Come coniugare la lean production con la trasformazione digitale? L’esempio più avanzato è quello dell’automotive, settore che ha da sempre cercato di applicare la logica industriale del miglioramento incrementale. In pole position come partner tecnologico dell’innovazione di fabbrica, Bosch Rexroth. Attraverso il portafoglio delle tecnologie per l’assemblaggio e la meccanica, ha contribuito a realizzare le linee di produzione di molti big del comparto. Tra questi Lamborghini e Maserati. Attività che ora si estende alle fabbriche dedicate alla produzione di batterie. È il caso di diverse linee per la produzione di batterie elettriche per autovetture dove la multinazionale tedesca dell’automazione realizzerà la linea di assemblaggio. E ancora, la collaborazione per un nuovo plant italiano dedicato alla produzione di assali elettrificati. «Denominatore comune di tutte le soluzioni proposte da Bosch Rexroth è la possibilità di poterle aggiornare e configurare dallo stesso personale di fabbrica, in funzione della flessibilità richiesta allo shop floor, senza dover ricorrere ad esperti di programmazione», afferma Andrea Secco, head of linear and assembly technologies di Bosch Rexroth. L’obiettivo è sviluppare prodotti e soluzioni per una nuova interazione machine-to-machine e human-to-machine che possa contribuire a rendere più fluide e controllabili tutte le attività che vengono svolte nelle postazioni di lavoro. Tra le tecnologie che permettono a Bosch Rexroth di essere protagonista dell’innovazione, il sistema sensorizzato di avvitatura Nexo e il dispositivo Smart Flex Effector, che se abbinato a robot e cobot consente di farli lavorare con livelli di precisione sempre più elevati, raggiungento tolleranze nell’ordine di 5 micron senza dover cambiare la robotica di base. Grazie ai sensori percepisce e misura l’errore di posizione di un oggetto comunicando i dati necessari affinché il robot possa procedere per approssimazioni sempre più precise. «Il punto di partenza della lean production è l’ergonomia, trovare la soluzione più corretta per ottimizzare i movimenti che si eseguono nella postazione di lavoro. Filosofia che va oggi reinterpretata alla luce delle opportunità che derivano dalla disponibilità di un’ampia gamma di robot industriali e collaborativi e dalla nuova intralogistica in stile amr e agv», dice Secco. Tutto lo sviluppo di prodotti e soluzioni è ispirato ai principi lean che Bosch ha declinato con il suo Bosch Production System, il sistema di produzione utilizzato per ottimizzare tutti i processi, eliminare gli sprechi e razionalizzare il lavoro di uomini e macchine. Sono questi gli obiettivi primari del metodo ispirato al “Toyota Way”, un modo diverso, snello di vedere ed intendere i processi, che tende a eliminare le attività che non portano valore sviluppando flussi di lavoro che ottimizzano al meglio la catena di valore. Infine, la nuova frontiera della riconfigurabilità di fabbrica: la pavimentazione sensorizzata. Permette di aggiornare il layout degli spazi in funzione della produzione. Moduli di 4 per 4 metri su cui è appoggiata una macchina utensile, dotati di tutte le connessioni in fibra ottica ed elettriche, possono essere sganciati e riallocati in una posizione diversa. «In questo modo, afferma Secco, si ha la possibilità di comporre la linea, anzi gli spazi su cui la linea è adagiata, come fosse un “Lego”».
Intelligenza artificiale, lo strumento per una conoscenza incrementale a supporto delle attività di fabbrica e la smart automation di ctrlX Automation
Centrale, nello sviluppo della nuova lean production in versione Industrial Iot, il tema dell’intelligenza artificiale, tanto è vero che Bosch Rexroth ha creato un centro sperimentale dove si testano soluzioni di automazione supportate dalla nuova logica algoritmica. Anche in questo caso si cerca di individuare trovare la soluzione che possa portare a un miglioramento dell’automazione di fabbrica valorizzando le competenze degli operatori in una logica collaborativa uomo-robot. «Il robot diventa il compagno di lavoro in grado di eseguire una molteplicità di attività, spiega Secco. Può essere programmato dallo stesso operatore di fabbrica e portare a termine lavori diversi su un’ampia gamma di stazioni di lavoro». L’intelligenza artificiale è un metodo di apprendimento della conoscenza che permette alle macchine robotiche di lavorare con precisione e ripetibilità adattandosi alle più diverse situazioni. La differenza sostanziale rispetto al passato è la possibilità degli operatori di riconfigurare rapidamente la macchina. Da una fabbrica statica a una dinamica, dove esigenze di variazione della produzione possono essere gestite con più facilità. Semplificando, l’obiettivo a tendere è avere una fabbrica dove tutte le funzioni primarie possano essere aggiornate a seconda delle necessità. È la smart automation che in Bosch Rexroth viene abilitata da ctrlX Automation, la piattaforma di automazione open source di nuova generazione in grado di supportare ambienti manifatturieri multivendor.
