Una fabbrica a tre dimensioni – integrata, intelligente e interattiva – per produrre con un ordine di precisione e velocità superiore a quello esistente. È la visione 4.0 della multinazionale Omron, gigante industriale giapponese con un fatturato prossimo ai 6 miliardi di dollari, metà dei quali generati dalla divisione Industrial Automation Business. Le tecnologie abilitanti? La piattaforma di automazione Sismac, che unifica IT e OT. Il robotic integrated controller, per la gestione sincronizzata di robot e dispositivi motion. I sistemi di visione supportati da algoritmi di machine learning. Infine, amr e cobot, i “collaboratori” della fabbrica digitale. E in un prossimo futuro anche il 5G. «Omron vuole portare flessibilità allo shoploor, afferma Antoni Farras, general manager dell’automation center di Barcellona. Macchine e linee di produzione devono essere sempre più flessibili poiché il mercato richiede un adattamento al nuovo paradigma “high mix, low volume (hmlv)” ovvero una produzione a ciclo continuo di volumi ridotti e diversificati».
La personalizzazione di massa si impone nell’automotive, ma si estende al mondo del packaging, del food & beverage e della manifattura. Omron interpreta questa tendenza con soluzioni collaborative, di linea e di macchina, che possono essere realizzate sia in ambienti pmi che di grandi aziende. Lo dimostrano i casi d
i Trelleborg Solutions Italia e Diva International. La soluzione avanzata di controllo della linea di produzione basata su sistemi di visione e robotica collaborativa è stata inoltre testata e implementata dalla stessa Omron presso propri stabilimenti. E’ il caso del plant giapponese di Kusatsu, in Giappone. Grazie alla nuova digitalizzazione i tempi di assemblaggio si sono dimezzati e la produttività, in termini di produzione a volumi ridotti e altamente diversificati, è migliorata in modo significativo, con incrementi da un minimo del 25% fino al 200%. La linea di produzione intelligente basata su controllo integrato di sistemi di ispezione visiva e amr-cobot si è rivelata ideale per l’ottimizzazione dinamica delle linee di assemblaggio.
Pick and place personalizzato di biscotti
Per mostrare le potenzialità del controllore integrato robotico per una produzione “high mix – low volume”, presso l’Automation Center iberico è stata realizzata una linea dimostrativa per un’applicazione di pick and place di biscotti. L’ordine di ciascun cliente viene tradotto in una combinazione specifica di biscotti e vassoi di dimensioni diverse. Il controllore indica al modulo di alimentazione di fornire il vassoio corretto e due delta robot prelevano e posizionano i biscotti nel vassoio. Un sistema di visione esegue un controllo di qualità, verificando che la confezione e il suo contenuto corrispondano all’ordine. «Questa linea dimostrativa è solo la punta dell’iceberg di ciò che è possibile ottenere con una struttura di controllo altamente integrata. La personalizzazione di massa non è più solo un’idea astratta, ma una realtà», dichiara Farras.
La flotta robotica Omron per la produzione di massa personalizzata
In ambito b2c e b2b le aziende mettono ormai a disposizione configuratori di prodotto attraverso i quali gli utenti definiscono ordini customizzati, la cui esecuzione necessita di un ambiente di fabbrica altamente digitalizzato. E qui entra in scena la flotta robotica di Omron che, supervisionata e coordinata dalla piattaforma di automazione, diventa la task force per realizzare la nuova logica industriale a supporto di una produzione a volumi personalizzata. Mobile e fixed robot di nuova generazione eseguono funzioni ispettive di controllo qualità e possono essere addestrati all’asservimento macchine e a una molteplicità di altre attività come assemblaggio, pallettizzazione e imballaggio. Nel centro di Barcellona i visitatori possono toccare con mano come sia possibile ottimizzare i processi attraverso interazioni uomo-macchina innovative e digitali. Durante ogni fase, di produzione o assemblaggio, sensori e strumenti visivi garantiscono una qualità costante del prodotto. Eventuali errori o processi saltati vengono rilevati in tempo reale, riuscendo così a mantenere il ritmo di produzione. L’intelligenza viene inoltre estesa all’ambito logistico con l’ausilio di amr e cobot in grado di alimentare le linee in una logica just-in-time.
L’Intelligent Cell Production Line. Linee di produzione per operazioni high-mix, low-volume
Il robotic integrated controller per linee e macchine automatiche è la tecnologia che abilita la produzione personalizzata di grandi volumi di pezzi. Ciò che in precedenza poteva essere fatto solo manualmente, e su una scala molto limitata, può ora essere eseguito tramite un flusso di lavoro automatizzato. «Il controller ridefinisce la flessibilità in un contesto di produzione, spiega Farras. E’ vero, esistono sistemi di produzione flessibili ma la loro flessibilità è limitata a lotti di piccole dimensioni. Qui parliamo di flessibilità a livello di unità ovvero la capacità di rendere unico ogni singolo prodotto. Il che comporta la sincronizzazione ottimale di tutti gli elementi di automazione all’interno della linea: nastri trasportatori, motori e azionamenti, sistemi di visione e robot». Adottando un approccio di integrazione totale, Omron ha quindi progettato un’unità di controllo per tutti i componenti di automazione. Il movimento, la logica, il rilevamento, l’ispezione e la robotica sono integrati in una rete comune e programmati tramite un unico software. Invece di avere un plc, un controllore per il movimento e un controllore per i robot separati, il ric controlla tutto. Dal punto di vista dell’utente finale, l’intera linea può essere gestita con una sola interfaccia. I vantaggi esistono anche per i costruttori di macchine poiché le attività di programmazione vengono semplificate.
Produzione integrata, collaborativa e flessibile. Lo use case di Trelleborg Sealing Solutions
Esempio di una soluzione hmlv a controllo integrato è quella realizzata da Trelleborg Sealing Solutions Italia, fornitore globale di soluzioni di tenuta in poliuretano termoplastico (Tpu) per applicazioni idrauliche e pneumatiche, di proprietà del gruppo svedese Trelleborg (fatturato 3,23 miliardi di euro). Per sostenere la domanda di energie rinnovabili l’azienda ha deciso di aumentare la produzione di parti in poliuretano per le turbine dei generatori eolici presso lo stabilimento di Livorno. Una decisione che ha implicato una grande flessibilità produttiva. Obiettivo primario era ridurre i tempi per l’impostazione e la programmazione di una nuova rifilatrice dotata di due robot per la finitura delle guarnizioni. Trelleborg ha quindi impiegato il controller robotico integrato di Omron per sincronizzre in tempo reale tutte le apparecchiature coinvolte nel processo, inclusi robot, sensori di visione, azionamenti e dispositivi di sicurezza. Il tutto ha contribuito a semplificare la programmazione, migliorare la velocità e l’accuratezza della produzione, con cicli di lavoro ridotti del 30%. Trelleborg sta anche valutando l’utilizzo di robotica collaborativa Omron per operazioni di asservimento macchine e intralogistica.
Il futuro della fabbrica digitale collaborativa è la connessione 5G
Nel futuro di Omron anche il 5G, tecnologia in utilizzo a livello sperimentale nelle fabbriche nipponiche della multinazionale. La nuova super-rete wireless porterà la produzione intelligente a uno stadio evolutivo 5.0, migliorando la velocità di interconnessione tra tutti i dispositivi mobili. Nella fabbrica digitale, caratterizzata dalla presenza estesa di unità mobili, occorre re-interpretare il rapporto machine-to-machine e human-to-machine. «Collaboriamo con Nokia, racconta Marco Spimpolo, regional marketing manager di Omron. Stiamo lavorando insieme sia per progettare la futura generazione di dispositivi 5G compliant, sia per implementare l’infrastruttura wireless nelle nostre fabbriche giapponesi. In futuro, queste iniziative daranno vita a un concept di fabbrica 5G che sarà esteso a tutti i siti produttivi». Insomma, la rete di nuova generazione diventa il candidato ideale per l’interconnessione di amr e cobot. La robotica collaborativa non può infatti prescindere da una connettività con tempi di risposta rapidissimi, nell’ordine dei millisecondi.
Una task force per la nuova automazione digitale
Le soluzioni collaborative di Omron sono basate su amr in grado di trasportare carichi di lavoro fino a 1.500 kg, sui cobot della taiwanese Techman, società partecipata dalla multinazionale con una quota del 10%, e sui gripper della danese On Robot. La gamma si estende a robot fissi che possono eseguire attività in linea di produzione, assicurando massima versatilità e adattabilità a svariate applicazioni. I cobot sono veri operatori specializzati nell’asservimento macchine, in operazioni di carico e scarico, nell’assemblaggio, nell’incollaggio e nella saldatura. E per il bin picking l’accoppiata amr e cobot diventa la soluzione ideale per eseguire presa di pezzi dalla cassetta al nastro trasportatore. Combinati con sistemi di visione intelligenti costituiscono una delle punte di diamante per la nuova automazione digitale. La tecnologia di rilevamento in 3D riduce i tempi di imaging, consentendo di misurare e riconoscere oggetti ad alta velocità. Il sensore può essere montato sul braccio del robot e ispezionare le parti con grande precisione. Dal controllo di qualità a quello dimensionale, dall’individuazione “senza oggetto” al controllo di posizionamento fino alla lettura di qr code o codici a barre per verificarne la correttezza. Indipendentemente dal campo di specializzazione, le soluzioni di automazione collaborativa si adattano alle produzioni più diverse.
