc. dr. Zdenke ŢENKO;

predloţeno diplomsko delo v celoti ali v delih ni bilo predloţeno za pridobitev

kakršnekoli izobrazbe na drugi fakulteti ali univerzi;

soglašam z javno dostopnostjo diplomskega dela v Knjiţnici tehniških fakultet

Univerze v Mariboru.

Maribor, 15. 9. 2010 Podpis: ___________________________


- IV -

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorju izr. prof. dr. Miranu

BREZOČNIKU in doc. dr. Zdenki ŢENKO, kakor

tudi somentorju univ. dipl. inţ. el. Simonu

BREZOVNIKU za pomoč in vodenje pri opravljanju

diplomskega dela.

Posebna zahvala velja staršem, ki so mi omogočili

študij.


- V -

MONTAŽA Z ROBOTI

Ključne besede: proizvodnja, montaža, montaža z roboti, robotizacija, konstruiranje

za montažo, simulacija montaže

UDK: 621.717:007.52(043.2)

POVZETEK

Zaradi želje po povečanju hitrosti izdelave izdelkov in večjem številu variant podobnih

izdelkov, izboljšanju kakovosti in konkurenčnosti izdelkov, je današnjo proizvodnjo treba

neprestano izboljševati in vpeljevati različne inovacije. Danes se v razvitem svetu vse bolj

pojavlja problem dragega ročnega dela, ki najprej izredno vpliva na ceno in nato še na

kakovost izdelkov. Ta problem lahko dobro rešimo z robotizirano montažo, primernim

načrtovanjem izdelkov za montažo z roboti in pravilno strego. Robotizirana montaža

omogoča hitre spremembe, saj jo je mogoče dobro prilagoditi novim zahtevam. V diplomskem

delu smo najprej proučiti splošen pomen strege in montaže v proizvodnji, osvetlili vrste in

zgradbo robotov, nato pa analizirali namen robotov in zastopanost industrijskih robotov pri

montaži. Opisani so tudi praktični primeri in izvedbe robotiziranih postrojenj za montažo.

Podan je tudi stroškovni vidik in inovativno načrtovanje izdelkov za montažo z roboti.


- VI -

ASSEMBLY WITH ROBOTS

Key words: manufacturing, assembly, assembly with robots, robotics, design for

assembly, simulation of assembly

UDK: 621.717:007.52(043.2)

ABSTRACT

The desire to increase the speed of construction products and many variants of similar

products, improving quality and competitiveness of products, today's production and

continuous improvement should be introduced various innovations. Even in the developed

world is increasingly expensive problem is the manual work that first extraordinary impact on

the price and then click on product quality. This problem can be solved by good robotized

assembly suitable for product design and assembly of robots strego correctly. Robotic

assembly allows quick changes, since it is well adapted to new requirements. In this thesis, we

first examine the general importance of manipulation in the manufacture and assembly, to

elucidate the nature and structure of the robot, and then analyze the purpose of

representation of robots and industrial robots in assembly. Described are also practical

examples and implementation of robotic assembly plants. It is given by the cost aspect and

innovative product design for assembly by robots.


- VII -

KAZALO

1 UVOD ............................................................................................................................. 1

2 SPLOŠNO O INOVIRANJU ................................................................................................ 2

3 SPLOŠNO O MONTAŽI IN STREGI .................................................................................... 7

3.1 Strega ...................................................................................................................... 8

3.2 Montaţa ................................................................................................................. 11

4 SPLOŠNO O ROBOTIH ................................................................................................... 16

4.1 Definicije ............................................................................................................... 18

4.2 Vrste robotov ......................................................................................................... 20

4.3 Zgradba industrijskih robotov ................................................................................ 21

4.4 Koristni tovor, ponovljivost in natančnost .............................................................. 30

4.5 Prostostne stopnje robotov ..................................................................................... 31

4.6 Najpogostejša montaţna opravila industrijskih robotov .......................................... 33

4.7 Programi za simulacijo robotov .............................................................................. 34

5 INOVATIVNO NAČRTOVANJE IZDELKOV ZA MONTAŽO ................................................ 36

5.1 Načrtovanje izdelkov nekoč in danes ..................................................................... 36

5.2 Smernice za inovativno načrtovanje izdelkov za montaţo ...................................... 37

5.3 Metode ocenjevanja primernosti načrtovanih izdelkov za montaţo......................... 43

5.4 Inovativno oblikovanje izdelkov za montaţo z roboti ............................................. 45

6 ŠTUDIJ IZVEDENIH PRIMEROV IN STROŠKOVNI VIDIK MONTAŽE Z ROBOTI ................ 47

6.1 Zastopanost industrijskih robotov pri montaţi ........................................................ 47

6.2 Najpogostejše izvedbe industrijskih robotov pri montaţi po svetu .......................... 47

6.3 Stroškovni vidik montaţe z roboti .......................................................................... 51

7 SKLEP ............................................................................................................................ 55

8 LITERATURA ................................................................................................................. 57


- VIII -

KAZALO SLIK

Slika 2.1: Dvajset tipov inovacij (prirejeno po [13]) ............................................................... 4

Slika 3.1: Različne funkcije pri stregi (prirejeno po [9]) ......................................................... 9

Slika 3.2: Principi prostorske povezanosti delovnih mest (prirejeno po [9]) .......................... 10

Slika 3.3: Principi časovne povezanosti delovnih mest (prirejeno po [9]) ............................. 11

Slika 3.4: Vhodne in izhodne veličine montaţnega procesa (prirejeno po [9]) ...................... 12

Slika 3.5: Razvrstitev montaţnih funkcij [9] ......................................................................... 12

Slika 3.6: Stopnja avtomatizacije montaţnih sistemov (prirejeno po [9]) .............................. 13

Slika 3.7: Odvisnost avtomatizacije in fleksibilnosti (prirejeno po [9] .................................. 14

Slika 4.1: Stoječi »Robot« [27] ............................................................................................ 17

Slika 4.2: Opredelitev industrijskih robotov glede na zgradbo (prirejeno po [9]) .................. 20

Slika 4.3: Glavni sestavni deli in delovanje industrijskega robota [4] ................................... 21

Slika 4.4: Moţne osi robota – kinematika robota .................................................................. 22

Slika 4.5: Delovni prostor kartezijskega robota levo in cilindričnega robota desno [4] .......... 22

Slika 4.6: Delovni prostor robota s polarnimi koordinatami levo in členkasta roka desno [4] 23

Slika 4.7: Delitev prijemal glede na oprijem [17] ................................................................. 24

Slika 4.8: Vrste moţnih orodij na robotski roki [17] ............................................................. 26

Slika 4.9: Primera sistemov z eno prostostno stopnjo [3] ...................................................... 31

Slika 4.10: Primeri sistemov z dvema levo in s tremi prostostnimi stopnjami desno [3] ........ 32

Slika 4.11: Prostostne stopnje togega telesa [3] .................................................................... 32

Slika 4.12: Virtualni prikaz proizvodnega procesa [31] ........................................................ 35

Slika 5.1: Princip dela po načelu »over the wall« [5] ............................................................ 36

Slika 5.2: Postopek ocenjevanja primernosti izdelka [2] ....................................................... 44

Slika 5.3: Postopek AEM [20] .............................................................................................. 45

Slika 6.1: Varjenje levo in lepljenje desno [19, 36]............................................................... 49

Slika 6.2: Robotska roka z večnamenskim prijemalom [37].................................................. 50

Slika 6.3: Kovinski jeziček za gubo levo in robot s prijemalom desno [34] ........................... 50

Slika 6.4: Upogibanje pločevine z robotom in prešo [35] ..................................................... 51

Slika 6.5: Montaţni stroški v odvisnosti od stopnje avtomatizacije (prirejeno po [20]) ......... 52

Slika 6.6: Preračun amortizacije (prirejeno po [20]) ............................................................. 53


- IX -

KAZALO PREGLEDNIC

Preglednica 5.1: Poudarki v smernicah [2] ........................................................................... 38


- X -

UPORABLJENE KRATICE

CAD - Computer Aided Design

ISO - International Standard Organisation

FS - Fakulteta za strojništvo

IR - Industrijski robot

NC - Numerical Control, številsko ali numerično upravljanje


- 1 -

1 UVOD

Razvoj novih pristopov za montaţo se je začel zaradi ţelje po povečanju hitrosti izdelave in

kakovosti izdelkov, saj je bila montaţa vedno bolj časovno pogojena. Predpogoj doseganja

tega cilja je čim manj motenj in vedno večja konstantnost delovanja proizvodnih linij. Ob tem

se v razvitem svetu vse bolj pojavlja problem dragega ročnega dela, ki najprej izredno vpliva

na ceno in nato še na kakovost izdelkov. Manjšanje stroškov dela se je začelo najprej z

vpeljavo mehanizirane in kasneje avtomatizirane montaţe. Obe sta primerni za kontinuirane

montaţne procese, ki jih daljše obdobje ne spreminjamo. V današnjem času je proizvodnja

čedalje bolj individualistično naravnana, čedalje več je variacij podobnega izdelka. Tega ne

moremo dosegati niti z avtomatizirano montaţo. Dobra rešitev predstavljenega problema je

robotizirana montaţa, primerno načrtovanje izdelkov za montaţo z roboti in pravilna strega le

teh. Prednost robotizirane montaţe je moţnost hitre spremembe, zaradi visoke

prilagodljivosti, ki jo nudijo robotizirani sistemi. S tem je moţno v celoti nadomestiti

človekovo prilagodljivost in ob tem obvarovati človekovo telo pred nevarnimi in

neprimernimi okoljskimi vplivi, ki so v proizvodnji.

Namen diplomskega dela je nazoren opis splošnega pomena montaţe in strege v

proizvodnji. V jedru diplomskega dela smo se podrobneje osredotočili na nazoren prikaz in

razvrstitev robotov, kateremu namenu sluţijo ter predstaviti njihovo zgradbo. Ob tem smo

predstavili razširjenost industrijskih robotov v svetu, zastopanost robotov pri montaţi,

najpogostejše izvedbe robotov za montaţo ter njihova najpogostejša opravila. Delo robota, ki

ga opravlja, je monotono in se vedno izvaja po istih korakih. Glede na to, da ne sme prihajati

do zmot, napak ali zunanjih vplivov, je potrebna izredna natančnost delovanja takšnih

sistemov. Velik vpliv imajo izdelki, ki jih potrebuje robot pri montaţi, zato smo predstavili

tudi inovativno načrtovanje izdelkov za montaţo z roboti. V zadnjem sklopu diplomskega

dela smo predstavili nekaj izvedenih primerov robotov za montaţo in stroškovni vidik.

Teze, ki smo jih poskušali dokazati v diplomskem delu, so: uvajanje robotov v

proizvodnjo oziroma montaţo poveča produktivnost, da sta montaţa in strega med seboj

neposredno povezani, da bistveno zmanjšanje stroškov montaţe lahko opraviči investicijo v

robotske sisteme, da lahko zaposlene v montaţi obvarujemo nevarnega in za človekovo telo

škodljivega okolja ter da z uvajanjem primernih inovativnih oblik izdelkov, poenostavimo in

pospešimo proces montaţe.


- 2 -

2 SPLOŠNO O INOVIRANJU

2.1.1 Definicije

Invencija je zamisel, ki predstavlja moţnost, da bo morda enkrat z dodatnim naporom in

finančnim vlaganjem dosegla stopnjo inovacije.

Potencialna inovacija predstavlja vmesni razvojni korak uporabne zamisli ali del zamisli, ki

še ni nujno donosna ali na kakšen drugačen način koristna za odjemalce in ponudnike.

Inovacija nastane iz zamisli in nosi s seboj koristno, uporabno novost, ki še prej ni obstajala.

Nekatere je vredno zaščititi s patentiranjem, iz vsake pa pričakuje avtor ali izdelovalec ali

prodajalec zasluţek.

Inovacija je po sodobni mednarodno sprejeti opredelitvi pojma vsaka koristna novost in samo

koristna novost. To niso samo tehnično-tehnološke novosti, ampak so katerekoli novosti.

Najprej nastane:

invencija, ki je nov domislek in bo morda kdaj postala uporabna in koristna, potem

potencialna inovacija je uporaben, a ne še nujno donosen ali kako drugače koristen

nov domislek, in nato sledi

inovacija, ki je vsaka dokazana koristna novost) [15].

2.1.2 Splošno

Pomembnost inoviranja se nam pokaţe skoraj povsod. V kolikor bomo izpustili novosti iz

naših izdelkov se bo izrazilo slednje prej kot slej v prodaji. Z inovacijami tako dosegamo

mišljenje, ki izpodbija rutinerstvo. Rutina je dejanje , ki ga opravljamo neprestano po istem

postopku, mednje lahko štejemo ročno strego in montaţo, sicer je res, da je neizmerna

prilagodljivost razmeram visoka, a vključitev v proces proizvodnje ne zahteva vlaganja v

dodatne novosti za kar je potrebno znanje. Obstaja moţnost, da je to posledica naših prevzetih

navad iz preteklosti, pribliţno 150 let intenzivne produkcije izdelkov. Prihodnost je izredno

nepredvidljiva, saj se število ljudi, ki so vpleteni v konkurenčnost hitro veča. Z invencijsko-

inovacijskim procesom obravnavamo nastajanje novosti od začetka do konca medtem ko se,

pri inovacijskem procesu, specifično opredelimo samo na tisti uporabni del novosti ali

predmeta. Z novim znanjem se zavzemamo za inovativno druţbo, ki uporablja vse doseţke

razvoja civilizacije in z lastnim znanjem dograjuje tuje inovacije ter uporablja lastne

inovacije.


- 3 -

Inovacije delimo na 20 tipov, po sistemu 5 x 2 x 2 = 20 (slika 2.1). Na sliki je

predstavljena razdelitev glede na osi vsebine, posledice in dolţnosti. Po posledicah lahko

predstavljajo inovacije korenite spremembe, takšne ki porušijo uporabnost dosedanjega

znanja in opreme ter drobne inovacije, ki okrepijo dano znanje in uporabnost dane opreme.

Inovacije lahko vrstimo v okviru sluţbenih dolţnosti – poklicna dolţnost in izven sluţbene

dolţnosti, kar velja za pravne lastnike svojih doseţkov, čeprav jih morajo ponuditi svojim

delodajalcem, a v odkup. Po tretji osi vsebina delimo inovacije na pet tipov:

Programske inovacije predstavljajo uspešno novost, ki predstavlja poslovni promet iz

česar lahko pričakujemo moţnost za obstoj in razvoj,

Tehnično-tehnološke inovacije so najlaţje, jih tudi najlaţje patentiramo in pogosto

nastanejo programske,

Organizacijske inovacije navezujejo se na cene in lastnosti postopkov. Pomembne so

predvsem tudi zaradi sprememb med organizacijskimi enotami, ki jih zbliţujejo iz

česar se tvorijo nove sinergije, kar pozitivno vpliva na učinkovitost in uspešnost

poslovanja,

Upravljavske inovacije so najpomembnejše, saj omogočajo nastajanje drugih vrst

inovacij. Vpeljujejo demokratizacijo upravljanja oziroma nov odnos »vsi mislimo, vsi

delamo«,

Metodijske inovacije tvorijo podporo za upravljalske in ostale tri vrste.


- 4 -

Slika 2.1: Dvajset tipov inovacij (prirejeno po [13])

Splošno gledano lahko povzamemo, da se v slovenskih podjetjih inoviranje, kot

proces, pokaţe izredno redko v sklopu rednega poslovanja. Pojavlja se lahko tako v velikih

kot tudi v manjših podjetjih. Glede na to, da smo se v Republiki Sloveniji s prestopom iz

enega druţbenega sistema v drugega, odprli v svet ter z vstopom v Evropo še bolj povečali

moţnost poslovanja, se moramo sami bolj zavzemati za nove, boljše, inovativne izdelke.

Kljub temu, da imamo trge na katere smo prodajali poznane izdelke, se nam lahko kmalu

zgodi, da začnemo zaostajati ali pa, da ţe zaostajamo za podjetji, ki proizvajajo podoben

boljši izdelek. Inovativnosti ni moţno doseči zgolj po načelu »dajmo nekaj novega«, ampak

predstavlja kompleksen proces. V podjetju lahko inovacija zajame celotno podjetje; od

delavcev v razvoju, najvišjega managementa, financiranja s strani podjetja, delavcev v

proizvodni hali oziroma na splošno vseh, pa čeprav bomo z določenim modulom

avtomatizirali le del proizvodne linije. Začetek inovacije predstavlja vedno nova zamisel, ki je

ne zavrţemo, ampak jo skrbno proučimo. Vsaka zamisel ne postane inovacija, le najboljša.

