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Sick porta i robot fuori dalla fabbrica

di Marco de’ Francesco ♦ Il laser scanner OutdoorScan3 della multinazionale tedesca dell’automazione rivoluziona il mondo dei sensori. Puo’ operare outdoor anche in presenza di fattori climatici che normalmente “accecano” i meccanismi di rilevamento di ostacoli e distanze. L’azienda, con le innovazioni legate all’applicazione dell’AI, punta a 100 milioni di ricavi entro i prossimi due anni. 

Sick porta robot mobili e navette per il trasporto dei componenti al di fuori del singolo stabilimento industriale. Ora potranno muoversi con sicurezza tra impianto e impianto. La multinazionale tedesca dei sensori, 1,63 miliardi di fatturato, ha infatti inventato un laser scanner indifferente a pioggia, nebbia e neve – fattori climatici che normalmente “accecano” i meccanismi di rilevamento di ostacoli e distanze. La soluzione è intervenuta nel contesto di una vera e propria rivoluzione per i sensori: questi non sono più elementi passivi che acquisiscono dati e li trasferiscono ai controllori delle macchine, ma componenti “intelligenti” che selezionano le informazioni utili e che le utilizzano per la manutenzione predittiva o che le inoltrano ad un livello superiore, come quello dei gestionali, per ulteriori analisi.

Il prossimo passo, grazie all’intelligenza artificiale e all’approfondimento profondo, saranno sensori in grado di adattare real time le soglie di produzione al tipo di prodotto. Il laser scanner OutdoorScan3, al centro di questa innovazione, sarà presentato a Sps di Parma, manifestazione dedicata al mondo dell’automazione che si terrà nella locale Fiera tra il 28 e il 30 di maggio. Saranno presenti anche esponenti della filiale italiana di Sick, – guidata a livello globale da Robert Bauer, presidente del comitato direttivo dell’ azienda –  che si è data per obiettivo il raggiungimento di 100 milioni di ricavi entro il 2020, partendo dagli attuali 85. Di tutto ciò abbiamo parlato con il managing director della filiale Costantino Ghigliotti.

 

Costantino Ghigliotti, managing director della filiale italiana di Sick

 

Il primo laser scanner di sicurezza outdoor del mercato

 

Di Agv (automated guided vehicle) e Amr (autonomous mobile robot) Industria Italiana si è già occupata, per esempio rispettivamente in questo articolo e in questo. Da una parte, banchi di lavoro mobile che comunicano con le macchine, interagiscono con l’ambiente e recuperano e trasportano i componenti per l’assemblaggio; dall’altra, piattaforme automatiche che spostano in modo sicuro pallet da un reparto all’altro dell’impresa. In comune hanno la funzione: sono strumenti fondamentali nella logistica interna dell’azienda. Consentono di destinare una quota del personale ad attività meno faticose rispetto alla movimentazione di materiali e a più alto valore aggiunto. Ricevono ordini, dopodiché si muovono con sicurezza, evitando urti con persone e cose.

Agv e Amr hanno in genere laser scanner che controllano che in una certa area non siano presenti ostacoli; altrimenti si fermano, e eventualmente decidono un nuovo percorso. Il limite di questi mezzi, finora, è stato quello di essere vincolati allo shopfloor. Il trasporto di componenti fra stabilimenti diversi, per quanto utile, non era stato affrontato, a causa di problemi tecnici che avrebbero potuto verificarsi: i laser-scanner sono sensibili alle condizioni atmosferiche. Sick afferma di essere riuscita ad abbattere anche questa barriera, grazie al nuovo OutdoorScan3.

«Per la prima volta al mondo – afferma Ghigliotti – Agv e Amr possono muoversi in totale sicurezza anche all’aria aperta. OutdoorScan3 è, infatti, già certificato (Iso 13849 e Iec 62998) per questa attività. Grazie ad una specifica tecnologia, “safeHddm”, il sensore lavora senza alcun problema anche in presenza di un’intensità luminosa molto elevata ed è capace di filtrare i disturbi legati alla caduta di pioggia e neve oltre che di lavorare anche in presenza di nebbia». OutdoorScan3 è costituito da una robusta custodia, una tecnica di collegamento intelligente e funzioni di diagnosi ampliate. Secondo l’azienda il software di configurazione Safety Designer di Sick consente un utilizzo facile e intuitivo. La portata del campo di protezione è di quattro metri. Se ne possono configurare, di campi di protezione, sino a 128. Il collegamento di rete è realizzato tramite una particolare centralina di sicurezza, “Flexi soft”.