Algoritmi in produzione. L’intelligenza artificiale applicata ai sistemi di visione
«Solitamente si pensa che per realizzare un’automazione “AI based” si debbano necessariamente acquisire big data. Il nostro approccio – afferma Spimpolo – è invece molto pragmatico e consiste nell’utilizzare solo i dati indispensabili a una specifica attività». Un esempio è l’Ai Fine Matching, un sistema ispettivo di controllo qualità che combina la tecnologia di visione FH con algoritmi di machine learning. Una volta in esercizio impara a individuare le devianze, rispetto ai valori di tolleranza impostati dall’operatore, con una precisione prossima al 100%. Una delle caratteristiche è la versatilità. Può essere infatti utilizzato su linee di produzione dei più vari settori industriali. Dal Fine Matching è derivato un secondo sistema di visione, Ai Scratch Detection Filter, dedicato all’individuazione di graffi sulla superficie di pezzi e parti. Uno dei settori in cui può essere utilizzato è l’automotive. «Riuscire a cogliere un’imperfezione su superfici lucide, come nel caso della scocca di un’auto, è molto complicato, soprattutto perché si ha a che fare con una molteplicità di colori, spiegano i tecnici di Omron. Per ciascun colore si dovrebbero utilizzare algoritmi diversi». Ai Scratch Detection Filter elimina questa complessità utilizzando un sistema di filtraggio delle immagini che riesce a separare il graffio dallo sfondo di superficie. E’ una soluzione che si presta ad essere impiegata in svariati contesti, rilevando graffi superficiali su modanature e film in plastica, parti ottiche in vetro o polimeri trasparenti.
L’eclettismo dei cobot. L’incredibile ascesa della nuova classe operaia 4.0
Mobile Cobot Workstation è la soluzione Omron che consente di programmare il cobot in più contesti e spazi di produzione permettendo loro di essere più produttivi. Risolve uno dei problemi con cui si confrontano le piccole e medie aziende: poterli utilizzare per eseguire compiti diversi. I cobot sono infatti spesso sotto-utilizzati, una condizione che deprime il valore dell’investimento. La workstation è in grado di passare da un’attività all’altra con una riconfigurazione minima, garantendo una piena occupazione. L’utente può spostare il cobot da una stazione all’altra. In questo modo, invece di acquistare due o tre cobot, le aziende ne possono acquistarne uno solo e riassegnarlo a più attività secondo necessità. Utilizzando una fotocamera integrata, la workstation legge il codice a barre o il tag rfid che identifica la posizione della postazione di lavoro e, grazie a un sensore, si autoposiziona con una precisione inferiore al millimetro, eseguendo l’attività prescritta nel migliore dei modi. La precisione viene compensata dal rilevamento dei punti di riferimento (landmark) in modo che il cobot conservi la sua ripetibilità. È sufficiente spostarlo nella nuova posizione e, grazie alla fotocamera, vengono ricalibrate tutte le sue coordinate.
Robotica collaborativa. L’impianto integrato di Diva International
L’italiana Diva International, che produce e distribuisce prodotti per la cura della persona e l’igiene della casa, ha aggiornato le sue linee di produzione con un nuovo impianto di pallettizzazione delle salviette umidificate. Gestito da un machine controller e cinque amr tiene traccia di tutti gli step di lavorazione, dall’ordine fino all’evasione in magazzino. Il progetto robotizzato è nato con il preciso scopo di ottimizzare l’efficienza e lo sfruttamento degli spazi all’interno di un sito dalle dimensioni ridotte. L’aggiornamento delle linee di produzione è stato effettuato dal system integrator Fm Vision. Grazie alla tecnologia e alla consulenza di Omron, ha fornito una soluzione completamente automatizzata basata sull’impiego di cinque amr in grado di effettuare le operazioni di carico/scarico dei lotti confezionati dal fine linea verso le stazioni robotizzate di pallettizzazione. Il programma di sviluppo, che è durato complessivamente circa un anno, ha portato anche alla revisione completa dell’architettura di controllo attraverso l’impiego di un machine controller Omron NJ. Tutto ciò nell’ottica di arrivare a una gestione “olistica” del dato, dall’ordine fino all’evasione dei lotti, e alla creazione di uno storico per il tracciamento di tutte le attività coordinate all’interno dello stabilimento.
