In cosa consiste l'asservimento macchine?

L'asservimento macchine è l'applicazione più comune per i robot collaborativi. Prima di scendere nei dettagli, iniziamo con qualche semplice definizione.

Il significato base di asservimento è quello di fornire supporto a qualcuno o qualcosa. Nel nostro caso, l'asservimento macchine consiste nel caricare e/o scaricare una specifica macchina con pezzi o materiali. Al momento sono le persone a eseguire la maggior parte delle applicazioni di asservimento macchine. Le officine meccaniche moderne utilizzano spesso macchine CNC (come torni e fresatrici). Queste macchine devono essere sorvegliate dagli addetti, che posizionano la materia prima (solitamente chiamata pezzo grezzo o tranciato) nella macchina e la rimuovono una volta completato il lavoro. Tuttavia, dal momento che sta diventando più difficile trovare addetti qualificati, le aziende hanno iniziato a introdurre i robot nelle officine per far fronte alla mancanza di lavoratori.

Un processo di asservimento macchine robotizzato può essere ripetuto all'infinito, purché il robot continui a ricevere pezzi grezzi e la macchina continui a produrre pezzi lavorati. In alcuni settori, i robot vengono utilizzati in un'unica fase di produzione, ad esempio per svuotare le macchine di stampaggio a iniezione o le macchine CNC. Quando la produzione è a ciclo continuo, i robot consentono di ridurre al minimo il tempo di ciclo e di eseguire il processo in modo continuo rimuovendo i pezzi pronti dall'area di lavoro della macchina.

Asservimento macchine con un cobot

I robot collaborativi, il cui nome viene abbreviato in cobot, sono robot dalla potenza e dalla forza limitate. Si tratta di robot che possono essere utilizzati senza sistemi di protezione della macchina o che includono altre caratteristiche di sicurezza. I cobot possono essere posizionati accanto a una macchina o a una persona e impostati per eseguire un compito specifico senza bisogno di essere isolati dall'ambiente circostante.

Detto questo, introdurre un cobot vicino a una macchina CNC e programmarlo perché carichi e scarichi i pezzi è più complesso di quanto potrebbe sembrare. È necessario scegliere un robot in grado di compiere il lavoro e di raggiungere prestazioni di livello simile a quelle ottenute da un addetto in carne e ossa.

Struttura di una cella di asservimento macchine

Le celle CNC sono piuttosto complesse. Tuttavia, esistono elementi ricorrenti che costituiscono la parte centrale di una cella di asservimento macchine robotizzata. La loro struttura si suddivide nella terminologia riportata di seguito.

  1. Macchina CNC: lavora i pezzi in modo autonomo (la sigla CNC sta per controllo numerico computerizzato).
  2. Bloccapezzi: blocca i pezzi durante la lavorazione.
  3. Regolatore: coordina i movimenti della macchina.
  4. Operatore: aziona la macchina (in una cella con operatore umano), aziona il robot (in una cella robotizzata).
  5. Telecomando di insegnamento: dispositivo di comando utilizzato per programmare il robot.
  6. Pezzi: materiali che entrano nella macchina come pezzi grezzi, solitamente uno alla volta, e ne escono come pezzi lavorati.
  7. Pinza: afferra la materia prima, la posiziona all'interno della macchina e raccoglie il pezzo lavorato al termine del processo di trasformazione.
  8. Robot: esegue per l'operatore le azioni noiose di carico e scarico dei pezzi, nonché l'apertura e la chiusura della porta CNC.
  9. Porta CNC: trattiene i resti metallici all'interno della macchina CNC impedendone la proiezione durante il funzionamento.

Ti consigliamo di guardare il video qui di seguito per capire meglio i passaggi necessari per realizzare l'asservimento macchine con un robot Universal Robot e con una Pinza a 2 dita 85 Robotiq.

Sicurezza

Un aspetto che rende semplice l'uso di robot collaborativi nelle applicazioni di asservimento macchine è dato dalle caratteristiche di sicurezza integrate. Il robot si ferma automaticamente quando entra a contatto con qualcosa (o qualcuno); inoltre, è possibile fare in modo che i suoi movimenti siano limitati all'interno di uno spazio specifico. La configurazione di un piano di sicurezza che limiti i movimenti del braccio del robot in uno spazio di lavoro definito richiede solo pochi minuti. Questo ridurrà i pericoli legati all'uso di un robot e la necessità di acquistare dispositivi per l'isolamento o altre forme di sicurezza utilizzate per evitare scontri con gli addetti.

Se le persone non hanno mai visto un robot collaborativo in funzione, l'idea di averne uno così vicino potrebbe renderle nervose. Dimostrare il funzionamento delle misure di sicurezza è un ottimo modo per alleviare questo tipo di ansia. Approfitta del primo progetto per mettere in mostra le caratteristiche di sicurezza dei cobot. Le opinioni sull'agilità dei movimenti del robot e sulla facilità con cui si ferma si spargerà e le persone saranno più tranquille.

Chi determina le linee guida per la sicurezza dei cobot?

La fonte più ampiamente riconosciuta per la guida alla sicurezza dei cobot è lo standard ISO/TS 15066. Si tratta di un rapporto tecnico prodotto dalla Organizzazione internazionale per la standardizzazione (ISO). In realtà la norma ISO/TS 15066 (Robot e dispositivi robotici — Robot collaborativi) non è ancora considerata uno standard. È una specifica tecnica (ST): prima di poter essere convertita in uno standard saranno necessari ulteriori sviluppi tecnici.

Per i nostri obiettivi, questo significa che probabilmente in futuro i limiti di sicurezza che vi sono stabiliti cambieranno e saranno aggiornati man mano che comprenderemo meglio gli aspetti pratici del lavoro a fianco dei robot collaborativi. Anche se il rapporto non è ancora uno standard completo, continueremo a definirlo con il termine "standard", perché è la cosa più simile a uno standard per la sicurezza dei cobot a nostra disposizione. Puoi scoprire tutte le informazioni sullo standard nel nostro e-book Lo standard ISO/TS 15066

Esempi applicati alle aziende

Le aziende utilizzano i cobot (robot collaborativi) per ottenere tre risultati: espandere la produzione, riposizionare la manodopera umana su compiti di maggior valore e garantire la sicurezza di tutte le persone coinvolte. In questa sezione esamineremo esempi dei diversi tipi di applicazione.

Trelleborg: espandere la produzione

L'azienda manifatturiera danese At Trelleborg Sealing Solutions utilizza i robot collaborativi come alternative più piccole e sicure ai robot industriali tradizionali. Ogni cobot è di fatto diventato l'accessorio di una macchina CNC. Jasper Riis, il responsabile della produzione dell'azienda, spiega: "Ogni volta che compriamo una nuova macchina, ordiniamo anche un robot da affiancarle". Si tratta di un approccio pienamente valido, chiaramente molto efficace per gli obiettivi di Trelleborg.

Gli operatori di macchina dell'azienda sono in grado di programmare i robot a un livello base, ma per il momento le loro competenze di robotica non sono state ulteriormente sviluppate. Le mansioni degli operatori sono ancora molto simili all'asservimento macchine effettuato in precedenza. La differenza principale riguarda la portata: prima, ogni addetto si occupava contemporaneamente di tre macchine, ora invece di otto.

Lowercase NYC: il progetto di integrazione in cinque giorni

Per produrre i suoi occhiali alla moda, Lowercase NYC importa la materia prima sotto forma di lastre. Le lastre vengono tagliate in piccole tavolette, quindi trasformate in montature per occhiali all'interno di una macchina CNC. L'asservimento macchine viene eseguito da un cobot UR5 di Universal Robots e da una Pinza Robotiq. Il robot preleva la materia prima, la carica nella prima posizione, chiude la porta, preme il pulsante di avvio, quindi ripete l'intero procedimento per la seconda posizione. Dopo la lavorazione, il robot rimuove gli occhiali completati e li mette in un contenitore. Prima di essere pronti per la spedizione, gli occhiali dovranno ancora passare attraverso molte fasi di messa a punto.

Ogni lotto di produzione nella macchina CNC raggiunge una media di 500 unità, con circa 30-40 unità per ogni stile. Nonostante un volume così ridotto, il cofondatore di Lowercase NYC Brian Vallario ritiene che il processo automatizzato sia la migliore soluzione possibile. "Ogni volta mi limito ad apportare qualche accorgimento manuale sulle morse. Tutto il resto è automatizzato", spiega. "Per noi questa automazione è importante. La produzione di occhiali richiede molta manodopera e noi siamo un team talmente piccolo che ogni miglioramento alla nostra efficienza ha un impatto enorme. Disporre di un prodotto che mi permette di concentrarmi al computer sulla progettazione o di lavorare ad attività più impegnative non eseguibili dalle macchine è un grande vantaggio per noi".

Tegra Medical: riposizionare gli addetti umani

Qualcuno potrebbe leggere le storie riportate qui sopra e pensare: "Sembra che il robot abbia sostituito il macchinista, che ora si ritroverà disoccupato!". Ma non è così. Lo scopo dei robot collaborativi consiste nello svolgere i compiti che richiedono più lavoro manuale, lasciando gli addetti umani liberi di dedicarsi a compiti di maggior valore.

Invece di essere occupati con un lavoro di tipo fisico, gli addetti possono dedicare più tempo al controllo della qualità, alla verifica dei pezzi, all'ottimizzazione dei processi e ad assicurarsi che la produzione proceda senza problemi. Compiti come la manutenzione delle attrezzature possono essere eseguiti più spesso, senza bisogno di preoccuparsi del caricamento della macchina. I cobot consentono agli addetti di:

  • concentrarsi sull'ottimizzazione dei processi;
  • concentrarsi sulla qualità e sulla verifica del prodotto;
  • essere riposizionati su compiti più importanti o più urgenti;
  • lavorare in un ambiente più stimolante.

Invece di aspettare il pezzo successivo davanti alla macchina, gli addetti possono sfruttare il tempo per imparare cose nuove. In ultima analisi, gli addetti ottengono lavori più stimolanti e i manager una produzione migliorata. È una situazione vantaggiosa per tutti.

Tegra Medical ha introdotto i robot collaborativi procedendo con cautela e iniziando con un solo robot UR5, per poi passare a tre UR5 utilizzati su macchine diverse. Una parte fondamentale dell'approccio di Tegra consiste nella cultura basata su formazione e innovazione. Hal Blenkhorn, il direttore della produzione, spiega: "Nessuno perderà il lavoro a causa di un robot. Stiamo cercando di [aggiungere valore al] personale, di formarlo in nuove competenze, come un'operazione diversa o in modo da diventare supervisori dei robot in un'area specifica".

La cultura legata alle competenze interne ha permesso a Tegra di utilizzare i robot con creatività. Basandosi su ciò che hanno imparato dalle prime tre integrazioni, i membri del team hanno iniziato a lavorare a un'applicazione ambiziosa per il loro prossimo robot, un UR10. Come spiega Blenkhorn: "Le sfide di quest'ultima cella consistono nell'esecuzione di tre prodotti diversi su tre operazioni diverse. È raro per noi, così come per il resto del settore, avere una cella a modello misto come questa che alimenta tre prodotti [diversi] contemporaneamente".

Assumendo le funzioni di programmazione di base, il team di produzione ha concesso a Blenkhorn più tempo per lo sviluppo di nuove applicazioni, nelle quali sono stati coinvolti gli stessi membri del team, grazie alla nuove conoscenze apprese.

Questo è evidente quando il Senior Manufacturing Engineer Paul Quitzau parla della prossima applicazione di Tegra: "Siamo molto emozionati. Abbiamo acquistato il nostro quarto robot che verrà utilizzato in un altro settore dell'azienda in cui ci occupiamo della marcatura laser". Per quanto riguarda la facilità di installazione, Quitzau racconta: "Sono stato in grado di assemblare l'intera applicazione senza particolari problemi, anche se non sono un programmatore e mi occupo di meccanica".

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