JultikaUniversity of Oulu repository

Tiivistelmä

Tässä diplomityössä tutkitaan Industry 4.0:n uutta ilmentymää, digital twiniä eli digitaalista kaksosta. Digital twin tarkoittaa fyysisen esineen, prosessin tai toiminnon digitaalista mallia, joka on kytketty fyysiseen kaksoisolentoonsa niin, että fyysisestä maailmasta kerätty mittaustieto ja operatiivinen tieto rikastuttavat digitaalista mallia. Lisäksi työssä tutkitaan teollisuusautomaatiota, koneistuksen automatisointia ja tiedonsiirtoa automaattisessa solussa.

Työn tilaajana toimi Oulun yliopisto. Päätavoitteena oli suunnitella koneistuskeskuksen sekä teollisuusrobotin sisältävä automaattinen koneistussolu, joka valmistaa vetosauvoja. Lisäksi työn tavoitteena oli tutkia sitä, mitä koneistussolun digital twinin luominen vaatii. Prosessin alkutila oli se, että vetosauvat valmistetaan manuaalisesti. Vetosauvojen valmistusmäärä oli vuositasolla suuri, ja robotisoimalla työstökoneen panostus ja purku tavoiteltiin konepajan henkilöresurssien vapauttamista monotonisen työn sijasta haasteellisempien koneistustöiden suorittamiseen.

Työn tutkimusmenetelmänä käytettiin tapaustutkimusta. Solussa tarvitut 3D-mallit luotiin Autodesk Inventorilla ja ne tuotiin KUKA.Sim Pro -ohjelmaan robottiohjelmointia varten. Diplomityön tuloksena saatiin robottisimulaatio, teollisuusrobotille siirrettävä robottiohjelma ja ne tekniset ratkaisut, joilla automaattinen koneistussolu kannattaa toteuttaa. Robottiohjelma luotiin käyttämällä kutsuttavia aliohjelmia ja se on myöhemmin muokattavissa helposti myös muiden kappaleiden koneistuksen automatisointiin. Työn tulokset ovat yleistettävissä muihin vastaaviin töihin, joissa suunnitellaan konepalvelun robotisointia.

The digital twin of the automatic machining cell for a workshop investment

Abstract

This master’s thesis studies a new instance of Industry 4.0, Digital twin. Digital twin is understood as a digital model of physical object, process or operation which is connected to physical twin in order that measured information and operational information from physical world enrichens the digital model. In addition, the thesis studies industrial automation, automatization in machining and data transfer in automated cell. Data transfer is an essential part of digital twin.

The thesis was commissioned by University of Oulu. The main objective was designing of automatic machining cell including machine tool and industrial robot which can manufacture tensile strength test specimens. Also, an objective was to study what is required to create the digital twin of the machining cell. Initial condition of process was manual milling of tensile strength test specimens. Annual production quantity of test specimens was high. The target of robotizing loading and unloading of the machine tool was to free machine shop’s human resources from monotonic work to perform more challenging milling tasks.

The study method used in the thesis was case study. 3D models needed in the cell were created with Autodesk Inventor and they were exported to KUKA.Sim Pro software for robot programming. As an outcome, robot simulation and transferable robot program was created. Other results of the thesis were technical solutions which are recommended to execute the automatic machining cell. The results are generalizable to other similar tasks, where robotizing of machine tending is desired.