Produzione ibrida, manuale e automatica, per realizzare la massima flessibilità di fabbrica
«Ci proponiamo come technology partner dell’end user, fornendo lo stato dell’arte della tecnologia meccanica, elettronica ed informatica per la linea di produzione, afferma Secco. Sviluppiamo prodotti che possono essere utilizzati da system integrator e costruttori di macchine con tutte quelle caratteristiche di riprogrammazione e configurabilità che sono oggi indispensabili per realizzare una smart factory adattativa». Lo sviluppo dei prodotti e delle soluzioni è sempre legato all’ottimizzazione dei flussi di produzione. «Cerchiamo di trovare la migliore soluzione per mettere a punto linee di produzione sempre più efficienti. Il più delle volte significa trovare un perfetto equilibrio tra produzione manuale e automatica, poiché la fabbrica rimane un sistema ibrido, dove determinate operazioni è preferibile siano ancora appannaggio dell’uomo. Abbiamo prodotti che sono lo stato dell’arte per abilitare al meglio entrambe le attività». L’ottimizzazione dei flussi di produzione deriva infatti da un’alchimia tecnologica che mette insieme competenze umane e di automazione. Da una parte, quindi, prodotti per eseguire attività in linea o in cella, dall’altra il software che, attraverso l’acquisizione di dati, permette di avere un controllo e tracciamento della produzione, rendendo disponibili informazioni sull’efficienza di fabbrica e sullo stato di funzionamento di macchine e sistemi. Informazioni, queste ultime, che sono la base per una manutenzione predittiva.
Trasferimento tecnologico esteso a tutta la catena di fornitura di oem e system integrator
Con ctrlX Automation è possibile creare un ambiente di fabbrica riconfigurabile. «Non deve essere più presente un esperto esterno che scrive il codice. Diamo la possibilità all’operatore di ri-configurare la propria postazione di lavoro», dice Secco. È il working empowerment, automazione a servizio della persona. Altrettanto può avvenire con robot amr e agv. Non seguono sempre lo stesso percorso, possono esser programmati in funzione della movimentazione dei materiali richiesti in linea. «Per supportare i clienti abbiamo creato un team di ingegneri, sistemisti, sviluppatori software esperti di linguaggi di programmazione, aggiunge Secco. Per introdurre la trasformazione digitale serve, infatti, conoscenza di processo e di tecnologia di automazione allo stato dell’arte, conoscere gli elementi portanti dell’ambito produttivo. Non è sufficiente il prodotto in sé. La nostra missione è trasferire prodotti con a bordo una propria intelligenza. Nel momento in cui il cliente si convince del valore di questa offerta li richiederà alla propria catena di fornitura, fatta di oem e system integrator». Ecco, quindi, l’importanza che questa conoscenza sia estesa all’ecosistema di partner. «Tutto questo mette in moto la creazione di competenze che riguardano l’architettura Industrial Iot ovvero volumi e quantità di dati da elaborare e analizzare in locale e conseguente dimensionamento della rete in funzione dei flussi che devono essere movimentati tra tutte le componenti produttive», osserva Secco. Insomma, il team ingegneristico di Bosch Rexroth, in qualità di technology partner per costruttori e utenti finali, suggerisce una possibile soluzione e nel momento in cui il cliente decide per l’investimento si ritrova prodotti parametrizzati per la specifica applicazione con la possibilità di poter essere programmati in autonomia e in funzione della configurazione desiderata.