Inovacija predstavlja poslovni pojem, ki je merljiv rezultat po prispevku na trgu in pri

odjemalcih. Merila trga so subjektivno oblikovana z vplivom novih izdelkov, kar nam določa

hitrost propada določenega izdelka. S tem se je potrebno zavedati konkurence, ki poseduje

podobno ali celo višjo raven znanja kot sami. Inovirajo ljudje in ne denar, prav tako ima

kakovost večjo teţo kot količina. Inovacija nastane v sklopu visoko strokovnih ljudi, kateri v


- 5 -

zgodnji fazi ne potrebujejo visokega finančnega vloţka. Pomen rutinerstva je v prihodnosti s

tem ovrţen. Kako? Kjerkoli na kateremkoli področju bo delovalo podjetje s svojo vsakdanjo

rutino, neodvisno od svoje velikosti, se bo lahko ali v neposredni ali pa od kod drugod pojavil

nekdo, ki bo rutinerstvo lahko ovrgel s koristno novostjo.

Ustvarjalnost je lastnost dojemanja zamisli, spoznavanja skritega bistva, proizvodnja

zamisli ter izbiranje med njimi in sprejemanje njihove koristne uporabe. To nam daje prvi

pogoj za inovacijski management in gre za navidezno samoumeven pojem tistih, ki se

odmikajo od utečenih dejanj in mišljenj. Takšne izzive dosegamo z različnimi metodami, kot

so burjenje moţganov, metoda 635, tehnika najbolj divje ideje itd. ter pripomočki.

Ustvarjalnost lahko razvrstimo:

dojemanje, kako nekaj zaznati,

analize, zmoţnost, da raziščemo problem, ki si ga pogosto predstavljamo. V pomoč

uporabljamo prej omenjene metode,

izbiranje, pri čemer vrednotimo zamisli z nizom meril, ki jih štejemo za objektivna in

se kolikor je le moţno izogibamo subjektivnim merilom,

aplikacijo, doseţemo takrat ko zamisel prenesemo v uporabo in se naša ustvarjalnost

predstavi v realnem svetu,

uporaba, sledi iz aplikacije, kjer se s pomočjo specialistov uresničujejo deli zamisli še

pred tem preden bi se lahko zamisel ovrgla [15].

Ustvarjalnost tako zahteva interdisciplinarno sodelovanje, kar pomeni, da ni moţno ustvarjati

v ozkem sklopu ene stroke, ampak je treba razširiti sistemsko razmišljanje.

Inovacija je doseţek inoviranja, procesa ustvarjanja od zamisli, invencij, potencialnih

inovacij do inovacij, torej mnogo stopenjskega in zapletenega procesa. Le tega je treba, da bi

bil kar se da gospodaren, učinkovit in uspešen, upravljati. In tako pridemo do pojma in vede

inovacijski management [12]. Če management upravlja in inovacija ustvarja, zdruţenje obeh

pojmov pomeni vodenje sebe, sodelavcev ali drugih na poti ekonomskih in druţbeno koristnih

doseţkov. Inovacija je plod procesa inoviranja, te procese proučuje inovacijski management.

Invencijsko-inovacijski management pomeni, da poslovne firme vodijo celovito politiko

iskanja inovacij, da bi ohranili in okrepili poloţaj podjetja glede na konkurente.

Vse pogosteje opaţamo, da mišljenje rutinskega dela ponekod obstane in se le steţka

spremi v inovativno. Izdelki, ki nastajajo danes so vedno povezani z besedo naprednejši,

podobno kot proizvodni procesi. Zaostajanje ročne montaţe in strege je tako skoraj nuja za

avtomatizirano strego in montaţo. Pri tem se je treba zavedati razmejitve med človekom in


- 6 -

strojem, saj človekovega dela naj ne bi primerjali s strojem. A kljub temu, neizmerna

prilagodljivost človeka v okoliščinah proizvodnje je potrebno obravnavati drugače, s bolj

človeške strani. Kako opraviti določeno nevarno operacijo ali funkcijo ali opravilo, tako, da

ne bo nepotrebnega vpletanja človeka. Proizvodni procesi so si lahko navidezno podobni,

postopki izdelave enaki, vendar za vsak izdelek, ki je drugačen je potrebno določeno število

novih idej kako ga čim enostavneje izdelati. Predstavljeni del bo zajet kot inovativno

načrtovanje delov za montaţo oziroma Design For Assembly. Avtomatizirana montaţa

pridobi s tem še večji pomen, saj proučimo natančno vsak korak, ki se izvede med procesom


- 7 -

3 SPLOŠNO O MONTAŽI IN STREGI

Konkurenčnost trţišča in boj za nizke stroške proizvodnje so privedli proces proizvodnje do

vsakodnevnih inovacij. Trenutni problem proizvodnje predstavlja človeška delovna sila, ki je

postala predraga. Predvsem zaradi dosegljive, mnoţične, poceni človeške delovne sile iz

industrijsko manj razvitih področij. Prvo najbolj znano inovativno spremembo proizvodnih

procesov je dosegel Henry Ford, s svojim mišljenjem o delu ob tekočem traku. Ključno

takratno načelo je dobilo v današnjih časih še večji poudarek na »stremimo k vedno več, bolje

in ceneje«, čeprav ustvarjamo dobrine, ki so nam nujne ali pa tudi ne. Začetek obširnega

proučevanja montaţe in strege se je pričelo nekje v 60. letih prejšnjega stoletja. Boljša plat

vpeljevanja avtomatizirane proizvodnje predstavlja bolj človeške delovne razmere v

proizvodnji, z ekonomske plati razumljivejša pa je zmanjšanje stroškov dela. Npr. bistvena

razlika je vidna ţe pri primerjavi ročnega posluţevanja struţnice in avtomatizirane struţnice.

Preobrazba sedanjih proizvodnih sistemov mora slediti, da bomo sploh lahko

konkurirali na trţišču. Vse postane še bolj jasno, če opazujemo primer proizvodnega sistema v

praksi, kjer se izdelki izdelujejo v velikih serijah, z minimalnim poseganjem v proizvodni

proces. Med najbolj pomembne pristope, ki jim tudi raziskovalci posvečajo veliko pozornosti

so:

izboljšani obdelovalni materiali, orodja in izdelovalni postopki,

učinkovita organizacija proizvodnih postrojenj, strega in montaţa ter

uvajanje avtomatizacije, kjerkoli se izkaţe moţnost za povečanje produktivnost.

Veliko manj pozornosti posvečamo študiju, kako bi zmanjšali stroške izdelave na ta način, da

bi izdelek bil primerno oblikovan za obdelavo in za montaţo [9].

Pomen montaţe in strege se je zelo dolgo zanemarjal v proizvodnih procesih, čeprav

se največ časa vlaga ravno v to dvoje. Zainteresiranost se je povečala takrat, ko so se začeli

pojavljati problemi z ročnim delom in ko so morali začeti proizvodni procesi potekati brez

motenj ter z višjo končno kvaliteto in kvantiteto. Pribliţno od 40% do 60% proizvodnega časa

je potrebnega za strego in montaţo, kar predstavlja nujo po proučevanju in racionalizaciji teh

procesov. Najprej je obstajala izključno ročna montaţa, kjer je bilo potrebno dosti zaposlenih

ljudi za opravljanje proizvodnje, kot je npr. sestavljanje legendarnega avtomobila Ford T.

Kasneje, z začetkom hitrejšega razvoja naprav, se je uveljavljala mehanizirana in nato še

avtomatizirana strega in montaţa. Vendar sta se obe uporabljali samo v velikih serijah in


- 8 -

masovni proizvodnji. Slednji sta bili uporabljeni predvsem v finomehaniki, pri elektronskih

napravah in v avtomobilski industriji.

Danes se torej na tem področju širi kopica novih, sveţih, inovativnih rešitev, vezane so

tako na ţe obstoječe stroje kot na razvoj novih avtomatiziranih sistemov, kateri pa vedno bolj

zadovoljujejo tudi tista podjetja z manjšimi serijami in različnimi proizvodi.

3.1 Strega

S strego poskrbimo, da so obdelovanci v pravilnem poloţaju, v ustrezni količini, ob pravem

času na točno določenem mestu za obdelavo in montaţo. Te funkcije so: urejanje, dodajanje,

odvzemanje, pozicioniranje, vpenjanje, ločevanje, vodenje, prenašanje itd. Poznamo ročno,

mehanizirano in avtomatizirano strego [9].

Ročna strega se izvaja z neposredno vpletenim človekom, ki lahko uporablja določene

pripomočke za opravljanje dela ali pa brez njih. Delavec je v tem primeru izvor sile in gibanj,

izvor zaznavanja in koordiniranja ter urejanja informacij. V mehanizirani stregi opravljajo

večino dela prisilno mehanično vodene naprave, pri katerih porabimo izredno dosti časa za

kakršno koli ţeleno novo spremembo. Avtomatizacija strege je prva pripomogla k zmanjšanju

pretočnih časov, a še vedno je obstajal delovni prostor, kjer se je nahajal delavec v nevarnem

delovnem okolju. Danes lahko pri teh opravilih vključimo industrijski robot (IR).

Največji del problema pri stregi se navezuje na funkcije prepoznavanja, urejanja,

prijemanja in pozicioniranja obdelovancev z neskončno mnogo različnih oblik. Pri montaţi

več različnih obdelovancev, potrebujemo močno prilagodljive sisteme, tako imenovane

fleksibilne streţne naprave, sestavljene so iz prijemal in senzorjev z zmoţnostjo nadzora. To

pomeni, čim bolj je sistem fleksibilen, tem manj mehanskih delov sme vsebovati. Avtomatsko

delovanje mora vpeljevati vedno več računalniških komponent, ki morajo omogočati več

moţnosti prilagodljivosti streţnega sistema. S tem se omogoči moţnost manjših serij, kar nam

ponudi moţnost vzpostavitve metode »just in time« za logistiko materialnega toka [9].

Na sliki 3.1 je pregled pretoka obdelovancev skozi celoten proizvodni proces. Prikazan je

okrnjen blokovni diagram, ki ga uporabljamo kot pomoč pri planiranju pretoka obdelovanca.

1. Gibalna in pripravljalna faza zajema: zalaganje, obdelovanci so lahko v neurejenem

stanju (po ploskvi, v prostoru) ali v urejenem (zalaganje v vrsti). Sledi urejanje in

zlaganje (poloţaj obdelovancev je lahko linijski, ploščinski ali prostorski),

transportiranje lahko izvajamo ali s posamičnim podajanjem, kjer so zloţeni


- 9 -

obdelovanci ali pa polnimo obdelovance nerazvrščeno. Transportiranje je moţno

izvesti premočrtno, kroţno ali prostorsko,

2. Dodajanje: z dodeljevanjem se pripravljamo na vodenje obdelovancev za prihodno

operacijo – vlaganje,

3. Vlaganje: dovajanje obdelovancev pred obdelovalni stroj in vlaganje v le tega, sledi

4. Pozicioniranje: pozicioniranje pomeni usmerjanje obdelovancev v tridimenzionalnem

koordinatnem sistemu v vpetje ali drţalo obdelovalnega stroja,

5. Obdelava: obdelava v obdelovalnem stroju (npr. NC-obdelovalni stroj ali ročno

opravljan stroj) in

6. Snemanje: odvajanje, s tem korakom se proces strege zaključi, ko se obdelan

obdelovanec odvaja v skladišče ali dalje v obdelavo.

Slika 3.1: Različne funkcije pri stregi (prirejeno po [9])


- 10 -

Proces avtomatizirane strege izvajamo v delovnem prostoru na različne načine

povezanosti delovnih mest. Le ti so lahko povezani v celico, linijo, v krogu, mreţi in prostoru

(slika 3.2). Pri tem je treba opozoriti, da je strega v proizvodnih celicah močno prostorsko

omejen proizvodnji proces in je visoko kompleksna ter zavzame daljše dodatne čase, ki

omejujejo produktivnost. Vendar ima visoko sposobnost prilagajanju novim izdelkom in

moţnost računalniškega vodenja proizvodnje ter fleksibilne obdelovalne sisteme. Strega v

proizvodnih celicah se predvsem uporablja v maloserijski proizvodnji.

Slika 3.2: Principi prostorske povezanosti delovnih mest (prirejeno po [9])

Strega v liniji razporejenih delovnih mest ima togo zaporedje delovnih mest, razporejena so

ob prenosnem sistemu. Celotni proces proizvodnje v liniji je razdeljen na določena opravila,

ki se izvajajo v enakem vrsten redu, kot si sledijo delovna mesta. V liniji je obvezen časovno

usklajen potek delovnih mest. Strega v krogu ima prav tako togo zaporedje delovnih mest kot

strega v liniji, vendar ima slabši pristop, ker smo enostransko omejeni. Največ se uporablja

pri velikoserijski in masovni proizvodnji. Strega pri mrežni in prostorski strukturi nam

omogoča prosto izbiro izdelovalnih operacij in moţnost vključitve v računalniško vodeno

proizvodnjo. Večinsko se uporabljajo v transportne namene.

Strega v fleksibilnih obdelovalnih sistemih predstavlja:

moţnost nenehnega prilagajanja spremembam v proizvodnem procesu,

del računalniško vključenih proizvodnih sistemov,

visoka stopnja izkoriščenosti delovnih sredstev,

avtomatizacija in fleksibilnost sta si nasprotovali vse do uvajanja programabilnih

krmilnih sistemov in numerično krmiljenih strojev ter razvoja robotike, ki je uresničila

cilj visoke stopnje hitro prilagodljivih avtomatiziranih sistemov.

Slika 3.3 prikazuje časovno odvisnost med seboj povezanih delovnih mest. Ločimo 3 načine:

stacionaren, kjer so vsa delovna mesta na določenem mestu,


- 11 -

prekinjeno lahko poteka ali sinhrono ali asinhrono, kar je odvisno od trajanja delovnih

operacij in

zvezno, kjer so ob prenosu med seboj povezana delovna mesta.

Slika 3.3: Principi časovne povezanosti delovnih mest (prirejeno po [9])

3.2 Montaža

Montaža pomeni sestavljanje izdelkov iz več posameznih delov končnega izdelka in se

prepleta z operacijami privijanja, zatikanja, spajkanja, varjenja, krivljenja itd. Vse to se lahko

izvede, ko so vsi potrebni sestavni deli v točno določenem času na pravem mestu in primernih

količinah, kar nam zagotavlja proces strege. Montaţa je končni proces nastanka izdelka. Pri

nas še vedno prevladuje ročna montaţa, saj je vključena v malo ali srednje veliko serijsko

proizvodnjo. Zaradi takšnih tipov proizvodnje potrebujemo izključno visoko fleksibilne

sisteme. Nizke stroške montaţe lahko sicer uresničimo s poceni dostopno ročno montaţo, a se

vedno bolj uveljavljaj avtomatizirana montaţa z industrijskimi roboti, ki zapolnijo to vrzel

med strego in obdelovalnim strojem ter montaţo [9].

Pri tem je montaţa neločljivo povezana z ostalimi dejavnostmi podjetja, kot so izdelava,

prodaja, planiranje, nabava vodenje in krmiljenje. Prav povezovanje z ostalimi dejavnostmi

podjetja, bistveno vpliva na uspešnost procesa montaţe. Tako kot drugi proizvodni sistemi,

tudi montaţni sistem pretvarjajo vhodne veličine v izhodne. Skozi montaţni sistem prehaja

tok materiala, informacij ter energije [9]. Na sliki 3.4 je prikazan montaţni proces z vhodnimi

in izhodnimi veličinami.


- 12 -

Slika 3.4: Vhodne in izhodne veličine montaţnega procesa (prirejeno po [9])

Sestavne dele zdruţujemo (povezujemo) v kompleksnejše sestave na več načinov:

z obliko (uporaba vodil, podpor, vstavljanje, privijanje),

s silo (teţnost, magnetne sile, trenje),

z dodajanjem materiala (lepljenje, spajkanje, varjenje) in

s deformacijo sestavnega materiala (krivljenje, kovičenje).

Naštete montaţne funkcije lahko razdelimo na primarne montaţne funkcije in na sekundarne

montaţne funkcije, ki so strega, kontrola, justiranje in posebne montaţne operacije (barvanje)

(slika 3.5).

Slika 3.5: Razvrstitev montaţnih funkcij [9]


- 13 -

Razlikujemo različne stopnje avtomatizacije montaţnih sistemov. Slika 3.6 nam

prikazuje različne stopnje avtomatizacije montaţnih sistemov. skrajno levo nizko stopnjo

avtomatizacije in skrajno desno najvišjo stopnjo avtomatizacije. Stopnja avtomatizacije se deli

na ročno, mehanizirano in avtomatizirano montaţo.

Ročna montaža je proizvodni proces kjer delavec ali delavci sestavljajo in povezujejo

komponente v podsklope ali izdelke na enem ali več mestih ročno ali s pomočjo

mehaniziranih naprav in pripomočkov.

Mehanizirano montažo izvajamo s pomočjo strojev, ki jih opravlja delavec in ob tem tudi

nadzoruje in optimira delovanje stroja (primer dvigala z ročnim krmiljem).

Avtomatizirana montaža lahko poteka na dva načina, togo ali fleksibilno. Togi avtomatizirani

sistemi se uporabljajo za izdelavo samo določenega izdelka. Njihova značilnost je velika

zmogljivost, zanesljivost delovanja in nizki stroški montaţe. Fleksibilni avtomatizirani

montaţni sistemi so robotizirane montaţne linije oziroma so tisti sistemi pri katerih je moţno

hitro spremeniti montaţo v drugo vrsto montaţe izdelka [9].

Slika 3.6: Stopnja avtomatizacije montaţnih sistemov (prirejeno po [9])

Montaţo delimo tudi glede na velikost sestavljenih delov. Tako ločimo makromontaţo ,

mikromontaţo in nanomontaţo. Pri makromontaţi imamo opravka z deli, ki imajo dve

dimenziji večji od 1mm, uporabljamo vse poznane vrste montaţe (ročna, mehanizirana,

avtomatizirana). Mikromontaţa se vedno bolj avtomatizira. Pri tej montaţi so deli manjši v

dveh dimenzijah od 1mm in večji od 1µm. Nanomontaţa predstavlja montaţo delov na

molekularnih velikostih, manjših od 1µm. Vsaka izmed njih ima svoje specifične lastnosti in

probleme. Na primer mikromontaţa vsebuje ţe tako majhne dele, da nastopa povsem nov

problem pozicioniranja in lepljenja delov, zaradi adhezivnih sil.


- 14 -

Slika 3.7 prikazuje medsebojno odvisnost stopnje fleksibilnosti in stopnje

avtomatizacije. Ročna montaţa predstavlja veliko prilagodljivost in se na sliki nahaja v

desnem spodnjem delu. To pomeni, da lahko sestavimo mnogo različnih izdelkov v kratkem

časovnem obdobju, vendar količinsko malo. V zgornjem levem kotu se nahaja dobro

avtomatizirana montaţa, ki predstavlja velike stroške ob spremembi izdelave drugega izdelka,

ampak je ob tem zmoţno proizvajati mnogo enega in istega izdelka. Ta velik razkorak med

obema ţelimo zapolniti z industrijskimi roboti.

Slika 3.7: Odvisnost avtomatizacije in fleksibilnosti (prirejeno po [9]

Cilji, ki jih ţelimo doseči z avtomatizacijo montaţe so naslednji :

povečanje produktivnosti,

povečanje gospodarskih učinkov,

povišanje kvalitete izdelkov in

razbremenitev delavcev psihičnih in fizičnih obremenitev [9].

Na moţnost avtomatizacije montaţe vplivajo; izdelek s svojo zgradbo, obliko,

dimenzijami, velikostjo in ponovljivostjo serij in sposobnost prilagoditve montaţe za nov

izdelek. Ponavadi so takšni sistemi ogromni, investicijsko zahtevni in kompleksni. Uvajanje

avtomatizacije proizvodnih procesov poteka po več stopnjah. Z več vmesnimi koraki

doseţemo najprej delno avtomatizirano proizvodnjo, kasneje pa popolno avtomatizirano. Ob

takšnem dograjevanju moramo vedno stremeti k cilju, ki smo si ga zastavili, da ne zaidemo s

plana proizvodnega sistema. Tak način gradnje imenujemo modularna gradnja.

Trenutna robotizacija montaţnih oziroma proizvodnih linij poteka med manipulacijo z

orodji in obdelovanci ter z vključevanjem stacionarnih obdelovalnih strojev. Rešitev nam

ponuja vpeljevanje IR. Vpeljevanje IR je teţavno, saj je infrastruktura v podjetjih v večini

primerov drugačna, kot bi bilo optimalno za delovanje IR. Z vključevanjem robotov ţelimo


- 15 -

namreč doseči, da stroje izkoristimo v vseh izmenah. V kolikor bi vzpostavili sistem, ki bi

deloval samostojno 24 ur, se pojavi problem kontrole opravljanja dela. Kaj hitro se lahko

zgodi, da zastoj oziroma okvara enega stroja povzroči nedelovanje celotne linije. To se lahko

zgodi tudi ob tem, ko so prisotni zaposleni. Proizvajalci teţijo k temu, da bi stroji bili

samonadzorni in ne bi potrebovali človekovega permanentnega nadzora. Cilj, ki ga ţelimo

doseči je fantastika, da bi se stroji sami popravljali, reproducirali, sami nadzorovali in

upravljali ter sami odločali. V kolikor pa imamo to kot kanček vizije in cilja lahko upamo, da

se bo to tudi enkrat uresničilo in se s tem oblikovalo bolj produktivno, varno, zanesljivo delo

in povišalo stopnjo človeškega dela v tovarnah. Trenutno se bolj poudarja o odpravi t.i.

amortizacijskega sindroma (to je ţelja po hitrem povratku investiranih sredstev) in o

investicijah v kvalitetnejše in posledično draţje stroje. S tem bi se dvignila stopnja

izobraţenosti tistih, ki bi posluţevali stroje. Ţelja, ki jo je treba izpolniti je tovarna z manj

delavci [5].


- 16 -

4 SPLOŠNO O ROBOTIH

Sedanje razmere nas silijo v nenehne tehnološke spremembe, saj se vedno bolj večajo potrebe

po kvalitetnih izdelkih in kvantiteti izdelkov. Samo z vpeljevanjem avtomatizacije

proizvodnih procesov lahko ostajamo konkurenčni. Zamenjava človeškega dela s strojnim

delom se je širila do sedaj počasi, predvsem zaradi ohlapnih zakonov, vrednot in poceni

delovne sile. Avtomatizacija se je uveljavila predvsem za pomoţne ali glavne obdelovalne

funkcije proizvodnih procesov oziroma povsod tam, kjer je bil človek v nevarnih okoliščinah.

Največ ročnega dela je bilo navzočega pri barvanju, varjenju (točkovno varjenje) itd.

Napredek so omogočili NC-stroji, vendar posluţevanje NC-strojev še vedno zahteva

navzočnost človeka, ki opravlja nadzorno-krmilni del. Slednje predstavlja ogromne

proizvodne rezerve. V današnjem času prevladuje potrošništvo, posledično so serije izdelkov

vedno manjše, a povečuje se raznolikost izdelkov. Zato je vedno večja potreba po hitrejši

prilagodljivosti proizvodnih linij. Ostajata nam dve moţnosti ali ostanemo pri rutinerstvu, ki

predstavlja ročno montaţo ali pa se zavzemamo za inovativnost, z avtomatizacijo proizvodnih

procesov. Ob povečanju avtomatizacije dela moramo vedno spremljati tri vidike: tehnični,

ekonomski in socialni vidik. Tehnični vidik pomeni, večja prilagodljivost glede izdelave

manjših serij, večja produktivnost napram celotnemu obdobju delovanja proizvodne linije,

manjše število moţnih odpadkov/škarta in višja stopnja kvaliteta. Ekonomski vidik

predstavlja, ročno delo, ki je drago, moţnost prerazporeditve ročnega dela na druge

zahtevnejše operacije, večja ekonomična produktivnost konstantno opravljenega dela.

Socialni vidik pomeni, povišanje ravni zdravja glede na to, da izključimo človekovo telo iz

nevarnih okolij proizvodnje (plini, vročina, vlaga, mraz, prah, opilki itd.), izključitev človeka

iz monotonega dela, brez problematičnega dviga nivoja kvalitete izdelkov [23].

Ţe več kot stoletje nazaj so poznali tako imenovane prisilne manipulatorje, ki so bili

mehansko krmiljeni in so lahko opravljali samo eno delo. V kolikor so ţeleli spremeniti

opravilo, so morali spremeniti celotno mehansko krmiljenje stroja. Šele razvoj računalniških

tehnologij nam je omogočil preprostejšo obliko delovanja. Od leta 1970 je sledila eksplozija

razvoja strojev, ki so pripeljali do prvega industrijskega robota. A vendar se je pojem robot

pojavil ţe mnogo prej. Enega izmed prvih slovenskih zapisov o robotu lahko najdemo v

časopisu Slovenski gospodar letnik, 64 št. 19, kjer je bila 1. 5. 1930 zapisana in objavljena

naslednja novica (slika 4.1): »Robot, umeten človek. Tehnično razstavo v Londonu je pred


- 17 -

kratkim otvoril umeten človek ˝Robot˝, ki je govoril otvoritveni govor. Pravzaprav je prebral

otvoritveni govor po nekem tajnem načinu in naša slika nam ga kaţe, ko se je dvignil s

svojega sedeţa, da začne brati govor. ˝Robot˝ je napravljen iz kovine in tehta 100 funtov. Na

zunaj ima lice srednjeveškega viteza. Na ukaz lahko giblje z rokami in glavo in tudi hodi.«

Slika 4.1: Stoječi »Robot« [27]

Treba je opozoriti, da ime robot ni bilo prvič omenjeno v znanstveni ali strokovni

literaturi, temveč so si ga izmislili Čehi za umetnega tlačana, pravzaprav natančneje Karel

Čapek. Besedo je uporabil v znanstveno fantastični drami z naslovom »R.U.R. Rossum`s

Universal Robots«. Beseda robot naj bi pomenila tlako, teţko delo ali garanje [3].


- 18 -

4.1 Definicije

Tukaj bomo povzeli nekaj definicij, ki opisujejo robote. V slovarju slovenskega knjiţnega

jezika zasledimo naslednje definicije

Robot:Elektronsko vodena naprava, ki enakomerno opravlja vnaprej programirana,

pogosto človekovemu zdravju škodljiva dela: konstruirati robota; uporaba robotov v

avtomobilski industriji; robot v podobi človeka; dela, ravna kot robot/ industrijski

robot

Robotati: Opravljati tlako: robotati so morali tri dni v tednu 2. Teţko delati, garati:

vse dni robota na polju; robota kot (črna) ţivina

Robotika: Veda o robotih in njihovi uporabi: razvoj robotike/zakoni robotike

»Industrijski robotski manipulator ISO 8373. Industrijski robotski manipulator je

povratnozančno voden, reprogramabilen in večnamenski sistem. Lahko je fiksen ali mobilen.

Programabilen je v treh ali več prostostnih stopnjah. Uporabljamo ga v procesih industrijske

avtomatizacije. Robotske mehanizme poganjajo električni ali hidravlični motorji, takšni

motorji nikoli niso odprto zančno krmiljeni. Sestavni del robotskega manipulatorja sestavljajo

tudi senzorji, predvsem notranji senzorji, ki so nameščeni v sklepih robota, pretvorniki kota

ali razdalje in hitrosti. Zunanji senzorji so senzorji dotika. Robotski regulacijski sistem vodi

manipulator bodisi po poloţaju ali po sili.« [3].

»Robot je stroj, ki ga nadzoruje računalnik in ga lahko programiramo, da samostojno opravlja

določeno opravilo. Robote pogosto uporabljamo v industriji za prenašanje materiala ali za

izvajanje ponavljajočih se opravil. Tako lahko na primer robotsko roko, pritrjeno na delovno

mizo, uporabljamo za barvanje delov stroja ali sestavljanje elektronskih vezij.« [29]

Sodobna industrija ne pozna več velikih zalog materiala in izdelkov zato se morajo

proizvodni procesi izvajati ravno ob pravem času (»just in time«). Prav tako se zahteva

izdelava različnih izdelkov na eni proizvodni liniji, kar dosegamo z robotskimi manipulatorji

oziroma z manjšo spremembo v programu ali s samo novim drugačnim programom. Tip

izdelka se tako menja izredno hitro. Ponavadi so robotski manipulatorji fiksni, saj so vezani

na proizvodnjo linijo. Izboljšave glede prostornosti se lahko pridobijo, če visijo s stropa in

tako ne zasedajo dragocenega prostora v hali. Robotski manipulator je večnamenski

mehanizem, ki skuša posnemati človekovo roko. Ţivljenjska doba robota je nekje od 12 do 16


- 19 -

let, po primarni namembnosti ga lahko izkoristimo še za drugo, ki ji prvotno niti ni bil

namenjen. [3]

Največ robotov srečamo v avtomobilski industriji. Navzoči so predvsem pri varjenju, ki

poteka neprestano. Srečamo jih tudi pri paletizaciji, kar pomeni pri transportiranju iz ene

točke do druge točke. Predvsem so namenjeni urejanju sestavnih delov ali izdelkov za potrebe

podajanja ali pakiranja. Glavna naloga robota je, da ga uporabimo v primerih, kjer je za

človeka okolje neprimerno in nevarno. Vpeljujejo se tudi roboti za montaţo, kjer se izvaja

sestavljanje raznih manjših delov v sklope ali malo večjih funkcionalnih sestavov. Pomembno

je, da se uvaja avtomatizacija, tam kjer je moţna ali potrebna 24-urna proizvodnja. S tem se

izognemo pomanjkljivostim, ki so povezane s človekom, kot glavnim izvrševalcem

proizvodnih opravil. Robotske manipulatorje lahko srečamo tudi v medicini npr. kirurški

robot da Vinci.

Manipulatorji (pick&place units, primi in odloţi) so naprave, ki primejo obdelovance v

natančno določenem poloţaju, na natančno določenem mestu ter jih po v naprej določeni poti,

z nastavljeno hitrostjo prenesejo v naprej določeno mesto [9]. Manipulatorji so modularno

grajene naprave, katerih glavni namen je prijem, prenos in izpust izdelka, obdelovanca.

Deluje popolnoma avtomatično po v naprej določenih poloţajih in poteh z določeno hitrostjo.

Robote katere človek neposredno kontrolira in upravlja imenujemo telemanipulatorji.

Uporabljamo jih v nevarnih okoljih in pri raziskavah. Mobilni roboti so lahko kolesni ali

noţni in delujejo skupaj s sistemom računalniškega vida in raznimi senzorji, ki zaznavajo

bliţino. Robot lahko opišemo kot stroj, ki nam je v pomoč, ni inteligenten, a je programabilen

stroj, torej ni misleč stroj, temveč je izvajalec programskih navodil. Industrijskim robotom

tako pripisujemo antropometrijske lastnosti; lastnosti roke in zmoţnosti zaznavanja okolice.

V slovenski industriji je danes več kot 1200 robotov. Uporabljeni so predvsem v

hrupnih, zdravju škodljivih, vročih, ekstremno hladnih, sterilnih, brezprašnih, obsevanih in v

nanodimenzijskih okoljih. Največ je industrijskih robotov, ki oponašajo človeško roko in

opravljajo raznolika dela, varjenje, barvanje, brušenje, sestavljanje, itd. Glede na to da imajo

visoko podobnost z NC-obdelovalnimi stroji in so v proizvodnjo vključeni kot pomoţni členi

ali elementi, ki poskrbijo za večjo avtomatizacijo, jih lahko programirajo isti ljudje kateri

programirajo NC-obdelovalne stroje. Industrijski roboti in NC-obdelovalni stroji nikoli ne

spadajo v isto skupino, saj morajo industrijski roboti zadostiti določenim dodatnim zahtevam,

kot so manipulacija z izdelki, varjenje, barvanje, brušenje itd.


- 20 -

4.2 Vrste robotov

V današnjem času obstaja veliko različnih robotov, ki so namenjeni raznovrstnim opravilom

in jih najdemo vsepovsod: v vodi, na kopnem in v zraku. Pravzaprav jih srečamo in

uporabljamo skoraj dnevno kot hišne robote (sesalci), proteze človeških okončin, vesoljske

sonde, daljinsko vodena vozila (deaktivacija bombe) in nevodena vozila (DARPA Defense

Advanced Research Projects Agency) ter industrijski roboti, itd.

V diplomskem delu se bom omejil le na industrijske robote (IR), ki imajo visoko

podobnost z NC-obdelovalnimi stroji in so v proizvodnjo vključeni za opravljanje določenih

opravil. Z njimi zvišujemo stopnjo avtomatizacije obdelovalnih strojev in proizvodnje linije.

Imajo antropometrijske lastnosti, kot so roka in zaznavanje okolice. IR lahko programirajo isti

ljudje kot NC-obdelovalne stroje, vendar mora IR zadostiti nekaterim dodatnim zahtevam

(manipulacija z izdelki, varjenje, brušenje itd.) za osnovno definicijo IR lahko rečemo: »To so

predvsem stroji namenjeni za opravljanje določenih opravil in jih sestavljajo podobne

komponente kot na primer avtomatizirane obdelovalne stroje.«

Razvrstitev robotov opravimo glede na njihovo zgradbo, vrsto krmiljenja, kinematiko,

pogon, prijemala, senzorje (slika 4.2).

