Integración de robot colaborativo en sistema de fabricación flexible en el contexto de la Industria 4.0

Abstract

Los sistemas de fabricación convencionales se encuentran inmersos en una transición hacia un modelo de producción más flexible que permita cubrir las demandas actuales del mercado. El paradigma de la Industria 4.0 plantea el uso de herramientas y tecnologías que aumenten la eficiencia y la capacidad de adaptación de los procesos productivos para hacer frente a un mercado globalizado y con una alta competitividad. Para lograr estos objetivos se pueden identificar dos factores clave: la robotización y la descentralización. Una de las tecnologías determinantes en este nuevo modelo de producción es la robótica colaborativa, ya que aporta fuerza, resistencia y precisión en la realización de tareas, y, sobre todo, capacidad para que personas y robots puedan colaborar en la realización de dichas tareas. Así, el uso de la robótica colaborativa permite maximizar la flexibilidad, la productividad y la calidad de los procesos. Los sistemas multiagente han demostrado ser adecuados para satisfacer los requisitos de conectividad y descentralización de los activos de fabricación en diferentes entornos industriales, hasta el punto de que el concepto de Agente Industrial se concibe como una implementación del concepto de Componente I4.0 (una particularización del concepto de Sistema Ciberfísico alineado con la arquitectura de referencia RAMI 4.0) mediante agentes. Este este contexto, este trabajo contribuye a la integración de una estación de ensamblado (formada por un robot colaborativo y un PLC) como agente industrial dentro FlexManSys, una plataforma de gestión de aplicaciones de fabricación desarrollada por el grupo de investigación GCIS de la UPV/EHU. Se sigue una arquitectura en 4 capas que permite la integración de la estación de ensamblado como componente I4.0 dentro de la plataforma inteligente. Esta integración comprende: la identificación y programación de las operaciones de la estación, de forma modular para maximizar la flexibilidad del sistema; la definición de los mecanismos necesarios para el intercambio de datos entre el activo y su agente asociado, y la definición de una interfaz, a nivel de sistema, que permita la gestión virtual de la estación.

Ohiko fabrikazio-sistemak ekoizpen-eredu malguago baterako trantsizioan murgilduta daude, merkatuaren egungo eskaerei erantzun ahal izateko. 4.0 Industriaren paradigmak produkzio-prozesuen eraginkortasuna eta egokitzeko gaitasuna handituko duten tresnak eta teknologiak erabiltzea planteatzen du, merkatu globalizatuari eta lehiakortasun handiari aurre egiteko. Helburu horiek lortzeko, funtsezko bi faktore identifika daitezke: robotizazioa eta deszentralizazioa. Ekoizpen-eredu berri honetan, teknologia erabakigarrienetako bat elkarlaneko robotika da; izan ere, indarra, erresistentzia eta zehaztasuna ematen du zereginak egitean, eta, batez ere, pertsonek eta robotek zeregin horietan laguntzeko gaitasuna ematen du. Horrela, elkarlaneko robotikaren erabilerak prozesuen malgutasuna, produktibitatea eta kalitatea maximizatzea ahalbidetzen du. Eragile anitzeko sistemek erakutsi dute egokiak direla fabrikazio-aktiboen konektibitate- eta deszentralizazio-baldintzak hainbat industria-ingurunetan betetzeko; izan ere, eragile industrialaren kontzeptua I4.0 osagaiaren kontzeptuaren inplementazio gisa ulertzen da (sistema ziberfisikoaren kontzeptuaren berezitasuna, RAMI 4.0 erreferentziazko arkitekturarekin lerrokatuta), agenteen bidez. Testuinguru horretan, lan honek muntai-estazio bat (elkarlaneko robot batek eta PLC batek osatua) agente industrial gisa integratzen laguntzen du FlexManSysen barruan, UPV/EHUko GCIS ikerketa-taldeak garatutako fabrikazio-aplikazioak kudeatzeko plataforma. 4 geruzako arkitektura bat jarraitzen du, muntai-estazioa I4.0 osagai gisa plataforma adimendunaren barruan integratzea ahalbidetzen duena. Integrazio horren barruan sartzen dira: geltokiko eragiketak identifikatzea eta programatzea, modu modularrean, sistemaren malgutasuna maximizatzeko; aktiboaren eta hari lotutako eragilearen artean datuak trukatzeko beharrezko mekanismoak definitzea; eta sistema mailako interfaze bat definitzea, estazioaren kudeaketa birtuala ahalbidetzeko.

Conventional manufacturing systems are immersed in a transition towards a more flexible production model that allows them to meet current market demands. The Industry 4.0 paradigm proposes the use of tools and technologies that increase the efficiency and adaptability of production processes to deal with a globalized and highly competitive market. To achieve these objectives, two key factors can be identified: robotization and decentralization. One of the determining technologies in this new production model is collaborative robotics, considering that it provides strength, resistance and precision in carrying out tasks, and, above all, the ability for people and robots to collaborate in carrying out these tasks. Thus, the use of collaborative robotics allows maximizing the flexibility, productivity and quality of the processes. Multi-agent systems have proven to be adequate to meet the connectivity and decentralization requirements of manufacturing assets in different industrial environments, to the point that the Industrial Agent concept is conceived as an implementation of the Component I4.0 concept (a particularization of the Cyberphysical System concept aligned with the RAMI 4.0 reference architecture) through agents. In this context, this work contributes to the integration of an assembly station (formed by a collaborative robot and a PLC) as an industrial agent within FlexManSys, a manufacturing application management platform developed by the GCIS research group of the UPV/ EHU. A 4-layer architecture is followed allows the integration of the assembly station as an I4.0 component within the intelligent platform. This integration comprises: the identification and programming of station operations, in a modular way to maximize the flexibility of the system; the definition of the necessary mechanisms for the exchange of data between the asset and its associated agent, and the definition of an interface, at the system level, that allows the virtual management of the station.