La collaborazione uomo-robot apre la strada per l’industria 4.0 anche alle Pmi

L’uso crescente delle collaborazioni uomo-robot (HRC) nelle aziende europee è evidente già da diversi anni, ma ora è il turno delle Pmi e delle imprese artigiane.

La Federazione Internazionale della Robotica (IFR) prevede che non solo le grandi aziende, come quelle dell’industria automobilistica, ma anche un gran numero di piccole realtà, si baseranno sempre più sulla robotica per restare competitive in futuro.

Il settore della robotica continua a registrare in Italia una crescita significativa. Alcuni studi hanno dimostrato che entro il 2025 il numero di nuove installazioni potrà raggiungere quasi 700mila unità l’anno.

Da un’analisi svolta da reichelt in collaborazione con l’Istituto di Ricerca OnePoll, inoltre, è emerso come la robotica collaborativa stia cominciando a prendere piede in modo significativo anche in Italia, con il 32% delle aziende manifatturiere intervistate nel 2022 che ha affermato di utilizzare i cobot.

Perché è il momento di scegliere i cobot

Oggi il mercato offre una varietà di bracci robotici destinati a una vasta gamma di opzioni di utilizzo anche nelle aziende di medie dimensioni grazie a costi contenuti. I modelli adatti a semplici attività di pick-and-place sono disponibili anche per meno di 5 mila euro e applicazioni più complesse possono essere realizzate nella fascia di prezzo tra 25 e 40 mila euro.

Va detto che seppur i sistemi di HRC (human robot collaboration) siano costosi da acquistare e installare, hanno dimostrato di contribuire a generare entrate una volta implementati con successo. Molti modelli infatti ammortizzano l’investimento in appena un anno e consentono alle aziende di accettare ordini aggiuntivi.

Di recente, il processo di implementazione e la facilità d’uso di queste soluzioni sono stati ulteriormente semplificati. Molti produttori offrono bracci robotici come kit di costruzione plug-and-play, comprensivi di attuatori, unità di controllo, pad di controllo e hub per connessioni via cavo.

I cobot svolgono compiti spiacevoli o difficili con un tasso di errore ridotto. L’uso dei bracci robotici garantisce una produzione di qualità costante, poiché non commettono errori dovuti a distrazione o stanchezza e questo ha un impatto evidente sui costi di produzione, poiché generalmente si riducono gli sprechi.

L’efficienza aumenta e si aprono nuove opportunità di innovazione e crescita, che permettono alle Pmi di produrre a prezzi competitivi a livello internazionale.

In che modo i robot collaborativi ottimizzano le operazioni

I bracci robotici supportano e alleggeriscono i dipendenti in compiti pericolosi per la salute, noiosi e ripetitivi. Sollevano carichi pesanti, eseguono il controllo di qualità, confezionano prodotti, assemblano o fabbricano, trattano superfici di vari tipi (es. verniciatura o levigatura) e automatizzano serie di test in laboratorio.

I progressi nella tecnologia delle pinze consentono ai robot di maneggiare una vasta gamma di oggetti in modo sicuro ed efficiente, aumentando la loro adattabilità in diversi ambienti di lavoro. Lavorano anche in ambienti pericolosi che rappresenterebbero un alto rischio per gli esseri umani, permettendo così agli addetti di concentrarsi su compiti più complessi.

A differenza dei robot industriali essi sono progettati in modo da non richiedere un’area di lavoro sicura per muoversi. Possono generalmente eseguire movimenti simili a un braccio umano, o essere addirittura più agili in base al numero di assi. Questo consente loro di muoversi con flessibilità nell’ambiente di lavoro e svolgere compiti precisi.

Nuove tecnologie di elaborazione delle immagini, come le fotocamere RGB-D, sono in grado oggi di interpretare informazioni visive in tempo reale e svolgere compiti complessi, come il posizionamento preciso di componenti o la selezione di oggetti senza errori.

Ciò è supportato da nuove tecnologie sensoriali, come sensori tattili particolarmente sensibili o sensori di forza e coppia che assicurano che i bracci robotici possano percepire e muovere oggetti con maggiore abilità motoria fine, il che li rende adatti a ulteriori applicazioni e efficaci per consentire alle aziende di automatizzare ulteriori fasi di produzione o di lavoro.

È importante che i robot collaborativi lavorino sempre a stretto contatto con gli esseri umani. I cobot eseguono infatti compiti precisi secondo la loro programmazione, interrompendo il programma non appena un essere umano si avvicina.

I continui progressi nelle tecnologie dei sensori consentono loro di percepire l’ambiente circostante con precisione, riconoscere i movimenti umani in tempo reale e reagire di conseguenza.

Ad esempio, le telecamere di profondità all’avanguardia, dotate di LIDAR (Light Detection and Ranging), possono rilevare la posizione di oggetti e persone nell’ambiente del robot collaborativo e seguire i loro movimenti, anche se un essere umano rallenta o si ferma improvvisamente.