Smart Flex Effector, il dispositivo che permette a robot e cobot di lavorare con assoluta precisione
Nella produzione di auto elettriche l’assemblaggio è più incollaggio che avvitatura. «Su auto elettriche e ibride di avvitature ce ne sono sempre meno rispetto all’endotermico, racconta Secco. Il numero di persone che lavorano all’assemblaggio di una vettura ibrida è del 40%-50% inferiore. Se poi parliamo di auto elettriche si arriva anche a un 90%. In tutti questi casi il nostro obiettivo è assicurare un assemblaggio veloce con una flessibilità robotica molto vicina a quella dell’uomo».
Ed è proprio in questo senso che Bosch Rexroth ha inventato un dispositivo per manipolatori industriali che ha la stessa flessibilità di un polso umano. «Il livello di precisione di Flex Effector è nell’ordine dei 5 micron, di gran lunga superiore a quello di un cobot standard arriva anche a 50 micron, dice Secco. Può ottimizzare qualsiasi robot, di qualsiasi brand, cartesiano, lineare, collaborativo. Lo si può descrivere come un modulo di compensazione supportato da sensori con funzione attiva di misurazione». Con Flex Effector gli scostamenti di posizione dell’utensile vengono rilevati mediante sensori ad alta risoluzione e tradotti in movimenti di correzione, consentendo riposizionamenti in tempo reale. Inoltre, i valori misurati forniscono informazioni sulla qualità dei processi e possono essere utilizzati per la registrazione e il monitoraggio delle attività. L’unità di compensazione dotata di sensori fa diventare “sensibili” i robot e li rende capaci di eseguire le più svariate operazioni con estrema precisione. Operazioni difficili o impossibili da realizzare con le tradizionali apparecchiature oggi diventano fattibili. Rende per esempio semplici le operazioni di complex joining, ossia tutte quelle operazioni di assemblaggio che implicano accoppiamenti tra oggetti diversi.
Lo Smart Flex Effector è un’unità di compensazione con funzione di misurazione attiva per una maggiore precisione in sei gradi di libertà
L’automazione Bosch Rexroth per la produzione di assali e batterie di auto elettriche
«Nell’automotive si doveva decidere se sviluppare tutta la parte di powertrain elettrico verticalmente, al proprio interno, oppure rivolgersi a fornitori tier one, limitandosi a fare l’assemblaggio del body della macchina», racconta Secco. Quest’ultima è l’opzione su cui sta convergendo l’industria dell’auto, tanto è vero che la stessa Bosch, ha sviluppato un’offerta di assali elettrificati (e-axle), la componente powertrain che integra motore elettrico, trasmissione ed elettronica di potenza in un unico pezzo. Abbiamo poi vinto un importante ordine per la linea di assemblaggio della batteria per uno dei più importanti brand di supercar tedeschi, dove renderemo disponibili prodotti configurati apposta per fare quel tipo di lavoro. Come dire, il nostro approccio alla fabbrica è sempre in evoluzione. Realizziamo prodotti ad hoc, pensati per eseguire una specifica attività, ma con la possibilità di riconfigurarli grazie alla programmabilità del software».
Il sistema di avvitatura Nexo nelle linee di produzione di Lamborghini, Maserati
«In Lamborghini la soluzione di avvitamento Nexo prevede il tracciamento di ogni singolo movimento all’interno e all’esterno della vettura. L’avvitatore è sensorizzato, se la vite non viene puntata nel punto giusto con la sequenza corretta, si blocca, dice Secco. Stesso sistema di tightening è stato adottato per l’assemblaggio di uno dei più innovativi Suv prodotti in Italia, una delle più grandi linee da noi realizzata negli ultimi anni. Adottato anche da Maserati verrà presto esteso ad altre linee di grandi marchi dell’automotive». Nello specifico, con Nexo è possibile verificare le operazioni di avvitatura durante tutto il processo produttivo. Raccoglie e memorizza i dati di serraggio e li trasmette in modalità wireless al software di back end dove vengono analizzati per garantire un monitoraggio continuo. L’innovativa tecnologia offre sicurezza e semplicità di installazione oltre ad una elevata flessibilità. Può infatti essere utilizzato in modalità manuale o automatica. La soluzione nasce dal progetto industriale “track and trace” di Bosch Rexroth. I dati acquisiti in linea contengono le informazioni di posizionamento degli avvitatori e vengono utilizzate per selezionare automaticamente la coppia corretta per lo specifico compito. L’analisi dei dati viene eseguita dal software di back-end, che elabora le istruzioni che specificano la forza necessaria per serrare le viti.
