Automaatioasteen nosto robotisoidussa monipalkohitsauksessa

Abstract

Diplomityön kohdeyritys suunnittelee ja valmistaa hitsausautomaatiojärjestelmiä raskaaseen teollisuuteen. Yrityksen laajaan tuoteportfolioon kuuluu robotisoitu monipalkohitsausasema. Asemalla hitsataan monipuolisesti erilaisia työkappaleita, joissa hitsausrailojen tilavuudet ovat suuria. Aseman nykyprosessi sisältää automaatiota, mutta sen automaatioaste on matala. Tämä tarkoittaa, että operaattori on sidottu prosessin kulkuun erilaisten ohjelmointivaiheiden takia. Kysynnän ja kilpailun seurauksena kohdeyritys haluaa nostaa aseman automaatioastetta. Toisin sanottuna prosessin ohjausvastuuta halutaan siirtää enemmän operaattorilta ohjelmistolle. Taustatilanne asetti diplomityölle kaksi tavoitetta. Ensimmäinen tavoite oli kehittää ratkaisuehdotus tuottavammalle prosessin ohjelmoinnille sekä menetelmä työjonon optimointiin. Toinen tavoite oli selvittää, miten automaatioasteen nosto vaikuttaa aseman suorituskykyyn. Tutkimuksen kirjallisuuskatsauksella löydettiin menetelmät automaatioasteen nostamiseen sekä siihen, kuinka tuloksia voidaan arvioida. Ratkaisuehdotuksen vaatimusten määrittelyä varten tehtiin nykytila-analyysi, jossa dataa kerättiin kolmella eri tutkimusmenetelmällä: havainnoinnilla, haastatteluilla ja sekundääriaineistoilla. Nykytila-analyysin avulla prosessista tunnistettiin ohjelmoinnin vaiheet, manuaaliset toimenpiteet ja virhetilanteet. Manuaalisilla toimenpiteillä tarkoitetaan railon putsaamista, esilämmittämistä ja prosessin valvontaa. Vaatimusmäärittelyn pohjalta kehitettiin tuottavampi ohjelmointimenetelmä sekä työjonon ohjausratkaisu, joka pystyisi hallitsemaan prosessia itsenäisesti ohjelmoinnissa annettujen syötteiden perusteella. Työjonon ohjausratkaisun osana tuotettiin analyyttinen laskentamalli hitsausrailon jäähtymisajan määrittämiseen. Ratkaisuehdotus optimoi työjonon huomioiden railojen lämpötilat ja operaattorin manuaaliset toimenpiteet. Automaatioasteen noston seurauksena datan käsittely ja päätöksenteko siirtyvät lähes täysin operaattorilta ohjelmistolle. Tutkimus vahvistaa, että muutoksista huolimatta operaattoria ei pystytä poistamaan asemalta alun ohjelmoinnin jälkeen manuaalisten toimenpiteiden vuoksi. Voidaan kuitenkin tehdä johtopäätös, että ohjelmoinnin ja operaattorin osatuottavuudet kasvavat. Samoin paranee aseman suorituskyky. Osatuottavuuksien ja suorituskyvyn muutoksiin vaikuttaa kuitenkin useat tekijät, kuten hitsattavien työkappaleiden ominaisuudet ja se, tehdäänkö työkappaleita yksittäiskappale- vai sarjatuotannossa.