Riassunto analitico
Nell'odierna industria manifatturiera, caratterizzata da un crescente livello di automazione, l'obiettivo è garantire standard qualitativi elevati e tempi di produzione ridotti. Per tale scopo, a supporto della fase progettuale ed operativa di macchine e robot, vengono comunemente sviluppati modelli virtuali in grado di analizzarne il comportamento e permetterne l’ottimizzazione continua. Nonostante ciò, in letteratura si evidenzia una mancanza di metodologie per la simulazione avanzata ed il commisioning di sistemi robotici multi-brand con controllo distribuito in un unico ambiente software integrato. Una possibile soluzione è l’interfacciamento di tool commerciali dedicati, tra cui software CAD/CAE e ambienti di programmazione robotica o PLC, con l’obiettivo di definire dei framework capaci di simulare e validare fedelmente i sistemi prima della loro effettiva installazione.
Questo lavoro di tesi, svolto nell'ambito del progetto europeo H2020 Penelope, si concentra sulla definizione di uno strumento di simulazione integrato, definendo la comunicazione bi-direzionale tra due ambienti open-source coinvolti, dedicati rispettivamente al coordinatore di processo ed alla cella robotica. La tesi dettaglia le procedure per realizzare un Virtual Commissioning che replica ogni aspetto del sistema fisico, ovvero una cella robotica per l’assemblaggio di fusoliere aeronautiche realizzata nel contesto delle pilot line del progetto. Ciò include la simulazione di movimenti, percorsi e traiettorie, oltre alla gestione di sensori e telecamere nella cella, e degli opportuni segnali scambiati tra i controllori. Le istruzioni vengono elaborate ad alto livello dal coordinatore e trasmesse agli altri dispositivi, inclusi un gantry robot e un cobot Doosan M1013. La tesi fornisce dettagli sulle impostazioni in tre ambienti: TwinCAT, RoboDK e ROS, stabilendo un coordinatore di processo per simulare le principali fasi di assemblaggio. Vengono gestiti i modelli CAD dei componenti e definiti target e segnali per il controllo della stazione, con interfacce per agevolare l'elaborazione post-simulazione. L'analisi dei risultati ha permesso di ottimizzare i tempi ciclo nel modello digitale, dimostrando l'efficacia della metodologia.
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Abstract
The modern manufacturing industry, characterized by an increasing level of automation, aims to achieve high quality standards and short production times. To support the design and operation of machines and robots, virtual models are commonly created for behavior analysis and continuous optimization. However, the current scientific literature reveals a notable absence of advanced methodologies for the simulation and virtual commissioning of multi-brand robotic systems with distributed control in a unified software environment. One potential solution is to bridge dedicated commercial tools, such as CAD/CAE software and robotic or PLC programming environments, to establish frameworks capable of simulating and rigorously validating systems before their physical installation. This thesis, conducted as part of the European H2020 project Penelope, focuses on defining an integrated simulation tool. This tool facilitates bidirectional communication between two open-source environments: the process coordinator and the robotic cell. The thesis outlines procedures for conducting comprehensive Virtual Commissioning of a robotic cell for aircraft fuselage assembly built in the context of the project’s pilot lines. This encompasses the simulation of movements, paths, trajectories, sensor and camera integration within the cell, and modeling of signal exchanged among controllers. High-level instructions are processed by the coordinator and transmitted to other devices, including a robot gantry and a Doosan M1013 cobot. The document provides in-depth insights into the configuration and development within three specific environments (TwinCAT, RoboDK, and ROS), establishing a process coordinator to simulate the main assembly steps. The analysis of the obtained results demonstrate that the research successfully optimized cycle times within the digital model, validating also the effectiveness of the proposed methodology.
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