Questa funzione è importante in ambienti di lavoro dinamici per garantire la sicurezza dei lavoratori, come massima priorità.

Processo decisionale e risultati misurabili

Valutare quanto l’acquisto di un robot collaborativo (o cobot) sia conveniente dipende dallo scenario applicativo dell’azienda e dal grado di utilizzo. Poiché un cobot ha un impatto sull’intera operazione, è consigliabile adottare una visione strategica che vada oltre una semplice analisi dei costi.

Le domande decisive da porsi sono, ad esempio: esiste uno scenario applicativo sensato? Quali sono gli obiettivi dell’azienda? Uno ad esempio potrebbe essere quello di ridurre gli scarti e migliorare la qualità (ogni azienda desidera ridurre i costi).

Una volta determinato tutto questo, è necessario chiarire quali lavori possono svolgere i cobot e di quali compiti di conseguenza saranno liberati per i lavoratori.

Occorre chiedersi anche, l’implementazione è sostenibile anche finanziariamente? A questo proposito sono diversi gli approcci utilizzati per calcolarne l’ammortamento.

Riportiamo come esempio il metodo del produttore Universal Robots:

• Risparmio sui costi del lavoro:
  Per giustificare l’investimento in un cobot è bene calcolare il risparmio sui costi delle risorse umane o sui singoli salari, non con l’obiettivo di ridurre i posti di lavoro, ma per ottimizzarli. Esistono due approcci di calcolo:
  ● Ore annue risparmiate x costo orario standard
  ● Risparmio di manodopera per unità (in ore) x costo orario standard x volume annuo
• Risparmio sulle rilavorazioni: i cobot migliorano i processi e la qualità del prodotto, eliminando la necessità di rilavorazioni e riducendo il lavoro manuale. Il risparmio si calcola in ore o come riduzione percentuale sui costi totali:
  ● Ore annue risparmiate per le rilavorazioni x costo orario standard
  ● Costo attuale delle rilavorazioni x percentuale di riduzione dei costi totali di rilavorazione.
• Riduzione degli scarti: i cobot hanno il vantaggio di migliorare la qualità della produzione così significativamente che meno prodotti statisticamente devono essere smaltiti e meno materie prime vengono sprecate. I risparmi possono essere calcolati in base ai costi unitari o a un miglioramento complessivo della qualità:
  ● Percentuale di miglioramento del rendimento x volume di produzione annuo x costo unitario standard
  ● Unità annue di scarti evitati x costo per unità di scarto
• Aumento della capacità produttiva: i cobot si occupano di compiti monotoni e pericolosi, potendo quindi liberare gli operai specializzati per far in modo che possano occuparsi di altre operazioni. Ciò consente all’azienda di poter accettare ordini aggiuntivi. Consideriamo il valore di questo fattore: cosa accadrebbe se l’azienda potesse ottimizzare l’utilizzo delle proprie macchine tramite l’automazione o accettare ordini precedentemente annullati? Il calcolo è il seguente:
  ● Guadagno di capacità x prezzo medio di vendita per unità x percentuale di margine standard
  Se un’azienda decide di acquistare un cobot, vale generalmente questa regola: i costi iniziali per l’acquisto, l’installazione e la messa in funzione ammontano a circa il doppio del prezzo di acquisto del robot. I robot collaborativi sono strumenti universali altamente flessibili e possono essere facilmente ri-configurati. Sono in grado di fornire supporto continuo nei punti giusti, per molti anni.

Applicazioni attuali dei versatili bracci robotici versatili

Robot per l’imballaggio

Il modello UFACTORY UF XARM6 è un esempio di come i moderni cobot possano aumentare l’efficienza nell’imballaggio alimentare, come alternativa ai robot industriali convenzionali, impacchettando pasti pronti dal nastro trasportatore nelle scatole (scenario applicativo).

In ogni movimento, il braccio robotico afferra contemporaneamente cinque pacchetti e li posiziona con precisione nelle scatole designate. Il braccio rileva anche quando la scatola è piena e poi si sposta verso la prossima scatola vuota, che poi carica.

Proprio accanto a esso, senza presenza di alcuna barriera o recinzione, si occupa semplicemente di portare via la scatola piena. Il braccio robotico flessibile quindi solleva i lavoratori qualificati dal compito monotono e ripetitivo dell’imballaggio, permettendo loro di concentrarsi su altre attività.

Robot pick-and-place

Un esempio interessante di questo tipo di applicazione viene dal modello più piccolo di cobot della stessa gamma, UF XARM6 Lite, meno adatto alla pallettizzazione delle merci, ma perfetto per afferrare e posizionare oggetti più piccoli.
In particolare un caso d’uso di Laserlux dimostra come esso possa preparare la stampa di biglietti da visita e l’incisione di loghi su carte di plastica in grandi quantità.

