“L’evoluzione della postazione di assemblaggio industriale in ambienti Industry 4.0” è stato il titolo del seminario che Fiam ha organizzato nella propria sede di Vicenza lo scorso 5 dicembre. Ha moderato i lavori il direttore di Industria Italiana Filippo Astone. Il seminario di Fiam ha rappresentato un appuntamento formativo di grande valore per tutte quelle realtà produttive che vogliono migliorare i loro processi di assemblaggio in termini di produttività e competitività attraverso strategie che contemplano l’adeguata progettazione dei sistemi produttivi flessibili, lo studio delle logiche di asservimento, l’allestimento delle postazioni di avvitatura con uno sguardo rivolto all’impiego di nuove tecnologie robotiche.
Il seminario, patrocinato dalla Regione Veneto, è rientrato tra le attività previste per l’internazionalizzazione d’impresa e ha voluto offrire ai partner industriali conoscenze ed esperienze su tematiche riconducibili al concetto di Industria 4.0 nel quadro delle strategie collegate allo sviluppo competitivo in ambienti globalizzati. I relatori sono stati Maurizio Faccio, Professore di Impianti Meccanici e Gestione degli Impianti Industriali e Giulio Rosati, Professore di Meccanica Applicata alle Macchine e Robotica Industriale ambedue dell’Università degli studi di Padova. Non sono mancati gli approfondimenti, i casi pratici con robot collaborativi a completamento degli interventi didattici.
«L’introduzione del robot collaborativo apre nuovi scenari nella manifattura. La connessione della postazione di lavoro consente di supportare l’operatore durante i passaggi senza che vi sia una sostituzione delle sue funzioni, ma attraverso un affiancamento. Il modello di collaborazione tra robot ed essere umano non è applicabile a tutti i tipi di industry e in tutti i tipi di operazioni. Ma noi stiamo dimostrando che, per determinate situazioni, questo scenario è il migliore possibile per le aziende». Maurizio Faccio e Giulio Rosati sono rispettivamente professore associato di Logistica e sistemi industriali all’Università di Padova e professore ordinario di Meccanica applicata alle Macchine dello stesso ateneo. I due accademici, in un’intervista a Industria Italiana, hanno esposto i primi risultati raggiunti da uno studio presentato durante il convegno.
L’evoluzione della postazione di lavoro
La postazione di assemblaggio generalmente è una postazione manuale, che ha necessità di un’estrema flessibilità. «I vari prodotti – spiegano Faccio e Rosati – possono essere declinati in diverse varianti. Per questo è necessario che l’operatore abbia in primo luogo le informazioni principali per svolgere al meglio l’assemblaggio. Supportare l’operatore, istruirlo sulla sequenza di operazioni, selezionare i prodotti da prelevare: sono queste le principali funzioni di una postazione di lavoro connessa». Nel mondo dell’avvitatura, a esempio, esistono sequenze differenti a seconda dell’angolo da applicare o del tipo di attività che deve essere svolta. «Governare la sequenza delle operazioni – proseguono – significa supportare l’operatore durante le attività a fronte della variabilità dei prodotti».
I robot collaborativi
Nella parte della manipolazione, è necessario effettuare in automatico alcune operazioni: è qui che entrano in gioco i robot, in quanto candidati ideali per effettuare l’assemblaggio. Fino ad ora siamo stati abituati a una visione duale: o operatore che impiega strumenti meccanici o totale automazione del processo di assemblaggio. «Oggi invece – spiegano i due professori – con l’introduzione dell’Industria 4.0 abbiamo l’aiuto di sensori e tecnologie, si può pensare di impiegare un robot collaborativo, che apre scenari completamente diversi. Tramite questo strumento, infatti, si possono eseguire operazioni ibride tra uomo e robot. L’aspetto fondamentale è che essendoci maggiore libertà di suddivisione di compiti tra operatore e robot, diventa possibile cercare di automatizzare e sfruttare meglio le skill dell’operatore. Si tratta di un’automazione che permette di massimizzare la resa sia dell’operatore che del robot. L’uomo, in particolare, può svolgere solo compiti ad alto valore aggiunto, mentre i compiti di mera manipolazione, come ad esempio il prelievo di componenti dal magazzino, vengono svolti dal robot».
Il valore aggiunto
Diversamente da quanto si teme da tempo, la macchina non è quindi destinata a sostituire l’uomo ma, piuttosto, a collaborare con lui per liberarlo dai compiti più gravosi e pericolosi e consentirgli di rappresentare il vero valore aggiunto nel processo produttivo. «Il valore aggiunto – argomentano Faccio e Rosati – rimane quello dell’uomo: l’operatore diviene lo strumento ideale per effettuare operazioni complesse. È da notare che il robot collaborativo ha delle performance che sono nettamente inferiori rispetto a un robot industriale tradizionale. L’automazione a cui siamo stati abituati, infatti, velocizzava operazioni ripetitive. Il robot collaborativo, invece, crea una sorta di ecosistema funzionale in cui le peculiarità migliori dell’uomo e del robot vengono messi a fattor comune».
I due accademici stanno quindi procedendo allo sviluppo di un modello che consenta di valutare sia la produttività, sia il costo unitario diretto di produzione con differenti sistemi di automazione, da quella rigida a quella flessibile fino a quella collaborativa. Lo studio è stato condotto su alcune aziende del nord-est, dove l’applicazione della robotica collaborativa è in fase embrionale, ma che soprattutto non dipende dai meccanismi di incentivazione: l’acquisto di determinati macchinari non è dipeso da iperammortamento o superammortamento, ma da un calcolo di convenienza economica.
Collaborazione vs automazione
«Quello che ci ha spinto a sviluppare questo modello – spiegano Faccio e Rosati – è la possibilità di creare un sistema di convenienza economica: mentre nell’automazione tradizionale tutti fanno un calcolo semplice di costi e benefici in termini di produttività e tempo, nella robotica collaborativa si devono prendere in esame altri aspetti, più qualitativi che quantitativi. Quello che possiamo dire è che le aziende sono molto attratte da queste nuove tecnologie, ma tendono a far prevalere gli aspetti emozionali rispetto alla valutazione tradizionale».
Il robot collaborativo, più lento di quello tradizionale, ha dei sensori in più che gli permettono di tenere costantemente sotto controllo la posizione dell’operatore in modo da garantire elevati standard di sicurezza. Inoltre, bisogna anche avere accorgimenti a livello software per evitare che il robot sviluppi una forza massima eccessiva. «In sostanza – raccontano i due accademici – il robot collaborativo non è molto diverso da uno tradizionale, ma riduce drasticamente le velocità perché ha a fianco a sé un operatore. In più, con la sensoristica, si modifica la postura del robot in modo da evitare contatti potenzialmente pericoloso. Dal punto di vista delle applicazioni tecnologiche, uno dei settori in cui si può sfruttare maggiormente l’approccio collaborativo è quello dell’avvitatura. Ma proprio perché l’interazione può essere maggiore che da altre parti, servono certificazioni particolari. Ad esempio, la mano del robot: i produttori producono una pinza collaborativa con al massimo 140 Newton di forza, il massimo consentito dalle normative vigenti. Un intervento di questo tipo ha un costo maggiore, ma solo in questo modo è possibile l’interazione con gli utenti umani. Con movimenti più lenti, poi, si hanno da un lato minori rischi per l’operatore, dall’altro una maggiore perdita di tempo. Per questo è necessario studiare con attenzione i settori in cui l’applicazione e l’impiego dei robot collaborativi può essere maggiormente efficace».
Formazione
Un nuovo approccio in fabbrica in cui robot e operatori debbano interagire richiede anche un processo di formazione che deve necessariamente essere implementato all’interno dell’azienda. «Con questa rivoluzione della postazione di lavoro – concludono Maurizio Faccio e Giulio Rosati – gli operatori avranno un ruolo a maggiore variabilità e a maggiore valore aggiunto. Bisogna allargare le competenze delle attività dell’uomo attraverso un meccanismo di “job enlargement” in cui gli viene richiesto di svolgere attività più critiche. Si tratta di un meccanismo che rende il lavoro quotidiano molto più motivante: invece di svolgere compiti ripetitivi, infatti, il lavoratore si trova a occuparsi di mansioni più qualificate».