Joonas Pesiö
Kustannustehokkuus on sana, johon törmää tämän tästä. Olemassa olevan tuotannon tehostaminen robotiikalla, tai täysin uuden robottisolun pystyttäminen, vaatii tarkkaa suunnittelua toiminnan varmistamiseksi ja investointikustannusten minimoimiseksi.
Centrian hankkeista muun muassa RoboDemo ja RoboXX ovat lähestyneet näitä haasteita simulaatioiden kautta silloin, kun demonstraatioiden tekeminen tosielämässä ei ole käytännöllistä tai mahdollista organisaatiomme tai yrityksen tiloissa. Osallistumalla hankkeen toimintaan yritys hyötyy Centrian ammattitaidosta maksutta tai poikkeustapauksissa de minimis -maksulla, eikä sen näin ollen tarvitse sitoa liikaa omia resursseja robottisolun suunnitteluun. Koska hankkeet ovat Euroopan unionin osarahoittamia, lopputulosten täytyy olla yleishyödyllisiä ja julkisia, pois lukien ennalta sovitut yrityssalaisuudet.
Kaikki lähtee yrityksen tarpeista
Aluksi kartoitamme lähtötilanteen vierailemalla yrityksessä ja kuuntelemalla yrityksen toiveita toiminnan kehittämiseksi. Tämän jälkeen mietimme, lähdetäänkö liikkeelle käytännön demonstraatiolla, simulaatiolla vai kenties molemmilla. Olipa menetelmä mikä hyvänsä, selvityslistan kärjessä on aina se, mitä tapauksen ratkaisemiseen tarvitaan; robotit ja työkalut sekä niiden toimintaympäristö. Simulaatio-ohjelmistoissa on yleensä varsin kattava kirjasto eri merkkisistä ja mallisista robotti-integraattoreiden kautta saatavilla olevista roboteista ja työkaluista. Ulkoiset internetissä saatavilla olevat CAD-kirjastot täydentävät valikoimaa entisestään. Tapauskohtaisesti voimme myös suunnitella itse tarvittavia toimilaitteita tai työkaluja, kuten robottien tarttujia. Kehittämistyön aikana pidämme yhteyttä yritykseen kertoaksemme tapauksen etenemisestä tai mahdollisten muutostarpeiden tai haasteiden ilmaantumisesta.
Simulaation rakentaminen
Tyhjään projektiin on aluksi helppo heitellä komponentteja ja visioida, mitä tuleman pitää. Haasteellisuus alkaa toimivan kokonaisuuden rakentamisesta: käytännössä toimiva komponenttien sijoittelu, robottien ja työkalujen liikeradat ja rajoitteet sekä ennen kaikkea niiden toimintalogiikka. Vaikka simulaatioissa pyritäänkin todenmukaisuuteen, käytännöllisyyden nimissä niissä on silti lähes aina joitakin pelkistyksiä. Robottisolun operaattori on yksi tyypillinen pelkistyksen kohde. Todellisuudessa operaattori syöttää robottisolulle sen tarvitsemia komponentteja tai materiaaleja, simulaatiossa ne ilmestyvät kuin tyhjästä.
Yksinkertaisissa robottisoluissa, ohjelmoinnin näkökulmasta, toiminnot voidaan laittaa vaivatta tapahtumaan sarjassa, toinen toisensa perään. Esimerkiksi hiontaohjelmassa robotin voi olla tarpeen vain ajaa kappaleen muotojen perusteella ohjelmoitua liikerataa. Sen sijaan solun laajentuessa robottien ja toimilaitteiden toiminnallisuuksien täytyy olla tarkkaan ajoitettuja, koska samanaikaisesti voi tapahtua monta asiaa rinnakkain. Esimerkiksi pakkaussolussa laatikkoa voidaan kasata samaan aikaan kun tuotteita ollaan poimimassa, ja laatikon täytyy olla valmiina ennen tuotteiden asettamista laatikkoon. Joskus pienetkin erot liikeradoissa ja nopeuksissa voivat aiheuttaa virhetilanteita tai vaikuttaa merkittävästi kokonaisuuteen, sillä prosessien viiveet kumuloituvat helposti. Vaikka simulaatiota voidaankin ajaa suuremmalla nopeudella, lineaarisen luonteensa vuoksi se täytyy silti jokaisen hienosäädön jälkeen aloittaa alusta.
Omituisuuksia
Kokonaisuus ei kuitenkaan tahdo edetä lineaarisesti; joskus simulaatio etenee harppauksin, joskus se junnaa paikoillaan, ja joskus tulee jopa takapakkia. Simulaatio-ohjelmiston käyttämä fysiikkamoottori on tuottanut kenties erikoisimman yllätyksen. Eräässä tapauksessa oli tarkoitus tutkia, miten keksejä saataisiin liukuhihnalta pudoteltua näppärästi pakkaukseen. Simulaatiossa keksit jäivät joko ilmaan pakkauksen päälle tai eivät kunnioittaneet pakkauksen reunoja, eli tippuivat pakkauksen lävitse, riippuen asetuksista ja siitä, miten pakkauksen malli oli rakennettu. Selvitellessä asiaa kävi ilmi, että fysiikkamoottori ei näyttänyt ymmärtävän mallissa olevia onttoja kohtia, vaikka sitä oli ohjeistettu käyttämään mallin tarkkoja muotoja. Kiertoreitti ongelmaan löytyi muuttamalla keksin muoto pyöreästä nelikulmaiseksi, jolloin keksipakkaus voitiin mallintaa uudestaan hieman eri tavalla pelkistä suorakulmioista ilman pyöreän muodon tuomia hankaluuksia. Matkan varrella ohjelman valmistajalle on jätetty kourallinen vikailmoituksia, joista osa on edennyt korjattavien listalle. Tyypillisesti vikailmoitus sisältää teknisiä tietoja, kuten käytettävän ohjelman tarkan versionumeron sekä yksityiskohtaisen selostuksen, kuinka vian voi toisintaa.
Lopuksi
Lopuksi esittelemme yritykselle tuottamamme ratkaisuvaihtoehdon sekä kerromme, mitä sen toteuttamiseen tarvitaan. Saamillaan tiedoilla yritys voi halutessaan aloittaa jatkosuunnittelun valitsemansa robotti-integraattorin kanssa. Joskus tapaukset poikivat myös jatkoyhteistyötä yritysten kanssa. Esimerkkinä usean venesektorilla toimivan yrityksen kanssa käynnistetty RoboTRIM-hanke, joka sai kipinän RoboDemo-hankkeessa tehdystä veneen lujitemuoviosien leikkaussimulaatiosta. Hankkeiden tuottamia ratkaisuvaihtoehtoja on nähtävillä YouTubessa kanavilla @InterregNPARoboDemo, @Roboxx-hanke ja @CentriaRD.
Artikkelin kirjoittaja käyttää päätyökalunaan Visual Componentsia simulaatioiden tuottamiseen, mutta Centriasta löytyy myös RoboDK:n ja RobotStudion taitajia.
Joonas Pesiö
TKI-kehittäjä
Centria-ammattikorkeakoulu
p. 050 479 8190
