Robotica
LA FABBRICA DEL FUTURO
01/03/2018

La fabbrica di Scania a Oskarshamn, in Svezia, è un fiore all’occhiello dell’azienda. Questo stabilimento moderno è servito da ben 283 robot high-tech. Foto: Gustav Lind.

La fabbrica del futuro non è migliore di quella del passato… È diversa! Grazie a digitalizzazione e connettività, le nuove fabbriche realizzeranno prodotti personalizzati in grandi volumi: la visione della Business Unit Robotics di ABB.

di Umberto Leoni

La fabbrica del passato si fondava sulle economie di scala. Utilizzando metodi industriali per produrre grandi quantità di articoli identici per lunghi periodi di tempo, si riducevano i costi e si ampliavano i margini di guadagno. “Dagli albori dell’industrializzazione, il segreto erano le economie di scala”, osserva Steven Wyatt, Responsabile Marketing e Vendite della Business Unit Robotics di ABB (www.new.abb.com/it). “I costi capitali erano fissi ed elevati, mentre i costi variabili erano bassi. Ora la ‘norma’ in molti settori prevede mix di prodotti elevati e volumi ridotti, invece di grandi volumi e poca varietà, con cicli di vita molto più brevi”.

Oggi i consumatori di qualsiasi articolo, dall’abbigliamento all’elettronica, al cibo, vogliono prodotti più personalizzati e “l’ultima novità”. Questo significa che l’automazione deve essere flessibile quanto basta per assecondare le nuove modalità e abitudini di acquisto, proponendo una varietà di prodotti e confezioni, abbinati a cicli di vita molto più brevi, che per alcune merci si limitano a pochi mesi.

“La manifattura moderna deve tenere conto del fatto che le persone vogliono acquistare prodotti più variegati”, spiega Wyatt, “e che i vecchi sistemi produttivi non sono più sufficientemente flessibili per rispondere a tali esigenze. La fabbrica del futuro consente la cosiddetta ‘personalizzazione di massa’: ogni articolo è personalizzato ma viene realizzato utilizzando i metodi della produzione di massa”.

Questo cambiamento costituisce una grande sfida. La crescente varietà di prodotti fa sì che gli addetti debbano lavorare spesso accanto a robot svolgendo attività più sporadiche e meno prevedibili, con materiali sempre nuovi, programmi che cambiano continuamente e processi di ispezione differenti. Molti robot industriali sono racchiusi in gabbie per garantire la sicurezza dei lavoratori e devono essere disattivati quando un operatore si avvicina. “Ovviamente non è produttivo arrestare una fabbrica ogni volta che una persona si avvicina a un processo”, osserva Wyatt. “La produzione moderna caratterizzata da bassi volumi e alta varietà obbliga le aziende a coniugare produttività e sicurezza”.

Oggi tutti i robot ABB sono predisposti per il collegamento a Connected Services, mettendo a disposizione una vastissima gamma di servizi di assistenza e manutenzione predittiva, proattiva e immediata, in qualsiasi luogo e momento.

COME RISOLVERE LE CRITICITÀ

Molti dei robot industriali installati nel mondo, circa 1,7 milioni, non sono connessi a Internet, privando le fabbriche di intelligenza preziosa per migliorare le prestazioni e aiutare gli operatori a prendere decisioni migliori. Secondo Wyatt, “solo il 5% circa dei robot industriali ha qualche tipo di connessione. Il potenziale è quindi enorme”.

La disponibilità e la connettività di sensori a basso costo ha aumentato drasticamente la quantità di informazioni disponibili in formato digitale. Queste informazioni possono essere sfruttate, ad esempio, per la manutenzione predittiva, per reagire a fattori esterni come il cambiamento degli ordini, o per evitare incidenti.

Gestire tutti questi cambiamenti comporta molte sfide o, per usare le parole di Wyatt, “criticità”. La combinazione di bassi volumi e alta varietà comporta tempi e costi di ingegneria maggiori e un impatto più rilevante sulla fabbrica per avviare ogni nuova produzione. Inoltre, l’accorciamento dei cicli di vita dei prodotti aumenta il costo di ogni singola ora di fermo imprevisto. Per avvicinare la produzione al cliente finale potrebbe essere necessario portarla in luoghi dove c’è carenza di personale qualificato.

