Desenvolvimento de um Controlador de uma Célula Robotizada

• Type: Thesis
• Date: 2001

Authors

João Pedro Falcão Carneiro (Author) FEUP; António José Pessoa de Magalhães (Technical adviser) FEUP

Associated Institutions

FEUP - Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

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Resumo (PT): Nos últimos anos, têm existido enormes pressões no sentido de aumentar a flexibilidade e produtividade de sistemas de manufactura. Por isto, o desenvolvimento de sistemas de manufactura e respectivos controladores tem vindo a assumir um papel cada vez mais importante para a comunidade industrial e científica. Esta tese foca uma célula de manufactura muito encontrada na área da indústria metalomecânica, constituída por uma ou várias máquinas e por um ou vários robôs que as carregam com matéria-prima e as descarregam do produto maquinado. Sustenta-se que a melhor estratégia de carga/descarga de uma máquina depende do tempo de trabalho desta, o que pode significar, em certos casos, que a estratégia “típica” tenha desempenhos temporais pobres. Consequentemente, um dos objectivos desta tese é o estudo de outras estratégias de carga/descarga que possam melhorar o desempenho temporal deste tipo de células, avaliado pelo tempo de produção de uma peça. Pretende-se também desenvolver um controlador de célula capaz de implementar as diversas estratégias encontradas. Esta tese inicia-se com a apresentação do problema em causa, bem como de outros relacionados com sistemas produtivos. De seguida, são lançadas diversas estratégias de carga/descarga de máquinas e apresenta-se a célula de fabrico que inspirou este estudo, a qual é utilizada posteriormente num exemplo de aplicação. A fase seguinte é o desenvolvimento de modelos para as diferentes estratégias. Esses modelos são desenvolvidos com vista a não só garantir determinadas propriedades funcionais como também comparar o seu desempenho temporal relativo. Por fim, especifica-se o controlador de célula, discute-se a sua implementação e prova-se a validade da solução. Como conclusão, pode-se afirmar que a conjectura lançada é correcta e que as estratégias propostas conduzem a um aumento significativo do desempenho temporal de células de carga/descarga de máquinas. De facto, para o exemplo de aplicação apresentado neste trabalho e por comparação com a estratégia “típica”, demonstra-se que a utilização dessas estratégias pode resultar numa redução de 15% do tempo de ciclo.

Abstract (EN): Manufacturing enterprises must implement new technologies and methodologies for improving the productivity and flexibility of their systems. Therefore, the development of manufacturing systems and associated controllers is receiving an increasing attention from the scientific and industrial communities since the past decades. The present thesis considers a manufacturing system cell - very common in the metalwork industry area - consisting of one or two general purpose machines and one or two robots that load and unload them. As a point of departure, the author claims that the best strategy for machine loading and unloading depends on the time a machine takes to produce a single piece. This means that, in some cases, the “typical” strategy for loading/unloading machines results in a very poor timing performance. Hence, the first goal of the thesis is to develop other load/unload strategies that may lead to the best performance of a manufacturing cell. A cell controller was developed for studying this subject. The performance of the cell is measured by the mean time required to produce a manufactured piece, including machine loading and unloading. The backgrounds for these and other related problems are firstly described. Next, several strategies for machine loading and unloading are discussed and a particular cell intended to serve as a study case is described. The next step is the formal untimed and timed modelling of the different strategies. Such models guarantee the functional proprieties of all the solutions and allow comparing the relative performance of the different strategies. Finally, the cell controller is specified and its implementation is discussed. As a major result of this thesis, it is proven that the best strategy for machine loading/unloading depends on the working time of a machine. Strategies different from the typical may considerably improve the performance of a manufacturing cell. As an illustrating example, a case study shows that the performance of a cell using one of the proposed strategies improves the performance of a cell in about 15% when compared to the typical strategy.

Language: Portuguese

Type (Professor's evaluation): Scientific