Slika 4.2: Opredelitev industrijskih robotov glede na zgradbo (prirejeno po [9])

Komponente industrisjjskega robota

kinematika

linearno

rotacijsko

prijemala

s silo

z obliko

s silo in obliko

senzorji

kontaktni

taktilni

elektromehanski

brezkontaktni

akustični

optični

pogon

električni

pnevmatski

hidravlični

krmiljenje

prosto programirni

togo programirni


- 21 -

Slika 4.3 predstavlja povezavo glavnih sestavnih delov med delovanjem industrijskega

robota. Izhajajmo iz programa, ki smo ga naloţili v pomnilnik in zagnali. Vsi podatki so nato

posredovani v numerični obliki v pogon, ki vodi prijemalo do predpisane pozicije. Prijemalo

prime predmet in s pomočjo senzorjev posreduje podatke v program in merilni sistem. Po

obdelavi podatkov se na osnovi programa nadaljuje delo robota, njegovo gibanje in gibanje

prijemala se nadaljuje tako dolgo dokler ni naloga izvršena.

Slika 4.3: Glavni sestavni deli in delovanje industrijskega robota [4]

4.3 Zgradba industrijskih robotov

4.3.1 Kinematika

Osnovna razdelitev IR po gibanju ali kinematiki je opravljena po moţnosti giba določenega

dela robota. Imamo dve gibanji, linearno (premočrtno) gibanje, ki ga označimo z L (nem. S-

Schubbewegung, ang. T-translatory) ter R kot rotacijsko (vrtenje) gibanje (nem. D-

Drehbewegung, ang. R-rotary) v slovenščini se pojavlja tudi poimenovanje nihanje (slika

4.4). Osi sosednjih si sklepov sta si lahko zaporedni ali pravokotni, odvisno od zasnove

robota.


- 22 -

Slika 4.4: Moţne osi robota – kinematika robota

Če opredelimo podrobneje ugotovimo, da imamo nekaj osnovnih tipov, ki so razvrščeni

od čisto linearnega ter do čisto rotacijskega gibanja. Vsak izmed predstavljenih robotov ima

tri osi gibanja [4, 23].

a. LLL imenujemo ga tudi robot s kartezijskimi koordinatami, včasih jih imenujemo tudi

XYZ roboti zaradi treh osi gibanja X, Y in Z osi. Opravljajo samo linearno gibanje in

so primerni za stropno vgradnjo in prenašanje teţkih bremen. Delovni prostor, ki ga

doseţe tak robot je škatlaste oblike in je primerna za robote, ki opravljajo montaţna

opravila. Predvsem znan robot je gantry robot, ki je podprt na obeh straneh in fiksiran

na tla. Poznani so kot izredno natančni roboti (slika 4.5).

b. LLR imenujemo ga tudi robot s cilindričnimi koordinatami. Glede na prejšnji tip

robotov se sedaj ena izmed linearnih gibanj zamenja za vrtenje/rotacijo. Moţne

izvedbe so: LLR, LRL, RLL, delovni prostor robota je del valja. Uporablja se

predvsem za menjavo orodja v sistemih ter za natančno nameščanje delov (slika 4.5).

Slika 4.5: Delovni prostor kartezijskega robota levo in cilindričnega robota desno [4]

c. LRR imenujemo ga robot s polarnimi koordinatami, saj za določanje lege obdelovanca

uporablja polarne koordinate. Moţne izvedbe so: LRR, RLR, RRL (temu tipu gibanja


- 23 -

pripada znani robot SCARA). Uporablja se kot strega obdelovalnim strojem in

napravam (slika 4.6).

d. RRR imenujemo ga tudi členasta roka ali robot sestavljen iz posameznih rok.

Sestavljen je izključno iz sklepov, ki dovoljujejo rotacijsko gibanje. Največji delovni

prostor glede na njegovo dejansko velikost zasede prav RRR konstrukcija. Najbolj je

podoben človeški roki in se uporablja za barvanje, varjenje, montaţo itd. (slika 4.6).

Slika 4.6: Delovni prostor robota s polarnimi koordinatami levo in členkasta roka desno [4]

4.3.2 Prijemala

Namen prijemala je prijem surovcev, orodij in izdelkov ter njihov transport in namestitev v

predvideno lego. Z robotskimi manipulatorji ţelimo posnemati človeško roko in s prijemali

ţelimo doseči fizikalne značilnosti človeških prstov. Prijemala so dosti bolj preprosta od

človekove roke. Prijemalo, ki ga potrebujemo, je mnogokrat ţe razvito, tako da se le redko

zgodi, da je potreben lastni razvoj prijemal.

Mnogokrat se izkaţe, da je investicija v prijemalo draţja kot investicija v celotni robot.

Zato se lahko pri nakupu velikokrat zgodi, da imamo zahteven robot in manj zahtevno

prijemalo ali ravno obratno. Izbira med zahtevnim prijemalom in preprostim prijemalom

ponuja izključno dve moţnosti. V prvem primeru (zahtevno robot in preprosto prijemalo) se

nam lahko zgodi, da uporabljamo drag robot, s katerim je moţno opravljati dosti več funkcij,

vendar ga dejansko uporabljamo le za določena preprosta opravila in nam tako ostaja

neizkoriščen. V drugem primeru (zahtevno prijemalo in preprosti robot) predstavlja prijemalo

višjo investicijo. Celotno opravilo opravlja prijemalo, medtem ko je naloga robota premik

tega prijemala do delovne točke. Za razvoj takšnega prijemala je potreben inovacijski duh, ob

tem je visoka moţnost okvar. Poleg tega se takšno prijemalo razvija za določeno delo in je

zato še potrebnih veliko dodatnih testiranj in kontrol pravilnega delovanja. Prednost takšne

zasnove projekta je nizka investicija v preprost robot, ki lahko prenaša dosti večje

obremenitve. S tem nam je omogočeno prenašanje teţjih in boljših prijemal.


- 24 -

Prijemala so kompleksne zgradbe zato jih razdelimo glede na vsak posamičen sestavni

del, na pogon, prenos gibanja, senzorji in prijemalni del. Zahtevno prijemalo je avtomatiziran

izvajalec del, ki jih zapove robotska roka (slika 4.7).

Slika 4.7: Delitev prijemal glede na oprijem [17]

Prijemala z dvema prstoma krmilimo samo med dvema skrajnima legama – odprto in

zaprto. Kontroliramo lahko razdaljo in silo med prstoma in jih delimo na škarjasta ter

primeţna. Oblika mora biti prilagojena predmetu, ki ga je treba prijeti. Zadovoljiv in varen

oprijem zagotovimo na tri načine; zunaj obdelovanca, po notranji strani obdelovanca ali

oboje. Prijemalo lahko prijem izvede s prilagojeno obliko za predmet, s silo na predmet ali

oboje. Z večanjem prostorskih stopenj samega prijemala raste tudi cena prijemala. Ţe

preprostejša prijemala mnogokrat vsebujejo več prostostnih stopenj kot sam IR. Če si npr.

podrobneje ogledamo prijemalo s tremi prsti in tremi sklepi lahko ugotovimo, da na vsakem

posamičnem prstu obstaja devet prostostnih stopenj. Pogon vsakega dela prsta poganjamo z

motorji, ki so nameščeni v dlani prijemala, prenos sile izvede tetivni mehanizem [9].

V proizvodnji se IR največkrat uporabljajo za strego obdelovalnih strojev, zato se korak

izmenjave obdelovanca skrajša, če prijemalo na eni strani izvede prijem in odstranitev ter na

drugi strani vstavitev in izpust obdelovanca. Razvita so tudi posebna prijemala pri rokovanju s

toploto, kjer so motorji oddaljeni daleč proč od vročih obdelovancev ali okolice kamor

posegajo. V izredno vročem okolju uporabljamo tudi hlajenje z zrakom, vodo ali oljem. Pri

tem je tudi zelo pomembna pravilna izbira materiala prstov.

Prijemala dvotočkovnega, tritočkovnega oprijema in oprijema po celotni površini

obdelovanca nadalje delimo na [3, 17, 23]:

Vzmetna prijemala. Uporabljamo jih pri predmetih, ki so izredno krhki in potrebujejo za

prenos omejeno silo prijema ter preprosto odpiranje in zapiranje prstov. Vzmetno prijemalo je

izdelano iz vzmetnega jekla, ki je neprestano zaprto, razpre ga šele pomik čepa.

Prijemalni del

s prsti

dva prsta

z več prsti

dvotočkovno, trotočkovno ali po celi površini

vakuumska vzmetna magnetna perforacijska adhezivna


- 25 -

Vakuumska prijemala. Delujejo s podtlakom, ki jih izključno uporabimo na gladkih,

suhih, čistih, ravnih ali enakomerno ukrivljenih površinah. Navkljub zahtevnosti površine so

cenovno ugodna in laţja. Sesalne glave je moţno enostavno zamenjati. S črpalkami nikoli ne

ustvarimo 100% vakuuma, najbliţje se tej vrednosti pribliţamo z vakuumskimi črpalkami, ki

zmorejo 90% vakuuma. Z Venturijevo črpalko pa dosegamo največ 70% vakuuma, je cenejša

in bolj pogosto uporabljena. Za prijemanje in odlaganje obdelovanca ne potrebujemo samo

podtlaka, saj se lahko pri laţjih obdelovancih zgodi, da dalj časa traja popuščanje od

gumiranega dela. Pri delovanju robotov je vedno pomemben čas, zato uporabljamo za

pohitritev postopka nadtlak. Prijem izvede vedno več prijemal istega tipa.

Magnetna prijemala. So sestavljena iz permanentnih (trajne) magnetov in

elektromagnetov. Večinsko so v uporabi elektromagneti, ker se pri permanentnih magnetih

pojavlja problem lepljenja obdelovanca za predmet ob odloţitvi. Ta problem rešimo z

vzvodom ali pa s prepreko po kateri se zapelje obdelovanec. Ob tem problemu obstaja še drug

problem, prijeti ni moţno vseh stvari ampak samo feromagnetne materiale. Prav tako so pri

tem načinu prime obdelovanca več prijemal naenkrat. Permanentne magnete uporabljamo do

500°C in elektromagnete magnete do 100°C.

Perforacijska prijemala. Ta prijemala preprosto prebodejo obdelovance, ki so iz

materialov kot so tekstil, guma, stiropor itd.

Adhezivna prijemala. Uporabljamo izključno za zelo lahke predmete, kar posledično

predstavlja teţavnost v odlaganju predmeta. Odlaganje predmetov rešujemo s posebnimi

izvedbami odlagalnih mest in načinom gibanja robota. Za dvig obdelovanca uporabljamo

lepljivi trak, ki se po odlepljenju vedno znova obnovi.

V montaţi se zaradi večjega števila različnih delov, obdelovancev in izdelkov, zahteva

moţnost hitre zamenjave orodij. Takšno moţnost nam lahko ponujajo edino revolversko

shranjena prijemala. Število prijemal, ki jih potrebuje industrijski robot, je tako pogojeno s

strani števila različnih delov, ki jih moramo prijeti ali obdelati (slika 4.8).

Pogoni prijemal so električni, magnetni, elektro-magnetni, hidravlični, pnevmatični in

mehanski. Najpogosteje se uporablja pri IR zrak, zato tudi prijemala večinsko delujejo na

zrak, ki zagotavlja dovolj velike prijemne sile za vse vrste obdelovancev. Dovod zraka je

speljan preko fleksibilnih cevi ali pa so dovodi integrirati v notranjost konstrukcije robota.

Hidravlične pogone uporabljamo predvsem za dvig teţjih obdelovancev ali tam kjer ţe

streţna naparava vključuje hidravlični agregat. Največjo fleksibilnost nam zagotavljajo

električna prijemala, ki jih je moţno najenostavneje krmiliti [9].


- 26 -

Slika 4.8: Vrste moţnih orodij na robotski roki [17]

4.3.3 Pogoni

Prej omenjeni sklepi robota so lahko opisani na osnovi osi gibanja, vsako izmed osi robotov

krmilimo zase, s posamičnim elektromotorjem. S pogoni moramo doseči natančno

pozicioniranje in nato ohranjanje pozicije. Z določanjem zahtev za pogon robota moramo biti

pozorni glede mase, ki jo bo prenašal in kako daleč bo segala iztegnjena roka. Moment na

koncu roke je vedno večji, kot pa če je prijemalo v skrajni legi ob robotu. Včasih so bili za

elektromotorji nameščeni tudi reduktorji. Zaradi zračnosti med zobniki reduktorja pa takšne

konstrukcijske rešitve danes srečujemo le redko. Investiranje v industrijski robot predstavlja

inovacijo v proizvodnem procesu, ki nam lahko ponovno zagotovi kvantiteto in kvaliteto

izdelkov.

Pogone razdelimo na električne, hidravlične in pnevmatske [23]. Električne pogone

ločimo med enofazne in trofazne elektromotorje. Elektronsko komutirani motorji so

nadomestili enosmerne kolektorske motorje zaradi preprostih principov krmiljenja vrtilne

hitrosti. Motorji ne ustvarjajo iskrišča in so tako predvsem primerni pri delu z vnetljivimi ali

visoko eksplozivnimi snovmi. Napajanje se vrši pulzno, kar se odraţa v nezvezni vrtilni

hitrosti motorja. Obravnavamo ga lahko kot sinhronski motor s permanentnim vzbujanjem,

saj imajo veliko podobnosti v mehanskih in električnih karakteristikah. Vzbujanje motorja se

opravi s permanentnimi magneti, kar predstavlja višjo raven zanesljivosti delovanja. S

takšnimi motorji doseţemo enostavnejšo zgradbo strojev in robotov. Največji problem teh

pogonov se kaţe v njihovi dostopnosti, saj so magneti sestavljeni iz redkih zemelj, ki pa jih ni

na pretek. Asinhronski elektromotorji so najcenejši in najbolj zanesljivi, edini element, ki je


- 27 -

podvrţen uporabi so leţaji. Ti elektromotorji so večinsko napajani s trifaznim tokom, zato ni

potrebe po dodatnih pretvornikih. Zavedati se moramo, da je hitrost takšnih motorjev omejena

glede na frekvenco omreţja in število polov statorja navitja. Število polov je konstantno 2, 4,

6, 8 ali 12. Vendar v kolikor ţelimo prilagajati hitrost elektromotorja se ponuja rešitev s

frekvenčnimi pretvorniki, ki jih IR tudi vsebujejo. Servomotorji so podobni ostalim

elektromotorjem vendar imajo svoje specifične lastnosti. So posebne izvedbe motorjev, ki

pretvarjajo električni signal v ustrezen natančen premik. Delimo jih na motorje z

enakomernim gibanjem in na koračne motorje. S konstantnim premikanjem se odzivajo

servomotorji zaradi konstantnega električnega signala, med tem ko pomik za točno določen

kot omogočajo koračni motorji in ostanejo na tem mestu dokler traja dobljeni signal iz

kontrolnika povezanega prek računalnika. Pri elektromotorjih lahko nastopi v vmesnih

poloţajih brnenje, kar kvari kvaliteto izdelave. Do tega efekta pride zaradi vmesnega

poloţaja, med eno pozicijo in drugo. Preprosti primer koračnega motorja lahko predstavimo

na primeru kroga, ki ga razdelimo na 12 enakih delov. Vsak del zajame tako 30°, in med temi

12 poloţaji lahko nato izberemo ţeleni zasuk.

Hidravlični pogoni so gnani z oljem, ki predstavlja medij prenašanja mehanske sile.

Prednosti teh pogonov so predvsem v tem, da je moţno napeljavo speljati na razmeroma

enostaven način, podobno kot pri pnevmatskih pogonih. Pogoni so cenovno ugodni glede na

to da ponujajo moţnost velikih obremenitev. Delovanje cilindrov in hidravličnih motorjev je

sila preprosto urejeno s servoventili. Nekatere slabosti teh sistemov so: glasni kompresorji,

hlajenje olja, neprestano vzdrţevanje, obraba drsnih stikov ter »stick-slip«. Stick-slip efekt je

značilnost hidravličnih sistemov in se pojavi zaradi lastnosti olja, ki ob mirovanju postane

rahlo stisljivo. Pri teh sistemih vedno prihaja do manjšega uhajanja olja.

Pnevmatske pogone poganja zrak (gr. pneuma – zrak). V primerjavi z hidravličnimi

pogoni so laţji in delujejo z niţjim tlakom, zaradi tega so sestavni deli iz mnogo laţjih

materialov. Popolnega tesnjenja med bati in valji ni mogoče zagotoviti, prav tako pa delovna

sila ni tako velika kot pri hidravličnih pogonih. Plini so mnogo bolj stisljivi kot tekočine, kar

predstavlja večinski problem pri pravilnem delovanju takšnih pogonov. Uporablja se

najpogosteje kot pogon za prijemala npr. odprti poloţaj in zaprti poloţaj brez senzorjev ali pa

za zamenjavo prijemal ali orodij v revolverskem magazinu. Primarni pogoni so v robotiki

predvsem električni in hidravlični [23].