 

Il sensore OutdoorScan3

 

La rivoluzione del mondo dei sensori

Soluzioni come Outdoorscan3 sarebbero state inimmaginabili sino a pochissimi anni fa. Per dirla con Ghigliotti, «prima i sensori erano una componente passiva, che acquisiva segnali digitali o analogici e li trasferiva al Plc (il “controllore logico programmabile”, un computer per la gestione dei processi industriali) e a strumentazioni similari; ora giocano un ruolo diverso: non solo estraggono i dati, ma fanno una pre-elaborazione, una filtratura, e sono protagonisti di una comunicazione bidirezionale direttamente con gli Erp (“pianificazione delle risorse d’impresa”, un software di gestione che integra tutti i processi di business rilevanti di un’azienda come le vendite, gli acquisti, la gestione magazzino, la contabilità e altro), con gestionali come Sap o con una piattaforma di Cloud computing aperta come Microsoft Azure». Si parla di “sensori intelligenti”, dotati di micro controller di dimensioni sempre più ridotte e di algoritmi in grado di analizzare informazioni in tempo reale. «Grazie a questi nuovi sensori, si possono rilevare anomalie sul funzionamento delle macchine e prendere contromisure, come la manutenzione predittiva, senza passare per il Plc».

 

Agv in azione (courtesy Sew Eurodrives)

 

Fieldbus e Io-Link

Si è già accennato al fatto che i sensori, per svolgere queste nuove funzioni, devono essere parte di un contesto di comunicazione bidirezionale. Si parla di Bus di campo per indicare un modello comunicativo “seriale” tra diversi “nodi” di un processo automatizzato, e cioè tra dispositivi di campo (sensori e attuatori) e di controllo (Plc e altri). Ogni Bus di campo è caratterizzato da un particolare protocollo. Ecco, Io-Link è uno standard di rete a breve distanza, bidirezionale, digitale, point-to-point, cablato (o wireless) utilizzato per collegare sensori e attuatori digitali a un tipo di bus di campo o a un tipo di Ethernet prettamente industriali. Per dirla con Ghigliotti «Io-Link è come l’inglese: un linguaggio condiviso nella manifattura. Abbiamo iniziato a valutarne le applicazioni anni fa, quando ancora era poco diffuso».

Sensori intelligenti e trasformazione digitale

Per Ghigliotti, «le tecnologie abilitanti partono dal basso». Dai sensori. Perché la catena di generazione del valore basata su dati, interconnessa e completamente autonoma nella produzione e nella logistica rappresenta il massimo grado di innovazione tecnologica degli ultimi anni. Architetture snelle e moderne con sensori intelligenti, Erp e Cloud sono essenziali, secondo Ghigliotti, se si vuole intraprendere la strada del 4.0. «Per questo, aziende che producevano Plc stanno spostando su Cloud l’elaborazione e il controllo delle informazioni». In questo modo, i processi sono più veloci. «A Friburgo abbiamo realizzato un magazzino per la distribuzione in Europa, con una architettura dotata di periferiche intelligenti a bordo macchina che trasferiscono i dati non grezzi ma filtrati a Sap. Riusciamo a processare un ordine in un’ora e mezza, e i pacchi sono tracciabili real time».

 

Sick: IOLG2PN-03208R01 (IO-Link Master)

 

Sensoristica sempre più smart

Oggi è possibile personalizzare il genere di informazioni che il sensore deve filtrare. Per esempio, misurazioni di velocità e lunghezza, monitoraggio degli oggetti e delle distanze, analisi delle capacità, conteggio e antirimbalzo (soppressione simultanea degli impulsi di disturbo). E si realizzano sistemi ibridi, in grado cioè di combinare i dati provenienti da più sensori diversi (telecamere, fotocellule, laser scanner) per analisi sempre più sofisticate. Per Ghigliotti «il futuro è legato all’intelligenza artificiale e al deep learning». L’Ai è un argomento che Industria Italiana ha trattato più volte, ad esempio in questo articolo  e in questo .

Il secondo è invece quel campo di ricerca che si basa su diversi livelli di rappresentazione, corrispondenti a gerarchie di caratteristiche di fattori o concetti, dove i concetti di alto livello sono definiti sulla base di quelli di basso. In pratica, ciascun livello utilizza l’output del livello precedente come input. Tra le architetture di apprendimento profondo si annoverano le reti neurali. Queste sono costituite da un modello matematico composto da tanti neuroni artificiali, che per certi versi replicano il funzionamento di quelli biologici, e cioè delle piccole componenti del cervello che ci consentono di ragionare. Come nel caso del cervello umano, il modello artificiale è costituito da interconnessioni di informazioni.

