Kustannustehokas tuotantoautomaatio

Abstract

Raspberry Pi:n kaltaiset yhdenpiirilevyntietokoneet ovat kehittyneet paljon viime vuosina. Niitä ei kuitenkaan ole täysin hyödynnetty teollisuudessa. Näillä laitteilla voidaan luoda kustannustehokkaasti erittäin mukautuvaa tuotantolaitteistoa. Tämä pyritään osoittamaan tässä työssä rakentamalla testialusta, joka kykenee tuottamaan muoviaihioista valmiita kappaleita ja jonka ohjaus on toteutettu Raspberry Pi tietokoneella. Testialusta kykenee tunnistamaan aihioita ja tekemään sen mukaisesti kaksi työstöä aihiolle ja lopuksi lajittelemaan sen. Laitteisto rakennetaan kustannustehokkaista materiaaleista ja komponenteista, joilla pyritään osoittamaan, että piensarjatuotantoa voi automatisoida hyvinkin edullisesti.

Testialusta rakennettiin alumiinirunkoon. Laitteesta löytyy kaksi työstöyksikköä, poraus ja jyrsintä. Jyrsinnässä käytetään CNC:tä jyrsintapin ohjaamiseen. Ohjaus on toteutettu kahdella Raspberry Pi tietokoneella. Toinen ohjaa laitteistoa ja toinen toimii käyttöliittymänä. Jyrsimen ohjaamiseen on käytetty kannettavaa tietokonetta. Testialusta lukee makasiinissa olevan aihion QR-koodin ja määrittelee tehtävät työstöt sen mukaisesti. Sähkösylinteri työntää aihion makasiinista kuljetuslinjalle ja paineilmasylinterit siirtävät aihion työstöpisteisiin sekä lajitteluramppiin. Lajitteluramppi käyttää solenoideja.

Testialustasta saatiin toimiva kokonaisuus. Laite pystyy toteuttamaan itsenäisesti valmistusprosessin alusta loppuun. Myös kustannukset jäivät mataliksi. Laite on erinomainen pohja jatkokehitykselle. Työstöyksikköjä on mahdollista lisätä, poistaa ja vaihtaa kohtalaisen helposti. Raspberry Pi tietokoneeseen ei enää mahtuisi montaa lisälaitetta mutta erilaisia laajentamismahdollisuuksia on silti olemassa. Myös Raspberry Pi:n prosessointi- ja verkkokapasiteettia ei ole täysin hyödynnetty vaan laitteella on hyvät laajentumismahdollisuudet IoT-laitteeksi.

Single-board computers such as Raspberry Pi have developed lot in recent years. However, they haven’t been completely utilized in industry. These computers can be used to create cost-effective automatization with very flexible manufacturing equipment. This work will attempt to demonstrate this by creating a test platform that can make simple products from blank plastic pieces. Control for this devise was made using Raspberry Pi computer. The test platform can recognize different workpieces and choose the correct work processes for that piece. Then it preforms these processes and sorts them accordingly into different containers. Platform is built from cost-effective materials and components to demonstrate that small batch production can be automated very inexpensively.

The test platform was built on an aluminum framework. The device has two work units, drilling and milling. Milling uses CNC and its controlled from laptop. Control of the test platform is done with two Raspberry Pi computers. One controls the actuators and sensors of the device and the other works as a user interface. The test platform can read a QR-code attached to the plastic blank and use that to determine its operations. An electric cylinder pushes blank on to delivery line and pneumatic cylinders are used to push it under the work units and sorting ramp. The sorting ramp uses solenoids.

The test platform is a working device. It is capable to go through a fabrication process independently. Cost-effectiveness was also reached. The device is an excellent basis for further development. It is relatively easy to add or remove work units from the test platform. Raspberry Pi does not have lot of space for many additional devices but there are many options to add this capacity. Raspberry Pi’s processing and net capabilities were not fully utilized so it has lot of potential to be developed into an IoT device.