- 28 -

4.3.4 Senzorji

Mnogo je robotov, ki nimajo senzorjev, a je takšnih vedno manj. Slednje ne pomeni, da takšni

roboti ne delujejo efektivno, ravno nasprotno, opravljajo določeno delo konstantno,

popolnoma efektivno. Z uporabo senzorjev lahko le spodbudimo večjo natančnost in kvaliteto

izdelave: npr. moţno se je izogniti napakam in poškodbam, ki nastanejo med montaţo,

zaznavanje pravilnega poloţaja dela streţenja, povečanje zanesljivosti sistema odpravo napak

v kompleksnejši izdelavi.

Senzor je naprava, ki merjeno količino spreminja v električne signale. Nadomešča

človeško zmoţnost čutiti, zaznati. Uporaba senzorjev je v gradnji robotov nepogrešljiva, saj je

edino tako moţno dosegati učinkovitost in natančnost. Naloga senzorja je skrajno preprosta,

zaznati mora fizikalno spremembo nato fizikalno veličino pretvoriti v obliko signala, ki ga

lahko zajamemo z računalnikom. Signal, ki je posredovan računalniku je tako moţen edino v

digitalni obliki.

S senzorji kontroliramo poloţaj posameznih osi in prijemala ter spremljamo dogajanje v

okolici. Senzorji zagotavljajo vhodne signale krmilju, ki nato s pomočjo programa da ukaz

pogonom robota/prijemala. Njegov odziv bo v enaki okoliščini vedno enak. Z večanjem

števila senzorjev pripomoremo k »inteligentnosti« robota [17, 19].

Senzorje lahko tudi razvrstimo v dve večji podskupini [9, 17, 19]:

a. proprioceptivni senzorji, ki merijo notranja stanja robotskega mehanizma:

poloţaj,

hitrost in

navor v sklepih.

b. eksteroceptivni senzorji, ki krmilniku posredujejo informacije o okolici robota:

senzor sile,

taktilni senzorji,

senzorji bliţine,

senzornji oddaljenost in

robotski vid.

V robotiki nas zanimajo predvsem veličine poloţaj, hitrost, sila in navor. Lahko jih

imenujemo tudi senzorji gibanja. Omenjene veličine lahko zlahka pretvorimo v napetost, tok,

upornost, kapacitivnost in induktivnost. Glede na princip delovanja senzorja ločimo:

električni senzorji, ki fizikalno veličino pretvorijo neposredno v električno,

elektromagnetni senzorji, ki uporabljajo za pretvorbo magnetno polje in


- 29 -

optični senzorji, ki uporabljajo svetlobo kot medij za pretvorbo signalov.

Gibanje lahko merimo na dva načina glede na izvedbo sklepa, ki je lahko sestavljen samo iz

motorja ali pa iz motorja in reduktorja. Pri izvedbi samo z motorjem merimo vrtljaje ali zasuk

rotorja motorja. Z izvedbo motor in reduktor imamo dve rešitvi. Katero bomo izbrali, je

odvisno od zahtevnosti nalog in uporabljenega senzorja. Če merimo zasuk sklepa z motorjem

dobimo natančnejši podatek poloţaja sklepa; če merimo sklepa za reduktorjem se poslabša

kvaliteta podatka, zato ker napaka vstopi direktno v regulacijsko zanko. Napake nastanejo

pravzaprav zaradi vmesnega neupoštevanja prestavnega razmerja, ki lahko pripomore k višji

natančnosti. Primer kontaktnega senzorja je potenciometer.

Robotski vid je trenutno razvit do te mere, da je moţno uspešno pobirati z robotom

naključno leţeče predmete, ni pa še moţno pobirati vseh predmetov, npr. kot so vzmeti

oziroma takšnih predmetov, ki se hitro zapletejo med seboj.

4.3.5 Krmilje

Pomemben in odločilen del investicije pri nakupu robota predstavlja pravilno izbrano krmilje,

ki je odvisno od namena uporabe IR. Krmilje delimo na ročno in programsko. Ročno krmilje

pomeni, da manipulator nima nobene druge moţnosti samostojnega delovanja. V njihovo

delovanje neprestano posega človek, ki sprejema odločitve. Svoje odločitve spreminja v

signale, ki so nato posredovani naprej do pogonskih delov manipulatorja. Pogosto se

uporablja takšno krmilje v področju prenašanja predmetov, katerih delovna pot se neprestano

spreminja ali zaradi delovnega okolja ali zaradi druge končne lokacije. Opravljanje je

običajno izvedeno ţično, vse bolj pogosto pa brezţično. Primer takšnega krmiljenja je moč

videti v proizvodnih halah kjer se nahajajo dvigala za prenos kolutov pločevine ali pa dvigala

na tovornjakih [9, 17, 23].

Programsko vodeni manipulatorji imajo na spominskem nosilcu informacije o poti,

delovnem prostoru, moţnostih manipulacije izdelka ter zmoţnostih robota. Dalje jih ločimo

na moţnost online in offline programiranja [17].

ONLINE

Z online metodo smo vezani na manipulator, ki v tem času ne more opravljati dela. Lahko bi

rekli, da programiramo neposredno v robot. Ločimo tri moţne načine. Vodenje skozi program

ali ročno vodenje (lead through programming) je najstarejša metoda. Programiranje opravimo

tako, da robot vodimo z roko po določeni poti, pri tem pa robot posnema koordinate končnih

točk v določenih časovnih intervalih. Operater je zaradi tega vedno prisoten in lahko takoj

zmanjša moţnost trka prijemala ali orodja s polizdelkom, kar je prednost te metode. Vožnja


- 30 -

skozi program ali učenje (drive through programing) programer uporablja viseči krmilnik, ki

ga vodi po posamičnih osi ali pa simultano/istočasno po vseh oseh. Koordinate, ki jih

zavzame si jih zapomni kot končne točke ali pa si jih, podobno kot pri prejšnji metodi, na

določen časovni interval shranjuje. Bolj sofisticirana metoda je vstavljanjem koordinat

(coordinate entry) pri kateri v krmilje vstavljamo zapis vseh koordinat, za vsak gib posebej,

brez premikanja robota. Če se pojavijo kakršnakoli odstopanja ali pa ţelimo za malenkost

spremeniti določeno stvar je to najlaţja metoda izmed online metod

OFFLINE

Offline programiranje se izvaja za računalnikom, ločeno od delovnega področja robota. Torej

lahko opravimo to kjerkoli in končan program naloţimo v pomnilnik robota. Imamo tudi

moţnost simulacije dela. Po končani simulaciji napisanega programa, če se seveda ne zgodi

trk orodja ali robota, lahko program prenesemo v krmilje robota. Videna virtualna simulacija

v trenutku zagona izvajanja programa na obdelovalnem stroju postane realni svet. Obstajata

eksplicitni in implicitni jezik. Eksplicitni jezik je sestavljen iz enostavnih ukazov za gibanje in

ima enostaven logističen ukaz, pri implicitnem jeziku so ukazi dosti bolj kompleksni in

potreben je opis delovnega prostora.

4.4 Koristni tovor, ponovljivost in natančnost

Koristni tovor, ponovljivost in natančnost [17] so trije glavni podatki, ki jih je reba zahtevati

pred investicijo v robot, saj določajo specifične lastnosti robota. Sem štejemo kolikšno teţo

lahko prenaša robot, kolikokrat lahko določeno operacijo ponovi in s kakšno stopnjo

natančnosti lahko izvaja operacije.

Koristni tovor je tovor, ki ga lahko robot prenaša na koncu svoje roke. Ponavadi med

lastnostmi robota nikoli ni vključeno prijemalo. Vedno je treba tako spremljati koristno teţo

glede na to, če je ţe vključeno prijemalo in zapestje ter največja teţa komponent s katerimi

lahko opravlja operacije. Nekateri roboti, predvideni za montaţo, vsebujejo ţe v podatku

koristne teţe tovora tudi prijemalo. Podatek, ki ga dobimo pove kolikšna je največja

dovoljena teţa tovora ter samo izključno teţa tovora.

Ponovljivost in natančnost operacije robota predstavlja podatek, ki nam pove razmerje

med natančnostjo robota in številom ponovitev operacij, ki jih robot izvede. Čas opravljene

naloge je v primerjavi z avtomatiziranim procesom in delavcem lahko počasnejša, vendar se

zaradi neutrudljivosti robota investicija vendarle povrne. Podatek o natančnosti robota je


- 31 -

pomemben samo pri offline programiranju. Pri online programiranju se natančnost ne

uporablja, saj lahko privzamemo, da je neposredno za dogajanje zadolţen »programer«, ki

nadomešča računalniški del zaznavanja - senzorje. Pri offline programiranju pa obvezno

upoštevamo natančnost robota.

4.5 Prostostne stopnje robotov

Pojem prostostne stopnje ţelimo najprej spoznati na primeru infinitezimalno majhnega

masnega delca. Tedaj je število prostostnih stopenj definirano kot število neodvisnih

koordinat (brez časa), ki so potrebne za popoln opis poloţaja masnega delca. Delec, ki se

giblje po premici (neskončno majhna kroglica na ţici), je sistem z eno stopnjo prostosti.

Nihalo s togo pritrditvijo, ki se giblje v ravnini, je prav tako sistem z eno prostostno stopnjo

(slika 4.9). V prvem primeru opišemo poloţaj delca z razdaljo, v drugem pa s kotom zasuka.

Slika 4.9: Primera sistemov z eno prostostno stopnjo [3]

Masni delec, ki se giblje v ravnini, ima dve prostostni stopnji (slika 4.10). poloţaj delca

lahko opišemo s kartezičnima koordinatama x in y. Dvojno nihalo s togima segmentoma, ki

niha v ravnini, je tudi sistem z dvema prostostnima stopnjama. Poloţaj masnega delca

opišemo z dvema kotoma. Masni delec, ki se giblje v prostoru, ima tri prostostne stopnje.

Običajno za njegov opis uporabimo pravokotne koordinate x, y in z. Primer preprostega

mehanskega sistema s tremi prostostnimi stopnjami je tudi dvojno nihalo, kjer je prvi segment

raztegljiva vzmet, medtem ko drugi segment predstavlja toga palica. Tudi sedaj nihalo niha v

ravnini.


- 32 -

Slika 4.10: Primeri sistemov z dvema levo in s tremi prostostnimi stopnjami desno [3]

V nadaljevanju si oglejmo prostostne stopnje togega telesa (slika 4.11). Najpreprostejše

togo telo je sestavljeno iz treh masnih delcev. Spoznali smo ţe, da ima en sam masni delec tri

stopnje prostosti. Opišemo jih s pravokotnimi koordinatami x, y in z. Gibanje vzdolţ premice

imenujemo translacija. Sedaj pa dodajmo prvemu masnemu delcu še en masni delec, ki naj

ima konstantno razdaljo do prvega. Drugi masni delec potuje lahko le po površini krogle

okrog prvega. Njegov poloţaj lahko opišemo z dvema kroţnicama, ki nas spomnita na

vzporednike in poldnevnike pri globusu. Gibanje po kroţnici imenujemo rotacija. Tretji masni

delec dodamo tako, da ima enako konstantno razdaljo do prvih dveh. Na ta način tretji masni

delec opisuje kroţnico, nekakšen ekvator, okrog prvih dveh delcev. Spoznali smo, da ima

togo telo 6 prostostnih stopenj: tri translacije in tri rotacije. Prve tri določajo pozicijo telesa,

druge tri pa njegovo orientacijo. Pozicijo in orientacijo bomo z eno besedo poimenovali lega

togega telesa. [3]

Slika 4.11: Prostostne stopnje togega telesa [3]


- 33 -

4.6 Najpogostejša montažna opravila industrijskih robotov

Montaţne operacije smo razdelili na primarne in sekundarne. Tukaj se bomo opredelili le na

tiste, ki so najpogostejše pri IR za montaţo. Opravila lahko razdelimo v dve skupini, v prvo,

kjer IR izvaja direktno montaţo in v drugo, kjer IR uporabljamo za pomoč ostalim

obdelovalnim strojem [20].

V drugo skupino spadajo opravila:

vijačenja, premeri glav vijakov večji kot 6mm, kjer so zahtevane tudi matice,

kovičenje, večjih zakovic (pnevmatsko kovičenje),

zahtevnejše spajkanje in varjenje,

vbrizgavanje plastike/kovine pri katerem se ustvari en del izdelka

varjenje pod vplivom trenja, kjer se en del vrti in drugi je statično vpet v stroj in

ultrazvočno varjenje, ki povzroči spojitev materialov na osnovi zvočnega valovanja.

Opravila med katera je IR direktno vpleten so:

lepljenje in tesnjenje s tesnilnimi masami, kjer se pojavlja vedno več moţnih

materialov za uporabo,

vijačenje vijakov, ki so ponavadi manjši od 6mm premera in so preteţno samorezni ali

pa imajo ţe vnaprej pripravljene luknje,

stiskanje, deformacija enega materiala v utor ali pa medsebojna spojitev, potrebne so

velike sile zato so potrebna posebna prijemala,

zatikanje v utor, je opravljeno z določeno silo dokler se ne zasliši pok, kar pomeni da

je jeziček zapet v utor, po elastični deformaciji enega ali obeh delov

varjenje, ki je največkrat točkovno in

šivanje.

Varjenje se obravnava kot eno izmed najbolj zapletenih opravil, saj je treba vsak zvar

kontrolirati. Za to so potrebni posebni senzorji, ki nam zagotavljajo potrebno zahtevano

kvaliteto zvarov. Nekatera opravila še navkljub temu, da jih je moţno opravljati z robotom,

ostajajo ročna, a kljub temu se pri nekaterih opravilih vztraja, da ostajajo še naprej

robotizirana. Predvsem izstopajo lepljenje delov, varjenje na pištolo, ultrazvočno varjenje,

avtomatsko privijanje in zatikanje ali vstavljanje delov.


- 34 -

4.7 Programi za simulacijo robotov

Simulacija predstavlja programsko rešitev, namenjeno izdelavi dinamičnega računalniškega

oziroma digitalnega modela zapletenega sistema, pridobivanju podatkov o njegovem

dinamičnem obnašanju in optimizaciji njegovega delovanja. Digitalni model omogoča

uporabniku izvajanje poskusov in scenarijev »kaj-če«, ne da bi pri tem posegal v delovanje

dejanskega sistema oziroma na stopnji načrtovanja novega.

Obstaja kar nekaj programov za simulacijo. Mednje sodijo MotoSim, Fanuc Arctool and

PaintTool, Grasp2000, SolidWorks z RobotWorks itd. Opisali bomo osnovne lastnosti

programske opreme, ki jo ponuja podjetje Visual Components.

4.7.1 Visual Components [30]

Podjetje se je specializiralo izključno za simulacije 3D-izdelave proizvodnih linij. Z njihovimi

programi je moţno simulirati ali samo eno delovno mesto ali pa celotni delovni proces.

3DRealize programski paket omogoča hitro ustvarjanje simulacij s tem da ţe vsebuje

določene knjiţnice moţne strojne opreme. Različne postavitve in opremo je moţno tako

enostavno testirati, in s tem nam je omogočeno zlahka najti najbolj primerno rešitev.

Omogoča »drag and drop« (povleci in spusti) opreme na ţeleno mesto, »plug and play«

(priključi in zaţeni) simulacije gotovih komponent. Vse postavitve je moţno hitro spremeniti

in prilagoditi, prav tako lahko vključimo svojo obstoječo proizvodnjo linijo. Koristnost takih

programov je zanimiva predvsem za projektne inţenirje, proizvodne managerje in prodajno

osebje, ki lahko določen robot ali določen del proizvodne linije vizualno praktično predstavi.

S tem se izognemo marsikateremu obotavljanju glede lastnosti delovanja stroja.

3DRealize R je podoben program vendar izključno namenjen modeliranju robotskih

procesov. Simulira gibanja v robotizirani celici s prijemali in ostalimi obdelovalnimi stroji.

Prav tako nam omogoča hitro primerjavo med različnimi postavitvami, izboru opreme, z

vpletenim osebjem, dobavitelji in kupci.

3DSimulate je programska oprema, ki vsebuje velik nabor vizualnih orodij in

proizvodnih strojev. Je program za simulacijo statistične analize proizvodnih sistemov in

strojev.

3DCreate je najbolj sofisticirana oblika programskega paketa za digitalno repliko

proizvodne opreme. Vključuje vse prej našteta programska orodja, ob tem pa ponuja 3D-CAD

simulacije in simulacije popolne tovarne.


- 35 -

4.7.2 Flexsim Simulation Software [31]

Podjetje Flexsim ponuja s svojimi simulacijami (slika 4.12) moţnost vizualizacije obstoječih

proizvodnih procesov, ki jih imamo v podjetju ali pa omogoči izgradnjo novih virtualnih

proizvodnih procesov na osnovi knjiţnic strojev.

