Digital simulation of human and robot interaction scenarios

The aim of this thesis is to build a simulation of a human and robot interaction scenario in industrial environment. Such simulation, which can be seen as a digital twin of the real production processes, helps to boost the digitalization of manufacturing, thus speed up the product creation, promote the flexibility of production, improve the product quality, and increase the efficiency. A demo work cell containing two Kawasaki uz100 robots and one human model doing assembling tasks was created. The digital model of the workspace was built in Siemens Process Simulate including all the resources that are present in the cell and the agents’ operations, with a specific attention on the logic control of human and robot tasks. The logic control of the event-based operation sequences is realized through a user-defined function coded in C# utilizing Tecnomatix API. A socket using TCP/IP protocol realizes the communication between the user-defined function and an external server. The server application implements a custom scheduler that can function on the simulation in Process Simulate thanks to the user-defined function working as a bridge between Process Simulate and the server. The focus is on enabling the simulation of dynamic scheduling of operations among agents, allowing the exploration of all possible situations that may occur in the working cell during operation.

Scopo di questa tesi è creare una simulazione di uno scenario di interazione uomo-robot in ambito industriale. Tale simulazione, che può essere vista come un gemello digitale (digital twin) del processo produttivo reale, aiuta ad incrementare la digitalizzazione della produzione, accelerando così la creazione del prodotto, incentivando la flessibilità della produzione, migliorando la qualità del prodotto e aumentando l’efficienza. È stata creata una dimostrazione di una cella di lavoro contenente due robot Kawasaki uz100 e un modello di operatore umano che eseguono operazioni di assemblaggio. Il modello digitale dell’area di lavoro è stato realizzato in Siemens Process Simulate includendo tutte le risorse presenti nella cella e le operazioni eseguite dagli agenti, con un’attenzione particolare al controllo logico delle attività dell’uomo e dei robot. Il controllo logico delle sequenze di operazioni, aggiornate in risposta agli eventi della simulazione, è realizzato attraverso una funzione personalizzata codificata in C# utilizzando l’API Tecnomatix. Un socket che utilizza il protocollo TCP/IP realizza la comunicazione tra la funzione d’interfaccia e un server esterno. L’applicazione server implementa uno scheduler personalizzato dall’utente, che può agire sulla simulazione in Process Simulate grazie alla funzione che serve da ponte tra Process Simulate e il server. L’obiettivo principale è quello di rendere possibile la simulazione di una programmazione dinamica delle operazioni degli agenti, consentendo l’esplorazione di tutte le possibili situazioni che possono verificarsi all’interno della cella di lavoro durante la produzione.