Master's Thesis

Virtual commissioning of a robotic production system for spot welding

Final Thesis 3.32 MB Appendix 212.25 MB

Author of thesis: Bc. Petr Lollek

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Jan Vetiška, Ph.D.

Reviewer: Ing. Jakub Bražina

Abstract:

This diploma thesis focuses on the virtual commissioning of a robotic production system for spot welding. The main objective is to create a digital model of a welding cell equipped with two KUKA KR 300 R2700-2 industrial robots and to design the control logic for the SIMATIC S7-1500 safety PLC. The theoretical section includes a literature review on Industry 4.0, virtual commissioning, simulation tools, and robotic workstations for spot welding. The practical part describes the process of creating a simulation model in the Tecnomatix Process Simulate environment. This includes the creation of sensors, robotic signals, logic elements in SCL language, material flow, and the creation of robotic programs and OLP commands for welding operations, tool docking, and service operation. Furthermore, a PLC program is designed in TIA Portal using structured data types and function blocks to control the operation of the robotic cell, robots, and their safety zones. The final section focuses on the actual commissioning of the robot, including calibration, gun calibration, and the alignment of TCP tools and bases. The result of this work is a functional digital model that enables testing and optimization of the production process, a video recording, and an appendix containing a risk analysis of the workplace.

Keywords:

Virtual commissioning, robotic production system, spot welding, Tecnomatix Process Simulate, TIA Portal, PLC SIMATIC S7-1500, KUKA robot, offline programming, digital model, Industry 4.0

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Prezentace: - Systémový rozbor - Bezpečnostní analýza rizik - Virtuální zprovoznění - Process Simulate - Robotické programy - Digitální model pracoviště - Programování PLC v TIA Portal - HMI panel - Mapování signálů - Reálné zprovoznění - Justáž - Master reference - Docking - Kalibrace kleští - Zaměření TCP - Referenční pozice TCP - Frézování a výměna čepiček - Reálné zprovoznění - Payload Student seznámil členy komise s výsledky své práce a odpověděl na otázky oponenta. Otázky členů komise: - Virtuální zprovoznění u jednoduchých robotických buňek tedy není efektivní? Zodpovězeno - Jak je definován blokační prostor? Jaká je velikost blokační zóny? Zodpovězeno. - Má pracoviště jeden společný souřadný systém? Zodpovězeno. - Jaká je hmotnost svařovacích kleští? Zodpovězeno. - Je řešena změna poddajnosti robotu v různých polohách kvůli natočení svařovacích elektrod? Jak je zajištěna kolmost elektrod? Zodpovězeno. - Jak je řešena kalibrace svařovacích kleští robotu? Zodpovězeno. Student bez problémů odpověděl na otázky komise.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

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., FEng. (předseda)
Ing. Rostislav Huzlík, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Petr Kolář, Ph.D. (místopředseda)

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

Diplomová práce se zabývá zvoleným tématem na odpovídající odborné úrovni a její struktura je logická a přehledná. Student přistupoval ke zpracování práce samostatně, aktivně řešil vzniklé problémy a prokazoval schopnost analytického i systematického myšlení.

V průběhu zpracování práce student pravidelně konzultoval postup řešení s vedoucím práce a reagoval na připomínky a doporučení. Tato spolupráce přispěla k postupnému zkvalitnění jak obsahové, tak formální stránky práce.

Stanovené cíle diplomové práce byly splněny. Autor se danou problematikou zabýval v dostatečné hloubce a dospěl k relevantním závěrům, které odpovídají zadání práce.

Grafická, stylistická a jazyková úroveň práce je velmi dobrá. Text je přehledně strukturován, s minimem formálních nedostatků, a splňuje požadavky kladené na tento typ odborného textu.

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. Jakub Bražina

Předložená diplomová práce o celkovém počtu 105 stran si kladla za cíl řešení problematiky virtuálního zprovoznění pracoviště pro robotické bodové svařování. Práce je logicky členěna do několika hlavních částí. Rešeršní část pokládá dostatečný informační základ pro praktickou část. Dále následuje systémový rozbor řešeného pracoviště, v němž oceňuji jeho kvalitní popis. Kapitola 5 předkládá kvalitně zpracovanou a zjednodušenou analýzu rizik, jež poskytuje ucelený přehled o možných rizicích nebezpečí spojených s navrhovaným pracovištěm. Dalším hlavním bodem je praktická část, v níž diplomant popisuje tvorbu virtuálního zprovoznění pracoviště. Oceňuji logickou strukturu PLC projektu, kdy je na první pohled patrné, k čemu slouží jednotlivé funkce a datové bloky. Taktéž oceňuji propracovanost řídicích algoritmů – například možnost řízení pracoviště v automatickém a servisním režimu, včetně řešení kolizí. Mám pouze drobnou výtku k vývojovým diagramům, v nichž mohly být části se stavovým automatem reprezentovány stavovým digramem, a dílčí stavy pak běžnými vývojovými digramy, avšak tato skutečnost nijak zásadně nesnižuje výslednou kvalitu závěrečné práce. V posledních kapitolách se práce zabývá uvedením reálného robota do provozu včetně kalibrací robota samotného a svařovacích kleští. Uvítal bych, kdyby se v těchto kapitolách objevil i popis přenosu robotických a PLC programů na reálné pracoviště.

Práce je velmi kvalitně zpracována s minimem formálních nedostatků. Lze ji bezesporu považovat jako dobrý základ pro diplomantovo následné karierní uplatnění v oblasti simulace a integrace průmyslové automatizace a robotiky. Oceňuji, jak komplexně diplomant práci pojal, a proto ji doporučuji k obhajobě se 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 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. Uvádíte, že z důvodu tlaku zákazníků na rychlost dodání nezbývá na virtuální zprovoznění čas. Nemělo by to být spíše obráceně, že virtuální zprovoznění by čas potřebný na dodání výsledného pracoviště mělo zkracovat viz. Kapitola 3.2 - Obrázek 1? Můžete zhodnotit, co by bylo potřeba změnit procesně, technicky, znalostně, aby virtuální zprovoznění přinášelo kýženou úsporu?
  2. Je možné pro konfiguraci řídícího systému robotu využít data z řídícího systému robotu v Process Simulatu (PS) a jednoduše je překlopit např.: signály, souřadné systémy, robotické programy apod.? Případně uvést jaký je proces přenosu těchto parametrů z PS do reálného robotu?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová