Progettare un macchinario industriale richiede spesso tempi lunghi a causa dell’estrema complessità dei movimenti richiesti. Movimenti che si traducono in una lunga serie di componenti meccanici, elettrici, elettronici da posizionare, dimensionare, collegare, controllare. Eppure, molti di questi movimenti, molte delle funzioni svolte all’interno di un macchinario, sono di fatto scomponibili in spostamenti semplici e azioni altrettanto semplici: traslazioni, rotazioni, sollevamenti, pressaggi, applicazione di colle e via discorrendo. In linea teorica, è quindi possibile creare librerie di “moduli” base da combinare fra loro per ottenere con relativa facilità macchinari capaci di produrre oggetti complessi.
Ebbene, Bosch Rexroth ha tradotto la teoria in realtà con la sua gamma di prodotti Smart Mechatronics. Si tratta appunto di un corposo catalogo di componenti base, parti meccaniche, guide, robot lineari, sistemi elettrici, controlli elettronici, drive e motori, combinabili fra loro con una logica modulare, consentendo di ottenere rapidamente macchinari anche di notevole complessità. Ma Rexroth non si è fermata qui: la linea è stata pensata con una logica “plug&produce“, ovvero per minimizzare i tempi di progettazione, costruzione, commissioning, programmazione e messa in opera. Per questo, Rexroth mette a disposizione uno strumento digitale di configurazione che assiste il cliente passo passo nella definizione del progetto e nel commissioning, fornisce sistemi premontati o parzialmente assemblati, e complementa i suoi robot lineari con un linguaggio di programmazione di una facilità disarmante. Se aggiungiamo un sistema di commissioning completamente automatizzato, comprendiamo come passare dall’idea al macchinario funzionante, con la linea Smart Mechatronics, richieda davvero tempi brevissimi rispetto ai metodi di progettazione e costruzione tradizionali.
Del programma Smart Mechatronics, e in particolare dei robot lineari “smart” che appartengono a questa linea, si è parlato in un recente webinar trasmesso dal Customer Center di Rexroth, situato a Cernusco sul Naviglio. A fare da guide nel mondo dei robot lineari Stefano Balansino e Fabio Taddei, entrambi product manager per la tecnica lineare in Rexroth. Il webinar, intitolato “Smart Linear Robots: sinergia di soluzioni meccatroniche “all in one” per la tua Fabbrica del Futuro” è visionabile dal sito italiano di Bosch Rexroth, previa registrazione.
Il programma Smart MechatroniX
Cosa si intende quindi per programma, o linea, Smart Mechatronics? Lo spiega, in apertura di webinar, Fabio Taddei. «Il programma smart mechatronics Bosch Rexroth prevede una gamma di prodotti che sono costituiti da una parte meccanica, che può essere per esempio il nostro sistema cartesiano per handling o per dispensing, il sistema di pressatura automatica e lo Smart Flex Effector. Questi sistemi sono corredati di parte meccanica, parte elettrica/elettronica e di software di gestione. Tutti questi prodotti rispondono a dei punti cardine che hanno guidato tutto il processo di sviluppo, che sono il Plug&Produce, performance e proceed, ovvero ottimizzazione del processo».
Plug & Produce significa ottenere sistemi di manipolazione e pressatura meccatronici che possano essere messi in funzione e diventare operativi nel minore tempo possibile, richiedendo quindi uno sforzo minore per poter produrre in tempi rapidi. Le performance si riferiscono soprattutto al fatto che i prodotti della linea sono capaci di movimentare in velocità e con masse importanti. Per “Proceed”, infine, si intende che si cerca di ottimizzare tutto il processo di produzione, partendo dal dimensionamento fino alla messa in servizio e programmazione in tempi rapidi. In più si riesce a ottenere da questi sistemi dei dati utilizzabili per ottimizzare ulteriormente il processo produttivo.
Tutti i prodotti della linea, inutile dirlo, possono lavorare insieme in modo sinergico.
Grazie a un sistema di commissioning completamente automatizzato, la linea Smart Mechatronics richiede tempi brevissimi rispetto ai metodi di progettazione e costruzione tradizionali
Linselect, uno strumento per aiutare il cliente nella selezione dei componenti
Progettare una linea di produzione basata sui prodotti Smart Mechatronics è un po’ come collegare una serie di mattoncini lego: i moduli sono compatibili fra loro e pensati fin dall’inizio per integrarsi. Il fatto è che i possibili mattoncini sono davvero tanti, visto il ricco catalogo proposto da Rexroth, e orientarsi nella scelta potrebbe non essere facile. Anche perché, con le guste combinazioni di componenti, possiamo creare corse fino a tre metri e capacità di movimentare oggetti fino a 100 kg. «Proprio per questo mettiamo a disposizione dei clienti una serie di strumenti che consentono di selezionare i prodotti ottimali – spiega Taddei. Un esempio è lo strumento per il dimensionamento dei sistemi multiasse, che si chiama Linselect ed è a disposizione sul nostro sito, scaricabile gratuitamente».
Il suo funzionamento è intuitivo per qualsiasi progettista: una volta selezionata la tipologia di strumento che si vuole dimensionare, si potrà selezionare un’architettura di base fra le tante previste e illustrate graficamente dal software. A questo punto, basterà inserire i parametri fondamentali (per esempio, nel caso di un sistema cartesiano inseriremo massa movimentata, tempo ciclo, corsa degli assi) e il sistema ci proporrà una serie di moduli che soddisfano le nostre richieste. Potremo a questo punto selezionare il modulo che preferiamo in base a vari fattori (dai tempi di consegna ai costi) e il software genererà un report tecnico, la distinta dei materiali, le caratteristiche di motorizzazione eccetera. Il tutto in comodi file formato Pdf. Il documento tecnico generato contiene tutti i dati che è necessario conoscere per montare e operare l’apparecchiatura, e può essere archiviato da chi produrrà il macchinario, o trasferito al cliente finale nel caso a quest’ultimo possa servire in futuro per esigenze di controllo o altro.
LinSelect è uno strumento gratuito di progettazione che accompagna l’utente step by step nel processo di dimensionamento di una pressa
Una volta dimensionato il sistema, Inselect passa le informazioni di sizing al Configuratore Online, dove si metteranno a punto i dettagli del macchinario, dal posizionamento del motore alla presenza o meno delle catene portacavi. E ancora, se vogliamo il sistema completo di software o preferiamo svilupparlo in proprio, se serve un meccanismo di handling o un dispenser, quali saranno gli i/o digitali, e così via. L’operazione è visualizzata in tempo reale sullo schermo tramite una rappresentazione grafica 3D interattiva, quindi mano a mano che definiamo le parti e apportiamo modifiche esse vengono istantaneamente visualizzate. Finita anche questa fase, è possibile scaricare il file Cad (2D o 3D, in vari formati) per la realizzazione del sistema, e la sua distinta di configurazione.
Oltre alla fase di progettazione, viene semplificata anche quella di acquisto, perché basterà andare alla sezione “Commissioning” per ordinare l’apparecchatura appena configurata con un singolo codice, indipendentemente dalla sua complessità e dal numero di parti che la compongono.
Messa in servizio semplificata
Dicevamo all’inizio che l’obiettivo principale della linea Smart Mechatronics è di velocizzare la procedura di messa in opera del macchinario, dalla progettazione fino al montaggio. Proprio in ottica di semplificazione e velocizzazione, «alcune componenti possono essere fornite già preassemblate – spiega Taddei – mentre componenti più grandi possono essere fornite con un preassemblaggio parziale, da completare poi sul frame del macchinario». Finito il montaggio, tradizionalmente viene il momento del “commissioning” degli assi. Il progettista, cioè, dovrà inserire nel sistema tutti i dati relativi alla meccanica degli assi (passo delle viti, velocità massima, accelerazione massima eccetera). Si tratta di un’operazione lunga e, soprattutto, critica: un errore, infatti, può produrre seri problemi. «Il programma Smart Mechatronics ha completamente automatizzato questa operazione – dice Taddei – andando a salvare all’interno delle memorie dei motori a bordo di ogni asse tutti i parametri della meccanica». In pratica, ogni asse condividerà con il controllo i propri parametri, azzerando gli errori ed eliminando finalmente i tempi morti dedicati alla ricerca dei “parametri perduti” in qualche oscuro brogliaccio tecnico. Di fatto, in circa 15/20 minuti il controllo porta a termite l’operazione. La determinazione degli zeri e dell’extra corsa invece avviene in modo intuitivo tramite interfaccia grafica. Per chi proprio non si fidasse dei sistemi automatici e insistesse per operare manualmente, ricordiamo comunque che ogni asse Rexroth ha un’etichetta fisica (con tanto di QR Code) che riporta tutti i parametri necessari alla configurazione. Si tratta di un accorgimento pensato soprattutto per la futura manutenzione della parte e per la tracciabilità a livello globale.
La programmazione del sistema avviene per blocchi
I sistemi basati sui moduli Smart Mechatronics di Rexroth vengono programmati in modo molto semplice, tramite una serie di librerie (per esempio Motion, Dispensing, Pressing, Loops, Logic, Position eccetera) ognuna delle quali implementa una serie di funzionalità elementari mostrate sotto forma di blocchi parametrizzabili. Essi sono mostrati graficamente come elementi colorati simili a tessere di un puzzle, con la possibilità di “agganciarsi” fra loro solo in determinate combinazioni (evitando così eventuali errori di programmazione). A parte l’elevato numero di librerie e blocchi/funzioni disponibili di serie, il “meccanismo” di programmazione, che prevede di trascinare i blocchi mediante drag&drop per agganciarli in sequenza, è molto simile a quello di linguaggi come lo Scratch del MIT o a mBlock, che viene usato per insegnare la robotica ai bambini delle scuole elementari. Insomma, programmare un macchinario costituito da più robot lineari diventa davvero un gioco da ragazzi. Naturalmente, nulla impedisce di utilizzare altre tecniche di programmazione nel caso di esigenze particolari, per esempio nel caso di clienti che realizzino in proprio tutto il software delle proprie macchine.
L’unità demo
Nel corso del webinar è stata mostrata una macchina, realizzata con i blocchi Smart Mechatronics impegnata nella costruzione di un pupazzo di plastica. La macchina, tramite il modulo di handling, provvedeva inizialmente a posizionare su un apposito supporto le gambe del pupazzo, controllando il corretto posizionamento tramite il Flex Effector che si trova montato sullo stesso asse; procedeva poi a distribuire la colla, tramite il dispenser (anch’esso montato sullo stesso asse) per poi spostare la parte sulla base dell’unità di pressa, doveveniva aggiunto il busto del giocattolo. In seguito, il pupazzo veniva riportato sul supporto iniziale, la posizione ricontrollata dal Flex e si terminava la lavorazione aggiungendo la testa. Probabilmente vi starete chiedendo, a questo punto, cosa è il Flex Effector. «È un’unità di compensazione che rende possibile, per esempio, fare dei posaggi precisi senza usare un sistema di visione robotica» spiega Balansino. Lo si può pensare come un sensore con sei gradi di libertà, capace di percepire tre traslazioni lungo gli assi x, y e z e le tre rotazioni intorno a questi assi, e quindi è in grado di individuare la posizione di un corpo nello spazio. Al suo interno, inoltre, contiene un sensore di temperatura e tre accelerometri, che possono tornare utili, per esempio, se si devono maneggiare sostanze che non devono subire accelerazioni improvvise. Fra l’altro, nella demo era montato su un robot lineare, ma può essere impiegato tranquillamente anche sulla maggior parte dei robot antropomorfi o collaborativi, e fornisce al relativo controller un segnale seriale composto dalle tre rotazioni e dalle tre traslazioni, quindi facile da interpretare e integrare.
Collegarsi ad altri sistemi
Se è vero che i moduli Smart Mechatronics parlano facilmente fra loro, è anche vero che possono tranquillamente comunicare e integrarsi con altri sistemi presenti in fabbrica. «Il sistema CtrlX che gestisce questi sistemi è stato progettato proprio epr essere aperto verso il mondo esterno – puntualizza Taddei – per cui questi moduli potrebbero essere usati sia stand-alone, per esempio su un banco di assemblaggio, sia integrati in una linea più complessa, con la necessità di scambiare dei dati verso l’esterno». Il sistema è aperto ai più comuni bus di comunicazione e implementa anche moderni protocolli come OPC-UA o l’interrogazione Rest Api.
Per chi fosse interessato a seguire l’intero webinar, lo trovate sul sito di Rexroth, nella sezione dedicata al blog “Expertise”. Al link Webinar Archive – Blog Expertise by Bosch Rexroth Italia troverete la pagina dedicata ai webinar dove potrete registrarvi per avere accesso al video.
