Introduzione all'automazione industriale

Nel capitolo introduttivo sull'automazione industriale, forniremo una panoramica approfondita dei concetti fondamentali. Discuteremo di come sia diventata un elemento chiave per migliorare l'efficienza, la produttività e la competitività delle aziende. 

Esploreremo anche le ragioni alla base dell'adozione dell'automazione, tra cui la riduzione dei costi operativi, l'aumento della qualità dei prodotti, la riduzione degli errori umani e la riduzione dei tempi di produzione. Inoltre, esamineremo i diversi settori industriali in cui l'automazione ha avuto un impatto significativo, come la manifattura, la logistica, l'automotive, l'elettronica e l'industria farmaceutica.

Capitolo 1: Automazione industriale e i suoi vantaggi per le aziende

Capitolo 2: Cosa sono i cobot?

Nel secondo capitolo, esamineremo in dettaglio il concetto di cobot. Spiegheremo come i cobot si differenziano dai tradizionali robot industriali, concentrandoci sulla loro capacità di lavorare in modo sicuro e collaborativo con gli operatori umani. Illustreremo le caratteristiche che li rendono adatti all'interazione diretta con le persone, come i sistemi di sicurezza avanzati, i sensori di rilevamento delle forze e l'interfacciamento intuitivo. Inoltre, esploreremo le diverse modalità di collaborazione tra cobot e operatori umani, come la collaborazione fisica, la collaborazione separata e la collaborazione remota.

I cobot, abbreviazione di "collaborative robots" o robot collaborativi, sono una categoria di robot progettati per lavorare in stretta collaborazione con gli operatori all'interno di un ambiente di lavoro condiviso. A differenza dei tradizionali robot industriali, che spesso operano in aree separate e isolate dagli esseri umani, i cobot sono progettati per interagire direttamente e in modo sicuro con loro.

I cobot sono progettati con caratteristiche di sicurezza avanzate, come sensori di rilevamento delle collisioni, tecnologie di limitazione della forza e sistemi di monitoraggio dell'ambiente, che consentono loro di rilevare la presenza di persone e di adattare il loro comportamento di conseguenza. Queste caratteristiche consentono ai cobot di lavorare fianco a fianco con gli operatori senza la necessità di barriere di sicurezza tradizionali (previa analisi del rischio, che è sempre obbligatoria).

I cobot sono in grado di svolgere una varietà di compiti, che possono includere operazioni di assemblaggio, movimentazione di materiali, ispezioni di qualità, lavori di precisione e molto altro ancora. Possono essere programmati in modo intuitivo e flessibile, spesso attraverso l'interazione diretta con l'operatore (modalità free drive, in cui l’operatore muove il braccio attraverso dei waypoint che registra come coordinate del percorso) o mediante l'utilizzo di interfacce utente semplici, come il teach pendant UR che implementa il software Polyscope.

Uno degli obiettivi principali dei cobot è quello di migliorare l'efficienza e la produttività dei processi industriali, consentendo agli operatori umani di concentrarsi su compiti di maggior valore, come l'analisi dei dati, la risoluzione dei problemi e l'innovazione. I cobot possono anche contribuire a ridurre la fatica fisica degli operatori, automatizzando attività ripetitive o gravose.

L'utilizzo dei cobot offre numerosi vantaggi, tra cui un miglioramento della sicurezza sul posto di lavoro, un aumento della produttività, una migliore qualità del prodotto e una maggiore flessibilità operativa. La loro capacità di lavorare in collaborazione con gli operatori rende i cobot una risorsa preziosa per le aziende che desiderano implementare l'automazione industriale in modo sicuro ed efficace.

Capitolo 3: Come funziona l’asservimento macchine (o machine tending) con i cobot

Il terzo capitolo sarà dedicato a una spiegazione dettagliata del funzionamento dell'asservimento macchine con i cobot. Esamineremo i principali elementi di un sistema di asservimento, come i sensori di percezione ambientale, i sistemi di controllo e i dispositivi di manipolazione. Approfondiremo i diversi metodi di programmazione dei cobot, come la programmazione basata su GUI (Graphical User Interface), la programmazione basata su linguaggio di programmazione e la programmazione basata su insegnamento. Inoltre, esploreremo le tecnologie emergenti nel campo dell'asservimento delle macchine, come la visione artificiale, l'apprendimento automatico e l'intelligenza artificiale, che contribuiscono a migliorare le capacità dei cobot e consentono loro di adattarsi a situazioni mutevoli.

