Robottisolun integrointi toiminnanohjausjärjestelmään

Abstract

Tämä työ käsittelee Industry 4.0 tuotantoa tavoittelevaa Konecranesin vaihdetehdasta. Industry 4.0 on laaja ja epäselvästi määritelty käsite, joten tavoitteet täytyy sanoittaa tarkemmin. Konecranesin vaihdetehtaan tavoitteena on pitkälle automatisoitu tuotanto. Työssä etsitään ratkaisua yksittäisen robottisolun ja toiminnanohjausjärjestelmän integrointiin. Tavoitteena on välittää toiminnanohjausjärjestelmän tuotantoaikataulu ja tuotettavat nimikkeet robottisolulle tietojärjestelmien kautta. Näiden tietojen ohjaamana robottisolu voisi tulevaisuudessa tehdä kokoonpanoa automaattisesti. Toiminnanohjausjärjestelmän ja robottisolun välistä integraatiota mallintaa ISA-95-standardi. Sen mukaan integraatio tehdään tuotannonohjausjärjestelmän avulla. Työssä kartoitetaan, millaisia toimintoja kyseiseen integraatioon sopiva tuotannonohjausjärjestelmä vaatii. Näiden vaatimusten perusteella suunnitellaan uuteen robottisoluun sopiva integraatioarkkitehtuuri. Lisäksi listataan tehtävät, joiden avulla uusi robottisolu integraatioineen saadaan toimimaan. Suositellussa integraatioarkkitehtuurissa käytetään mahdollisimman paljon Konecranesilla käytössä olevia tekniikoita ja sisäistä osaamista. Tämä vähentää sekä ohjelmistojen hankintaan että ulkoiseen konsultointiin kuluvia kustannuksia. Työssä esitellään myös vaihtoehtoinen integraatioarkkitehtuuri, jossa hyödynnetään uutta OPC UA -kommunikaatioprotokollaa. OPC UA tekee toteutuksesta monimutkaisemman, eikä siitä ole välitöntä hyötyä yksittäisen robottisolun integroinnissa. Tulevaisuudessa vaihtoehtoinen integraatioarkkitehtuuri helpottaisi Industry 4.0 kehitystä integroitavien järjestelmien määrän ja integraatioiden monimutkaisuuden kasvaessa. Sama pätee laajaan ISA-95-standardin määrittelemään tuotannonohjausjärjestelmään. Sitä ei kannata rakentaa yhden robottisolun ja toiminnanohjausjärjestelmän välille, mutta koko tehtaan kattavana se olisi hyödyllinen. Yhden robottisolun ja toiminnanohjausjärjestelmän integraatioon riittää ISA-95-standardia suppeampi tuotannonohjausjärjestelmä.

Konecranes Gear Factory seeks Industry 4.0 manufacturing processes. Because Industry 4.0 as a topic is very wide and unclearly defined, targets of development need to be determined more accurately. In this case, the target is to automate manufacturing. In this thesis, integration architecture between a new robot cell and Enterprise Resource Planning (ERP) system is made. The integration architecture makes it possible to utilize scheduling and items of ERP when manufacturing items in a robot cell. With this information, robot cell could work automatically in the future. ISA-95 standard models the integration. It states that the integration is made with additional Manufacturing Execution System (MES). This thesis searches required functions for MES in this integration. Integration architecture and MES are sketched based on these requirements. Also, tasks that are needed to make the robot integration work, are listed. Suggested integration architecture prefers techniques that are already in use at Konecranes and there is already relevant internal expertise. This reduces costs from purchases and consulting. At the lowest cost and with already familiar technologies, some of the new Industry 4.0 technologies like OPC UA communication protocol are left out. This thesis also presents an alternative integration architecture with OPC UA. It makes an integration architecture and implementation more complicated without immediate benefits when integrating only one robot cell. But in the future, it could help Industry 4.0 development when the amount of systems to be integrated and the degree of complexity grow. The same applies to a wide MES defined by ISA-95 standard. It should not be implemented for only one robot cell, but in the scale of a factory it would be advantageous. In this case a compact and light MES solution is suggested.