3. CAPITOLO 3: LE TECNOLOGIE ABILITANTI DELL’INDUSTRIA 4.0
3.8 Robot Collaborativi
Tradizionalmente, nel settore manifatturiero, i robots sono progettati, programmati ed utilizzati in ambienti di lavoro relativamente statici, in cui sono designati a svolgere i propri compiti, come ad esempio assemblaggio, fusione, accatastamento, verniciatura e saldatura, lontano dagli operatori umani e da altre interferenze109. Come la maggior parte delle macchine e dei dispositivi industriali, utilizzati nella classica automazione dei processi, specialmente in quelli produttivi, essi operano in uno spazio delimitato da barriere fisiche o sensori volti a scongiurare ogni tipo di incidente e danneggiamento. Di conseguenza l’instaurazione di una stretta cooperazione tra uomini e macchine è minata dalle molteplici difficoltà presenti all’interno dello stabilimento e nella natura stessa dei robots: ne rappresentano alcuni esempi significativi la scarsa ri-configurabilità e adattabilità in ambienti che vanno al di fuori della loro area di lavoro, la necessità dell’uomo di lavorare a basse velocità per evitare danni fisici quando si trovano a stretto contatto con le macchine e il bisogno di operare in maniera sequenziale con le stesse. Quanto appena delineato lascia intuire come il potenziale utilizzo e i notevoli benefici che i robot sono in grado di apportare all’interno del sistema di fabbrica non siano ancora stati raggiunti a pieno. Tuttavia, a partire dalla fine degli anni ’90 del secolo scorso, grazie ai progressi in ambito tecnologico, è nata la tendenza ad abbandonare l’utilizzo di grandi celle robotiche statiche e ad accogliere la possibilità di usufruire di robot collaborativi, di più piccole dimensioni e flessibili110.
109 Heyer, C. (2010, October). Human-robot interaction and future industrial robotics applications. In
Intelligent Robots and Systems (IROS), 2010 IEEE/RSJ International Conference on (pp. 4749-4754). IEEE.
110 Fast-Berglund, Å., Palmkvist, F., Nyqvist, P., Ekered, S., & Åkerman, M. (2016). Evaluating Cobots for
I “robot collaborativi”, conosciuti anche con il termine “cobots”, devono tale appellativo alla loro capacità di lavorare in stretta sinergia con le persone presenti in azienda111. Essi sono in grado di condividere l’ambiente di lavoro con lo stesso personale, addetto a svolgere determinate mansioni affini, senza la necessità di arrestarsi o di dotarsi di dispositivi contenitivi dei propri movimenti, le cosiddette “celle di lavoro”. Per garantire tale coesistenza risulta importante fare in modo che i robots siano in grado di riconoscere l’operatore umano e le proprie capacità nell’interazione con altri dispositivi e persone112. Un'altra importante caratteristica dei robot collaborativi, trattandosi di strumenti leggeri e flessibili, riguarda la loro attitudine ad essere facilmente spostati e riprogrammati al fine di svolgere nuovi compiti. I cobots possono essere utilizzati facilmente e in breve tempo, senza la necessità di avere avanzate competenze da parte dell’utente; inoltre essi consentono di superare le precedenti barriere dell’automazione presenti in aree considerate troppo complesse o costose113. I robots, data la propria precisione, velocità e forza sovrannaturale, rendono possibile il loro impiego nello svolgimento di compiti ritenuti fino ad ora pericolosi, dannosi o fisicamente impossibili per un lavoratore umano. Al tempo stesso tali caratteristiche li rendono una minaccia per gli esseri umani, che operano nel medesimo ambiente, e la loro sicurezza. Ecco, quindi, che società, come la ABB, hanno dato vita a robot collaborativi, di cui IRB 14000 YuMi114 ne rappresenta un esempio lampante (fig.7), in grado di proteggere lo stesso essere umano in caso di pericolo e di lavorarvi fianco a fianco senza comprometterne né l’operato né la sicurezza, stravolgendo gli attuali paradigmi industriali e aprendo nuovi scenari futuri115. Adattabilità, flessibilità e tempestività vengono individuate come caratteristiche
111 Friis, D., & Officer, C. C. (2016). Cobots Expand Automation Opportunities. International Federation
of Robotics.
112 Alami, R. (2013, May). On human models for collaborative robots. In Collaboration Technologies and
Systems (CTS), 2013 International Conference on (pp. 191-194). IEEE.
113 Friis, D., & Officer, C. C. (2016). Cobots Expand Automation Opportunities. International Federation
of Robotics
114 IRB 14000 YuMi è un robot collaborativo, simbolo della quarta rivoluzione industriale, in grado si
assemblare componenti elettroniche miniaturizzate in collaborazione con gli esseri umani. Esso è composto da due bracci robotici a sette assi controllati da un singolo controller, contenuto nella base del robot, del peso di 38 kg. Le sue braccia sono costruite in modo analogo a un braccio umano, con un forte scheletro di magnesio ricoperto da un involucro di plastica fluttuante, che a sua volta è avvolto in soffice imbottitura. In caso di scontro, i sensori di ciascun asse rileveranno la forza e interromperanno il robot entro pochi millisecondi, mentre la costruzione morbida assicura che né l'uomo né il robot siano feriti.
115 Kirgis, F. P., Katsos, P., & Kohlmaier, M. (2016). Collaborative Robotics. In Robotic Fabrication in
principali di cui devono essere dotati i cobots al fine di garantire dinamismo alla produzione collaborativa116.
FIGURA 7:IRB14000 YUMI ABB. ROBOT COLLABORATIVO.FONTE: KIRGIS,F.P.,KATSOS,P.,& KOHLMAIER,M.(2016).COLLABORATIVE ROBOTICS.IN ROBOTIC FABRICATION IN ARCHITECTURE, ART AND DESIGN 2016(PP.448-453).SPRINGER,CHAM.
I robot collaborativi possono essere impiegati in una varietà di campi e per numerose applicazioni117: oltre alle tradizionali applicazioni nei processi produttivi come la preparazione della macchina, l’assemblaggio, il test del ciclo di vita e l’imballaggio, essi possono essere utilizzati nell’agricoltura e nell’allevamento (es. permettendo di spargere lo iodio sulle mucche prima della mungitura), nell’automatizzazione della catena di montaggio (es. stabilimento BMW che in passato era prevalentemente a lavoro manuale), nell’intrattenimento (es. robot che lavorano in hotel o sulle imbarcazioni turistiche), nel controllo della qualità dei prodotti ecc.
È possibile, dunque, individuare una serie di benefici per i quali i robot collaborativi sono visti come uno dei più importanti punti di forza del paradigma industriale emergente:
Garantiscono una maggiore flessibilità nei processi produttivi, grazie alla loro attitudine ad essere riprogrammati in maniera semplice e in breve tempo da operatori che non necessitano di competenze avanzate. La possibilità di essere riconfigurati in tempi ristretti permette all’azienda di far fronte alle mutevoli e insaziabili richieste provenienti da una domanda di mercato sempre più incentrata
116 Fast-Berglund, Å., Palmkvist, F., Nyqvist, P., Ekered, S., & Åkerman, M. (2016). Evaluating Cobots for
Final Assembly. Procedia CIRP, 44, 175-180.
117 Friis, D., & Officer, C. C. (2016). Cobots Expand Automation Opportunities. International Federation
sulla personalizzazione del prodotto al fine di soddisfare le esigenze dei clienti e di mantenere la propria competitività.
Permettono la coesistenza e la cooperazione all’interno dell’ambiente lavorativo da parte dei robot e degli esseri umani. I primi devono essere progettati in modo da garantire standard di sicurezza elevati in grado di tutelare i lavoratori di fronte a qualsiasi evento inaspettato e in modo da scongiurare ogni possibile incidente sul posto di lavoro. Inoltre la loro copresenza permette di ottenere incrementi della produttività e nello svolgimento simultaneo di un maggior numero di funzioni rispetto al passato.
Consentono una migliore automazione dei processi logistico-produttivi con risparmio in termini di tempo e di minori costi dovuti alla riduzione di fermi, guasti, tempi morti e spreco di risorse.
Possiedono un buon ritorno sull’investimento in caso di volumi elevati, grazie alla possibilità di essere riconfigurati, ai bassi costi e tempi per l’installazione e al risparmio di costi associati all’automazioni (es. barriere protettive)
Mentre tra i principali limiti e ostacoli che frenano l’adozione dei cobots troviamo: Scarsa propensione al cambiamento da parte dei lavoratori che vedono tali
tecnologie come loro sostituti e una minaccia alla sicurezza.
Necessità di una forte cultura organizzativa e supporto del top management alle decisioni di investire e applicare ai propri processi queste nuove tecnologie. Investimenti e riprogettazione del sistema di fabbrica.