Slika 4.12: Virtualni prikaz proizvodnega procesa [31]


- 36 -

5 INOVATIVNO NAČRTOVANJE IZDELKOV ZA MONTAŽO

5.1 Načrtovanje izdelkov nekoč in danes

Do nedavnega so pri izdelavi bili v ospredju predvsem funkcionalnost, izgled in zanesljivost

izdelkov, mnogo manj pa enostavnost in njegove sestave. Ta pristop se imenuje »over the

wall« ali »mi oblikujemo, vi napravite«. Slika 5.1 prikazuje pomanjkljivo načrtovanje

izdelkov, ki povsem izključuje montaţni vidik izdelave.

Slika 5.1: Princip dela po načelu »over the wall« [5]

Takšen pristop predstavlja resen problem, saj montaţa in strega zajemata še vedno velik del

časa pri izdelavi izdelka. S premišljenim oblikovanjem izdelkov, se je skrajšalo tudi popravilo

slučajno pokvarjenih delov. Predvsem pa je potrebno misliti na inovativno načrtovanje

izdelkov za ročno montaţo kot tudi za avtomatizirano.

Pri oblikovanju izdelkov se je nekdaj posvečalo manj pozornosti. Dandanes pa se temu

posveča vedno več energije, imenuje se DFA ali ang. Design For Assembly. Torej pri

načrtovanju izdelkov se je in se prizadeva, da bo oblikovan končni izdelek zadovoljil potrebe

morebitnega kupca ali uporabnika, ob tem pa je vedno potrebno upoštevati in biti pozoren, da

se pri sami izdelavi porabi minimalno energije in surovin. Slednje doseţemo s čim

enostavnejšo strego in montaţo izdelka. Zagotoviti moramo zanesljivo proizvodnjo,

minimalni vpliv izdelka na okolje, najniţje proizvodne stroške ob minimalnem času izdelave


- 37 -

in konstantno visoko kakovost izdelkov. Pomen oblikovanja izdelkov se je povečal predvsem

pri prestopu iz ročne proizvodnje na avtomatizirano, avtomatizirano strego, avtomatizirano

montaţo, racionalnejšo demontaţo in ostale proizvodne procese.

Med razvojno-konstrukcijskim procesom se oblikujejo izdelki za strego in montaţo, ki

upoštevajo pri izvedbi izdelkov posamezne procese, izdelave, montaţe, logistike, prodaje in

uporabe ter oskrbe. Na kratko lahko povzamemo, da z oblikovanjem izdelkov za strego in

montaţo doseţemo gospodarsko avtomatizacijo, maksimalno izkoriščanje delovnih strojev,

zaradi montaţe izdelkov v različnih variantah, povečamo produktivnost in minimiziramo čas

montaţe. Pri tem tudi omogočimo uporabo enostavnejših, zanesljivejših, cenejših in

povečamo zanesljivost ter dosegljivosti montaţnih kot streţnih sistemov.

Ob tem je treba upoštevati kriterije uspešnega in dobrega oblikovanja izdelkov in sestavnih

delov ţe v samem začetku razvoja idejnih rešitev in zasnov. V nadaljnjem razvoju izdelka

pridejo v poštev le variante, ki izpolnjujejo postavljene kriterije skupine strokovnjakov za

vrednotenje konstrukcije. Med te strokovnjake pri oblikovanju za strego in montaţo štejemo

tehnologe za montaţo, načrtovalce montaţnih naprav in streţnih naprav ter strokovnjake za

strego in logistiko. Tesna povezanost različnih strokovnih delovnih skupin omogoči, da

izdelek deluje znotraj ekonomskih in tehničnih kriterijev, brez dodatnih in nepotrebnih

sprememb, ko je izdelek ţe v fazi proizvodnje. Na takšen način je izdelek ţe oblikovan in

optimiran, da dosega optimalno izdelavo, zanesljivost in vzdrţljivost sistema ter minimalne

stroške izdelave. Zelo pomembno je tudi, da se pri razvoju pravilno tolmačijo zahteve

naročnika in da se obvezno vključi uporaba različnih orodij (CAE, CAD, CAM&CASE, itd.)

in simulacije proizvodnih procesov.

5.2 Smernice za inovativno načrtovanje izdelkov za montažo

Vse smernice so povzete in prirejene po [2].

5.2.1 Smernice za poenostavitev procesa strege in montaže

V procesu razvoja se v fazi oblikovanja izdelka uporabljajo znanja strokovnih delovnih

skupin, ki so si jih pridobili s svojim delom - izkušnje ali pa si pri delu pomagajo z različnimi

smernicami (Preglednica 5.1). Smernice za oblikovanje izdelkov so napotki oziroma predlogi

zbrani s pomočjo strokovnjakov za oblikovanje. Shranjeni in urejeni so v knjigah ali v

računalniških bazah. Primer takšne knjige je Stefan Hesse, Montage-Atlas; Montage- und


- 38 -

automatisierungsgerecht konstruieren, [8]. V priročniku je 60 smernic ali pravil (nem. Regel

vir), ki so našteta in opisana. Ločijo se na načrtovanje za posamezne dele – 24 smernic,

načrtovanje sklopov – 18 smernic in načrtovanje izdelkov – 16 smernic.

Pri oblikovanju izdelkov za strego in montaţo v fazi razvoja uporabljamo smernice, ki so

sestavljene iz pravil katera so običajno zapisana v dokumentacijo in katalogov primerov, ki

slikovno prikazujejo dobre in slabe rešitve. Smernice, ki se uporabljajo pri oblikovanju lahko

razdelimo na več skupin:

prva skupina smernic je povezana s poenostavitvami izdelka in procesov proizvodnje,

kontrole ter povečanja kakovosti izdelka.

druga skupina smernic predstavlja povezanosti med izboljšanjem organiziranosti

procesa montaţe in strege.

med posebno skupino smernic štejemo smernice, ki se uporabljajo pri oblikovanje

določene skupine izdelkov ali vrsti montaţnih sistemov. Na podlagi tega so nastale

smernice, ki se uporabljajo za tiskanja vezja, pri robotiziranju oz fleksibilni montaţi.

V preglednici 5.1 imamo prikazano razporeditev smernic za poenostavljeno strego in

montaţe.

Preglednica 5.1: Poudarki v smernicah [2]

Smernice usmeritve za poenostavitev strege in montaže

Montažni proces Proces strege

Izogibanje montažnim operacijam Izogibanje streţnim operacijam

Izbiro primernih zvez in določitev operacij

sestavljanja

Poenostavitev strege pred montaţo in po njej

Neprimernost procesov in izogibanje

neprimernih postopkov za izdelke

Izboljšanje strege v procesu montaţe

Stroški procesa v primerjavi s ceno izdelka Primernost za skladiščenje in transport

Poznavanje obstoječih in novih tehnologij Oblikovanje za pozicioniranje in vpenjanje

Oblikovanje baznega dela

Izbiranje ustreznih materialov za izbrane

postopke sestavljanja


- 39 -

Zmanjšanje števila sestavnih delov

Konstrukcija izdelka se lahko poenostavi tako, da se zmanjša število sestavnih delov oziroma

z zdruţevanjem sestavnih delov v en sestavni del. Pri tem se zmanjša tudi število montaţnih

in streţnih operacij ter naprav. Dobra lastnost tega je tudi, da se s tem povečuje zanesljivost in

razpoloţljivost izdelkov. Zmanjšanje števila sestavnih delov vpliva posledično na zmanjšanje

napak in zastojev montaţnih sistemov, stroške skladiščenja rezervnih delov. Seveda ob tem

postane avtomatizacija enostavnejša in cenejša, pri avtomatizirani proizvodnje je tako

potrebno manj urejanja in dodajanja montaţnih in streţnih operacij.

Kot konstruktor ne moremo vedno pri vsakem izdelku poenostaviti konstrukcije izdelka. Pri

tem moramo biti zelo pazljivi in upoštevati določena dejstva in pravila. Pri vsakem koraku

poenostavitve se moramo vprašati ali je moţno sestavni del odpraviti ali pa lahko njegovo

funkcijo delovanja prevzame drug sestavni del. Dejstva, ki jih moramo upoštevati so

naslednja:

ali se dva dela, ki se stikata med seboj premikata?

ali morata biti iz različnega materiala?

ali morata biti dva dela ločena zaradi demontaţe?

Pri oceni primernosti konstrukcije izdelka moramo ovrednotiti stroške izdelave sestavnih

delov kot tudi stroške montaţe.

Standardizacija sestavnih delov in materialov

Standardizacija sestavnih delov in materialov omogoča uporabo enakih streţnih in montaţnih

enot ter zmanjšuje število rezervnih delov in enot. Pri tem omogoča boljše optimiranje

procesov in cenejšo izdelavo sestavnih delov. Seveda se s tem tudi zmanjšajo stroški, ki so

povezani s skladiščenjem enakih sestavih delov in odvisnost od dobaviteljev, hkrati pa se

zagotavlja preverjene materiale za boljšo kakovost.

Izbira zvez za montažo

Pri izbiri zvez za montaţo je treba upoštevati naslednje lastnosti zvez: razstavljivost, videz,

zanesljivost, trdnost, stroški montaţe, uporabnost za avtomatizacijo, moţnost vizualne

kontrole pri montaţi in primerljivost uporabe za velike in majhne izdelke.

Izbor ustreznosti in števila smeri sestavljanja

Če je le mogoče, se naj sestavlja samo v eni smeri in to v navpični. Pri tem naj bodo gibi

enostavni in samo v eni osi.

Dostopnost mesta montaže

Treba je omogočiti dostop do montaţnega mesta. To velja za avtomatizirano in ročno

montaţo.


- 40 -

Poenostavitev strežnih operacij

Integrirani sestavni deli potrebujejo dodajanje in urejanje, zato je treba teţiti k

poenostavitvam in izogibanju streţnih operacij. Slednje je mogoče doseči tako, da uvajamo

material v trakovih ali z izdelavo na samem mestu montaţe, s poenostavitvijo streţih operacij,

s poudarjanjem asimetrije, z oblikovanjem baznega dela, s preprečevanjem zatikanja,

obešanja in grmadenja ter z lajšanjem vstavljanja delov z enostavnimi gibi in vodilnimi

ploskvami.

Oblikovanje baznega dela in podsestavov

Eden izmed sestavnih delov ali podsestavov izdelka je bazni sestavni del ali podsestav, na

katerega dodajamo oziroma dograjujemo drugi sestavni deli in podsestavi oz. dodajamo

material. Imeti mora ustrezne pozicionirne in vpenjalne ploskve, veliko stičnih mest z drugimi

sestavnimi deli. Ponavadi je največji in dovolj tog, da se lahko nanj dodajajo sestavni deli, če

je le mogoče v eni smeri. V procesu montaţe se bazni del prvi doda na montaţni sistem in

neposredno vpliva na transportni sistem oziroma pozicionirne naprave.

Podsestave izdelujemo prostorsko in časovno ločeno od končne montaţe. Podsestav mora

vsebovati naslednje lastnosti:

sposobnost skladiščenja, urejanja in grmadenja,

prilagoditve na prenosni sistem,

sposobnost popravljanja,

moţnost kontrole funkcije in kakovosti,

ponavljivost,

moţnost avtomatizacije montaţe podsestava in izdelka,

zmogljivost zmanjševanja stroškov s predmontaţo variatno specifičnih podsestavov in

moţnost servisiranja brez demontaţe ostalih delov.

Preprečevanje ukrivljanja in raztega sestavnih delov

Sestavljeni deli, ki se ukrivljajo ali so elastični povzročajo velike teţave pri avtomatiziranem

urejanju in jih ni mogoče enostavno grmaditi ter vstavljati.

5.2.2 Smernice za enostavno zagotavljanje kakovosti izdelka

Smernice za enostavno zagotavljanje kakovosti izdelka so smernice za izogibanje

nepotrebnim zahtevam po tolerancah in preveliki kakovosti obdelavi površine, smernice

oblikovanja za enostavno kontrolo izvedenih montaţnih operacij in smernice za oblikovanje

funkcionalne podsklope z moţnostjo kontrole delovanja in karakteristik.


- 41 -

Izogibanje nepotrebnim zahtevam po premajhni toleranci in preveliki kakovosti obdelave

površine

Najbolj pomembno je, da se izogibamo tolerancam, ki jih izdelovalni procesi ne morejo

zagotoviti in tolerancam pri več povezanih sestavnih delih. Potrebno je navajati samo mere za

kontrolo, ki so pomembne za kakovost izdelka in njegove funkcije. Dodatne stroške obdelave

povzročajo nepotrebne in neustrezne obdelave izdelkov. Pri tem je pomembno, da se vse

meritve, ki se bodo izvajale, predvidene ţe vnaprej.

Oblikovanja za enostavno kontrolo izvedenih montažnih operacij

Sestavne deli morajo biti oblikovani na takšen način, da je montaţa mogoča samo na en način.

To doseţemo s simetrijo ter poudarjeno asimetrijo. Še posebno to velja za ročno montaţo

(neposredno merjenje momentov in sil pri montaţi).

Oblikovanje funkcionalnih podsklopov z možnostjo kontrole delovanja in karakteristik

V končni izdelek se vgradijo samo dobri podsestavi.

5.2.3 Smernice za izboljšanje organiziranosti montaže

Za izboljšanje organiziranosti montaţe se uporabljajo smernice za integracijo sestavnih delov,

za strukturiranje izdelka in za uporabo modulne gradnje izdelkov.

Integracija sestavnih delov

Z integracijo sestavnih delov so montaţni sistemi enostavnejši. Takšni montaţni sistemi imajo

manj montaţnih enot, manj ročnih montaţnih mest ter manjše število zalogovnikov. Seveda

so bolj zanesljivi in imajo večjo razpoloţljivost montaţnih sistemov.

Strukturirani izdelek, ki omogoča razdelitev montaže v predmontažo in končno montažo

S tem je omogočena avtomatizacija montaţe podsestavov, variantnost izdelkov, izdelava pri

zunanjih dobaviteljev. Vplivamo na stroške montaţe, ki se zniţujejo in na niţji izmet. Ni treba

uporabiti kompleksnejše montaţne sisteme, dobimo pa tudi večjo zanesljivost posameznih

montaţnih podsistemov.

Uporaba modulne gradnje izdelkov

Za module se uporabljajo enake tehnologije montaţe in kontrole. Montaţni sistemi so

podobno ali enako grajeni, kar povečuje zanesljivost izdelave izdelka.

5.2.4 Smernice za montažo variantnih izdelkov

Izogibamo se variantam sestavnih delov


- 42 -

Če je le mogoče, uporabimo čim manj različnih sestavnih delov za sestavo čim več moţnih

variant končnega izdelka. Pri novih izdelkih se je treba izogibati nepotrebnih sprememb, in če

je le mogoče, tudi variantam končnega izdelka.

Izdelava dobrega pregleda posameznih variant

Pri pregledu posameznih variant je treba ugotoviti v čem se razlikujejo posamezne variante in

katere so njihove skupne značilnosti (dimenzija, oblika, funkcija, površina, itd.). Pri tem je

treba tudi ugotoviti ali so vse razlike nujno potrebne.

Zgrajenost izdelkov po standardih modulov

Izdelki naj bodo zgrajeni iz modulov, če je le moţno iz standardnih.. Fleksibilna montaţa

mora omogočiti ekonomsko upravičenost montaţe modulov, standardizacijo priključnih mer,

povezav ter zdruţljivost starih in novih modulov.

Enaka struktura pri različnih variantah

Izvedbo montaţe narekuje struktura izdelka. Pri sestavljanju izdelka moramo biti pozorni da

je struktura linijska ali razvejena. Strukturo izdelka je treba izdelati na takšen način, da bo

potrebnih čim manj montaţnih smeri ali transportnih poti in da je omogočena montaţa na

transportnem sistemu.

Uvedba variant v montaži

Če je le mogoče uvedemo variante v končni montaţi, saj se s tem izognemo spremembam v

podmontaţi.

Izogibati variantam baznega dela in podsestavov

Če je le moţno, uporabimo tiste bazne dele, ki imajo enake pozicionirne ploskve, zato da za

vse variante uporabimo ista montaţna gnezda in palete ter transportne trakove.

Kontrola modulov in podsestavov

Omogočimo kontrolo modulov in podsestavov pred končno montaţo.

5.2.5 Smernice za avtomatizirano montažo

Avtomatizirana montaţa dovoljuje manj fleksibilnosti kot ročna montaţa, zato se pri

oblikovanju koristijo predvsem smernice, ki vodijo k oblikovanju izdelka, primernega za

avtomatizirano strego. Pri oblikovanju se predvsem poudarjajo lastnosti izdelka, ki dopuščajo

kratke montaţne cikle, med njimi dobre urejevalne lastnosti in zanesljivost.