Ora, in un normale contesto informatico, le informazioni vengono immagazzinate in una memoria centrale ed elaborate in un luogo definito: con la rete neurale, invece, si cerca simulare il comportamento dei neuroni con connessioni analoghe alle sinapsi di un neurone biologico tramite una funzione di attivazione, che stabilisce quando il neurone invia un segnale. In pratica, le informazioni sono distribuite in tutti i nodi della rete. Che c’entra, tutto questo, con i sensori? «Saranno prodotti, in un futuro prossimo, sensori in grado di adattare e tarare autonomamente le soglie della produzione real time, in base a ciò che hanno “appreso” nel tempo grazie a queste nuove tecnologie. Il sensore comprende di trovarsi di fronte ad un oggetto di un certo tipo, diverso da un altro, e pertanto assesta in modo sistematico il processo», spiega Ghigliotti.

 

Sick

Sick Ag è stata fondata nel 1946 in Germania, vicino Monaco, dal Dr. Ing. Erwin Sick; attualmente la sede centrale si trova a Waldkirch. Con oltre 50 filiali e numerosi uffici rappresentativi, Sick è presente in tutto il mondo. Ad oggi, il gruppo impiega 9.737 dipendenti e nell’anno fiscale 2018 ha realizzato un fatturato di 1,63 miliardi di euro. La filiale italiana ha sede a Vimodrone (Milano). La società, che nasce nel 1996 e conta oggi un team di oltre 130 persone. Nel 2018 i ricavi hanno raggiunto quota 85,2 milioni, ma per il 2020 l’obiettivo è di una crescita del 17% in due anni. Secondo Ghigliotti, due fattori favorirebbero il raggiungimento di questo risultato. «Anzitutto il nostro canale di vendita non è operativo su scala regionale, ma è ripartiti per industry. In pratica, team diversi si occupano di settori differenti, come la logistica, il packaging e l’automation. Ciò ci consente di gestire in modo completo la filiera. Inoltre, anche la clientela sta cambiando. Prima, era composta da costruttori di impianti, di macchine utensili e dai system integrator, che assemblano anche le nostre soluzioni. Ora stanno assumendo un rilievo sempre più importante i grandi end-user, soprattutto nel food&beverage: Nestlé, Barilla, Unilever, per esempio. Inseguono i trend di mercato, consapevoli che la tracciabilità non è più una cosa interessante solo per il comparto farmaceutico».

Le  soluzioni Sick a Sps

Robot Vision

Si tratta di sistemi che consentono ai robot di identificare e localizzare gli oggetti: sensori per la visione 2D e 3D. Tra queste ultime, Scanning Ruler, TriSpector1000 e Visionary-T, che sfruttano la triangolazione laser e la tecnologia snapshot (permette di fotografare in un determinato istante lo stato di una macchina virtuale) per effettuare controlli qualità e misurazione.

SafeRobotics

Per le aree di pallettizzazione e fine linea, Sick presenta deTec, nuova generazione di barriere fotoelettriche indicata per la messa in sicurezza di accessi e punti pericolosi. Secondo l’azienda, la famiglia di apparecchi è caratterizzata dall’assenza di zone cieche e da un’elevata altezza del campo protetto. Per le stesse zone, si può anche adottare il laser scanner della serie microScan3, che sfrutta un particolare principio di misurazione brevettato e basato sul tempo di propagazione della luce. Il campo di protezione copre una distanza di 5,5 metri e monitora aree fino a 275°.

End-of-ArmTooling

Secondo l’azienda, per i lavori di precisione dei robot, occorre che pinze e bracci siano sufficientemente sensibili da monitorare la pressione nei movimenti di presa degli oggetti, ed è altresì importante controllare la distanza dall’utensile e verificare che questo venga depositato nella posizione corretta. Servono cioè «sensori che monitorino tutti i valori di aria compressa e vuoto, come il Pac50 che possiede un range di misura da -1 a 10 bar, fotocellule per rilevare la presenza del materiale e sensori insensibili al colore e alla luminosità dei materiali, quale ad esempio il sensore displacementOD Mini».

Position Feedback

Per garantire la ripetitività dei movimenti dei robot nei lunghi periodi, i sistemi motor feedback forniscono dati sullo stato dell’azionamento, sulla velocità e sulla posizione. In termini tecnici, l’azienda riferisce che «un esempio è dato dagli encoder lineari TTK70 che lavorano in HIPERFACE®, basato sullo standard RS485. Grazie alla testa di lettura compatta, responsabile del rilevamento dei valori di posizione, e alla bandella magnetica da applicare sul lato dei motori lineari, la misurazione di posizione e velocità avviene senza contatto. L’assenza di parti mobili ne garantisce affidabilità e robustezza anche nel lungo periodo».

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