L'asservimento delle macchine con i cobot, noto anche come machine tending, è il processo attraverso il quale i cobot vengono programmati e controllati per svolgere specifiche attività o compiti all'interno di un ambiente di lavoro collaborativo e in connessione che con altre attrezzature o macchine utensili, come frese, torni, presse, a cui il cobot fornisce pezzi o componenti da lavorare gestendo lo scarico dei pezzi lavorati. Questo processo si basa sull'interazione tra gli operatori, i cobot e le macchine utensili per garantire un funzionamento sicuro e efficace.

Di seguito sono riportati i principali elementi e il funzionamento dell'asservimento delle macchine con i cobot:

Programmazione

I cobot possono essere programmati utilizzando diverse modalità. Una modalità comune è la programmazione manuale, in cui un operatore umano guida fisicamente il braccio del cobot attraverso i movimenti desiderati, registrando i punti di riferimento e le traiettorie. Questi punti di riferimento possono essere utilizzati per creare un percorso di movimento predefinito per il cobot e rappresenta forse la differenza più marcata rispetto alla robotica industriale tradizionale: programmare i cobot non richiede la scrittura di una sola linea di codice.

Sensori di sicurezza

I cobot sono dotati di sensori di sicurezza avanzati per rilevare la presenza di persone o ostacoli nel loro ambiente di lavoro. Questi sensori consentono al cobot di ridurre la velocità o fermarsi completamente in caso di rilevamento di una situazione potenzialmente pericolosa.

Controllo di forza

Alcuni cobot sono in grado di rilevare la forza esercitata contro di loro e di adattare il loro comportamento di conseguenza. Ciò significa che possono essere programmabili per eseguire compiti che richiedono un controllo di forza preciso, come ad esempio la manipolazione di oggetti delicati, o l’assemblaggio o l’avvitatura.

Interazione uomo-cobot 

Un aspetto fondamentale dell'asservimento delle macchine con i cobot è l'interazione sicura e collaborativa con gli operatori. I cobot sono progettati per lavorare fianco a fianco con le persone, adattando il loro movimento e la loro velocità per evitare collisioni o danni.

Controllo del flusso di lavoro

L'asservimento delle macchine con i cobot prevede anche il controllo del flusso di lavoro in un ambiente di produzione. Ciò può comportare la coordinazione dei cobot con altri sistemi automatizzati o con gli operatori per garantire che le attività siano eseguite in modo sequenziale e senza intoppi.

Monitoraggio e diagnostica

Durante il funzionamento, i cobot possono essere monitorati e diagnosticati per individuare eventuali problemi o anomalie. Ciò consente di identificare tempestivamente eventuali malfunzionamenti e prendere le misure correttive necessarie per mantenere l'efficienza del sistema.

Complessivamente, l'asservimento delle macchine con i cobot combina la programmazione, l'interazione uomo-macchina e il controllo dei movimenti per garantire che i cobot possano svolgere le attività desiderate in modo sicuro, efficiente e accurato. Questo approccio consente di massimizzare il potenziale dei cobot e di sfruttare al meglio i vantaggi dell'automazione collaborativa nell'ambiente industriale.

Capitolo 4: Implementazione dell'asservimento delle macchine con i cobot

Capitolo 5: Esempi di applicazioni dell'asservimento delle macchine con i cobot

In questo quinto capitolo forniremo esempi pratici, desunti dall’esperienza reale delle aziende che hanno implementato i cobot, di asservimento macchine. Ogni azienda automatizza in risposta a esigenze diverse e deve fare i conti con diverse condizioni ambientali e produttive. La flessibilità e la versatilità che caratterizza i cobot permette loro di trovare applicazione in centinaia di ambienti produttivi diversi.

Poche altre applicazioni come l’asservimento macchine mettono in luce tutte le potenzialità di un braccio robotico collaborativo. Asservire una pressa e lavorare in tandem con una macchina CNC sono operazioni noiose e ripetitive per gli operatori. I cobot però, grazie alle loro specifiche caratteristiche, sono in grado di svolgere alla perfezione questi compiti incrementando l’efficienza dei cicli produttivi.

Asservire una macchina, sia essa una pressa, un tornio, una fresa, significa automatizzare la parti più ripetitive e a minor valore del processo. Come ad esempio caricare  e scaricare il componente da lavorare e rimuoverlo quando il ciclo si è concluso. Oppure inserire i maschi di stampa in una pressa e rimuovere stampi e stampati una volta che il processo è terminato. Il cobot può automatizzare il 100% del processo, dall'apertura degli sportelli della macchina, al controllo qualità sul pezzo finito, se il tempo ciclo di lavorazione è sufficientemente lungo per permetterlo. 

La facilità di programmazione che li caratterizza, il movimento sui sei assi e le funzioni di sicurezza, consentono di incrementare l’efficienza di una macchina (fresa, tornio o pressa) che è già in possesso dell’azienda incrementandone la capacità produttiva.

Tipologie di asservimento

I cobot Universal Robots si prestano ad automatizzare diverse tipologie di asservimento, grazie alla loro spiccata flessibilità. Possono infatti entrare in produzione a fianco di presse, torni, stampanti a iniezione, macchine per la piegatura della lamiera, presse.  

Integrando al polso un diverso end effector è infatti possibile dare avvio ad applicazioni diverse in tempi molto brevi e spostare il cobot laddove sia necessario automatizzare il processo. In sostanza un cobot può essere spostato da una CNC momentaneamente ferma e dislocato su un'altra in attività riducendo al minimo i tempi di fermo macchina e le interruzioni di processo. 

In tutte queste applicazioni, i cobot consentono agli operatori di entrare e uscire in sicurezza dall'area di lavoro. Quando un essere umano entra nella cella di lavoro del robot, il braccio del robot può funzionare in modalità ridotta, con una tecnologia brevettata che limita la forza per evitare lesioni se il braccio del robot entra in contatto con una persona. Il robot riprende automaticamente la massima velocità quando il lavoratore lascia il suo spazio. 

Altre opzioni consentono al robot di funzionare a piena velocità all'interno di una macchina CNC e a velocità ridotta all'esterno. Si tratta di un cambiamento radicale rispetto ai robot industriali tradizionali che richiedono un'ampia gabbia di sicurezza per tenere i lavoratori fuori dall'area di lavoro del robot mentre è in lavorazione e che limita fortemente la flessibilità del robot.

Precisione e ripetibilità

L’asservimento macchine è una procedura che richiede precisione millimetrica e coordinazione fra due (o più) macchine. È necessario quindi, se si vuole preservare l’efficienza del ciclo produttivo, che il robot servente presenti caratteristiche di ripetibilità elevate. I robot collaborativi UR hanno una ripetibilità di 0,03 millimetri, introdotta dalla nuova e-Series.

Sicurezza integrata, spazio risparmiato

Una condizione che si registra con frequenza (e non solo nelle operazioni di asservimento macchina) è la ristrettezza degli spazi a disposizione. Le postazioni di fronte alle presse, ai torni, alle macchine CNC, sono spesso limitate, confinate in spazi in cui interagiscono anche gli operatori. In condizioni come queste è molto spesso semplicemente impossibile automatizzare i processi con la robotica tradizionale, che necessita di barriere di protezione, spazi ampi (e segregati ad altre attività), costose modifiche al layout produttivo.

I cobot sono una soluzione economica, efficiente e sicura a questo problema. I bracci robotici di Universal Robots, previa analisi dei rischi, operano infatti senza il bisogno di barriere di protezione intorno. Le misure di sicurezza integrate nei cobot consentono al braccio robotico di operare anche in prossimità di operatori. Se il robot dedito all’asservimento macchine entra in contatto con una persona, le security native arrestano il movimento del braccio collaborativo. 

I cobot UR possono inoltre essere programmati per operare a velocità ridotta, quando una persona entra nell’area di lavoro, e riprendere la velocità standard quando questa si allontana. Fra le novità introdotte dalla e-Series vi sono altre 2 impostazioni di sicurezza (siamo a un totale di 17) che consentono di personalizzare tempo e distanza di arresto: con i cobot Universal Robots l’asservimento macchine è non solo più efficiente, ma incredibilmente più sicuro.

I cobot UR, la soluzione per l'asservimento macchine nelle  PMI
Bajaj Auto Ltd ha implementato i cobot UR come soluzione standardizzata per tutte le esigenze funzionali. Numerosi processi, quali la gestione dei materiali e l’asservimento macchine, sono stati gestiti in maniera collaborativa dai robot collaborativi e dai dipendenti della Bajaj.

Drilling, piccola azienda modenese specializzata nella foratura profonda conto terzi,  ha installato un cobot UR10 fronte macchina o, per meglio dire, ha allestito la stazione di lavoro del robot collaborativo Universal Robots affinchè questo possa operare – quando serve – di fronte al centro di lavoro, ma possa anche essere agevolmente spostato con un carrello sia ad altre attività nel reparto produttivo, sia per agevolare le attività di attrezzaggio e manutenzione del centro di lavoro.

BJ Gear, un leader mondiale nella produzione di soluzioni per ingranaggi, ha implementato due robot UR 5 in asservimento ai vecchi macchinari nella produzione dell'azienda. Un robot ha completamente automatizzato il processo di sbavatura e stampaggio di ruote dentate e lavorati finiti per il successivo assemblaggio. L'altro è multifunzionale e aziona tre macchinari contemporaneamente - un tornio, una fresa e un impianto di lavaggio - permettendo alla BJ-Gear di produrre 100 pezzi alla volta senza intervento umano.

Capitolo 6: Sfide e considerazioni nell'asservimento delle macchine con i cobot

Capitolo 7: Integrazione e gestione dei cobot nell'ambiente di lavoro

Nel capitolo dedicato all'integrazione e alla gestione dei cobot nell'ambiente di lavoro, esamineremo le considerazioni pratiche per garantire un'efficace operatività dei cobot. Discuteremo l'importanza di una corretta pianificazione dello spazio di lavoro e dell'ottimizzazione del layout per massimizzare l'efficienza e la sicurezza. 

Approfondiremo le strategie per la gestione dei flussi di lavoro, inclusi il coordinamento dei cobot con gli operatori umani e l'implementazione di procedure di comunicazione e collaborazione. Esploreremo anche l'importanza della manutenzione preventiva per garantire il corretto funzionamento dei cobot nel tempo, oltre a fornire suggerimenti per la gestione dei ricambi e delle riparazioni. Infine, discuteremo l'utilizzo dei dati generati dai cobot per il monitoraggio delle prestazioni, l'ottimizzazione dei processi e la presa di decisioni informate.

Gestire lo spazio

Una corretta pianificazione dello spazio di lavoro e l'ottimizzazione del layout sono fondamentali per garantire un'efficace integrazione dei cobot nell'ambiente di lavoro. È importante considerare gli spazi fisici necessari per i cobot, inclusi i requisiti di sicurezza come le eventuali zone di separazione e i dispositivi di rilevamento. Un layout ben progettato può facilitare il flusso di lavoro, ridurre il tempo di spostamento dei cobot e migliorare la sicurezza complessiva. I cobot, proprio grazie alle dimensioni contenute, si dimostrano strumenti adatti alle necessità delle PMI, la cui carenza di spazio – e la necessità di preservare quello dedicato alla produzione – rendono spesso impossibile adottare soluzioni di automazione tradizionali. 

Gestione dei flussi nell’asservimento macchine

La gestione dei flussi di lavoro è un altro aspetto cruciale nell'asservimento macchine con i cobot. Gli operatori e i cobot devono coordinarsi e collaborare per massimizzare l'efficienza e la produttività. Ciò può richiedere l'implementazione di procedure di comunicazione chiare, ad esempio l'utilizzo di segnali visivi o acustici per indicare l'inizio o la fine di una determinata attività. Inoltre, la pianificazione dei tempi e delle sequenze delle operazioni può contribuire a evitare ritardi o sovrapposizioni di attività.

Manutenzione preventiva e monitoraggio

La manutenzione preventiva dei cobot è essenziale per garantirne il corretto funzionamento nel tempo. Ciò implica l'esecuzione di controlli regolari, la calibrazione dei movimenti e la lubrificazione delle parti meccaniche. Inoltre, è importante disporre di un'adeguata gestione dei ricambi e delle riparazioni per minimizzare i tempi di inattività dei cobot. Mantenere una corretta documentazione delle attività di manutenzione e delle modifiche apportate ai cobot può essere di grande aiuto per una gestione efficiente.

Infine, i dati generati dai cobot possono fornire informazioni preziose per il monitoraggio delle prestazioni e l'ottimizzazione dei processi. È possibile raccogliere dati su vari parametri, come tempi di ciclo, errori o guasti, e utilizzarli per identificare aree di miglioramento, ottimizzare le sequenze di lavoro e prendere decisioni informate sull'efficienza operativa. L'analisi dei dati può contribuire a individuare tendenze, prevedere problemi potenziali e migliorare continuamente le prestazioni dei cobot.

In conclusione, l'integrazione e la gestione dei cobot richiedono una pianificazione accurata dello spazio di lavoro, la gestione dei flussi di lavoro, la manutenzione preventiva e l'utilizzo dei dati per il monitoraggio e l'ottimizzazione. Considerare attentamente questi aspetti pratici può aiutare le aziende a massimizzare l'efficienza, la sicurezza e i vantaggi complessivi dell'asservimento delle macchine con i cobot.

Capitolo 8: Sicurezza nell'asservimento delle macchine con i cobot

Nell'ottavo capitolo, metteremo in luce l'importanza della sicurezza nell'asservimento delle macchine con i cobot. Discuteremo delle norme di sicurezza e delle linee guida applicabili, come la normativa ISO/TS 15066 e le direttive relative alla sicurezza delle macchine. 

Esamineremo le misure di sicurezza necessarie per prevenire incidenti e lesioni, come l'implementazione di sistemi di rilevamento delle collisioni, barriere di sicurezza, dispositivi di arresto di emergenza e indicatori luminosi. Approfondiremo anche l'importanza della formazione degli operatori e della consapevolezza dei rischi associati all'interazione con i cobot. Inoltre, esploreremo le tecnologie emergenti nel campo della sicurezza dei cobot, come i sistemi di intelligenza artificiale per la previsione degli incidenti e le interfacce uomo-macchina avanzate per una comunicazione sicura e intuitiva.

La sicurezza è un aspetto fondamentale quando si tratta dell'asservimento delle macchine con i cobot. Norme e linee guida specifiche sono state sviluppate per garantire un ambiente di lavoro sicuro e ridurre i rischi associati all'interazione tra operatori umani e cobot. La normativa ISO/TS 15066 fornisce linee guida dettagliate sulla sicurezza dei robot collaborativi, compresi i limiti di forza e pressione ammissibili durante l'interazione con gli operatori umani.

Le misure di sicurezza fisiche possono rilevarsi essenziali per prevenire incidenti e lesioni durante l'asservimento macchine con i cobot. Anche se va detto che oltre l’80% delle aziende che hanno implementato coboit Universal Robots, previa analisi del rischio, non ha avuto la necessità di installare barriere e protezioni fisiche. 

Sistemi di rilevamento delle collisioni possono essere utilizzati per monitorare l'ambiente di lavoro e rilevare la presenza di ostacoli o la possibile collisione con gli operatori. Barriere di sicurezza come recinzioni o sensori possono essere installate per separare in modo sicuro i cobot dalle aree in cui operano gli operatori umani. Inoltre, dispositivi di arresto di emergenza e indicatori luminosi possono essere utilizzati per rispondere rapidamente a situazioni di pericolo e attirare l'attenzione sugli eventi critici.

La formazione degli operatori è un aspetto chiave per garantire un ambiente di lavoro sicuro con i cobot. Gli operatori devono essere adeguatamente addestrati sulle procedure di sicurezza, comprese le modalità di interazione con i cobot, la corretta utilizzazione dei dispositivi di sicurezza e la gestione delle situazioni di emergenza. La consapevolezza dei rischi associati all'interazione con i cobot e la cultura della sicurezza devono essere promosse in tutta l'organizzazione per garantire una mentalità proattiva verso la sicurezza.

Le tecnologie emergenti nel campo della sicurezza dei cobot stanno contribuendo a migliorare ulteriormente la protezione degli operatori. Sistemi di intelligenza artificiale possono essere implementati per prevedere e prevenire gli incidenti, utilizzando algoritmi avanzati per rilevare comportamenti anomali o situazioni di pericolo imminente. Le interfacce uomo-macchina avanzate consentono una comunicazione sicura e intuitiva tra gli operatori umani e i cobot, facilitando l'interazione e riducendo il rischio di errori o incomprensioni.

In conclusione, la sicurezza nell'asservimento macchine con i cobot è un elemento cruciale per garantire un ambiente di lavoro sicuro ed efficiente. L'aderenza alle norme e alle linee guida, l'implementazione di misure di sicurezza fisiche, la formazione degli operatori e l'utilizzo di tecnologie avanzate possono contribuire a mitigare i rischi e promuovere un'interazione sicura tra gli operatori umani e i cobot. La sicurezza deve essere una priorità assoluta in tutte le fasi dell'implementazione dei cobot, dal design all'operatività quotidiana.

Conclusioni

Nella conclusione di questa guida completa sull'asservimento macchine con i cobot e i vantaggi dell'automazione industriale, vogliamo sottolineare l'enorme potenziale e le opportunità che l'automazione offre alle aziende di oggi. L'automazione industriale, in particolare l'utilizzo dei cobot, ha dimostrato di essere una soluzione efficace per migliorare l'efficienza operativa, aumentare la produttività e garantire una maggiore qualità del prodotto.

Abbiamo esplorato i concetti fondamentali dell'automazione industriale e i settori in cui ha avuto un impatto significativo. Inoltre, abbiamo approfondito il concetto di cobot, evidenziando le loro caratteristiche di sicurezza e la capacità di lavorare in modo collaborativo con gli esseri umani.

Abbiamo esaminato il funzionamento dell'asservimento macchine con i cobot, comprendendo i componenti chiave e i metodi di programmazione utilizzati. Abbiamo anche esplorato le tecnologie emergenti che contribuiscono a migliorare le capacità dei cobot e a rendere l'automazione ancora più efficiente.

Inoltre, abbiamo affrontato in dettaglio i vantaggi dell'automazione industriale, tra cui l'efficienza migliorata, la migliore qualità del prodotto, la sicurezza sul posto di lavoro e la flessibilità operativa. Abbiamo descritto casi di successo e esempi di applicazioni in diversi settori industriali per illustrare l'ampia gamma di possibilità offerte dall'asservimento delle macchine con i cobot.

Abbiamo discusso anche delle sfide e delle considerazioni importanti nell'asservimento delle macchine con i cobot, come l'integrazione nel sistema esistente, la sicurezza e le considerazioni etiche. 

Infine, abbiamo esaminato l'impatto sociale ed economico dell'automazione industriale, considerando gli effetti sull'occupazione, sulle competenze e sull'economia nel contesto globale. Abbiamo sottolineato l'importanza di un approccio equilibrato che tenga conto delle implicazioni etiche e sociali dell'automazione.

In definitiva, l'asservimento macchine con i cobot rappresenta una guida fondamentale per le aziende che desiderano sfruttare i vantaggi dell'automazione industriale. L'automazione offre opportunità per migliorare l'efficienza, aumentare la produttività e garantire una maggiore qualità del prodotto, contribuendo così al successo e alla competitività delle aziende nel contesto dell'industria moderna.

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