Smernice za robotizirano montaţo vključujejo pravila za takšno oblikovaje, ki ne zahteva

veliko različnih prijemal. Te smernice preprečujejo, da se prijemala oziroma orodja menjavajo

med montaţo. Montaţo v eni smeri imenujemo sendvič konstrukcija. Potrebno je uporabljati


- 43 -

čim več enakih sestavnih ali standardnih sestavnih delov, saj se s tem izognemo zamenjavi

prijemal in velikemu število urejevalnikov in palet.

Za montaţo na linijskih in kroţnih avtomatih ter v robotiziranih celicah naj bo struktura

izdelka večnivojska, linijska ali dvonivojska, ker razvejena struktura zahteva delitev montaţe

na več montaţnih avtomatov ali montaţnih celic.

5.3 Metode ocenjevanja primernosti načrtovanih izdelkov za montažo

Izdelek, ki smo ga razvili z upoštevanjem smernic za oblikovanje, je potrebno še ovrednotiti

ali je ţe primeren za proizvodnjo ali pa ga je treba še spremeniti oziroma dodelati. Za ta korak

v razvoju izdelka so bile razvite različne metode, ki se uporabljajo za vrednotenje proizvodnje

izdelka. Metode uporabljamo predvsem v velikih podjetjih ali bolj splošno v industrijsko

razvitih območjih. Za oceno primernosti lahko uporabimo različne metode, ki nam povedo kaj

in kako spremeniti oziroma kako izboljšati izdelek pri ponovni konstrukciji izdelka. Če je

rezultat ovrednotenja slab, nas metoda spodbudi k spremembi izdelka, kar pomeni nove,

inovativne rešitve.

Metoda FMEA - Failure Modes and Effects Analysis, je metoda v procesu razvoja

izdelka in načrtovanju operacij, ki analizira moţne napake na osnovi ţe pridobljenih izkušenj.

S tem omogočimo načrtovalcem novih izdelkov izredno poenostavljeno moţnost skrajšanja

časa in zmanjšanja stroškov izdelave. Metoda ne vodi k izboljšanju izdelka, pove nam le kaj

je narobe in ali so izdelki primerni. Prav tako predstavlja drag način učenja, saj je treba

izredno dosti dokumentirati, napake pa se lahko ponavljajo [20, 33].

DFMA® - Design for machine-ability and assembly, se deli na oblikovanje za izdelavo

in oblikovanje za montaţo. V prvem koraku določimo način montaţe (ročna ali

avtomatizirana) in glede na to izdelamo analizo primernosti. V drugem koraku se izdela nova

konstrukcija, ki se ponovno analizira. V proizvodnji je bila to prva metoda, ki so jo začeli

uporabljati. Omogočala je skrajšanje časov razvoja novih izdelkov, montaţe, prihod na trg in

stroškov. Na osnovi te metode so razvili tudi računalniško programsko opremo poimenovano

DFMA® Software, ki je sestavljena iz dveh delov; DFM- Design For Manufacturing in DFA

– Design For Assembly. DFM omogoča hitro oceno stroškov proizvodnje izdelka in vključuje

analizo »what if« za druge alternativne postopke. DFA se uporablja za zmanjševanje

kompleksnosti izdelka, predvsem v zgodnjih fazah načrtovanja izdelka, saj se lahko prihrani


- 44 -

vse do 85% izdelovalnih stroškov. Na sliki 5.2 je prikazan potek analize za oceno primernosti

izdelka. Pri ocenjevanju izdelkov je smiselno slediti določenim korakom, saj nas privedejo do

ţelenega izdelka. Prvi korak te analize se začne z analizo funkcije izdelka, naslednji korak je

analiza moţnosti izdelave sestavnih delov in nato še analiza strege oziroma montaţe. Vsaka

odločitev je tesno povezana s spremembami konstrukcije izdelka in popravkov pri opredelitvi

zahtev za razvoj izdelka.

Slika 5.2: Postopek ocenjevanja primernosti izdelka [2]

Metoda AEM – Assembly Evaluation Method (slika 5.3), je prav tako kvantitetna ocena

stopnje zapletenosti in ocenjevanja stroškov montaţe, ki so jo razvili Boothroyd-Dewhurst

(ZDA), Lucas (VB) in Hitachi (Japonska). Vse tri lahko obravnavajo ročno montaţo, metodi

Lucas in Boothroyd-Dewhurst pa lahko analizirata tudi avtomatizirano montaţo. Metoda

zmanjšuje število sestavnih delov. Analiza temelji na diagramu poteka zaporedja montaţnih

operacij in razdelitve sestavnih delov na primarne in sekundarne funkcije, ob tem pa vključuje

stroškovno učinkovitost izbrane strege in montaţe.


- 45 -

Slika 5.3: Postopek AEM [20]

Metoda sistematičnega pristopa k načrtovanju izdelkov za montaţo (A systematic

approach to design for assembly) ima osnovno načelo: en gib za en sestavni del. Operacije

ocenjujemo po zaţelenosti: manj zaţelena je niţje ocenjena kot zaţeljena. Indeks

sestavljivosti je izračunan na osnovi seštevkov vseh delov izdelka, s tem ocenimo primernost

izdelka za avtomatizirano montaţo z razmerjem stroškov montaţe.

DFAA (Design for automated assembly) je metoda, ki je bila razvita na osnovi drugih

metod, vendar je glavni del privzet iz metode DFA. DFAA metoda je zelo kompleksna in

podrobna, uporablja se v zgodni fazi razvoja izdelka, celo pred izdelavo prototipa. Usmerimo

se lahko v celotni izdelek ali pa samo v modul ali pa posamezni sestavni del. Analiziramo

izključno predvidene montaţne operacije, teţavnost izvajanja in celotni stroški. Najboljšo

varianto izdelka izberemo na osnovi višine stroškov [20, 33].

5.4 Inovativno oblikovanje izdelkov za montažo z roboti

Smernice, ki smo jih ţe prej omenili so določene kot vodilo oziroma dober napotek kako

obravnavati izdelek pred montaţo ali pred izdelavo prototipa. Določanje in ocenjevanje prave

oblike izdelka opravimo po metodah, a vendar obstaja še manjša razlika pri montaţi z roboti.

Vključevanje robotov v proizvodne procese je smiselno samo takrat, ko imamo ţe

avtomatizirano strego, tako sta ta dva pojma medsebojno odvisna s pravilom, »v koliko je del

izdelka moţno streči avtomatsko, potem je skoraj vedno moţna tudi avtomatska montaţa«.

Slediti moramo izključno smernicam za avtomatiziran proizvodni proces. Smernice

(guidelines) ali pravila (rules) katerim moramo slediti pri načrtovanju izdelkov so:

Čim bolj moramo zmanjšati število delov izdelka, s tem se zmanjšajo stroški izdelave

in gibi robota, kar nam podaljša delovno dobo robota.


- 46 -

Zagotoviti moramo, da ima izdelek osnovni del na katerega lahko zgradimo/sestavimo

ostale dele.

Zagotoviti moramo površino izdelka, ki je v horizontalni legi najbolj primerna za

čvrsto pritrditev, delno pritrjenih delov ali delov, ki jih je treba pridrţati med

procesom montaţe ne sme biti.

Zagotoviti moramo takšno obliko izdelkov, da ne potrebujemo novih prijemal, saj se

ogromno časa izgublja pri menjevanju orodja med montaţnim ciklom robota.

V kolikor je moţno zagotovimo plastno gradnjo izdelka.

Dele izdelka moramo oblikovati predvsem tako, da se ne zapletajo med seboj, da se ne

preoblikujejo, da niso lomljivi, da se ne poškodujejo v streţnih napravah, da niso

magnetni ali lepljivi, da niso grobi ali abrazivni ali pa so prelahki tako, da bi lahko

povzročali probleme pri stregi.

Dele izdelkov poskušamo oblikovati tako, da nimajo ostrih robov ampak zaobljene

oziroma imajo posnete ostre robove, saj s tem doseţemo delno vodljivost delov.

Če uporabimo avtomatizirano strego, moramo zagotoviti izredno enostavno orientacijo

ob uporabi enostavnih orodij, tako da ni potrebna kasnejša dodatna manipulacija z

izdelki, v kolikor ne uporabljamo robotskega vida za prepoznavanja orientacije delov.

Izogibamo se kakršnemu koli vrtenju ali premeščanju delno sestavljenega izdelka.

Takšna operacija je izguba časa, saj med tem časom v izdelek ni vloţenega dela.

Posledično se lahko zgodi, da bomo potrebovali večosnega robota.

Izogibati se moramo zahtevnim operacijam pritrjevanja, kot soprivijanje, spajkanje,

varjenje itd., predvsem tudi zaradi robotove omejitve ene rotacije zapestja.

Največ zahtev pri montaţi z robotom je vezanih predvsem na sistem robota za montaţo, ki ga

imamo. S tem je pogojeno tudi moţno število izdelkov in prostor montaţe. V kolikor smo

ugodili smernicam, pa ne smemo pozabiti na opremo, ki jo imamo. V kolikor bo oblika nova

in zahtevna, bo treba razviti novo prijemalo ali posebno streţno napravo, kar nam bo

podraţilo izdelek. Čas amortizacije je treba vedno zastaviti v roku izdelave enega izdelka.


- 47 -

6 ŠTUDIJ IZVEDENIH PRIMEROV IN STROŠKOVNI VIDIK

MONTAŽE Z ROBOTI

6.1 Zastopanost industrijskih robotov pri montaži

Industrijski robot je programabilen stroj v proizvodni/montaţni liniji, tako zasnovane linije

imenujemo fleksibilni montaţni sistemi. Sisteme lahko dalje delimo na tri izvedbe, in sicer

robotizirane montaţne celice, robotizirane montaţne linije in fleksibilne montaţne sisteme s

paletnim transportom [2].

Robotizirane montaţne celice vsebujejo enega do dva robota, ki usklajeno delujeta na

svojem delovnem prostoru. Okoli robotskih rok so postavljene streţne naprave, ki dovajajo

dele. Prijemala na robotu so večinsko revolverska, kar pomeni, da eno prijemalo vsebuje več

orodij (največ do 12 orodij), ki se po potrebi samostojno zamenjujejo. Skupni čas montaţe je

od 20 s do 30 min.

Robotizirane linije uvedemo tam, kjer so zahteve po montaţi velike. Roboti so podobni

kot v prej omenjenih celicah, vendar opravljajo največ 6 opravil in njihovo medsebojno

delovanje je usklajeno. V linijo lahko poveţemo več deset robotskih celic, opremljenih z

enostavnimi prijemali ali pa tako kot prej z revolverskimi. Vsaka izmed celic opravlja le

enostavne montaţne operacije. Delovni takt je 3-60 s.

Fleksibilni montaţni sistemi s paletnim transportom so najpogosteje uporabljeni v

strojni in elektroindustriji. Najpogosteje jih gradimo modularno, kar nam omogoča postopen

prehod iz ročne montaţe v fleksibilno. Deli/izdelki potujejo po paletah, ki drsijo po vodilih od

ene postaje do druge in ob robotih je lahko vključena tudi ročna montaţa.

6.2 Najpogostejše izvedbe industrijskih robotov pri montaži po svetu

Zavedati se moramo, da lahko robota uporabljamo dalj časa kot marsikatero orodje v

proizvodnem procesu, predvsem zaradi moţnosti fleksibilnosti stroja, reprogramiranja. Roboti

pomagajo podjetjem v uveljavljanju inovacij, višji avtomatizaciji in konkurenčnem

tekmovanju. V Severni Ameriki se letno proda 12000 naročenih robotov, kar predstavlja novo


- 48 -

perspektivno vejo razvoja v strojništvu. Hitro povečanje števila robotov lahko pripišemo

njihovi zanesljivosti , cenovni ugodnosti in dobri prilagodljivosti raznim opravilom, ki jih ne

moremo opraviti z ročno ali pa mehanizirano montaţo. Prav tako določenih opravil človek

več ne more opraviti niti ročno, predvsem v elektronski in računalniški industriji, kjer se ţe

dalj časa uveljavlja mikromontaţa.

Obstajata dva načina pristopa do pojmovanja robotov. V ZDA se ţelijo bolj pribliţati

antropomorfnim lastnostim robota, medtem ko se na Japonskem roboti vključujejo v

proizvodne procese kot stroji.

Pri investiciji v IR moramo vedno biti pozorni na nekaj ključnih informacij o robotu. Te

informacije lahko zajamemo v naslednjih alinejah [20].

Pri vsakem robotu je najprej podana njegova primarna glavna naloga, ki je določena s

standardom. Opredeljene operacije so:

o montaţa in rokovanje z materialom,

o varjenje,

o obdelava materiala,

o razpršilno barvanje in zaščita površin,

o manipulacija orodij in

o nadzor nad izdelovalnim procesom.

Navesti je treba zunanji izvor moči, (električna, hidravlična, pnevmatična ali

kombinirana).

Navesti moramo skupno največjo porabo moči. Shematični prikaz mehanske strukture

robota.

Vsaka slika mora vsebovati vse vrisane prostostne stopnje in vrisan bazni koordinatni

sistem in sistem vmesnika,

Vsebovati sliko, ki predstavlja meje delovnega prostora.

Navesti omejitev gibanja posamičnih osi.

Navesti podatke o maksimalni obremenitvi (masa, navor, vztrajnostni moment in

potisk).

Maksimalno hitrost podajamo pri enakomernem gibanju in podatke o hitrosti

posamezne osi podajamo ob polni obremenitvi.

Podati moramo vrh manipulatorja in ločljivost gibanja posamezne osi.

Opis regulacijskega sistema in metod programiranja.


- 49 -

Primer 1:

Kot primer robotizirane linije (slika 6.1) lahko navedemo močno zastopano proizvodnjo

avtomobilskih karoserij. Montaţna opravila se izvajajo na več izdelkih/karoserijah istočasno.

Ta so npr. opravljanje celotnega varjenja v dveh sklopih robotov na isti streţni liniji. Pomik

karoserij se izvrši do tri karoserije. Takt operacije je dolg 26s. Podobno kot varjenje se

opravlja tudi lepljenje in tesnjenje stičnih mest pločevin.

Slika 6.1: Varjenje levo in lepljenje desno [19, 36]

Primer 2:

Kot primer KUKA Robots (slika 6.2): Robotska roka je pritrjena nad obdelovalni stroj

vbrizgavanja plastike. Obdelovalni stroj deluje avtomatsko in prav tako tudi strega materiala,

ki potuje v obliki malih plastičnih krogljic. Po stisku v utop in preoblikovanju s pomočjo

toplotne energije, se orodje odpre v horizontalni smeri tako daleč, da lahko doseţemo z

robotskim prijemalom obdelovanec. IR prime s večnamenskim prijemalom ob straneh

izdelano zasnovo avtomobilskega odbijača. Prijemalo ima 6 silikonskih naleţnih nastavkov,

ki se s pomočjo pnevmatike stisnejo ob odbijač, mehansko. Sledi iztikanje iz orodja in prenos

na delovni prostor, kjer je pripravljena na mizi kovinska podlaga v obliki odbijača. Po

namestitvi se prijemalo obrne za 90°, kjer se nahaja manjši brusilni sveder. S pomočjo hitro

vrtečega svedra odreţe IR odvečne plastične dele pri katerih je bila vbrizgana plastika.

Oblikujejo se nastavki za okrasne letve in luknje za vstavljanje pomoţnih luči (vzvratna bela

luč, rdeča meglenka). Po končanem postopku se prijemalo ponovno zasuče nazaj za

90°stopinj in poloţi izdelan odbijač v streţno linijo, kjer se nadaljuje pot v barvanje. Pri

odlitkih, kot npr. pri aluminiju se uporablja robotski vid za preverjanje kvalitete izdelka.


- 50 -

Slika 6.2: Robotska roka z večnamenskim prijemalom [37]

Primer 3:

Šivanje, je bolj ali manj redek pojav v industriji, v kolikor pa ţe, se izvaja ročno. Kljub

temu obstaja oziroma je omogočeno s pomočjo izredno sofisticiranih prijemal. Ta prijemala

(slika 6.3) morajo najprej omogočati različni način šivanja in ob pretrganju niti poskrbeti za

ponovno napeljevanje ter za zamenjavo kolutov niti itd. Po razrezu blaga se blago vstavi na

obdelovalno mizo. Na vsakem koncu mize se nahajajo vpetja za blago, ki ga takoj po

pozicioniranju tudi vpnejo. V mizi je skrit kovinski jeziček, ki potisne blago navzgor, nad tem

jezičkom se nahajajo drugo vpetje, ki po odstranitvi jezička ustvari gubo. Guba je preloţeno

blago. Sofisticirano prijemalo prične s šivanjem. Po zaključenem šivanju se šiv zaključi.

