I sistemi di automazione robotica nelle imprese industriali

INDICE

Capitolo I

I sistemi di automazione robotia

1.1 Evoluzione dei processi produtvi

5

1.2 Nuovi sistemi tecnologici per la produzione 13

1.4 Sistemi Computer Aided Design – CAD 26

1.5 L’evoluzione più recente della robotca 32

1.6 Scuole per l’alta tecnologia 37 1.7 Dinamiche e performance dei robot industriali 39

Capitolo II

L’implementazione robotia nell’industria produtta

2.1 Vantaggi di un elevato grado di meccanizzazione 46 e tecnologia nella produzione

2.2 Complessità percepita nell’automazione e possibili soluzioni 56 2.3 L’efficienza e la precisione dei robot nella lavorazione 65 industriale e i relatvi margini di errore

2.4 Ambit di applicazione dei macchinari CNC e robot 71

2.5 Diffusione globale dei robot 77

Capitolo III

Coniiliazione tra risorse umane e robotia/eletroniia

3.1 Interazione e collaborazione uomo-robot

80

3.2.1 Divisione del lavoro 88

3.2.2 Sicurezza 90

3.3 Implicazioni legate al fatore umano 93

Conilusioni

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Capitolo I

I sistemi di automazione robotia

1.1 Etoluzione dei proiessi produtti

Verso la fne del 1800, macchine e apparat produtvi rendono già maturo il macchinismo industriale. La combinazione di scienza e tecnica permete di creare nuovi impiant e macchinari che non solo risultano più veloci e performant, ma getano le basi per una nuova tpologia di produzione industriale moderna.

Uno degli element di maggior rilievo è la standardizzazione dei prodot e dei mezzi di produzione; la standardizzazione dei prodot rappresenta un fenomeno che può ritenersi opposto alla personalizzazione dei prodot, il processo di lavorazione viene fnalizzato alla realizzazione di un prodoto che rispet determinat standard stabilit in fase di progetazione, prodoto poi in migliaia di copie sfrutando economie di scala.

La tendenziale e progressiva specializzazione delle macchine è in grado di favorire la nascita di una nuova metodologia di produzione che segue sempre più criteri di efficienza dei processi produtvi.

L'idea è quella di avviare una produzione di massa tale da soddisfare la più ampia feta di mercato, la parola chiave in questa fase è quanttà, non qualità.

Con l'introduzione del metodo tayloristco si crea un nuovo tpo di organizzazione che prende il nome di "organizzazione scientfca del lavoro" ideata appositamente per dissolvere alcune lacune nelle organizzazioni dell'epoca.

L'organizzazione scientfca del lavoro prevede che ogni decisione venga stabilita secondo un criterio appunto "scientfco" dall'alta direzione, prevede analisi sistematche, comparate e riferite ad ogni aspeto della produzione.Centralizzazione del potere e fort gerarchie, neta distnzione dunque tra il potere decisionale e compit esecutvi, sono element carateristci dell’organizzazione scientfca del lavoro.

Altro aspeto che introduce Taylor è il c.d. task management, ossia la stesura di compit, procedure e metodi specifci stabilit dai vertci direzionali, che devono essere rigorosamente rispetat all'interno dell'organizzazione. Agli operai giornalmente viene chiesto di produrre il più possibile dato che sono pagat a cotmo e devono atenersi ai parametri della direzione, sono previste inoltre sanzioni per coloro i quali agiscono di testa propria, quindi si tende a disincentvare la presa di iniziatva.

I ritmi di lavoro consentono in questo modo di otenere output superiori del doppio o addiritura del triplo rispeto alle vecchie procedure.

Compit simili vengono raggruppat soto un'unica mansione, inoltre si inseriscono nuove fgure nel middle management per gestre in modo più autonomo le eventuali problematche al livello dei repart, ciò che fltra e che dunque arriva all'alta direzione sono solo i problemi che normalmente non si riesce a risolvere sulle linee produtve in base a quello che viene chiamato principio di eccezione, senza andare più a disturbare la direzione che dovrebbe così occuparsi solo della pianifcazione e delle strategie.

Viene prodota con quest criteri una fta burocrazia che aumenta il grado di rigidità della stessa organizzazione, a prescindere dagli impiant e dai macchinari, che già bastano normalmente per aumentare il grado di complessità e rigidità della strutura, ma a tal proposito Taylor elabora il one best way ossia la convinzione che esista un unico tpo di strutura organizzatva ideale per tute le aziende, inoltre la via migliore per risolvere qualsiasi problema all'interno dell'organizzazione consiste nel ricorrere sempre e solo ad un unico metodo scientfco. Quello che non si considera da questo punto di vista è che l'organizzazione opera in una ambiente che non è costtuito sola dalla propria strutura organizzatva, bensì anche da un ambiente esterno che può essere geografco, culturale, politco,

sociale. Un'azienda troppo rigida sia dal punto di vista struturale che culturale può riscontrare quasi sicuramente difficoltà nell'adatarsi tempestvamente ai mutament repentni dell'ambiente in cui opera e questo, sopratuto ai giorni nostri, ne compromete la sua possibilità di sopravvivere nel tempo.

Taylor considera l’organizzazione come un sistema chiuso, che prescinde dall’ambiente esterno perché di fato l’ambiente in quest’epoca è stabile, la domanda è costante e quindi non c’è proprio bisogno di conoscere e interpretare l’ambiente esterno e il mercato, per questa ragione l’organizzazione assume un caratere tendenzialmente rigido, soltanto successivamente tuto si è modifcato e quindi la teoria dell’one best way non va più bene.

Il metodo tayloristco non tene conto poi di altri element fondamentali, come ad esempio le implicazioni psicologiche e sociali del modello proposto sul fatore umano.

Il taylorismo assume dunque, un signifcato incentrato sostanzialmente tuto sull'organizzazione del lavoro e del processo produtvo, lasciando le macchine e gli impiant di automazione quasi sullo sfondo. Taylor semplicemente si concentra su come spremere ed impiegare al meglio la forza lavoro cercando di contenere i cost ma avendo allo stesso tempo il massimo della produtvità.

E’ solo grazie alla successiva nascita della scuola delle relazioni umane e dei motvazionalist che viene data maggiore atenzione al fatore umano dal punto di vista sociale e psicologico.

Diverse ricerche svolte da Elton Mayo metono in evidenza come alcuni fatori se corretamente considerat, sono in grado di creare un clima organizzatvo migliore sia per l’azienda ma sopratuto per i lavoratori stessi, che spesso tendono a soffrire lo stress e numerosi disagi causat dall’eccessivo sfrutamento.

Elton Mayo è dell’idea che bisogna sviluppare il fatore umano creando un ambiente di lavoro socialmente gradevole e armonico.

Fra le sue tante ricerche si concentra in partcolar modo su alcuni fatori che possono incidere notevolmente sulle motvazioni dei lavoratori e conseguentemente sulla loro produtvità, dunque pone l’atenzione sugli effet che può esercitare l’illuminazione negli ambient di lavoro, sull’importanza dei gruppi informali, sull’introduzione delle pause e modifche dell’orario di lavoro.

Quello che emerge è un miglioramento della produtvità e della soddisfazione degli operai, una riduzione notevole del tasso di

turn-over. Grazie ad una maggiore integrazione e partecipazione atraverso gruppi informali viene a crearsi un senso di appartenenza e coesione sociale, anche perché gli individui tendono ad agire più come gruppi che come singoli, vi è inoltre una maggiore interiorizzazione della cultura aziendale e il rispeto di norme informali, in sostanza si otene una migliore motvazione degli operai. Altro aspeto che emerge riguarda l’aumento della retribuzione che da questo punto di vista ha effet ugualmente positvi.

La produzione di massa e il gigantsmo industriale, raggiungono il loro apice durante il fordismo.

Ford ha il merito di introdurre un elemento all'interno della fabbrica che consente di accelerare i processi produtvi, in partcolare quelli di assemblaggio, ossia la catena di montaggio.

L'idea introdota da Ford per i propri stabiliment viene da una macelleria di Chicago che utlizza un metodo simile per il confezionamento delle carni.

Grazie inoltre alla migliore disposizione logistca dei vari repart, i prodot o semilavorat vengono trasportat lungo un nastro trasportatore che mano a mano che il prodoto avanza viene completato nel suo assemblaggio e poi preparato per essere stoccato o venduto.

Ford utlizza questa tecnica per la produzione dell'auto più popolare dell'epoca, ossia la Ford T, prodota dal 1908 al 1924 in circa due milioni di esemplari. 1

Quest'auto rappresenta un prodoto altamente standardizzato, realizzato in un unico modello e in un unico colore, il nero, mentre il prezzo è relatvamente basso grazie allo sfrutamento delle economie di scala e questo permete a Ford di rivolgersi ad un'ampia feta di mercato.

Questo enorme successo deve la sua realizzazione grazie ai principi tayloristci che vengono adotat nei vari repart produtvi della Ford, mantenendo dei cost bassi sia nelle merci che nella manodopera, così facendo i consumatori che possono accedere a quel prodoto sono moltssimi.

Nonostante il grande successo dal punto di vista produtvo, sia il taylorismo che il fordismo presentano gravi carenze e lacune dal punto di vista dello sfrutamento della forza lavoro che è reso sempre più aspro e rende le condizioni di lavoro gravemente degradant. Si registrano alt tassi di turn-over e gravi implicazioni di natura psicologica e sociale che portano gli operai ad un progressivo esaurimento non solo psicologico ma anche fsico. L'ambiente di lavoro non è sostanzialmente favorevole e sopratuto non è stmolante per il lavoratore.

In Giappone negli anni 60 si consolida un sistema differente da quello fordista, andando in una direzione diversa che sosttuisce la produzione di massa e la fabbrica rigida e complessa, con un diverso tpo di organizzazione, più snella, più flessibile, più efficiente, un nuovo sistema che prende il nome di toyotsmo.

Il nuovo sistema giapponese riesce ad otenere un nuovo tpo di produzione che oltre ad essere più snello e più flessibile, è anche in grado di perseguire un orientamento costante alla qualità (Total Quality Management), il che lo rende netamente superiore al modello fordista.

Inizialmente l'obietvo intrapreso dal modello giapponese è quello di accorciare le fasi di preparazione dei macchinari che spesso richiedono setmane o addiritura mesi, passando ad una nuova fase che abbrevia il processo produtvo.

Questa flosofa fa apparire come superfluo qualsiasi cosa non riesce ad aggiungere valore al prodoto o al processo produtvo, il tuto si traduce in un minor quanttatvo di scorte, meno addet, meno apparat burocratci.

Vengono eliminat gli spazi in eccesso per lo stoccaggio dei materiali, inoltre si tende ad effetuare allestment più rapidi e frequent dei macchinari. Complessivamente si accorcia il tempo che impiega la merce a trasformarsi in prodoto atraverso il ciclo produtvo, ossia un minore lead tme.

Nel giro di pochissimi anni la Toyota diminuisce drastcamente il tempo medio dei processi.

Altro obietvo è quello di ridurre le dimensioni dei magazzini destnat alle giacenze di materie prime e prodot fnit, in modo da otenere una riduzione dei cost di mantenimento di tali beni e conseguentemente rendere i tempi rapidi per l'approvvigionamento secondo il principio del Just In Time.2

Questo metodo presuppone di avere anche un sistema logistco molto efficiente, fornitori post a brevi distanze tali da non dover accumulare risorse ai fni della lavorazione, facendo dunque giungere sulla linea produtva le merci solo quando richiesto, al momento giusto. Si trata di un complesso di sincronismi tra i vari sub-sistemi che fanno parte del processo produtvo.

I prodot che vengono realizzat seguendo questo principio tendono ad essere qualitatvamente superiori rispeto a quelli otenut con i sistemi precedent, questo anche grazie alla responsabilizzazione degli operatori che intervengono in tempo reale sul processo per risolvere eventuali problemi. Una politca del management dunque orientata alla ricerca contnua della qualità, anche se la perfezione non esiste, la contnua correzione di difet e anomalie permete di avvicinarsi sempre più alla perfezione ma sopratuto serve ad andare incontro alle esigenze dei consumatori.

Un ulteriore punto di forza del Just In tme è la partecipazione dei fornitori al processo produtvo. Oltre alle scelte di partnership su base logistca vengono effetuate scelte anche in base all’affidabilità, nessun altro è in grado di fornire consigli utli sull'impiego migliore ed efficiente dei propri prodot, più di coloro che li hanno realizzat, proprio per questo motvo la partecipazione dei fornitori al processo risulta un elemento determinante per otenere prodot in linea con le aspetatve.

La collaborazione dei dipendent permete di otenere alcuni vantaggi tra i quali:

• migliorare il clima organizzatvo;

• enfatzzare le motvazioni intrinseche; • favorire la flessibilità dei gruppi di lavoro; • aumentare il controllo sociale;

• incrementare il grado di responsabilità; • aumentare i risultat orientat alla qualità;

• migliorare lo spirito di appartenenza e l'interiorizzazione dei valori e della cultura interna aziendale.

Sostanzialmente l'enorme successo della Toyota spinge moltssime altre aziende nel mondo, tra le quali la Fiat in tempi relatvamente recent, a prendere ispirazione da tale modello. La produzione snella che tende ad alimentarsi atraverso una logica pull, cioè viene trata dalla domanda, invece che spinta con la logica push, permete di rispondere tempestvamente ad ogni cambiamento delle richieste del top management ma non solo, anche alle nuove esigenze di mercato e dunque in riferimento alla domanda globale, cambiando ad esempio tpologia di prodoto o rinnovando un prodoto già esistente. Grazie anche al progresso tecnologico oggi è possibile creare nelle organizzazioni un nuovo modo di produrre che permete di migliorare oltre il benessere organizzatvo, i prodot stessi e conseguentemente anche la qualità della vita dei consumatori.

1.2 Nuoti sistemi teinologiii per la produzione

La pianifcazione strategica industriale dei processi tene conto di numerosi standard e aspet legat al setore economico, tecnologico e politco.

Successivamente alla crisi del taylorismo, l’ingresso in fabbrica di nuove tecnologie ed in partcolare l’uso della robotca, viene valutato in base ad alcuni aspet tra i quali i nuovi ruoli che assume la forza lavoro e il grado di preparazione o addestramento dello staff.

Un altro esame che si tende ad effetuare prima dell’introduzione di un robot all’interno dell’organizzazione è quello di verifcare il grado di appropriatezza di tale tecnologia rispeto al contesto sociale, culturale e altre carateristche di natura tecnica.

Se le condizioni vengono soddisfate allora si può valutare l’introduzione del robot dopo aver preso in esame anche la fatbilità del progeto dal punto di vista economico. Spesso il parametro considerato maggiormente è quello tecnologico e la sua capacità di essere effetvamente impiegato.

In Italia, solitamente vi è una minore tendenza all’ammodernamento tecnologico.

Dal punto di vista italiano la tecnologia ha cambiato la mentalità generale, grazie a regioni dall’alto sviluppo tecnologico come Piemonte e Toscana.3 _{Regioni sviluppate però devono il loro successo}

anche ad altri fatori e non solo alla tecnologia, come ad esempio la conformazione del territorio e le decisioni politche ed economiche locali.

A livello globale l’impiego della robotca può essere visto come una grande risposta del sistema produtvo moderno, un sistema che è in grado di creare nuove fgure lavoratve ed eliminare i vecchi lavori noiosi e ripettvi.

Le ambizioni dei lavoratori stessi si sono evolute: essi diventano sempre più esigent, cominciando giustamente a pretendere che il proprio lavoro passa offrire effetvamente opportunità di crescita, autorealizzazione, desiderano un ambiente di lavoro sano che permeta di migliorare le loro condizioni di vita sia dentro che fuori l’organizzazione.

Grandi paesi come Stat Unit e Giappone oggi presentano un alto grado di tecnicizzazione e impiegano la robotca in moltssime grandi imprese anche se per motvi relatvamente diversi:

mentre gli Stat Unit presentano un maggiore impiego della robotca ai fni di contenere i cost medi di produzione, ma non solo, in Giappone uno degli scopi principali dell’utlizzo di questa tecnologia risiede nel fato di aumentare la produtvità e creare prodot qualitatvamente sempre più elevat.

Allo stesso tempo i salari in Giappone sono mediamente inferiori rispeto agli Stat Unit.

In Svizzera invece si assiste ad un fenomeno tendenzialmente inverso dal punto di vista dell’impiego di alte tecnologie;

uno scarso interesse per la robotca è dovuto al fato che si può contare su un alto livello di manodopera immigrata.4

In Giappone invece dove è presente un forte affollamento, lavoro stabile e una possibile immigrazione dagli altri paesi, la manodopera viene impiegata nello studio, progetazione e realizzazione di robot che fno ad ora ha prodoto circa ventmila tpologie di robot.

Anche in Italia molte aziende si dedicano alla progetazione e realizzazione di robot per applicazioni quali la saldatura, tessitura, verniciatura, manutenzione di utensili.

Un esempio di grande azienda italiana che opera nel campo dell’alta tecnologia è Olivet, che si occupa della realizzazione di impiant per l’assemblaggio, comunicazioni e sistemi di sicurezza, soluzioni per le industrie, macchinari per la stampa 3D, registratori di cassa, POS, stampant e molto altro ancora, ha faturato nel 2014 duecentoventsete milioni di euro e conta quasi seicento dipendenti.5

Questa grande azienda del gruppo Telecom Italia è nota anche per il forte interesse che mete in ato per migliorare il benessere organizzatvo dei propri dipendent, offrendo numerosi servizi per rendere la vita aziendale più piacevole ed andare maggiormente incontro alle esigenze lavoro-famiglia, metendo a disposizione servizi quali mense, biblioteche, parcheggi per i dipendent.

Questa maggiore elastcità è permessa anche dalla tecnologia stessa impiegata nell’organizzazione che assicura maggior libertà alle persone che lavorano per essa.

Andare incontro ai dipendent è anche un modo per aumentare la retenton, vale a dire far si che essi non siano incentvat a cercare un altro tpo di lavoro al di fuori dall’organizzazione.

Esistono different modi per stmolare i dipendent, come ad esempio la job rotaton che permete una rotazione delle mansioni in modo da far acquisire più conoscenze possibili a ciascun membro.

Un altro metodo è il job enrichment, che consiste invece in un allargamento dei compit, dunque come lascia intendere la parola stessa, un arricchimento che sostanzialmente atribuisce maggiore responsabilità ai dipendent avendo logicamente più compit da svolgere. Nel caso di aziende con un alto livello di tecnologia i compit possono tradursi in supervisione degli impiant stessi, in modo da assicurarsi che i robot svolgano senza problemi la propria funzione, controllando anche la qualità per verifcare che i prodot realizzat da impiant automatzzat siano conformi agli standard stabilit in fase di progetazione.

Altri compit consistono nell’assicurarsi che il processo delle macchine venga eseguito entro un determinato arco temporale, poi nello svolgimento di funzioni quali assistenza e manutenzione dei robot. Nel momento in cui un’azienda presenta un alto livello tecnologico, è necessario che anche le competenze e le conoscenze di ciascun membro dell’organizzazione siano accuratamente valutate per verifcare la loro idoneità per lo svolgimento di determinat processi che risultano sempre più complessi, come anche i prodot altamente tecnologici che vengono realizzat.

Si può individuare un sistema organizzatvo integrato che rende interconnesse tute le unità al suo interno che a loro volta dipendono da altre unità con una reciproca interdipendenza, dunque questo è uno dei motvi per i quali è necessario avere una conoscenza che vada oltre il proprio ruolo proprio per contribuire all’affidabilità del tuto. L'Italia meridionale al contrario è lontana dal rappresentare un prometente mercato per aziende che acquistano e impiegano robot dal momento che ancora in media le organizzazioni utlizzano tpologie di produzione vecchio stle o tradizionali.

Questo però non è un inconveniente irrilevante in quanto in Italia è ancora forte il setore dell’artgianato e della produzione realizzata dall’uomo in ogni sua fase, dall’approvvigionamento alla lavorazione fno alla realizzazione del prodoto fnito fnalizzato alla vendita, che ugualmente sono molto richiest dal mercato estero e nazionale.

L’ateggiamento culturale e sociale però non è uguale dappertuto. In alcune zone l’utlizzo della tecnologia può risultare più agevole mentre in altre può riscontrare diversi limit, non solo dal punto di vista economico ma proprio culturale e sociale.

Sono present moltssime aziende che ancora oggi sono diffident sull’utlizzo della robotca per ragioni culturali, probabilmente dovuto anche al fato che molt manager hanno una mentalità più tradizionale e dunque sono resti ai cambiament tecnologici e questo può rappresentare un grande limite specie se si considera che

l’azienda per poter sopravvivere in un ambiente dinamico e turbolento deve necessariamente adatarsi e intraprendere nuove sfde per affrontare il mercato.

D’altra parte vi è anche maggiore difficoltà nei giovani per trovare occupazione in tempi relatvamente rapidi.

Nel sud dell’Italia ma non solo, vi è grande disponibilità di student e giovani laureat altamente istruit che potrebbero essere una risorsa appropriata per i nuovi lavori che sorgono nell’industria di oggi caraterizzata da una contnua evoluzione tecnologica.

Oggi è anche vero che questo genere di tecnologia è studiata e realizzata non solo per essere in grado di svolgere i compit che normalmente sono svolt dagli operai, ma è creata anche per andare oltre e svolgere funzioni che gli umani non sono in grado di compiere. Si trata di una contnua ricerca di emulazione delle carateristche umane atraverso sensori di altssima precisione, algoritmi, complessi atuatori e altri dispositvi che vengono applicat ai robot. Hardware e software di controllo sono anch’essi sempre più evolut e complessi dunque richiedono grandi abilità tecniche e competenze per la loro correta implementazione.

Nonostante le possibili buone intenzioni per un rinnovamento degli impiant e dei sistemi produtvi atraverso l’implementazione della robotca, o addiritura la realizzazione stessa di sistemi robotzzat, è necessario procedere prima con un’accurata analisi del budget nell’ambito della pianifcazione strategica, tenendo conto dei vari punt di forza e di debolezza che possono scaturire da questo setore.

Innanzituto è necessario valutare alcuni element:

 per chi sceglie di produrre sistemi high tech, assicurarsi dell’esistenza di una domanda di mercato atva con un buon livello potenziale di client consumatori.

 Analisi dei fornitori e della concorrenza. La scelta dei fornitori è un elemento importante ai fni della pianifcazione della produzione, la scelta di quali fornitori siano più idonei alla fornitura di determinat component in base a delle carateristche che vengono stlate in fase di pianifcazione, tra le quali possiamo includere le scelte logistche, la scelta di fornitori poco distant d allo stabilimento produtvo rende la fornitura di materiali e component tendenzialmente più rapida.

 Decisioni di make or buy: molte aziende tendono a realizzare la maggior parte dei component esternamente per motvi sostanzialmente di costo ma non solo, anche la questone delle competenze viene presa in esame. Concentrarsi sul proprio core business permete di specializzarsi nella realizzazione di quei prodot che l’azienda sa fare meglio, lasciando invece la creazione di altri component accessori ad altre imprese partner che per ragioni di tempistca, competenze e cost, riescono a realizzare meglio.

 Altro elemento, o meglio requisito risiede nel fato di possedere un personale con un’otma preparazione e delle conoscenze solide e allo stesso tempo da mantenere in contnuo aggiornamento atraverso specifci percorsi formatvi.

Per quanto riguarda il mercato dei fornitori, la situazione italiana nel sud risulta soddisfacente con riferimento ai component tradizionali, meccanici ed eletronici, ma non si può ritenere altretanto soddisfacente per quanto riguarda la fornitura di component high

tech quali ad esempio sensori, atuatori e altri strument di sofstcata elaborazione tecnologica.6

Questo costringe a una scelta difficile tra progetare in modo più tradizionale utlizzando le risorse localmente disponibili di fronte ai tempi e i cost che ne possono conseguire, oppure valutare i cost dell’acquisto da fornitori più lontani, talvolta anche esteri per l’otenimento di nuovi component. Risulta rilevante in questo contesto per un’organizzazione efficiente avere un otmo reparto o ufficio acquist che sia in grado di valutare e pianifcare gli approvvigionament, e valutare ogni segmento di mercato relatvo a ciascun componente che verrà poi impiegato nella produzione.

La contnua evoluzione degli ambient produtvi e del mercato più in generale, avvicinano le imprese sempre più al mondo della robotca, questo può essere considerato una grande punto di forza nel lungo periodo per le organizzazioni che investono nel setore high tech. In ogni caso è sempre positvo il fato che l’impresa voglia tenersi al passo con i tempi e affrontare le nuove sfde con maggior prontezza, le possibilità che la tecnologia e in partcolare la robotca offrono sono sempre maggiori, specialmente in campo sanitario.

Naturalmente questo implica che l’organizzazione debba tenere aperta la porta dello scambio di informazioni con l’ambiente circostante, dunque avere un efficiente sistema informatvo che signifca raccogliere, interpretare, elaborare e analizzare i dat al fne di creare un flusso organizzato di informazioni necessari a prendere tute le decisioni inerent l’atvità organizzatva, dagli obietvi primari fno alla loro realizzazione. Lavorare su ricerche di mercato per cogliere immediatamente nel segno le nuove esigenze dei consumatori è un fatore che non può essere ignorato.

1.3 Aspet teiniii dei sistemi automatzzat

Nell'ambito delle applicazioni robotzzate l'automazione nelle catene di montaggio e smontaggio presenta uno dei più alt tassi di crescita. Sopratuto in aziende di piccole e medie dimensioni vi è una grande richiesta di celle di assemblaggio modulari flessibili solitamente equipaggiate con robot, sistemi a pinze, braccia meccaniche, dispositvi di memorizzazione e altri dispositvi periferici.

Il cost e le competenze richiest per impostare una cella e successivamente per gestrla nega i molt vantaggi di implementare tali sistemi flessibili. Per garantre un'elevata flessibilità ed efficienza, deve esserci una correta distribuzione e fornitura di informazioni detagliate per ogni componente.

Un sistema di moduli che può essere preso in esame è il 'C_CTRL' solitamente utlizzato per lavorare nelle celle gerarchiche.

Si trata di un complesso sistema di controllo modulare per celle di produzione robotzzate, che aiuta a ridurre la quanttà di programmazione e aumenta l'efficienza e la flessibilità della cella, è inoltre realizzato utlizzando il linguaggio di programmazione C++ e Turbo-Vision.

L'aspeto più rilevante dei sistemi di controllo cellulare consiste nell’avere funzionalità sufficient tali da consentre l’interazione con una vasta gamma di component al fne di realizzare una o più atvità di produzione. Nel sistema di controllo C_CTRL, questa interazione si svolge all'interno di una strutura gerarchica di controllo a due livelli.

Il livello inferiore è dedicato al controllo subordinato di funzioni locali, che sono suddivise in sotosistemi con il proprio controller, come robot, avvitatori e dispositvi di saldatura, sistemi senza supervisore come il trasporto e gli alimentatori.

Tut quest sotosistemi si interfacciano con il controller di sequenza al livello superiore. Per controllare, coordinare e gestre l'intera cella

questo livello è collegato ad un database contenente le informazioni necessarie per l'esecuzione di ciascuna partcolare fase di assemblaggio, ma non solo, anche per gestre gli errori e monitorare le statstche. Ogni sotosistema è progetato per lavorare in un determinato modo, ma può essere facilmente adatato per diverse azioni specifche.7

Possono essere individuate diverse tpologie di celle. Un tpico esempio è dato dalle celle di produzione robotzzate. A seconda del partcolare compito di produzione, una cella robotzzata include uno o più robot industriali e diversi dispositvi periferici, le celle possono contenere:

 una raccolta di identci equipaggiament come una sequenza di trapani e o un sistema di fresatrici ecc.  tuta l'atrezzatura necessaria per

fabbricare una famiglia di pezzi di ricambio, assemblare ad altre famiglia specifche di circuit stampat, ecc.

Pertanto un sistema di controllo cellulare dovrebbe gestre l’interazione tra component partcolari soto il suo carico secondo un piano d'azione, che normalmente viene generato da un sistema di supervisione gerarchicamente più in alto.

Per i singoli sistemi, il controller del robot è responsabile nella maggior parte dei casi, per tuto il coordinamento tra il robot stesso e i dispositvi periferici connessi.

Aumentare il numero di robot utlizzat in una cella conduce

conseguentemente ad un aumento dei compit di coordinamento tra il robot e dispositvi periferici connessi. Per gestre in modo coordinato quest sistemi sono present diverse soluzioni. Un

approccio è quello di applicare un controller di cella con un robot.

Atraverso questa connessione un controllore supervisore esegue tut i compit di comunicazione e coordinamento tra i

partcolari component subordinat della cellula. Questo porta ad un sistema modulare controllato gerarchicamente.

Quando si integrano le atvità di un insieme di sub-sistemi per

eseguire un'atvità di produzione, o una parte di progetazione del sistema, devono essere considerat alcuni possibili problemi.

Utlizzando soluzioni hardware e software personalizzate, un gruppo di sub-sistemi possono essere combinat per eseguire un singolo processo di produzione specifco. Tutavia, in questo caso comporta la ridefnizione dell'applicazione, ossia è possibile dover effetuare una nuova sincronizzazione delle interazioni tra i vari sub-sistemi, rimuovendo o aggiungendo una o più fasi del processo.

Da questo punto di vista devono essere considerat ingent cost e sforzi ingegneristci.

Pertanto, un sistema di controllo cellulare gerarchico e modulare deve essere in grado di ridefnire la presenza così come le

interazioni dei sotosistemi soto la sua responsabilità.

Queste circostanze identfcano la necessità da parte dei controllers di celle di garantre maggiore flessibilità rispeto alla modularità e confgurabilità nel controllare e combinare sub-sistemi come:

Pinze, atuatori e altri dispositvi ausiliari, sistemi di trasferimento, alimentatori di corrente, dispositvi di controllo della qualità, struture controllate da macchinari CNC.

Le macchine CNC sono macchine utensili i cui moviment vengono controllat da un dispositvo eletronico integrato nella macchina deto controllo numerico. (Figura 1, un macchinario CNC)

I moviment e le funzioni di queste macchine sono prestabilit, ovvero vengono pre-impostat a tavolino atraverso dei software specifci. Queste carateristche le rendono otme per svolgere lavorazioni ad alta precisione che richiedono lunghi tempi di lavorazione, ma impediscono alla macchina di interagire con l’ambiente esterno autonomamente in caso di collisioni o imprevist.

Per questo motvo devono essere controllate da un operatore, il quale ha il compito di impostare il programma, preparare i materiali grezzi da lavorare e intervenire in caso di problemi o correzioni nella lavorazione.8

Un controller di cella che è in grado di soddisfare queste esigenze deve avere almeno due interfacce:

un'interfaccia di coordinamento e controllo delle sequenze, un'interfaccia utente.

Il controllo delle sequenze è fondamentale per assicurare un certa fluidità del processo produtvo, in modo da non avere alcuna interruzione durante le fasi di lavoro, oppure averne il meno possibile. L’interfaccia utente invece ha il compito di metere in relazione l’uomo con la macchina, ed è importante che sia intuitva al punto giusto in modo da rendere conto dell’operato del robot all’essere umano. Naturalmente interfacciarsi con quest software richiede delle abilità e conoscenze di altssimo livello formatvo.

L'interfaccia utente del sistema di controllo della cella robotzzata deve essere d’aiuto all’utente permetendogli di interpretare i comandi e informarlo sullo stato della cella. Alcune important carateristche di quest’interfaccia riguardano ad esempio la modifca della sequenza di produzione, il debug della sequenza di produzione, impostazione della modalità manuale o automatca.

La funzione di coordinamento della sequenza (SCF) è l'interfaccia tra il controller di cella e le sue apparecchiature subordinate. Opera rilasciando ordini a tali sistemi di livello inferiore e

controlla il feedback su quei lavori. Se il sotosistema può

gestre un solo lavoro alla volta, l'SCF impartrà comandi solo per quel determinato lavoro, mentre un nuovo lavoro nello stesso

sotosistema viene rilasciato solo quando quello precedente viene completato.

I lavori relatvi ai sotosistemi si svolgono dunque soto dei vincoli di sincronizzazione.

Considerando ciò, la sequenza di coordinamento di un

modulo di sistema di controllo della cella, è responsabile per i seguent compit:

 controllare le atvità che vengono eseguite contemporaneamente;

 controllare le atvità in serie;

 prendere decisioni su come contnuare il ciclo produtvo da punt diversi in base allo stato atuale del sistema;

 prendere decisioni su come fermare o ritardare il procedimento, in base allo stato atuale del sistema.

1.4 Sistemi Computer Aided Design – CAD

I sistemi CAD (Computer Aided Design) sono utlizzat nella progetazione del prodoto in ambito ingegneristco, al fne di migliorare la produtvità.

Gli strument CAD possono migliorare notevolmente le prestazioni di progetazione. Sebbene questo strumento sia ampiamente utlizzato e altamente efficace nella progetazione meccanica, la padronanza e le competenze necessarie sono complesse e richiede molto tempo acquisirle. (Figura 2, motore in 3D con software CAD)

Il mondo della robotca è in rapida evoluzione e molt scienziat ritengono che l'intelligenza artfciale presto potrà competere con l'intelligenza umana, con robot che sono sempre più nelle condizioni di programmarsi e gestrsi da soli.

Allo stesso modo sono present opinioni different riguardo al fato che questa evoluzione possa ritenersi la cosa migliore o peggiore che possa capitare all’umanità, ma in entrambi i casi provoca un enorme impato a livello globale. Oggi la robotca è diventata un'industria molto avanzata, con robot programmat per facilitare il lavoro agli umani e non solo.

Fabbriche di robot sono una realtà atualmente implementata in Giappone. A causa dell'invecchiamento della popolazione in Giappone viene evidenziata una carenza di manodopera che si spera di sosttuire con alcune tpologie di robot. Possono essere assegnat alla maggior parte delle atvità agricole quotdiane, tra cui la semina, l'irrigazione e la raccolta delle piante. Implementando i robot, le aziende agricole non solo risparmiano denaro sul lavoro, ma aumenteranno sensibilmente la loro produzione.

La natura è sicuramente ciò da cui l’essere umano trae maggiormente ispirazione per la realizzazione di ambiziosi proget, come la dinamica dei flussi dell’aria per otenere performance sempre migliori in campo automobilistco ed aeronautco, o ancora l’osservazione del volo degli uccelli come atualmente svolge Soon Jo Chung, del dipartmento aerospaziale e ingegneristco dell'Università dell'Illinois, che sta studiando gli schemi di volo degli uccelli nella speranza di applicarli alla costruzione di droni. Tutavia quando si trata di progetare il prototpo, Chung e il suo team utlizzano in fase preliminare lo strumento CAD per elaborare il design, modellare e simulare la loro creazione.

Grazie alla loro dimensione e velocità, gli uccelli sono in grado unicamente di volare in modo efficiente mentre sbatono le ali e mentre planano. I ricercatori dell'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign duplicano le funzioni di controllo che consentono agli uccelli di eseguire con successo un aterraggio morbido, in questo caso, appollaiat su una mano umana.

Il professore Soon Jo Chung presso il Dipartmento di Ingegneria Aerospaziale dell'Illinois dichiara: "Riteniamo di avere la prima dimostrazione di volo autonomo robotco di un micro aereo veicolo (MAV) simile ad un uccello appollaiato su una mano umana", "sviluppiamo un conceto basato su un'ala artcolata per un aereo robotco agile ispirato agli uccelli", "tra tute le manovre eseguite con gli aeromobili ad ala batente in una fase di planata, un aterraggio arroccato è probabilmente il più impegnatvo." 9 _{(fgura 3, esempio di}

MAV)

Chung sostene che c’è molto da imparare dai sistemi biologici, i pipistrelli ad esempio possono volare con le ali danneggiate. Sono così agili che possono compiere svolte rapide di 180 gradi in modo autonomo e possono volare in luoghi chiusi senza scontrarsi con ostacoli. Queste qualità sono auspicabili per piccoli velivoli che possono essere utlizzat in sistemi di sorveglianza, in partcolare in contest urbani in cui gli ostacoli impediscono il movimento e il controllo satellitare.

Con la capacità di progetare, programmare e simulare il robot tuto da un unico software CAD, il team di Chung ha più controllo e precisione nel processo di progetazione. La funzionalità di simulazione consente agli utent di testare varie funzioni del loro design per determinare come si comporterebbe nella vita reale, consentendo così di modifcare il modello secondo le necessità. Questo è fondamentale per progetare un uccello robotco, in quanto consente loro di testare le prestazioni di volo prima di assemblare il robot.

Un altro progeto interessante realizzato dalla Boston Engineering è il BIOSwimmer, un pesce robotco che imita fedelmente i moviment di un tonno. È utlizzato per ispezionare con sicurezza navi e assiste ad una varietà di operazioni di manutenzioni maritme. Per progetare il tonno robot, il team di progetazione inizia esaminando un tonno reale utlizzando uno scanner laser (CMM).

Questo dà loro il design CAD iniziale su cui lavorare. Caricando il modello in un software CAD 3D, si è in grado di ricreare una varietà di part e materiali, simulando le prestazioni di ciascuno per determinare la costruzione ideale del robot. (Figura 4 e 5, un bioswimmer)

La robotca si sta dimostrando un'industria innovatva e molto utle, con la capacità di assistere alla produzione di beni di consumo, nella sicurezza interna e in una varietà di altri compit essenziali. Per aiutare nel processo di modellazione robotzzata, molt ingegneri si rivolgono al software CAD. Atraverso la progetazione CAD, possono sperimentare e testare una varietà di part e materiali, in modo da concentrarsi su ogni detaglio del design e creare robot sempre più avanzat.

L’elaborazione di un piano d’azione inerente le decisioni da intraprendere atraverso questo strumento può migliorare l'efficienza stessa del CAD e quindi essere molto vantaggioso, specialmente in campo automobilistco e aeronautco.

Il mercato automobilistco è caraterizzato da un'intensa competzione tra i produtori ma anche tra i principali fornitori, co-produtori. L’elaborazione di un’atvità di design lunga e complessa inizia con l'identfcazione dei requisit e la fase di progetazione preliminare che si estende fno alla fase più detagliata

atraverso sistemi digitali. In questo processo di progetazione, ogni fase richiede un riutlizzo delle informazioni elaborate dalla fase precedente.

Una delle soluzioni per otmizzare il riutlizzo delle informazioni

è quello di utlizzare i sistemi CAD basat su un conceto parametrico associatvo. I sistemi CAD sono ora integrat

nel conceto generale di Product Lifecycle Management (PLM)

che può essere defnito come una strategia per la gestone di tute le informazioni e i processi legat al ciclo di vita del prodoto, dalla sua nascita fno alla sua fase di declino.10

1.5 L’etoluzione più reiente della robotia

Pensare a un robot, provoca nella mente di ognuno immagini diverse, da robot che assistono gli esseri umani nella vita quotdiana (fare le pulizie, preparare il caffè e riordinare casa), ai droni per le consegne (amazon), ai soldat robot che si affrontano su un campo di bataglia, ai sistemi robotzzat utlizzat come protesi per rimpiazzare art mancant ecc.

Al di là dell’immaginazione, i robot sono macchine ad alte prestazioni con una streta aderenza alla nostra quotdianità, economia e al nostro futuro. Le strade che si aprono nei nuovi setori sono sempre maggiori, c'è inoltre una crescente domanda di lavoratori altamente qualifcat per costruirli, gestrli e ripararli.

Molt lavori possono essere occupat da robot, sopratuto nel setore manifaturiero, ma allo stesso tempo viene creata una nuova serie di lavori.

Secondo i dat del RIA (Robotc Industry Associaton), il mercato dei robot industriali contnua a crescere. Negli ultmi anni si registrano ritmi record per le vendite di robot, rispeto agli anni precedent, con i produtori di auto, cibo e beni di consumo che generano la maggiore crescita degli ordini.11

Il setore automobilistco è forte, ma la quota di mercato per tale setore è lievemente in calo, mentre altre industrie ordinano più robot perché ora realizzano i vantaggi della nuova tecnologia robotca.

L’ Associaton for Advancing Automaton (A3) è un’associazione sostenitrice dell'automazione a livello globale. A3 promuove tecnologie e idee di automazione che trasformano il modo in cui viene svolto il business.

A3, rappresenta un gruppo di associazioni che opera nel campo della robotca, è composto da Robotc Industries Associaton (RIA), AIA (Advancing Vision + Imaging) e Moton Control & Motor Associaton (MCMA). RIA, AIA e MCMA combinat rappresentano oltre 1.070 produtori di mezzi per l’automazione, fornitori di component, sistemi integrat, utent fnali, gruppi di ricerca e società di consulenza di tuto il mondo che guidano l'automazione verso il futuro.

La Robotc Industries Associaton pubblica su Robotcs Online informazioni per aiutare ingegneri, manager e dirigent ad applicare e promuovere l'automazione flessibile. Il sito include un algoritmo del motore di ricerca che rende facile trovare e confrontare aziende, prodot e servizi leader. Robotcs Online è dedicato a notzie, artcoli e informazioni specifci per l'industria della robotca.

I membri RIA contribuiscono al contenuto, fungono da espert e guidano l'Associazione con contribut di comitat e volontari che aiutano a redigere standard e rapport tecnici sui robot. Le pubblicazioni, compresi gli standard di sicurezza e il software di valutazione del rischio, sono disponibili presso il negozio online.

Fondata nel 1974, RIA è l'unico gruppo del Nord America organizzato specifcamente per servire l'industria della robotca.

Nel mercato dell’automazione nordamericano si registra un record nelle vendite nei primi nove mesi del 2017, secondo l'Associaton for Advancing Automaton (A3), il principale difensore globale per i vantaggi dell'automazione.

I risultat identfcano record di vendita nei seguent setori della robotca:

 visione artfciale;

 controllo del movimento;  tecnologia dei motori.

Dat statstci del mercato nordamericano:

Per i primi nove mesi del 2017, in Nord America sono stat vendut 27.294 modelli di robot dal valore di circa 1,473 miliardi di dollari, il livello più alto mai registrato. Quest dat rappresentano una crescita del 14% in unità e del 10% in dollari rispeto ai primi nove mesi del 2016.

Gli ordini relatvi agli autoveicoli sono aumentat dell'11% in unità e del 10% in dollari, mentre gli ordini non automobilistci sono aumentat del 20% in unità e dell'11% in dollari.

Per quanto concerne le importazioni, 25.936 robot del valore di $ 1,496 miliardi sono stat importat in Nord America durante i primi nove mesi. Queste quanttà record registrano una crescita del 18% in unità e del 13% in dollari rispeto a quanto venduto nel 2016. Le importazioni relatve al setore automobilistco sono cresciute del 12% in unità e del 9% in dollari in quel periodo, con importazioni non automobilistche in aumento del 32% in unità e del 22% in dollari. Le spedizioni totali di sistemi per il controllo del movimento sono aumentate del 10% a $ 2,6 miliardi, segnando il miglior risultato nel setore negli ultmi nove. La categoria di prodot più imponente è data dai motori (38% delle spedizioni), seguita da atuatori e sistemi meccanici (18% delle spedizioni) e unità di controllo eletronico (17% delle spedizioni).

I sistemi per il controllo del movimento sviluppano una rapida crescita con riferimento al 2017 (24% a $ 147 milioni), sensori & feedback devices (20% a $ 116 milioni), Alimentatori (15% a $ 295m), atuatori & sistemi meccanici (13 % a $ 479 milioni), e Motori (11% a $ 1 miliardo).12

La maggior parte dei fornitori ritene che sono previst aument per volumi di ordini e spedizioni nei mesi successivi, mantenendo i rapport con i propri distributori omogenei nello stesso periodo di tempo.

Per quanto riguarda il setore della visione artfciale, si registra un otmo inizio nel 2017, con una crescita del 14% a $ 1,937 miliardi, del 14% dei sistemi a $ 1,665 miliardi e del 14% dei component a $ 271 milioni rispeto allo stesso periodo nell’anno precedente. Ogni singola categoria di prodoto ha registrato una crescita annua positva per lo stesso periodo rispeto all’anno precedente. Alcuni tassi di crescita degni di nota sono rappresentat da smart camera (21% a $ 295 milioni), sistemi di illuminazione (20% a $ 54 milioni), software (16% a $ 15 milioni) e component per telecamere (14% a $ 143 milioni). Gli espert ipotzzano che i sistemi di illuminazione, l'otca, le schede di imaging e il software contnueranno ad evolversi, mentre le vendite delle fotocamere resteranno piate nei prossimi sei mesi. Inoltre, le aspetatve per i sistemi ASMV (Applicaton Specifc Machine Vision) sono positve nello stesso periodo di tempo.13

Il presidente di A3 (Associaton for Advancing Automaton) Jeff Burnstein sostene che il mercato della robotca e dell'automazione contnua a crescere in modo sano.

È evidente che le società stanno facendo ingent investment in queste tecnologie di automazione, il che ha un impato positvo sulla produtvità e la compettvità, risparmiando e creando nuovi post di

12 - North American Automaton Market Shatering Records in 2017 - RIA 13 - North American Automaton Market Shatering Records in 2017 - RIA

lavoro in Nord America.

A3 utlizza quest risultat e informazioni per fssare i prossimi obietvi di vendita e di espansione per l'anno 2018.

Tutavia, man mano che più robot entrano nel mondo del lavoro, le aziende che li utlizzano affrontano una carenza di lavoratori con le competenze per programmare e mantenere questo complesso meccanismo.

Secondo il Bureau of Labor Statstcs, la richiesta di ingegneri da impiegare in diversi campi, tra i quali la robotca, tende ad aumentare l’occupazione del 7% nel periodo compreso tra il 2016 e il 2028.

Si prevede di aggiungere circa 193.200 nuovi lavori. Il motvo per il quale la maggior parte di quest nuovi lavori viene occupata da ingegneri, è che i loro servizi sono richiest in varie aree oltre alla robotca, come la ricostruzione di infrastruture, energie rinnovabili, estrazione di petrolio e gas.14

Molte aziende ad ogni modo non riescono a trovare dipendent adeguatamente format per poterli impiegare nei nuovi lavori.

Per preparare i lavoratori, le scuole e le università già da diversi anni stanno aggiungendo curriculum indirizzat alla produzione robotzzata, sia per gli student ordinari che quelli adult, ma anche per i non laureat.

1.6 Siuole per l’alta teinologia

Al Worcester Polytechnic Insttute in Massachusets sono present programmi di educazione e ricerca sulla robotca da oltre 30 anni e possiede un corso di laurea in robotca dal 2007. Ora gli student possono otenere anche un master online in robotca.

I ricercatori dell’isttuto si stanno concentrando anche sulla robotca sanitaria, tra cui un robot chirurgico guidato da immagini provenient da una risonanza magnetca.15

Nell'autunno del 2014, l'UM Dearborn College of Engineering and Computer Science ha iniziato a offrire una laurea di primo livello in ingegneria della robotca, rendendolo il quinto programma di ingegneria della robotca universitaria.16

Yi Lu Murphey, presidente del Dipartmento di Ingegneria Eletrica e Informatca della UM, è convinto che il setore dell'ingegneria della robotca sia in piena espansione. Promete di essere la prossima frontera di crescita per gli ingegneri.

Quest programmi sono in grado di offrire agli student l'esperienza pratca di cui hanno bisogno per una vasta gamma di opzioni di carriera, tra cui lo sviluppo di aziende startup nell'ingegneria della robotca e la crescente industria della robotca nel Michigan sudorientale e in tuta la nazione.

La crescita odierna nella robotca proviene dalla ricerca e sviluppo di prodot tra i quali le automobili autonome e le applicazioni militari. I robot sono sempre più sofstcat e diventano sempre più piccoli, intelligent e dinamici, bisogna tenere in considerazione dunque il fato di poterli applicare anche in altri campi al di fuori della produzione, come ad esempio l'istruzione, la sicurezza, l'intratenimento domestco e l'assistenza sanitaria.

15 - htps:::www.wpi.edu:academics:departments:robotcs-engineering 16 - htps:::umdearborn.edu:cecs

I lavoratori che hanno la possibilità di intraprendere una carriera all’interno del setore della robotca possono provenire da una varietà di isttuzioni e avere background molto diversi.

Nel Tennessee orientale, ad esempio, gli student delle scuole superiori possono prendere lezioni presso il Northfeld Workforce Development & Conference Center a Spring Hill, imparando le competenze di base della manutenzione industriale. Possono portare le loro competenze in uno dei tant impiant automobilistci della zona e conseguire una laurea in meccatronica presso il Columbia Community College, vicino ad uno degli stabiliment della General Motors e otenere dunque una buona preparazione per un lavoro nel setore.17

Più a sud, all'Alabama Aviaton Center, gli student vengono addestrat e premiat con una certfcazione Airframe & Powerplant per lavorare sugli aerei.

Jay Harbert diretore della divisione Alabama Aviaton Center, sostene che i laureat sono molto apprezzat per le loro capacità tecniche e l'atenzione ai detagli. 18

17 - htps:::northfeldworks.com

1.7 Dinamiihe e performanie dei robot industriali

I robot industriali vengono impiegat per le atvità di lavorazione in molt setori per migliorare la precisione della lavorazione. A tale scopo si utlizza spesso un controller CNC che viene proposto come sistema di controllo per il robot industriale. La ragione per la quale viene utlizzato un sistema di controllo CNC risiede nel fato che grazie a questo sistema è possibile otenere prestazioni superiori e maggior precisione di movimento del robot industriale che viene guidato. Vengono progetat in considerazione delle diverse velocità di marcia. L'accuratezza del percorso e l'influenza dell'accelerazione del movimento sono entrambi accuratamente analizzat.

Il percorso è dato dal tpo di movimento che il robot deve svolgere durante le sue funzioni, solitamente maggiori sono gli spostament che il robot deve compiere e maggiori devono essere gli spazi di lavoro messi a disposizione per la realizzazione del processo.

L’accelerazione invece va ad incidere sulla velocità di funzionamento del robot. Ad una velocità più elevata corrisponde un minor impiego di tempo per il completamento del componente, ma questo alle volte può comportare un livello di accuratezza inferiore nei lavori di precisione, oltre al fato che metere soto sforzo eccessivamente la macchina comporta un possibile accorciamento dei suo ciclo di vita e dei maggiori intervent di manutenzione che devono essere effetuat per mantenere il più efficiente possibile il robot (allentamento di dadi e bulloni, sosttuzione di guarnizioni e ricambi d’olio lubrifcante ad intervalli regolari ecc).

Grazie però al vantaggio di fornire un'elevata precisione e flessibilità, i robot industriali sono sempre più utlizzat per le lavorazioni come smussatura, taglio, retfca e lucidatura, sollevamento e trasporto di component. La mancanza di rigidità, può avere anche degli effet negatvi sulla precisione del movimento del robot durante il processo

di lavorazione, il che può costtuire un problema per raggiungere la tolleranza di produzione, che potenzialmente influisce sulla qualità del componente. I fenomeni collaterali che possono scaturire da una minore rigidità sono ad esempio le vibrazioni che la macchina produce atraverso cambiament di velocità nel processo di realizzazione del pezzo.

Esistono due approcci principali per superare quest ostacoli.

Il primo approccio consiste nell'otmizzare la strutura del robot. I produtori di robot industriali progetano robot che sono specifci per partcolari compit di lavorazione.

L’azienda ABB, ad esempio, produce l'IRB 6660 per le operazioni di pre-lavorazione, ha un braccio parallelo aggiuntvo per rendere il robot più rigido.19 _{(Figura 6, un robot IRB 6660)}

L’azienda KUKA offre robot dedicat alla fresatura come il KR500 R2830MT con un carico di lavoro utle fno a 500kg e una ripetbilità di posa di ± 0,08 mm.20 _{(Figura 7, un robot Kr500 della Kuka)}

Il robot Stäubli RX170 hsm (creato per lavori ad alta velocità) sosttuisce il sesto asse con un mandrino ad alta velocità di taglio (HSC) per aumentare la rigidità e la precisione.21 _{(Figura 8, un robot}

RX170)

L'altro approccio consiste nel migliorare il sistema di controllo. Vengono proposte molte tecniche di controllo per aumentare l'efficienza e la precisione dei robot industriali.

Oggi viene sviluppata una nuova generazione di controllo del movimento dei robot ABB, che include un modello basato su un generatore di traietorie e controllo degli assi. Questo conceto viene implementato in un controller IRC5, testando poi il funzionamento atraverso percorsi circolari e lineari e grazie ad un sistema di misurazione laser è possibile identfcare e misurare gli errori di percorso.

Risultat sperimentali dimostrano che l'accuratezza del percorso è migliorata fno al 50% e che il tempo del ciclo produtvo è ridoto fno al 20% senza metere a rischio il tempo di vita del robot.22

J. Wook Jeon e Y. Youl Ha, analizzano le tecniche esistent per controllare l'accelerazione e la decelerazione nel robot industriale nelle macchine CNC. Una tecnica consiste nella selezione di funzioni polinomiali e l’altra in tecniche di convoluzione digitale. Entrambe le tecniche hanno i loro limit. La selezione delle funzioni polinomiali comporta il problema del carico di calcolo, sopratuto quando l'ordine del polinomio diventa più alto. Le tecniche di conversione digitale sono molto più efficient rispeto alla selezione delle tecniche di funzione polinomiale e sono facilmente implementabili dall'hardware.23

Tutavia, alcuni profli di velocità utli per i robot industriali e macchine CNC non possono essere generat da queste tecniche.

Quindi viene proposto un approccio generalizzato. In base alle carateristche desiderate di accelerazione e decelerazione, ogni serie di coefficient viene calcolata e memorizzata.

Data una distanza di movimento, gli intervalli di accelerazione e decelerazione, un proflo di velocità avente le carateristche desiderate di accelerazione e decelerazione può essere creato semplicemente dall'uso di quest coefficient. Gli esperiment sono stat implementat in un sistema di controllo ad asse singolo.

22 - M. Björkman , T. Brogårdh , S. Hanssen , S.-E. Lindström , S. Moberg , M. Norrlöf , A New Concept for Moton Control of Industrial Robots, 2008

23 - J. Wook Jeon , Y. Youl Ha , A generalized approach for the acceleraton and deceler-aton of industrial robots and CNC machine tools, IEEE Trans. Ind. Electron(2000).

Un proflo di velocità arbitrario che non può essere generato da tecniche di convoluzione digitale può infat essere generato in modo efficiente dalla tecnica proposta.24

Le funzioni svolte dai robot possono essere programmate rapidamente, e possono essere inserit compit di gestone e automazione. Tutavia, sono completamente diverse le strategie di movimento che devono essere applicate durante i processi di lavorazione dei diversi pezzi. Il sistema di controllo numerico computerizzato (CNC), che ha il vantaggio di poter svolgere una produzione di alta precisione, in breve tempo e con maggiore flessibilità, è quindi ampiamente utlizzato in macchine utensili.

Diversi sistemi di controllo hanno i loro algoritmi per far funzionare il movimento dei robot. Al fne di scoprire se il movimento del robot soto il controllo di un kernel CNC abbia prestazioni migliori rispeto al controllo convenzionale, vengono svolte contnuamente ricerche anche per identfcare quale altro nuovo sistema possa ritenersi maggiormente idoneo per assicurare sempre più precisione ed efficacia nelle atvità di lavorazione.

Esiste una tecnica che prevede una nuova generazione di comandi chiamata VEPRO per le macchine di produzione controllate dai computer. Atraverso questo metodo, un linguaggio di scriptng di alto livello defnisce la traietoria dello strumento e ciò consente di elaborare rappresentazioni parametriche di geometrie complesse del pezzo in lavorazione.

Lo script viene quindi impiegato per generare i dat di interpolazione necessari per calcolare una traietoria dell'utensile soggeta a un numero di vincoli cinematci.

Un interpolatore viene utlizzato in tempo reale per fornire i comandi di posizione richiest da ciascun controller di movimento in modo sincrono.

24 - J. Wook Jeon , Y. Youl Ha , A generalized approach for the acceleraton and deceler-aton of industrial robots and CNC machine tools, IEEE Trans. Ind. Electron(2000).

Il metodo proposto viene emulato su un computer utlizzando il linguaggio di scriptng Python.

Questa tecnica viene utlizzata in diversi ambit della produzione, come ad esempio nella stampa 3D, consentendo di otenere prestazioni elevate.25

La stampa 3D è un potente strumento per la produzione. Si trata di sistemi applicat nelle fabbriche più intelligent, che rendono le supply chain più corte e una rapida velocità di fornitura.

Il ruolo della stampa 3D diventa sempre più signifcatvo in un ambiente caraterizzato da prodot ultra personalizzat.

Grazie a questo strumento le industrie possono fronteggiare il nuovo trend emergente del “what you see is what you can print” (WYSIWYP - quello che vedi è quello che può essere stampato).

I consumatori ora possono trovare e personalizzare artcoli ad un livello detagliato, il che fornisce un’alternatva alle offerte di prodot tradizionali che costringono ad acquistare in base al modello di offerta.

Capitolo II

L’implementazione robotia nell’industria produtta

2.1 Vantaggi di un eletato grado di meiianizzazione e teinologia nella produzione

La crescente domanda di prodot altamente personalizzat richiede sistemi di produzione flessibili, reatvi e adatvi. Informazioni tempestve, accurate e aggiornate sui processi sono un requisito essenziale per soddisfare queste esigenze.

Le tecnologie di acquisizione dei dat in tempo reale sono già utlizzate da alcuni anni negli ambient di produzione, come ad esempio il sistema RFID, principalmente per la gestone delle scorte, la pianifcazione e il controllo di qualità. Tutavia, quest sistemi non riescono a generare informazioni sulle prestazioni dell'operatore nel sistema. Una tecnica basata sul controllo video, automatzza l'analisi delle stazioni di lavoro della linea di assemblaggio manuale e genera informazioni in tempo reale per supportare i lavoratori nella ricerca del miglioramento contnuo.

Solitamente viene sviluppato un metodo di classifcazione del ciclo di lavoro per rilevare situazioni anomale e problematche nel flusso operatvo. Oltre alla classifcazione dei cicli di lavoro, il metodo genera anche degli indicatori di prestazione per analizzare l’andamento dell'operatore nel sistema. Quest indicatori di prestazione sono visualizzat in una console, che rivela il potenziale di miglioramento della postazione di lavoro. Negli ultmi decenni, le aziende manifaturiere affrontano una crescente domanda di prodot sempre più personalizzat. Questo passaggio dalla produzione di massa alla personalizzazione aumenta la complessità dei processi di produzione e dei loro sistemi di supporto. Per rimanere compettve, queste aziende sono costrete a monitorare, analizzare e riprogetare contnuamente i loro processi, al fne di migliorare i prodot ed andare incontro alle esigenze dei consumatori.

Una delle principali sfde è la raccolta di dat affidabili e detagliat sul processo corrente. Atualmente alcune aziende utlizzano ancora tecniche di misurazione del lavoro vecchio stle, facendo affidamento sulle misurazioni e sull'analisi tramite monitoraggio manuale, rendendole proibitve in termini di tempo.

Sono quindi necessarie tecniche più avanzate e automatzzate per supportare il miglioramento della strutura produtva in contnua evoluzione.

I progressi nelle tecnologie di acquisizione, archiviazione e comunicazione dei dat sono facilitat dall'uso di software, immagini e video, in una vasta gamma di applicazioni. L'analisi del contenuto di un video ha la capacità di metere in evidenza un episodio anomalo e rilevare determinat event. Applicazioni ben note si trovano nei software di videosorveglianza.26

Negli ambient di produzione, le riprese e le registrazioni dei moviment vengono principalmente utlizzate per il controllo della qualità,27 _{monitorando le linee produtve automatzzate ed}

effetuando misurazioni e simulando il carico ergonomico dei lavoratori.

Questa tecnologia viene utlizzata anche per acquisire informazioni sul comportamento degli operatori e sul metodo di lavoro. Questo metodo automatzzato basato sulla visione di immagini e video può essere utle per supportare le aziende manifaturiere nel monitoraggio, analisi e riprogetazione dei loro processi produtvi.

26 - P. Manoranjan , H.M.E. Shah , C. Subrata , Human detecton in surveillance videos and its applicatons - a review, EURASIP J. Adv. Signal Process. 176 (2013)

27 - N. Sato , Y. Murata , Quality control schemes for industrial producton by workers’ moton capture, in: Proceedings of the 22nd Internatonal Conference on Advanced Informaton Networking and Applicatons - Workshops (aina workshops 2008), Ok-inawa, 2008 .

Il sistema monitora le workstaton con uno o più operatori e ha due funzioni principali:

 fornire misurazioni delle prestazioni di base;

 rilevare problemi o inefficienze riconoscendo il comportamento anomalo dell'operatore.

Il caratere non intrusivo della tecnologia di visione è uno dei principali punt di forza del sistema. Grazie al fato che il sistema non interferisce con l'operatore, è in grado di generare dat e informazioni imparziali per un periodo di tempo prolungato, a differenza degli strument di analisi manuale utlizzat tradizionalmente.

Il sistema si avvale di più telecamere per tracciare il movimento dell'operatore all'interno della sua postazione di lavoro. I cicli di lavoro caturat sono raggruppat e classifcat per rilevare comportament o event anomali.

Il sistema identfca quest event e resttuisce all'utente il flmato del relatvo ciclo di lavoro, tracciando e evidenziando accuratamente queste situazioni problematche, accelerando in modo signifcatvo l'analisi e l’eventuale processo di riprogetazione di alcune fasi di lavoro della catena di montaggio.

Oltre alla ricerca di event anomali, il sistema calcola anche gli indicatori di prestazione necessari per valutare le performance di una postazione di lavoro e più specifcatamente l'operatore nel sistema. Queste misure di prestazione sono visualizzate e riassunte in un dashboard operatvo. Questo dashboard offre una visione molto ampia e completa delle performance della postazione di lavoro e potrebbe quindi consentre agli operatori di monitorare autonomamente il lavoro in tempo reale.28

28 - D. Mavrikios , M. Pappas , M. Kotsonis , V. Karabatsou , G. Chryssolouris , Digital hu-mans for virtual assembly evaluaton, in: V.V. Duffy (Ed.), Digital Human Modeling, Springer-Verlag, 2007.

Un altro aspeto rilevante consiste nel fato che tale strumento permete di generare automatcamente istruzioni di lavoro, rendendolo parte integrante e indispensabile del sistema informatvo. Negli ambient di produzione contemporanei, gli indicatori di performance vengono visualizzat al fne di fornire ai supervisori e ai lavoratori le informazioni necessarie per identfcare le opportunità di miglioramento e incoraggiarli nel cercare di otenere prestazioni più elevate. Alcuni indicatori generalmente utlizzat sono:

• la velocità di produzione: cioè il numero di component prodot in un intervallo di tempo specifco;

• il tasso di scarto: ossia la percentuale di pezzi difetosi o comunque di scarto;

• la variabilità: che identfca la frequenza dei cambi di velocità nella produzione;

• il TAKT Time: indica il tempo necessario per terminare il ciclo produtvo di un determinato prodoto o componente, correlato alla domanda del cliente;

• il tempo di inatvità: misura l’arco temporale di inatvità delle apparecchiature a causa di interruzione o errori.

Sebbene molto utli, la maggior parte di quest indicatori non sono necessariamente collegat al modo in cui il lavoratore si comporta nell’ambiente di produzione. L'operatore può influenzare solo parzialmente queste misure, quindi è necessario un approccio maggiormente mirato per guidare il processo verso il miglioramento. Per questo motvo, alcune delle misure sopra menzionate vengono tradote in una serie di misure di performance diretamente correlate