LAYOUT DEL SISTEMA F-FAS

Il progetto di sistemi flessibili di assemblaggio ha come obiettivo quello di ridurre la rigidità tipica dei comuni sistemi automatici. Perciò gli impianti flessibili devono essere costituiti da dei sottosistemi che possono essere facilmente o automaticamente riconfigurati in accordo con la tipologia di prodotto che contribuiscono ad assemblare. Le tipologie di prodotti assemblabili in un impianto flessibile devono appartenere ad una stessa famiglia e richiedono un numero ragionevolmente limitato di componenti per essere assemblati.

Esistono due configurazioni base per I sistemi flessibili di assemblaggio (FAS): la singola cella robotizzata, la quale assembla un prodotto alla volta, e le linee di assemblaggio robotizzato [4]. Nella seconda tipologia di sistemi FAS l’operazione di assemblaggio è suddivisa in una serie di sotto operazioni, ognuna delle quali è svolta in una stazione programmabile della linea robotizzata. In questo articolo ci focalizzeremo sulla prima tipologia di sistemi FAS, in particolare analizzeremo il sistema che abbiamo denominato Fully-Flexible Assembly System (F-FAS), nel quale la riconfigurazione della cella di lavoro, dovuta a cambiamento del lotto produttivo, può essere considerata istantanea. Questa soluzione sarà poi comparata con un sistema FAS Tradizionale, ovvero una cella di lavoro robotizzata nella quale un cambiamento di lotto produttivo richiede del tempo di riattrezzaggio. I due sistemi presentano alcuni sottosistemi uguali: entrambi hanno una o più maschere di assemblaggio e un manipolatore per la presa dei componenti e il loro deposito presso la maschera di assemblaggio. D’altra parte, il sistema di alimentazione dei componenti è molto diverso per i due sistemi.

Sistema FAS Tradizionale

Il sistema FAS tradizionale che consideriamo in questo articolo è una cella di lavoro robotizzata composta dai seguenti sottosistemi (vedi Figura 2):

 un sistema di alimentazione dei componenti, che comprende un alimentatore

riconfigurabile, ad alta produttività, per ogni tipo di componente necessario per evadere l’ordinativo; la flessibilità di questi alimentatori permetterà, una volta riconfigurati da un operatore, di alimentare un’ampia varietà di componenti con diverse forme e dimensioni [4];

 una o più maschere di assemblaggio flessibili che sono stazioni automaticamente

riconfigurabili che permettono l’assemblaggio di prodotti diversi appartenenti alla stessa famiglia;

 un manipolatore programmabile il cui ciclo di lavoro si deve adattare

Figura 2. Layout del sistema FAS Tradizionale.

Questa tipologia di celle di lavoro è in grado di assemblare una famiglia di prodotti originati da uno specifico gruppo di componenti. Poiché ogni alimentatore flessibile può alimentare un solo tipo di componente alla volta [3], la cella di lavoro dovrà avere tanti alimentatori flessibili quanti sono le tipologie di componenti da assemblare. Perciò in un sistema FAS tradizionale il costo degli alimentatori è una parte davvero ragguardevole del costo dell’intero impianto. Inoltre gli alimentatori flessibili necessitano di un tempo non trascurabile di riconfigurazione per poter cambiare la tipologia di componente che riescono ad alimentare, questo influenza la produttività e il costo unitario diretto di produzione, in particolar modo, quando i lotti di produzione sono particolarmente piccoli.

D’altra parte, il fatto che i componenti siano orientati e singolarizzati in tempo mascherato permette di avere dei cicli di lavoro limitati, che comprendono solo la presa e il posizionamento del componente eseguiti dal robot, oltre al tempo necessario per l’assemblaggio. Il manipolatore prende i componenti da posizioni fisse e conosciute e li posiziona, nell’ordine corretto, nella maschera di assemblaggio, inoltre svolge, insieme ai meccanismi automatici presenti nella maschera, l’assemblaggio vero e proprio dei componenti. Per cambiare il lotto di produzione, le maschere di assemblaggio e l’end- effector del robot possono essere sostituiti automaticamente durante il riattrezzaggio del sistema di alimentazione.

Il sistema Fully-FAS

La cella robotizzata di assemblaggio che proponiamo differisce dai tradizionali sistemi FAS in particolar modo per il suo sistema di alimentazione dei componenti: una vasca vibrante, contenente tutti i componenti da assemblare per completare il lotto in produzione, è utilizzata per far cadere casualmente alcuni componenti su un piano vibrante; il piano è retroilluminato ed una telecamera è utilizzata per identificare i componenti su di esso presenti, calcolando la loro posizione ed orientazione, in modo che essi possano essere presi dal manipolatore industriale. Le vibrazione del piano sono utilizzate per movimentare i componenti presenti e riorientarli.

Figura 3. Layout del sistema F-FAS. Il sistema F-FAS è composto dai seguenti sottosistemi:

 un sistema di alimentazione completamente flessibile: comprendente una vasca vibrante, un piano vibrante e una telecamera; questo sistema di alimentazione è in grado di alimentare diverse tipologie di piccoli componenti contemporaneamente con nessuna necessità di riconfigurazione; d’altra parte la produttività è limitata dal tempo di acquisizione ed elaborazione dell’immagine, poiché questo è un tempo morto nel ciclo di lavoro.

 una o più maschere flessibili di assemblaggio;

 un manipolatore programmabile, il cui ciclo di lavoro si deve adattare automaticamente al particolare insieme di componenti identificati di volta in volta dalla telecamera.

Un ciclo di lavoro tipico del sistema F-FAS è mostrato in Figura 4: dopo che la vasca e il piano hanno vibrato una prima volta, viene acquisita ed elaborata un’immagine per identificare i componenti presenti sul piano. Il numero di oggetti presenti sul piano è indicato come Np. A questo punto può verificarsi una o più situazioni di questo tipo:

 alcuni componenti non sono riconosciuti; questo può accadere ad esempio quando due oggetti sono parzialmente sovrapposti;

 alcuni componenti riconosciuti non sono prendibili dall’end-effector del manipolatore poiché sono troppo vicini gli uni agli altri;

 alcuni componenti sono riconosciuti e prendibili; il numero di questi componenti sarà indicato con Ncr.

Solo i componenti appartenenti all’ultimo gruppo possono essere usati per l’assemblaggio. Tuttavia solo una parte di loro viene effettivamente usata nell’assemblaggio ed il loro numero è indicato con . Infatti solo certe combinazioni di componenti permettono di assemblare un prodotto. Se almeno un prodotto può essere assemblato ( > 0), il manipolatore sarà istruito per la presa dei componenti e il loro posizionamento nella maschera di assemblaggio. Altrimenti il processo ricomincerà con

una nuova fase di alimentazione (quando risulta minore del limite inferiore ) e/o la riorientazione dei componenti.

Alla luce di ciò possiamo fare delle osservazioni preliminari:

 il sistema F-FAS necessita solo di un alimentatore dei componenti il quale è teoricamente in grado di alimentare contemporaneamente qualsiasi tipologia di piccoli componenti, infatti il processo di alimentazione non si basa sulla singolarizzazione e orientazione dei componenti;

 non c’è né una sequenza predefinita di prodotti da assemblare, né un insieme di posizioni predefinite di presa dei componenti: il ciclo di lavoro è dinamicamente determinato dal processo stocastico di caduta e orientazione dei pezzi sul piano e dal particolare ordine produttivo che si sta elaborando;

 il tempo ciclo è negativamente influenzato dal tempo necessario per acquisire ed elaborare l’immagine, per questo motivo il numero di componenti effettivamente assemblati per ogni immagine è il principale parametro che influenza la produttività, quindi tale parametro dovrà essere massimizzato;

 d’altra parte, la totale flessibilità del sistema di alimentazione della cella permette di eliminare i tempi di set-up dovuti al cambiamenti di lotto produttivo e questo comporta un aumento di produttività, in particolar modo, per lotti produttivi piccoli;

3. CONFRONTO TRA FAS TRADIZIONALE E FULLY-FAS: COSTI DIRETTI DI