L’utilizzo del UF XARM6 Lite come braccio robotico pick-and-place non solo aumenta la velocità di produzione nella stampa, incisione e laseratura, ma migliora anche la qualità dei prodotti finali. Con meno scarti e risultati più precisi, l’azienda ha l’opportunità di abbassare i prezzi e accettare più ordini, e ciò apre nuove possibilità di crescita e competitività in un mercato dinamico.

Verniciatura e pittura

I robot possono supportare gli addetti alla verniciatura e imbianchini nel loro lavoro? La start-up berlinese Conbotics ha sviluppato un robot collaborativo proprio per questo scopo.

Un verniciatore ha testato il robot pittore e i risultati sono stati sorprendenti in termini di velocità, precisione e risparmio di materiale. Il robot, che dipinge autonomamente le pareti utilizzando il metodo di spruzzatura airless, ha utilizzato il 20% in meno di vernice rispetto a un essere umano e ha lavorato senza interruzioni.

L’uso del robot pittore non solo aumenta l’efficienza, ma alleggerisce anche il lavoro del team, sollevandolo da compiti faticosi (come dipingere il soffitto) e permettendogli di concentrarsi sui lavori di precisione.
Bracci robotici come i modelli UFACTORY sono distribuiti da reichelt elektronik.

Ulteriori tendenze e sviluppi tecnologici

Il continuo sviluppo dell’Intelligenza Artificiale (AI) e del machine learning (ML) avrà un impatto duraturo sulla collaborazione uomo-robot (HRC).

L’integrazione di algoritmi intelligenti permette ai bracci robotici di svolgere compiti sempre più complessi e di adattarsi a ambienti in evoluzione, fino ad arrivare ai robot umanoidi.

La versatilità e la flessibilità dei sistemi HRC stanno aprendo nuovi campi di applicazione in diversi settori, dalla logistica all’assistenza sanitaria.
I manipolatori mobili, noti anche come MoMa, rappresentano una tendenza emergente che consente ai bracci robotici di muoversi liberamente in diversi ambienti e di svolgere compiti su distanze maggiori, come ad esempio robot per la raccolta in una serra.

I gemelli digitali (Digital Twins) offrono alle aziende l’opportunità di creare modelli virtuali dei loro robot fisici per ottimizzare le prestazioni e migliorare i processi di manutenzione.

Infine, l’automazione intelligente e l’iperautomazione stanno spingendo l’integrazione della robotica e di altre tecnologie per ottimizzare i processi aziendali complessi e aumentare ulteriormente l’efficienza.

Benefici e ROI a lungo termine per le medie dimensioni

Queste tendenze e sviluppi tecnologici stanno plasmando il futuro della collaborazione uomo-robot (HRC) e offrono opportunità per aumentare la produttività e la competitività.
I sistemi HRC possono potenzialmente fornire un notevole supporto all’interno dei magazzini di aziende di medie dimensioni. I bracci robotici MoMa dotati di AI, ad esempio, imparano a raccogliere e imballare diversi oggetti in un magazzino ad alta velocità, utilizzano l’elaborazione delle immagini per trasportare autonomamente gli articoli nella fabbrica e offrono interfacce controllate dall’AI che possono ridurre notevolmente i tempi di manutenzione.

Le moderne soluzioni di iperautomazione pongono le basi per un sistema di magazzino coordinato in modo intelligente.
La carenza di manodopera qualificata, ampiamente documentata, sta avendo un enorme impatto anche sulle imprese artigianali in Europa e i bracci robotici possono essere utilizzati per colmare questa lacuna.

Ad esempio, molte aziende specializzate nella saldatura stanno soffrendo per la carenza di saldatori. Vari produttori di robot hanno riconosciuto il potenziale e offrono cobot dotati di software speciali che trasformano lo strumento universale in un robot per saldatura produttivo.

In generale, le imprese artigiane possono beneficiare in molti modi di queste nuove tecnologie, come dimostra chiaramente l’esempio del robot pittore.
Grazie al loro design flessibile, i bracci robotici e i cobot sono teoricamente in grado di svolgere quasi tutti i compiti motorizzati dall’uomo. Soprattutto se utilizzati in combinazione con funzioni controllate dall’AI, i cobot stanno diventando strumenti preziosi per le PMI e le imprese artigianali.

Se le principali sfide riguardano l’investimento iniziale e l’integrazione nei processi esistenti, le aziende dovrebbero valutare quali compiti possono essere automatizzati e quali obiettivi strategici intendono perseguire per poi attuare una pianificazione accurata e la selezione del braccio robotico che sia più adatto.

Stiamo affrontando tutti un futuro entusiasmante in cui i sistemi HRC giocheranno un ruolo chiave nell’aumentare la competitività e l’efficienza aziendale e, forse presto, potranno persino dipingere un soggiorno.

a cura di Tobias Wölk, Product Manager for Automation Technology & Active Components, reichelt elektronik