Master's Thesis

Virtual commissioning of a robotic workplace for machine tool operators

Final Thesis 9.34 MB Appendix 14.93 MB

Author of thesis: Ing. Filip Škopec

Acad. year: 2024/2025

Supervisor: Ing. Jakub Bražina

Reviewer: Ing. Jan Vetiška, Ph.D.

Abstract:

The thesis deals with the virtual commissioning of a robotic workstation for operating a CNC machining center, followed by measurement on a 3D coordinate measuring machine. The first part of the thesis provides a theoretical overview of automation and robotics, virtual commissioning, and information about machining and measuring equipment. Subsequently, the individual components of the workstation and their specific requirements are described and analyzed. The practical part focuses on conceptual designs of the robotic cell, from which one solution is selected based on a multi-criteria method and further developed into a detailed engineering design, including a safety analysis. The work also covers the development of robotic programs and the simulation of responses from the robot controller, CNC machine, and measuring device using logical blocks within Process Simulate software. The use of a logical block for the robot controller eliminates the need for additional virtual commissioning software. Finally, the control logic of the workstation is implemented in the TIA Portal environment, including integration with an HMI control panel. The thesis concludes with a simulation of the entire robotic workstation and verification of its functionality.

Keywords:

Virtual commissioning, robotic workplace, graphite electrode production, PLC programming, automation and robotization, Process Simulate, TIA Portal

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. Student zodpověděl otázku oponenta. Otázky komise: -Metrologie a implementace metrologie v blízkosti obráběcích procesů Student bez problémů odpověděl. -Analýza rizik- výpadek proudu Student bez problémů odpověděl.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

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

Composition of Committee

doc. Ing. Radek Knoflíček, Dr. (člen)
Ing. Roman Dvořák (člen)
prof. Dr. Ing. Jiří Marek, Ph.D., DBA, FEng. (předseda)
prof. Ing. Peter Demeč, CSc. (místopředseda)
Ing. Aleš Polzer, Ph.D. (člen)
Ing. Radek Vlček (člen)

Supervisor’s report
Ing. Jakub Bražina

Kolega Škopec přistupoval k řešení diplomové práce již od začátku velmi svědomitě, kdy sám aktivně přišel s tématem zadání. Postup řešení pravidelně konzultoval s vedoucím, ale i ve firmě IPG Plasty s.r.o., která poskytla podklady pro tuto diplomovou práci. Práce je logický strukturovaná. Rešeršní část výstižně popisuje problematiku pokládající znalostní základ pro řešení praktické části diplomové práce. Následuje systémový rozbor celého pracoviště, který rovněž považuji za zdařilý. Diplomant dále vytvořil zjednodušenou analýzu rizik pracoviště. Nejdůležitější je však kapitola ,,Virtuální zprovozněn'', kde diplomant popisuje jak bylo pracoviště virtuálně zprovozněno s využitím dostupných softwarových nástrojů. Za největší přidanou hodnotu práce považuji vytvořený logický blok v Siemens TECNOMATIX Process Simulate, kdy díky tomuto bloku je možné simulovat chování robotů ABB pouze v Process Simulate bez nutnosti nerobustního propojení s ABB Robot Studio. Práce je napsána velmi čtivě a bez nějakých zásadních formálních nedostatků. Práci považuji za velmi zdařilou a velmi oceňuji její výslednou kvalitu. Na základě výše zmíněného doporučuji práci k obhajobě s výslednou známkou 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 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 Vetiška, Ph.D.

Práce pojednává o virtuálním zprovoznění robotizovaného pracoviště pro obsluhu CNC obráběcího stroje s následným měřením na 3D souřadnicovém měřicím stroji. První část práce se věnuje teoretickému přehledu automatizace a robotizace, virtuálnímu zprovozňování, případně informacím o obráběcích a měřicích strojích. Následně jsou popsány a rozebrány jednotlivé prvky pracoviště a požadavky na ně.

Praktická část se zabývá koncepčními návrhy daného pracoviště, ze kterého je vybrán jeden na základě multikriteriální metody a zpracován do konstrukčního řešení společně s bezpečnostní analýzou. Kladně hodnotím zpracování bezpečnostní analýzy navrhovaného řešení, která prokazuje, že student při návrhu pracoviště bral v úvahu nejen funkčnost a efektivitu systému, ale také ochranu obsluhy a bezpečný provoz zařízení v souladu s platnými normami a standardy. Analýza je zpracována přehledně, logicky a odpovídá současným požadavkům na bezpečnost v průmyslové automatizaci.

Dále se práce zaměřuje na vytváření robotických programů a odezvy kontroléru, obráběcího stroje a měřicího zařízení pomocí logických bloků v softwaru Process Simulate. Logickým blokem pro kontrolér robotu se ušetří použití dalšího programu pro virtuální zprovoznění. Poté je prostřednictvím TIA Portalu vytvořena řídicí logika buňky a její ovládání skrze ovládací panel HMI. Na závěr práce je provedena simulace robotizovaného pracoviště a odzkoušena její funkčnost.

Diplomovou práci hodnotím jako zdařilou, po odborné i formální stránce dobře zpracovanou a doporučuji ji 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 dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. 1. Jaké případné komplikace by mohly nastat při implementaci navrženého řešení do reálného provozu a jak by bylo možné je minimalizovat?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová