Robot mobili che trasportano in modo autonomo materiali e componenti nello shopfloor: in stabilimento non si devono installare infrastrutture a supporto, come guide induttive annegate nel pavimento, magneti o riflettori laser. Gli Active Shuttle di Bosch Rexroth – società tedesca di automazione industriale controllata al 100% dalla multinazionale Bosch – sono veicoli intelligenti e flessibili, e adatti a continue variazioni della produzione e del layout del plant.
Oggi infatti la manifattura è attraversata da imperativi categorici come la customizzazione di massa, e cioè la capacità di offrire ad una pluralità di clienti prodotti e servizi personalizzati, e il just in time, pratica finalizzata alla produzione in tempi definiti dal cliente e quindi all’azzeramento del magazzino. Ciò implica una variabilità esponenziale dei componenti circolanti in fabbrica oltre che delle quantità. L’intralogistica rischia di essere travolta dall’incremento delle movimentazioni. Occorre automatizzare i processi, liberando risorse umane per attività di maggior valore aggiunto; e rendere l’apparato dei trasporti interni trasparente e intelligente, per risparmiare energia, spazi, e soprattutto per evitare sovrapposizioni.
Sono appunto gli obiettivi che Bosch Rexroth intende conseguire con i suoi robot mobili. Ma come funzionano? Fanno parte di un sistema, Active Shuttle Management System, che integra più software. Tra i più importanti, il Locator, algoritmo avanzato che traccia una mappa precisa al centimetro utilizzando i dati provenienti dal laser del veicolo; e un altro il Fleet Management, che seleziona i percorsi più veloci in base al traffico umano e di robot; identifica i tratti bloccati e ne crea di alternativi; ottimizza i task e la carica della batteria; e conferisce una priorità ai lavori importanti. Ne abbiamo parlato con i responsabili della divisione assemblaggio tecnologico e delle vendite, rispettivamente Andrea Secco e Luca Pantaleoni, entrambi di Bosch Rexroth Italia.
La sfida dell’intralogistica alla customizzazione di massa e al just in time
Da qualche tempo a questa parte sono emersi due nuovi standard della manifattura avanzata: la personalizzazione di massa e il just in time. La prima è una strategia di produzione di beni e servizi orientata a soddisfare i bisogni individuali dei clienti e contemporaneamente a preservare l’efficienza della mass production, in termini di bassi costi di produzione e quindi prezzi di vendita contenuti. Per fare un esempio, nel 1850 un’automobile era costituita da un mezzo creato appositamente da più artigiani per il proprietario. Il modello T della Ford, invece, primo esempio di produzione di massa, era identico per tutti: a Detroit, dalla catena di montaggio dotata di nastro trasportatore, si producevano solo auto di quella forma e di quel colore. Un’Audi A3, oggi, presenta invece 1,1 per 10 alla trentottesima varianti teoriche. Le preferenze del cliente diventano un fattore di rilievo industriale.
Si potrebbero fare mille esempi: nell’industria dolciaria, il produttore di paste deve essere pronto a rispondere a centinaia di combinazioni diverse per migliaia di ricette differenti, che attengono al gusto dell’acquirente della scatola di cioccolatini. Secondo gli esperti, questo fenomeno è destinato ad allargarsi sempre di più, con gli utenti finali impegnati a comporre via internet il prodotto desiderato, associando colori, scritte e componenti. Per Just in time, invece, significa produrre solo quanto richiesto dal cliente nei tempi voluti da quest’ultimo; la pratica è finalizzata alla riduzione di tutte le forme di spreco che si realizzano all’interno della fabbrica e nei rapporti di fornitura; e, in buona sostanza, all’eliminazione del magazzino. Ovviamente, questi due imperativi categorici del 4.0 influiscono in modo diretto sull’intralogistica: questa deve essere appunto organizzata in modo da rispondere alle esigenze del cambiamento continuo dei lotti e di spostamenti interni più ergonomici dei componenti.
Gli Active Shuttle sono robot mobili, non semplici Agv: non hanno bisogno di guide di supporto
Occorre dunque flessibilità, e quindi un’orchestrazione intelligente dei veicoli addetti ai trasporti interni. Serve un sistema pensante, una piattaforma in grado di gestire più funzioni di movimentazione e più mezzi al contempo. Active Shuttle Management System mette insieme più software per creare processi interni trasparenti ed efficienti, dirigendo un’intera flotta di veicoli di trasporto nello shopfloor. Opera come centro di controllo del traffico e di aggiornamento automatico delle mappe del sito; gestisce gli ordini conferendo loro un ordine di priorità; assicura la navigazione intorno agli ostacoli e amministra le operazioni di ricarica dei mezzi. È tutto documentato: ogni movimento è tracciato e memorizzato, sia per questioni di sicurezza che per perfezionare di continuo i processi logistici. La prima applicazione del sistema è avvenuta in otto stabilimenti di Bosch Rexroth, agli inizi del 2019; alla fine dell’anno scorso, il lancio sul mercato.
La caratteristica fondamentale del sistema è che funziona a prescindere da infrastrutture di guida. Per capire, bisogna introdurre un passaggio, quello dall’Agv, veicolo di guida automatica, a Amr, e cioè robot mobile autonomo. Gli Active Shuttle appartengono a pieno titolo alla seconda categoria. Della prima fanno parte tutti quei mezzi più “tradizionali” che nello shopfloor trasportano carichi di vario genere – come materiali, componenti e strumenti di lavoro – e lo fanno grazie a tre possibili supporti: cavi elettrici annegati nel pavimento e rilevati dai sensori del veicolo; magneti piazzati in punti strategici, che consentono al mezzo di riposizionarsi; riflettori sistemati nell’ambiente che riflettono i laser dell’Agv. Senza queste infrastrutture, che peraltro necessitano di manutenzione, l’Agv non può funzionare. L’Amr, invece, somiglia agli aspirapolvere-robot che senza istruzioni di sorta fanno il proprio mestiere. Il fatto è che gli Amr hanno a bordo i sensori e l’intelligenza che consente loro non solo di percepire l’ambiente, ma anche di modificare di continuo la traiettoria in base agli ostacoli e a esigenze contingenti di produzione. C’è una condizione, però, imprescindibile: devono conoscere la planimetria. E qui entra in gioco un software, Locator, di cui parleremo tra poco. Ma per ora occupiamoci degli Active Shuttle. Hanno la forma di parallelepipedi con gli angoli arrotondati.
La strumentazione è fra le più semplici: i pulsanti di attivazione e di accensione, l’antenna Wlan, l’indicatore di batteria, i lampeggiatori, gli illuminatori anteriori, la presa per la gestione manuale, lo stop di emergenza, uno strumento di scarica elettrostatica e il laser scanner di sicurezza. Il retro è dotato di un sensore riconoscimento dolly, di contatti per la ricarica, di una piattaforma di sollevamento, di lampeggiatori e sempre di un laser scanner di sicurezza. I dolly sono dei carrelli che l’Active Shuttle trasporta, e che a loro volta contengono delle scatole di plastica blu, di dimensioni standard. «Ormai – afferma Secco – quando si produce su ordine, per conto terzi, si assiste ad una grande variabilità di prodotto, che coincide con una forte mutevolezza dei pezzi e dei componenti. I contenitori, vanno invece standardizzati, per gestire con intelligenza spazi e trasporti». La capacità di Active Shuttle di ricalcolare automaticamente i percorsi e quella del sistema di amministrare gli ordini secondo priorità definite da un’intelligenza centralizzata comporta flessibilità e adattamento ai cambiamenti nei processi logistici. Insomma, l’Active Shuttle sa quale dolly afferrare in un certo momento della giornata lavorativa. Gestisce il flusso just in time, ed è progettato per un uso continuo 24/7. «Può trasportare carichi fino a 260 kg, e sollevarne fino a 250» – afferma Pantaleoni. È uno strumento molto sicuro: si muove alla velocità del passo d’uomo, ed evita tutti gli ostacoli.
Locator, l’algoritmo che disegna la mappa, e che la aggiorna per tutti gli Active Shuttle
Per muovere dei veicoli in spazi definiti occorre disporre di una mappa precisa del sito: il robot mobile deve sapere come raggiungere una stazione, dove si trovano certi materiali, quale sia il percorso più breve ed economico, dove sono posti ostacoli strutturali. Ciò è reso possibile da un algoritmo ad alte prestazioni che rileva automaticamente l’ambiente naturale utilizzando un sensore laser sul veicolo. Il software Locator può essere utilizzato anche su veicoli diversi dagli Active Shuttle di Bosch Rexroth: è indipendente dall’hardware utilizzato dal produttore. Può essere integrato in un gran numero di sistemi di controllo e supporta un’ampia gamma di sensori laser, compresi i laser di sicurezza. Il Locator ha un’interfaccia grafica utente molto semplice e non richiede conoscenze specialistiche; contribuisce all’aggiornamento automatico della mappa per l’intera flotta. «Di tutto il sistema – afferma Secco – era la parte più difficile da realizzare. È stata messa a punto da un gruppo di ragazzi softweristi, poi assunti dall’azienda».
La localizzazione laser di Bosch Rexroth, per l’esattezza, determina la posizione esatta (con precisione al di sotto del centimetro) di tutti i veicoli operativi in fabbrica 50 volte al secondo. I dati sono raccolti da un software del sistema, posto sul server, che si occupa di Fleet Management, e cioè di gestione della flotta. Non basta che i veicoli possano agire autonomamente; è necessario che non vengano utilizzati per gli stessi compiti. È grazie a questo software che è possibile selezionare i percorsi più veloci in base al traffico umano e di robot; identificare i percorsi bloccati e crearne di alternativi; ottimizzare i task e la carica della batteria; e conferire una priorità ai lavori importanti.
