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Robotica avanzata per produzione industriale
Siemens
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Come si possono realizzare diversi prodotti in modo efficiente con cambiamenti minimi all’impianto fra un prodotto e l’altro? La risposta è nella robotica avanzata e molte aziende hanno già avviato l’adozione di questa tecnologia. Siemens Digital Industries Software spiega quali sono le potenzialità e i vantaggi di una robotica supportata dal digital twin e dalla logica di simulazione per raggiungere obiettivi di una sempre più forte autonomia funzionale.
Rah av Madvi l Simulation Product Manager di Siemens Digital Industries Software
Noam Ribon Senior Business Consultant di Siemens Digital Industries Software
Personalizzazione e flessibilità sono due dei termini molto in voga nell’attuale panorama dell’industria manifatturiera. I clienti desiderano prodotti fatti ad hoc per loro, che si tratti di un dopobarba con il loro nome sul flacone, di un veicolo con tutte le dotazioni e gli optional desiderati (e nulla in più) o di un nuovo telefono con antenna di ultima generazione per la connettività 5G. Questa richiesta di personalizzazione fa sì che la manifattura industriale si stia evolvendo verso produzioni con un mix elevato di articoli e milioni di prodotti differenti fabbricati in piccolissimi quantitativi (lotti).
Al tempo stesso, molti prodotti attualmente realizzati sono troppo complicati per le tecnologie di automazione consolidate e costringono quindi le aziende manifatturiere ad affiancare alla robotica tradizionale la manodopera umana. Le persone hanno infatti la capacità di comprendere e gestire i cambiamenti di un processo in tempi molto rapidi. E se invece anche questa flessibilità fosse integrata nei processi automatizzati?
Un sistema di produzione flessibile e automatizzato (o addirittura autonomo) rappresenta il Santo Graal per molte aziende manifatturiere che vogliono vincere la sfida della crescente complessità dei prodotti e, al tempo stesso, soddisfare le richieste di maggiore personalizzazione. La capacità di convertire velocemente la produzione da un oggetto a un altro sarà determinante per le aziende nel loro percorso verso il “lotto singolo” e prodotti altamente personalizzabili.
I piccoli lotti non sono un problema in sé, ma i processi di produzione attuali non consentono di gestire facilmente quantitativi ridotti senza grandi investimenti in un’infrastruttura sempre più complessa. Per evitare il problema di investimenti esponenziali, che non sempre sono sufficienti per risolvere il problema, molte imprese cercano un approccio più flessibile alla produzione. Come si possono realizzare diversi prodotti in modo efficiente con cambiamenti minimi all’impianto fra un prodotto e l’altro? La risposta è la robotica avanzata e molte aziende hanno già avviato l’adozione di questa tecnologia.
Il viaggio verso la robotica avanzata Molte fabbriche utilizzano reti di nastri trasportatori per movimentare qualsiasi tipo di materiale, dalle materie prime ai prodotti finali. Queste reti non sono però concepite per gestire migliaia di prodot
ti diversi che devono essere indirizzati a destinazioni che cambiano continuamente, come richiesto in un processo produttivo multi-prodotto. E se invece un sistema di trasporto potesse cambiare? Magari cambiare percorso per evitare le aree più congestionate della fabbrica? Oppure cambiare destinazione per portare un pezzo alla stazione di lavorazione più adatta? Questi sono i problemi che la robotica avanzata può risolvere con l’ausilio di veicoli autoguidati (AGV) e robot mobili autonomi (AMR), unitamente
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a una piattaforma avanzata per lo sviluppo di software, soluzioni e applicazioni.
Solitamente l’utilizzo dei robot è finalizzato a trasportare materiale da un punto A a un punto B con relativa facilità. Ma non basta introdurre AGV o AMR in un impianto. Gran parte del valore dell’investimento deriva dall’ottimizzazione e dal coordinamento delle tecnologie robotiche avanzate. Nella nostra esperienza abbiamo constatato che aiutare le aziende a implementare la robotica avanzata nei loro processi manifatturieri è un percorso in quattro tappe. La prima fase, detta Entrant, prevede l’utilizzo di robotica fissa o tecnologie simili, laddove gran parte delle operazioni viene programmata manualmente. Tutta la pianificazione di processo viene fatta da un addetto con l’aiuto di un software, mentre le mansioni vengono assegnate a robot specifici che entrano in azione in luoghi e orari definiti. Questo approccio funziona bene quando si producono volumi elevati e quando cambiamenti o modifiche alla linea di produzione vengono ridotti al minimo. Poiché in questa fase ogni azione di ogni robot è chiaramente specificata, il robot deve essere messo fuori servizio quando devono essere apportate modifiche e deve essere riprogrammato manualmente. Questo approccio incide negativamente sui tempi di produzione.
La seconda fase è quella delle aziende Veterans ed è la più diffusa attualmente nell’industria manifatturiera. È caratterizzata dall’uso di gemelli digitali per la convalida dell’intero sistema e la costruzione di algoritmi di controllo per l’intera linea di produzione. Utilizzando un gemello digitale della produzione si ha una visione approfondita di come procedere nelle fasi suc-
cessive del percorso, abilitando la simulazione dell’intero sito. In questa fase si possono ottenere incrementi significativi della produttività aggiornando contemporaneamente diversi robot gestiti dagli stessi controllori a logica programmabile (PLC), riducendo i tempi morti sull’impianto. Entrando nella terza fase, quelli dei Pioneer, le aziende cominciano ad automatizzare una parte più rilevante del processo produttivo. Basata sulle informazioni acquisite dal gemello digitale e potenziata con i dati raccolti da sensori IoT, la programmazione per attività (task-based) può essere implementata per tutti i robot presenti nell’impianto. Questo approccio riduce drasticamente i tempi di programmazione dei robot in caso di cambiamenti al progetto o al processo. Si possono utilizzare comandi semplici per adattare automaticamente il robot con una calibrazione “a circuito chiuso” fra l’ambiente fisico e il gemello digitale. La fase finale, detta Visionary, è quella in cui le iniziative di robotica avanzata diventano sostanzialmente autonome, portando alla quasi completa autonomia dei robot. Questa è anche la fase in cui AGV e AMR diventano estremamente efficaci, sostituendo i nastri
trasportatori statici e un percorso di processo lineare con robotica mobile avanzata. A quel punto le modifiche in produzione diventano molto semplici: basta immettere nel sistema il numero di prodotti richiesti e le varianti necessarie. In base a queste informazioni, il sistema definirà il percorso e le modalità ottimali per realizzare il lotto desiderato. Ad esempio, il software calcola il numero di pezzi che devono essere prelevati dall’area di stoccaggio B oppure
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individua quale stazione di lavorazione può essere allestita più velocemente per produrre il lotto. Se la prima scelta è fuori servizio per manutenzione, viene individuata una seconda opzione. Questo approccio non resta confinato fra le pareti della fabbrica. I vantaggi si estendono anche all’esterno, coinvolgendo fornitori e distributori e contribuendo a gestire con la massima efficienza il carico di lavoro della fabbrica. La fase Visionary è il momento ideale per implementare AGV e AMR, poiché si hanno a disposizione simulazioni complete della fabbrica. La robotica avanzata può essere introdotta in fasi precedenti per eseguire attività più semplici rispetto alla schedulazione della produzione. Alcune aziende hanno adottato AGV e AMR in forma di carrelli semi-autonomi per il prelievo a magazzino, configurando procedure in cui il robot segue e assiste un operatore.
Esistono modalità pressoché infinite di ottimizzare l’impianto, a seconda di come viene gestita la fabbrica. Per questo motivo l’investimento per realizzare un gemello digitale completo è così importante in questo percorso. Fornisce infatti informazioni più approfondite sulle modalità operative della fabbrica, aiutando a investire con fiducia nel futuro dell’azienda. La robotica avanzata fa parte della piattaforma Xcelerator di Siemens per lo sviluppo di software, soluzioni e applicazioni, grazie alla quale il presente si fonde con il futuro dell’industria manifatturiera.
Con la piattaforma Xcelerator di Siemens per lo sviluppo di software, soluzioni e applicazioni, la robotica avanzata integra il presente e il futuro dell’industria manifatturiera.