Prijemala so izključno pnevmatska saj edino tako lahko zagotavljajo visoko stopnjo čistosti.

Slika 6.3: Kovinski jeziček za gubo levo in robot s prijemalom desno [34]

Primer 4:

MOTOMAN (MH50-35), ki ima 5 prostostnih stopenj, ga uporabljamo z vakuumskim

prijemalom za upogibanje ob tem pa potrebujemo prešo [37]. Robot dvigne iz kupa zloţene


- 51 -

razrezane pločevine. Pred popolnim dvigom nekoliko počaka, da se plošče razlepijo zaradi

moţne vlaţnosti ali pa zaradi same medsebojne privlačnosti (Van der Waalsovih sil). Sledi

prenos na pozicionirno ploščo (slika 6.4), ki je oblikovana kot okvir za slike, robovi so

izbočeni oziroma notranjost je vdrta. IR poloţi ploščo v okvir kjer se plošča pozicionira na

predviden poloţaj robota. Robot premakne prijemalo na programiran poloţaj in s tem se

določijo izhodiščne koordinate med obdelovalnim procesom. Robot manevrira z

obdelovancem med matrico in patrico tako dolgo dokler ni končan. Po končani operaciji ga

vloţi na trak ali paleto, od koder potuje dalje.

Slika 6.4: Upogibanje pločevine z robotom in prešo [35]

6.3 Stroškovni vidik montaže z roboti

Ročna montaţa se lahko v določenih primerih izkaţe kot hitrejša kot pa robotska, a vendar le

za kratek čas. To pomeni, da se glede na »delovno izmeno« robota opravi sicer manj dela, a

po izdelkih sodeč kvantitativno in kvalitetno bolje. Avtomatizacijo in robotizacijo moramo

izključno spremljati z vidika prihrankov in stroškov, vse bolj pa tudi kot priloţnost uvajanja

lastnih inovacij v primerjavi z ostalimi konkurentom.

Avtomatizacija delovnih mest zgolj zaradi avtomatizacije je neekonomična in

posledično brezsmiselno izvajanje del. Avtomatizacija montaţnega procesa postane

ekonomična samo takrat, ko so prihranki ali koristi večji kot stroški avtomatizacije. V

podjetju uvedemo investicijski projekt za avtomatizacijo določenih funkcij v proizvodnem

procesu samo takrat, ko ţelimo doseči hitro izdelavo, boljšo kvaliteto in niţje stroške.

Obstoječi ali nov montaţni proces moramo načrtovati in analizirati do potankosti, tako da

lahko jasno napovemo prednosti posameznih avtomatiziranih funkcij in z njimi nastale


- 52 -

stroške. V praksi ponavadi med seboj primerjamo več postavitev avtomatiziranega procesa.

Pri tem si pomagamo s prej omenjenimi programi za simulacijo avtomatiziranih proizvodnih

procesov.

6.3.1 Spremenljivi stroški glede na višjo raven stopnje avtomatizacije

Stroški plač se proporcionalno vsem ostalim montaţnim stroškom zniţujejo z rastjo stopnje

avtomatizacije. Če bi se vse montaţne operacije v montaţnem procesu avtomatizirale, bi nam

ostale samo operacije odpravljanja napak in tehnološko vzdrţevanje strojev. Stroški plač v

tem primeru zavzamejo neznaten deleţ montaţnih stroškov. Ob tem, ko raste stopnja

avtomatizacije, rastejo tudi finančni stroški, ki izhajajo namesto iz stroškov plač iz kritja

amortizacije in obrestnih mer. Z stopnjo avtomatizacije se večajo tudi vzdrţevalni, energetski

in načrtovalni stroški proizvodnje.

Slika 6.5 nam prikazuje funkcijo med prej omenjenimi stroški in med stopnjo

avtomatizacije. Na osnovi te slike lahko določimo optimalno stopnje avtomatizacije αopt, s

pomočjo najniţjih montaţnih stroškov. Ta minimum lahko realiziramo na več načinov, ali

vpeljemo samo en avtomatiziran montaţni proces in ob tem ne izključimo človeka ali pa

izključujemo ljudi iz proizvodnih procesov in vzpostavljamo izključno samo avtomatizirane

procese. V tem primeru se nam stroški plač sicer zniţajo, vendar se nam povečujejo

tehnološki in finančni stroški, posebej ob vzpostavitvi kakšnih visoko zahtevnih montaţnih

opravil. Optimum ali najniţje stroške lahko zagotovimo ne samo pri avtomatiziranih procesih

ampak tudi pri drugih vrstah montaţnih procesov.

Slika 6.5: Montaţni stroški v odvisnosti od stopnje avtomatizacije (prirejeno po [20])


- 53 -

6.3.2 Amortizacijska doba vračanja

Amortizacija je strošek, ki nastaja zaradi prenašanja nabavne vrednosti na poslovne učinke.

Amortizacijsko dobo za določeno opredmeteno sredstvo si v podjetju določimo sami. Pri IR

se predvideva manj kot 3 leta ali celo 2 leti. To obdobje je na sliki poimenovano uporabni čas.

Investicija se nam povrne izključno samo takrat, ko IR uporabljamo konstantno. Po

določenem času ali ko IR postane neuporaben ali ko ga zamenjamo z novejšim, postane za

podjetje brez vrednosten. Amortizacijsko dobo vračanja določimo do takrat, ko bi naj ustvarili

čisti dobiček in s tem presegli izdatek za investicijo (slika 6.6). Amortizacijsko dobo

industrijskega robota izračunamo kot prikazuje formula 6.1:

š (6.1)

Slika 6.6: Preračun amortizacije (prirejeno po [20])

Industrijske robote vključujemo v proizvodne procese, saj pomembno vplivajo na zniţevanje

stroškov, večanje zmogljivosti in zagotavljanje kakovosti izdelkov. S študijem primerov smo

ugotovili, da se investicija pri nekaterih podjetjih povrne ţe prej kot dveh letih. Cenovna

dostopnost IR se je v času od 1990 ter do sedaj bistveno povečala oziroma vrednost robotov

se je zmanjšala na eno petino prejšnje vrednosti. Prednosti robotizirane montaţe je predvsem

moţnosti hitre spremembe, zaradi visoke prilagodljivosti, ki jo nudijo robotizirani sistemi.

Ocenjujemo, da se zaradi rutinerstva pri nas uvajajo IR teţje, a kljub temu se število le

teh povečuje. Trenutno deluje 850 robotov na področju Slovenije, med katerimi dve petini

opravljata strego strojev, pribliţno ena petina je zastopana pri varjenju in ena šestina v


- 54 -

montaţi. Pomembni del predstavlja dejstvo, da za opravljanje avtomatiziranih sistemov

potrebujemo tudi znanje, kar nam omogoča zaposlitev izobraţenega strokovnega kadra, ki

lahko opravlja takšne stroje [32].


- 55 -

7 SKLEP

Globalizacija in konkurenčnost sta neizbeţni dejstvi, zato moramo biti – da bi ostali tekmec

drugim podjetjem – nenehno inventivno-inovativno naravnani. Ročno delo, še posebej pa

ročna montaţa, povzročata vedno večje stroške, zato moramo stremeti k avtomatizaciji

proizvodnih procesov, ne samo zaradi ekonomskega vidika, temveč tudi iz človeškega. Pri

mnogo proizvodnih procesih je človek izpostavljen nevarnemu okolju za svoje telo. Nasprotje

ročnega, ponavadi utečenega dela, je inovativnost. Z inovativnostjo vpeljujemo koristne

novosti, tudi npr. pri proizvodnih procesih, kjer zavzemata montaţa in strega veliko

proizvodnega časa. S pomočjo inovativnosti lahko prav na področju strege in montaţe veliko

doseţemo, saj izvirni pristopi omogočajo zasnovo dobro prilagodljiv montaţni sistem za

montaţo izdelkov, ki pa so prav tako prilagojeni streţnim in montaţnim opravilom. Prav z

vpeljevanjem industrijskih robotov v proizvodni proces, kjer jih uporabljamo npr. za montaţo,

strego, barvanje, varjenje, brušenje, robotizirano rezkanje, lahko doseţemo konkurenčno

prednost v primerjavi z drugimi podjetji.

Industrijski robot v današnjem času postane opravičljiva investicija v pribliţno dveh do

treh letih, medtem ko je njegova ţivljenjska doba mnogo daljša, predvideva se največ do 15

let. Iz zbranih podatkov Statističnega urada Republike Slovenije lahko zasledimo, da je pri

nas okoli 850 industrijskih robotov oziroma 38 robotov na 10000 prebivalcev. Dobri dve

petini je namenjenih stregi strojem, pribliţno ena petina varjenju, sledijo lakiranje in lepljenje.

Največ jih imajo na Japonskem, kar 352 na 10000 prebivalcev. Po hitrem padanju cen robotov

od devetdesetih let prejšnjega stoletja naprej, se bodo cene umirile, dostopnost robotov bo

vedno večja, izboljšale se bodo tudi robotove gibljivost, hitrost, natančnost in zanesljivost,

moţno pa jih bo vključiti v vedno več zapletenih opravil. Pri nas lahko pričakujemo

povečanje zastopanosti v predelovalni industriji, še posebej v pakirni, ţivilski in gumarski

industriji ter industriji plastike.

V diplomskem delu smo proučili moţnosti opravljanja montaţnih opravil z roboti.

Ugotovili smo, da še zdaleč ni dovolj, da predvidimo robota zgolj za operacije strege in

montaţe, ampak moramo ustrezno zasnovati tudi izdelek, ki ga je treba prilagoditi

avtomatizirani oziroma robotizirani montaţi. Šele tedaj doseţe montaţa z roboti pravi pomen

in omogoča konkurenčno prednost pred ostalimi vrstami montaţe, še posebej pred ročno.

Zelo pomembno je tudi, da robotizirana montaţna postrojenja načrtujemo z ustreznimi


- 56 -

simulacijskimi orodji, s pomočjo katerih se ţe v fazi zasnove prepričamo o uspešnosti

predlaganega montaţnega postrojenja.

V bodočnosti je moč pričakovati še intenzivnejši poudarek na prilagodljivih robotiziranih

montaţnih sistemih, ki bodo vključevali čedalje inteligentnejše rešitve, še zlasti sodelujoče

robote, aplikacije računalniškega vida in napredne senzorske tehnologije.


- 57 -

8 LITERATURA

[1] Angeles Jorge. Fundamentals of robotic mechanical systems: theory, methods and

algorithms: 3rd edition. New York: Springer, 2007.

[2] Anţel Ivan, Balič Joţe, Blatnik Oki, Čuš Franc, Drstvenšek Igor, Ficko Mirko, in ostali.

Moderno proizvodno inţenirstvo. Grosuplje: Grafis trade, 2010.

[3] Bajd Tadej, Mihelj Matjaţ. Robotika. Ljubljana: Zaloţba FE in FRI, 2008.

[4] Balič Joţe. Računalniško integrirana proizvodnja: učbenik. Maribor, Fakulteta za

strojništvo, 1996

[5] Boothroyd Geoffrey. Assembly automation & product design. USA: Taylor and Francis,

2005

[6] Brezovnik Simon, Brezočnik Miran, Pahole Ivo, Klančnik Simon, Ficko Mirko, Gotlih

Karl. Robotizirano rezkanje in struţenje. Industrijski forum IRT, Portoroţ 08.-09. junij

2009. Vir znanja in izkušenj za stroko : zbornik foruma. Škofljica: Profidtp, 2009, str.

83-88.

[7] Craig John. Introduction to robotics: mechanics and control: 3rd edition. Upper Saddle

River: Pearson education International, 2005

[8] Hesse Stefan. Montage – Atlas: montage- und automatisierungsgerecht konstruieren.

Darmstadt: Hoppenstedt Technik Tabellen Verlag, 1994.

[9] Kopač Janez, Noe Dragica. Strega in montaţa. Ljubljana: Fakulteta za strojništvo, 1989.

[10] Lenarčič Jadran, Bajd Tadej. Robotski mehanizmi. Ljubljana: fakulteta za

elektrotehniko, 2003.

[11] Likar Borut, Kmecl Gregor. Inoviranje: druga dopolnjena izdaja. Koper: visoka šola za

management, 2001.

[12] Mulej Matjaţ, Markič Marko. Inoviranje navad drţave in manjših podjetij z invencijami

iz raziskovalnih organizacij. Koper: Fakulteta za management, 2007.

[13] Mulej Matjaţ, Ţenko Zdenka. Dialektična teorija sistemov in invencijsko-inovacijski

management. Maribor: Ekonomsko-poslovna fakulteta, 2004.

[14] Mulej Matjaţ. Dialektična in druge mehkosistemske teorije. Maribor: ekonomsko-

poslovna fakulteta, 2000.


- 58 -

[15] Mulej Matjaţ. Inovacijski management. Maribor: Ekonomsko - poslovna fakulteta,

1994.

[16] Nnaji Bartholomew. Theory of automatic robot assembly and programming. London:

Chapman & Hall, 1993.

[17] Owen Tony. Assembly with robots. London: Wm Brendon &Son Ltd, 1985.

[18] Rebernik Miroslav. Ekonomika inovativnega podjetja. Ljubljana: Gospodarska zaloţba,

1990.

[19] Shimon Y. Nof. Handbook of industrial robotics. USA: John Wiley & Sons, 1999.

[20] Shimon Y. Nof. Wilhelm E. Wilbert, Warnecke Hans-Jürgen. Industrial assembly: UK-

London: Chapman & Hall, 1997.

[21] Siciliano Bruno. Springer handbook of robotics. Berlin, Heidelberg: Springer, 2008.

[22] Soloman Sabrie. Handbook Sensors. USA: McGraw-Hill, 1998.

[23] Volmer Johannes. Industrieroboter Entwicklung. Berlin: German Democratic Republic,

1986.

[24] Zelenika Ratko. Metodologija i tehnologija izrade znanstvenog i stručnog djela:

udţbenik. Republika Hrvatska, Rijeka, Ekonomski fakultet u Rijeci, 1998.

[25] Ţenko Zdenka, Mulej Matjaţ, Kos Marko. Sodelovanje zaposlenih pri obvladovanju

podjetij v inovativnih druţbah. Organizacija, junij 2000, letnik 33, št. 6, str. 375-383.

[26] Wikipedia [svetovni splet]. Dostopno na WWW:

http://sl.wikipedia.org/wiki/Karel_Čapek [25.7.2010]

[27] Digitalna knjižnica Slovenije [svetovni splet]. Slovenski gospodar, URN:NBN:SI:doc-

0IMM5Q3Z. Dostopno na WWW http://www.dlib.si/ [25.7.2010]

[28] Slovar slovenskega knjižnega jezika [svetovni splet]. Dostopno na WWW http://bos.zrc-

sazu.si/sskj.html [12.8.2010]

[29] Wikipedia [svetovni splet]. Dostopno na WWW

http://sl.wikipedia.org/wiki/Glavna_stran [11.8.2010]

[30] Visual Components [svetovni splet]. Visual Components. Dostopno na WWW

http://www.visualcomponents.com/ [2.9.2010]

[31] Flexsim [svetovni splet]. Dostopno na WWW http://www.flexsim.com/ [2.9.2010]

[32] Perme Tomaţ. Robotizacija industrije. Inovacije Razvoj Tehnologije, (2009), no. 24,

str.84-87

[33] Online postgraduate course for the electonics industry [svetovni splet]. University of

Boston. Dostopno na WWW:

http://sl.wikipedia.org/wiki/Karel_Čapek

http://www.dlib.si/

http://bos.zrc-sazu.si/sskj.html

http://bos.zrc-sazu.si/sskj.html

http://sl.wikipedia.org/wiki/Glavna_stran

http://www.visualcomponents.com/

http://www.flexsim.com/


- 59 -

http://www.ami.ac.uk/courses/ami4945_dpb/restricted/u08/supplementary/sup_04.html

[2.9.2010]

[34] Youtube [svetovni splet]. YouTube LLC. Dostopno na WWW:

http://www.youtube.com/watch?v=l0oXP6vQgQE [5.9.2010]


http://www.youtube.com/watch?v=p9t0qJnRdfY [5.9.2010]


http://www.youtube.com/watch?v=1-J_EzKm_70 [5.9.2010]


http://www.youtube.com/watch?v=wm0QL9lfLf0 [5.9.2010]

http://www.ami.ac.uk/courses/ami4945_dpb/restricted/u08/supplementary/sup_04.html

http://www.youtube.com/watch?v=l0oXP6vQgQE

http://www.youtube.com/watch?v=p9t0qJnRdfY

http://www.youtube.com/watch?v=1-J_EzKm_70

http://www.youtube.com/watch?v=wm0QL9lfLf0

montaŽa z robotinajpogostejše izvedbe robotov za montaţo ter njihova najpogostejša opravila....

Documents