Master's Thesis

Design and virtual commissioning of a robotic workplace with an injection machine for the production of foundry cores

Final Thesis 8.2 MB Appendix 61.96 MB

Author of thesis: Ing. Matyáš Ptáček

Acad. year: 2024/2025

Supervisor: Ing. František Bradáč, Ph.D.

Reviewer: Ing. Jan Pavlík, Ph.D.

Abstract:

This master’s thesis deals with the design and virtual commissioning of a robotic workstation equipped with a core shooting machine for the production of foundry cores. The theoretical part focuses on a research in the field of industrial automation and robotics, core manufacturing, and virtual commissioning methods. The system analysis section identifies all sub-problems and defines the specific objectives of the project. The practical part presents four design variants, from which the optimal solution is selected using a multi-criteria analysis. The final solution is presented and described in detail, followed by virtual commissioning using simulation tools. Process Simulate is used to create a digital model of the workstation, ABB RobotStudio for accurate simulation of robotic programs, and Siemens TIA Portal is employed for the development of the control logic.

Keywords:

Virtual commissioning, PLC programming, core shooting machine, Process Simulate, TIA Portal, core manufacturing

Date of defence

17.06.2025

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student seznámil členy komise se svou diplomovou prací na téma „Návrh a virtuální zprovoznění robotizovaného pracoviště se vstřelovacím strojem pro výrobu slévárenských jader“. Student zodpověděl otázky oponenta. Otázky komise: Vysvětlete výpočet na straně 55. Jakým způsobem jste zvolil koeficient tření? Vytvářel jste i odhad ceny? S jakou počítáte komunikací mezi Robotem, PLC a nastřelovačkami? Jaký může nastat problém mezi komunikací mezi PLC a Robotem při využití PROFINETu? K čemu slouží stacionární bruska v návrhu? Proč jste zvolil pneumatickou brusku? Jak docílíte toho, že bruska odstraní hranu při jednom přejezdu? Student bez problémů odpověděl na otázky komise.

Language of thesis

Czech

Faculty

Fakulta strojního inženýrství

Department

Institute of Production Machines, Systems and Robotics

Study programme

Production Machines, Systems and Robots (N-VSR-P)

Composition of Committee

Ing. Tomáš Marek, Ph.D. (člen)
Ing. Jan Vetiška, Ph.D. (člen)
Ing. Jan Vlček (člen)
doc. Ing., Dipl.-Ing Michal Holub, Ph.D. (předseda)
Dr. h. c. prof. Ing. Ĺubomír Šooš, PhD. (místopředseda)
Ing. Rostislav Huzlík, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. František Bradáč, Ph.D.

Hlavním cílem předložené závěrečné práce bylo navrhnout robotickou buňku pro výrobu slévárenských jader včetně virtuálního zprovoznění tohoto pracoviště. Diplomant pro vyráběný díl navrhl 4 varianty pracoviště z nichž na základě podrobnější analýzy vybral nejvhodnější. Tuto variantu následně podrobněji rozpracovává, kde navrhuje robota, jeho koncový efektor a periférie včetně základních bezpečnostních prvků pracoviště. Vybranou a již podrobněji zpracovanou variantu následovně autor virtuálně zprovozňuje, kdy pro simulaci a zpracování používá SW RobotStudio od firmy ABB se SW  Siemens ProcessSimulate a vlastní program řízení vytváří v SW Siemens TIA Portal V18.
Diplomat k řešení práce přistupoval zodpovědně a velmi iniciativně.
Celkově hodnotím výslednou práci jako velmi zdařilou.
Práci doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Jan Pavlík, Ph.D.

Předložená diplomová práce se věnuje dnes aktuálnímu tématu robotizace a virtuálnímu zprovoznění. V tomto konkrétním případě se jedná o robotizaci vstřelovacího stroje pro výrobu slévárenských jader.

Úvod práce je věnován především čtenářům, kteří se s danou problematikou nesetkali, tedy se jedná o obecnější popis a vymezení termínů jako je automatizace robotizace, virtuální zprovoznění Průmysl 4.0 a současně přiblížení technologie výroby jader vstřelováním.

Dále autor navazuje kapitolou systémového rozboru, jejíž obsahem je i vymezení samotného problému, tedy konkretizace typu vstřelovacího stroje, návrh vzorového jaderníku atd.

Navazující část práce se pak již věnuje návrhu čtveřice variant uspořádání robotického pracoviště. Varianty jsou detailně popsány, přes to, že se jedná jen o výběr koncepcí, jsou i vizuálně v rámci 3D modelu poměrně detailně propracovány a doplněny Ganttovým diagramem. Tyto varianty jsou pak vhodnou metodou hodnoceny tak, aby bylo získáno optimální řešení z pohledu stanovených kritérií.

Zvolenou variantu autor dále rozpracovává, volí vhodný robot, navrhuje koncový efektor včetně ofuku formy a nanášení separátoru. Detailněji propracovává návrh pracoviště včetně dopravníku, ponorné vany, brusky, oplocení s bezpečnostními prvky atd. a zapracovává do 3D modelu.

Následuje poměrně rozsáhlá část popisující proces samotného virtuálního zprovoznění. Zdařilost je dokladována přiloženým videem, kde je celý proces manipulace vizualizován.

Práce je logicky uspořádaná, psaná srozumitelně a čitelně, po grafické stránce na velice dobré úrovni.

Po obsahové stránce splnila všechny cíle zadání, doporučuji k obhajobě s hodnocením výborně (A).
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. Na obrázku 16 s popisem 3D model jaderníku je jen část jaderníku. Jak vypadá celý jederník?
  2. Po očištění jádra na brusce může být jádro znečištěno prachem, který se pak usazuje v ponorné vaně, nevhněte vhodné opatření.
  3. Jakým způsobem bude regulována síla sevření koncového efektoru, aby nedošlo k poškození jádra.

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová