Mas Elettronica: Robotica e modularità per una fabbrica efficiente

L’automazione robotica ha già ridisegnato profondamente settori come manifatturiero e intralogistica ma anche altri differenti dall’industria tradizionale come il medicale.

In un’ottica di Industry 4.0 e di quella trasformazione digitale che è già ampiamente in atto, continua lo sviluppo e l’adozione delle nuove tecnologie, sempre più presenti nelle strategie aziendali. Gli obiettivi sono molteplici non solo riferiti a efficienza e ottimizzazione della produzione, ma anche sostenibilità e soprattutto sicurezza dei luoghi di lavoro. In questo articolo Sandro Mascetti – CEO di MAS Elettronica affronta gli aspetti collaborativi della robotica e analizza l’evoluzione, le connessioni con le recenti tecnologie, le normative e l’attuale potenziale che i cosiddetti cobot hanno ancora da esprimere.

I fattori abilitanti della robotica collaborativa
La robotica collaborativa è una risorsa che ha oramai trasformato in modo radicale il rapporto tra uomo e macchina, e che ha consentito di raggiungere risultati notevoli attraverso numerosissime applicazioni. Vi è da considerare che fra i fattori che andremo ad analizzare molti rispecchiano in toto le abilità proprie dell’essere umano, pertanto possiamo constatare che, in maggiore misura rispetto alle macchine tradizionali, i cobot sono in continua evoluzione basandosi sul comportamento umano sia nello svolgere i compiti che nel relazionarsi all’interno di un team di lavoro. Quali sono i fattori che hanno permesso una diffusione crescente dei robot collaborativi nell’industria?

Replicabilità – Poiché la precisa replicabilità (dei compiti e dei movimenti) è un aspetto che per l’essere umano risulta difficoltoso, è stato chiesto alle macchine di effettuare movimenti e processi identici, in successione e in cadenza predefiniti. Avvitamento, smontaggio, posizionamento di particolari, saldatura, dosaggio di materiali o altri compiti che prevedono movimenti precisi sono soltanto alcune delle mansioni che i cobot sono in grado di svolgere e ripetere nel tempo con lo stesso livello di precisione e la medesima durata.

Percezione – Un altro fattore fondamentale è quello di avere la percezione di ciò che accade intorno a sé. Ad esempio, se un addetto al montaggio o alla lavorazione deve prestare attenzione a ciò che succede attorno a lui per evitare danni a cose o ai colleghi che sono nelle vicinanze, lo stesso concetto è stato trasferito nell’approccio lavorativo dei robot collaborativi. Grazie alla sensoristica i cobot hanno la percezione di ciò che accade nell’ambiente circostante e, allo stesso modo di un collega umano, possono interrompere le loro attività nel caso di rischio. Questo fattore riguarda in modo strettamente correlato il prossimo.

Sicurezza – I robot, non solo quelli collaborativi, sono utilizzati per svolgere compiti ripetitivi, pesanti ma anche pericolosi. Grazie alla ripetibilità e una percezione sempre più sofisticata, sono in grado di garantire un elevato livello di sicurezza negli ambienti dove vi è interazione con l’uomo.

Apprendimento – Anche questo aspetto è molto importante poiché con l’ingresso dell’intelligenza artificiale nell’industria 4.0 è stato possibile conferire ai cobot l’attitudine di imparare velocemente dalla loro esperienza. Ebbene, anche i robot collaborativi fanno “gavetta” e ciò è fondamentale poiché in base al loro sapere saranno in grado di svolgere mansioni anche molto diverse e, nel caso dei sistemi più sofisticati, di riprogrammarsi in modo autonomo.

Alta integrabilità – Ripetibilità e Apprendimento sono qualità che consentono ai robot collaborativi un’elevatissima flessibilità con la quale integrarsi in un universo di applicazioni. Basti pensare che ad esempio i bracci antropomorfi possono essere utilizzati per mansioni sopracitate ma anche in campo medicale, dove vi è una costante evoluzione nel campo degli interventi chirurgici.

Consumi e sostenibilità - L’evoluzione dei software, dell’hardware e della cinematica ha consentito, nel corso degli anni, di attenuare il consumo energetico dei robot collaborativi. Ciò offre il vantaggio di costi di esercizio minori per le aziende ma anche il perseguimento degli obiettivi dell’agenda 2030. Non si tratta di mero greenwashing, poiché l’efficientamento energetico rappresenta un passo importante per l’industria del futuro che dovrà per forza di cose avere i processi sempre più sostenibili e a basso impatto ambientale in vista degli obiettivi dell’Agenda 2030. La robotica essendone oramai parte integrante segue e risponde ai requisiti integrandosi nel percorso.

L’interazione uomo-robot
L’interazione con i robot collaborativi nasce dalle qualità attitudinali dell’uomo che, avendo capacità cognitive, di ragionamento e di visione di insieme, si è occupato nel corso degli anni dello sviluppo di macchine ma di processi sempre più evoluti. Lo scambio di informazioni in modo bidirezionale fra uomo e macchina consente ai robot di velocizzare e compiere le azioni in modo non più casuale ma ragionato. Stiamo parlando della permeazione dell’intelligenza artificiale nei processi robotici che come già detto consente di rendere il cobot “intelligente” attraverso sistema nervoso centrale digitale consentendogli mobilità e percezione, e quindi autonomia, superiori.

Normative
Nei fattori abilitanti che consentono ai robot collaborativi di integrarsi nell’industria 4.0 abbiamo citato la sicurezza. Questo aspetto è uno dei fondamenti della robotica collaborativa e la percezione dei robot ne è correlata. Quali sono le normative che fissano i requisiti di sicurezza per i robot industriali e la loro integrazione? La norma ISO 10218 (e relative sezioni 1 e 2) ha posto le basi per un funzionamento in sicurezza mentre risale al 2016 la specifica tecnica ISO/TS 15066 che contiene ulteriori prescrizioni da applicare ai cobot in particolare quando il loro lo spazio operativo è condiviso con i colleghi umani umani.

Senza addentrarci nello specifico, possiamo dire che normative e specifiche prevedono requisiti minimi e necessari riguardo a spazi di lavoro, procedure, e previsione di tutti i possibili rischi. L’obiettivo è quello di far assumere al cobot modalità per cui, al momento della condivisione dello spazio con i colleghi umani, non si presentino rischi di incidenti. E le modalità di funzionamento possono prevedere potenza e funzionamento ridotti una volta che vi è presenza umana all’interno dello spazio operativo del robot come anche quando vi è un lavoro congiunto di uomo macchina, ad esempio, su di un particolare. Ovviamente tutto ciò che è previsto dalla norma non è riassumibile in così poche righe, tuttavia il senso del pacchetto 10218 mira ad utilizzare le funzioni di sicurezza con lo scopo di abbassare al minimo i rischi.

Sensoristica e rilevamento
Tecnologie di rilevamento e una sensoristica sempre più precise e diversificate è possibile aumentare ed affinare le capacità di percezione dei robot. Ad esempio, i robot mobili autonomi (AMR) sono in grado di rilevare con precisione e in tempo reale posizione e scenario circostante, compresa la presenza di oggetti e persone o mezzi in movimento. Questa capacità consente una navigazione autonoma e ragionata, ovvero il robot a seconda dei casi specifici non percorrerà mai lo stesso itinerario ma sarà in grado di ricalcolare viva via il percorso migliore in base agli eventi.

Lo stesso concetto è applicato ai cobot, poiché dotati di una sensoristica varia che consente di: rilevare la presenza umana nelle vicinanze, rilevare e riconoscere le varie forme degli oggetti che ad esempio dovrà manipolare, leggere le informazioni di un particolare attraverso QR Code oppure RFID, misurare la temperatura di un lavorato, verificare le misure di un pezzo, determinarne i difetti, e molto molto altro. Inoltre, sono già state messe a punto applicazioni che tramite l’IA consentono ai cobot, oltre che svolgere i rilevamenti sopracitati, di verificare lo stato dei colleghi umani come ad esempio la loro postura. Alla sensoristica più spinta e all’IA si aggiunge anche l’IIoT che a garanzia della condivisione di una quantità corposa di dati, accelera ancora di più il processo di fabbrica iperconnessa.

Restituzione di dati fruibili
Ultimo ma non meno importante è l’aspetto dei dati. L’impiego dell’automazione consente alla fabbrica 4.0 di disporre di moltissimi dati acquisiti dalle macchine durante le fasi di lavorazione, anche nel caso dei cobot. Ad esempio, l’implementazione della sensoristica smart consente oltre al rilevamento del processo produttivo o della mansione svolta, può essere utilizzata anche per integrare un sistema di manutenzione predittiva. La generazione di grandi quantità di dati può, attraverso un sw di orchestrazione, scalare verso il livello superiore per essere elaborata al fine di trarre informazioni utili per il controllo, per l’ottimizzazione delle strategie oppure per consentire una rapida riprogrammazione del processo.

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