Master's Thesis

Design and virtual commissioning of a robotic workplace for dispensing food products

Final Thesis 3.11 MB Appendix 35.11 MB

Author of thesis: Ing. Petr Palán

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. František Bradáč, Ph.D.

Reviewer: Ing. Jan Vetiška, Ph.D.

Abstract:

Driven by its visual appeal and ability to guarantee process repeatability, automation in the food industry has gradually expanded into the retail sector, leading to the development of robotic cells capable of preparing products directly in front of the customer. This master's thesis focuses on the design and virtual commissioning of a robotic workstation for dispensing ice cream for demonstration and educational purposes. The introductory section presents a state-of-the-art review and a systems analysis of the given issue, based on which three conceptual designs were developed. Based on a techno-economic evaluation, a variant for dispensing soft-serve ice cream utilizing pneumatic actuators was selected and subsequently developed in detail for virtual commissioning purposes. This process involved creating a digital model in the Process Simulate software and programming the control algorithm within the TIA Portal environment. The final step consisted of integrating both software tools via the S7-PLCSIM Advanced communication interface, followed by control logic optimization and validation of the proper operation of the robotic cell.

Keywords:

Virtual commissioning, Robotic cell, Process Simulate, TIA Portal

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student seznámil členy komise se svou diplomovou prací. Student zodpověděl otázky oponenta. Otázky komise: -Respektování hygienických zásad. Student odpověděl s drobným zaváháním. -Čištění a údržba stroje. Student odpověděl s drobným zaváháním. -Ochrana a bezpečnost robotického dávkovače. Student odpověděl s drobným zaváháním.

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

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. František Bradáč, Ph.D.

Předložená diplomová práce se zabývá návrhem a virtuálním zprovozněním robotizovaného pracoviště pro dávkování potravinářských produktů, přičemž hlavní důraz je kladen na návrh jednoduché a vizuálně atraktivní robotické aplikace.

Úvod práce v rešeršní části analyzuje problematiku potravinářského průmyslu a, což kvituji, se zabývá i bezpečností potravin a potravinářskou hygienou včetně norem. Dále se zde nachází i rešerše robotů, kteří jsou primárně určeni pro potravinářství. Jsou zde rovněž uvedeny i příklady potenciálně konkurenčních řešení z oblasti robotických buněk pro potravinářství.

Další důležitou částí je koncepční rozbor pracoviště, kde se nacházejí tři variantní řešení s popisem, a na základě multikriteriálního hodnocení je vybrána optimální varianta, kterou následně autor podrobně zpracovává. V návrhu vybrané varianty autor definuje jednotlivé části pracoviště včetně senzoriky, komponent a pneumatického schématu. Zde bych měl pár připomínek k absenci alespoň základních výkresů navržených komponent v příloze. Také na obr. 5-14 chybějí popisy jednotlivých větví, takže není jasné který válec co ovládá.

Následně je realizováno virtuální zprovoznění pracoviště, kde pro simulaci procesu je využit program Siemens Process Simulate a pro vytvoření PLC a HMI programu je využit Siemens TIA Portal V20. Jako robot je používán robot od firmy KUKA, a to typ KR 3. Pro vlastní řízení pracoviště je využit PLC automat S7-1500 (konkrétně CPU 1511-1 PN) a displej KTP900 Basic od firmy Siemens.

Nedílnou součástí práce je také ekonomické zhodnocení zpracované varianty.

Práce je zpracována přehledně a jednotlivé kapitoly na sebe logicky navazují.

Jako celek práce splnila zadání a doporučuji ji k obhajobě. 
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods B
Scholarly contribution and originality B
Ability to interpret achieved results and draw conclusions A
Applicability of results in practice or theory B
Logical arrangement of thesis and its layout B
Grafic layout, used style and language level A
Work with used sources including quotations A
Student's independence when working on the topic A

Grade proposed by supervisor: B

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

Diplomová práce se zabývá návrhem a virtuálním zprovozněním robotizovaného pracoviště pro dávkování potravinářských produktů. Stanovené cíle práce byly splněny v plném rozsahu, neboť autor provedl rešerši, systémový rozbor, navrhl variantní řešení, provedl jejich technicko-ekonomické hodnocení a vybranou variantu realizoval prostřednictvím virtuálního zprovoznění.

Postup řešení je logický a odpovídá inženýrské praxi. Autor vhodně využívá multikriteriální analýzu pro výběr optimální varianty a následně pracuje s moderními nástroji, jako jsou Process Simulate a TIA Portal. Použité metody jsou adekvátní, i když některé části modelu jsou zjednodušené.

Přínos práce spočívá v návrhu konkrétní robotické buňky a integraci mechaniky, robotiky a řízení do funkčního celku. Originalita spočívá zejména v demonstračním charakteru pracoviště (dávkování zmrzliny). Přínos je především aplikační.

Autor prokazuje schopnost interpretace výsledků, porovnává varianty a zdůvodňuje výběr řešení, i když místy chybí hlubší analytická diskuse. Výsledky mají dobrou praktickou využitelnost pro výukové a demonstrační účely, zatímco nasazení v praxi by vyžadovalo doplnění hygienických a bezpečnostních aspektů.

Struktura práce je přehledná a logicky uspořádaná, formální náležitosti jsou splněny. Grafická i stylistická úroveň je dobrá, práce obsahuje dostatek názorných prvků. Práce s literaturou je odpovídající, byť převažují technické zdroje nad vědeckými články.

Celkově se jedná o kvalitní diplomovou práci, která splňuje požadavky kladené na tento typ prací. Navrhuji hodnocení B – velmi dobře.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods B
Scholarly contribution and originality B
Ability to interpret achieved results and draw conclusions B
Applicability of results in practice or theory B
Logical arrangement of thesis and its layout A
Grafic layout, used style and language level A
Work with used sources including quotations A
Topics for thesis defence:
  1. 2. Jaká bude spolehlivost držení uchopené oplatkového kornoutu pomocí vakuové přísavky? Bylo toto testováno?
  2. 1. Bude se Váš návrh realizovat?
  3. 3. Jaký je předpokládaný výdejní takt?

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová