Dissertation: a work Piece bases Approach for Programming Cooperating Industrial Robots

Figure 8.7: A qualitative comparison of the technical assessment
User interaction
The approach inherently reduces the skill set requirements from an operator
and hence enhances the user interaction experience while requiring little
technical expertise. By moving the programming task to the work-piece
space i.e. the object space of the robots, the user avoids complexities of the
separate manipulators. Additionally, the ability to utilize simple input devices
such as joysticks to control the movement of the robots and
/or the work-piece
tremendously simplifies the user interaction. Certain functionalities can be
activated by mapping them to buttons on those devices. While feedback to
125

---

8 Assessment
the operator can be conveyed with visual or force feedback signals, hereby
enriching the interaction experience.
Acceptance
Introduction of any new approach or technical system in a production facility
requires acceptance on both the management and operational level. Given
the complicated nature of the approach and its wide range of utilization,
acceptance on the management level is expected to be initially conservative.
On an operational level reluctance to learn a new system which might incur
an extra learning curve adversely a
ffects initial productivity gains. The
approach however advocates intuitiveness and user-friendliness and therefore
acceptance on both levels is expected to be quicker than for comparable
industrial machines.
Maintenance
The high degree of integration between the components represents a headache
in terms of maintenance. This is exacerbated by the fact that low-level inte-
gration between di
fferent hardware and software components geared toward
user-friendly functionality makes the underlying design fairly complicated.
Furthermore, recalibration and testing are absolutely necessary after any
maintenance operation whether on specific components or on the whole
system. The latter reasons render maintenance a very delicate and complex
operation.
Reuse
/expandability
Porting the approach to new hardware involves delicate re-calibration of
sensors. This could sometimes be troublesome given the highly intercon-
nected nature of any technical realization of the approach, as evident by
the complexity of the test-rig in chapter 7. Regarding expandability, the
WPBA was specifically designed to address the issue of programing CIR
independent of the number of robots involved in the operation by moving
the focus of programming from the process enablers i.e. robots to the task
i.e. the work-piece. This renders the approach scalable for a theoretically
infinite number of robots, irregardless of their kinematic structure.
Compatibility
Although interfaces are to a great extent standardized, low-level function-
alities such as external real-time control are only available through vendor-
specific interfaces. Additionally, control performance is mainly dictated
by the type and bandwidth of both components and interfaces. This is fur-
ther complicated by the fact that robots from di
fferent manufacturers have
di
fferent programming languages, which raises significant issue relating to
compatibility when the approach is ported from one work-cell to another.
126

---

8.4 Economic assessment
8.4 Economic assessment
The aim here is to quantify the economical or financial gains expected if the proposed
approach is applied. This benefit is usually determined by comparing two technical
systems o
ffering the same functionality (Vogl 2009)(Munzert 2009). Furthermore the
e
fficiency and success rate of the task on both systems has to be almost identical if not
the same. Notwithstanding the latter aspects, several other factors play a significant
role in determining the financial gains. First and foremost is the type of the application
under investigation, which in turn defines the process and its requirements. This not only
entails profound knowledge of the application but also and experienced insight into the
application domain and its interconnections with other processes. The resultant product
and its variants represent the second major factor. If batch sizes and production time
are known, the frequency of (re)programming and therefore the costs linked to it can
be accurately estimated. Although the question posed here is how do we economically
evaluate the work-piece based programming method? it would be more beneficial to
consider it in a greater context by asking is applying CIR with the WPBA tied to specific
economical gains?. By considering the latter question, the former is implicitly answered.
As a result, three scenarios for economical evaluation could be envisioned here:
1. Replacement Scenario: In this scenario static jigs and fixtures are replaced with
CIR. Hence, the assessment here is of two completely di
fferent systems.
2. Upgrade Scenario 1: In this scenario, one or more robots are added to a robotic
work-cell and subsequently allowing them to function in a cooperative manner.
3. Upgrade Scenario 2: In this scenario, force control is integrated in an existing CIR
and subsequently upgrading it to implement the WPBA.
An intricate relation runs through the three scenarios. They actually represent the chain
of evolution of any CIR deployment. As already noted in Chapter 1, CIR are mainly
utilized as flexible jigs and fixtures. Hence, the first scenario explores the financial benefit
when the case for industrial robots or even CIR instead of static jigs is made. In the
second scenario, industrial robots are utilized but reaches its limits regarding loading and
dexterous manipulation which in turn makes the case for CIR. And finally, the last scenario
takes the CIR deployment to the last step by applying the WPBA. An application-oriented
assessment would compare the gains between the initial situation of the first scenario
(static jigs and fixtures) and solution in the last scenario (CIR with the WPBA). This
however doesn’t isolate the e
ffect of applying the WPBA, and hence the calculation here
will be limited to the third scenario.
In this scenario an existing CIR system will be upgraded to utilize the WPBA. An upgrade
starts by purchasing all the devices and components -whether they are hardware or software-
for the required operation. As dictated in Table 8.3, these fall under the investment costs
category. It is noteworthy to point out that some components such as software have to be
custom built compared to other components that could be directly purchased.
127

---

8 Assessment
Annual costs comprise of calculating depreciation and maintenance costs incurred
throughout a year. While depreciation and imputed interest are calculated according
to a fairly standard formula, maintenance is assumed to cost 6000
e/yr. The benefit
calculation commences with the following assumptions:
• A CIR programmer costs on average 100 e/hr (Vogl 2009). To (re-)program the
required tasks, he is hired for a total of 250 hr
/yr.
• Time saved by the programmer when utilizing the WPBA amounts to 45% of the
total programming time.
Investment Costs
Component
Number