Spetta alla Fabbrica del Futuro risolvere queste criticità con strumenti che sono già disponibili, ad esempio il Virtual Commissioning che consente di velocizzare i tempi di lancio di nuovi prodotti, collaudando l’impianto virtualmente e risolvendo tutte le problematiche prima che venga installato. I sistemi in cloud possono raccogliere tutti i dati operativi di tutte le macchine, affinché ogni macchina possa “imparare” dall’altra e gli operatori possano rilevare eventuali sintomi di guasti imminenti.

L’impatto del nuovo paradigma manifatturiero può essere contenuto grazie a macchine che apprendono facilmente, ad esempio robot con programmazione “leadthrough”, dove l’operatore deve semplicemente muovere il braccio del robot per mostrargli come lavorare, “salvando” la sequenza di movimenti. Si tratta di una grande semplificazione rispetto a un processo che richiedeva molte righe di codice scritte da un tecnico specializzato: la fase di programmazione si riduce così da molte ore a pochi minuti.

La Fabbrica del Futuro utilizzerà diverse tipologie di robot con diversi livelli di collaborazione. In alcuni casi si tratterà di robot industriali tradizionali con velocità e posizionamento controllati da software intelligente che consente agli operatori di lavorare vicino alle macchine senza arrestare la produzione. In altri casi persone e robot condivideranno le stesse mansioni, ad esempio l’assemblaggio di piccoli prodotti elettronici con diversi optional personalizzati.

La Fabbrica del Futuro utilizzerà diverse tipologie di robot con diversi livelli di collaborazione.

UN ENORME POTENZIALE

La disponibilità di robot collaborativi che possono operare senza gabbie di protezione consente alle aziende di progettare con più flessibilità il flusso di lavoro secondo le esigenze dei clienti, senza essere vincolate da barriere fisse. Ad esempio, un robot collaborativo potrebbe incollare chiavette USB nel “turno” della mattina e poi nel pomeriggio dedicarsi al caricamento dei prodotti finiti su una stazione di incisione laser. Tutti questi robot saranno collegati a sistemi di controllo centrali per le attività di manutenzione, oltre che a sistemi aziendali per ordini, acquisti e spedizioni, in modo che per un ordine cospicuo vengano garantite automaticamente forniture aggiuntive e che vi sia un numero sufficiente di camion per spedire la merce. Il sistema potrebbe perfino sapere che la settimana successiva è prevista una nuova campagna pubblicitaria per aumentare la richiesta di un prodotto.

Il passo successivo sarà la maturazione dell’apprendimento automatico (machine learning), cioè l’applicazione dell’intelligenza artificiale basata sul riconoscimento di schemi ricorrenti (pattern). Oggi i robot si limitano a fare esattamente ciò per cui sono stati programmati e non sono in grado di rispondere a cambiamenti ambientali o nuove mansioni come un addetto in carne e ossa. Dice Wyatt: “L’obiettivo finale è avere robot più facili da usare e più performanti con un minore intervento umano”. Questa tendenza è già evidente nel passaggio dalla programmazione tradizionale dei robot all’addestramento “leadthrough”. In futuro i robot saranno in grado di “apprendere” da altri robot nuovi compiti come il prelievo di oggetti sconosciuti. L’apprendimento automatico potrebbe anche portare alla creazione di robot capaci di “auto-ottimizzarsi”. Magari tutti i robot che svolgono la stessa mansione in tutto il mondo potrebbero “riunirsi” alla fine del turno di lavoro come fanno i normali operatori per analizzare che cosa ha funzionato e che cosa può essere migliorato per lavorare in modo più efficiente il giorno successivo.

Personalizzazione di massa, persone che lavorano gomito a gomito coi robot, e robot connessi capaci di imparare e condividere informazioni utili; è chiaro che le aziende manifatturiere che investono oggi in queste soluzioni mirate a flessibilità, efficienza e prestazioni saranno molto probabilmente le protagoniste di domani.

DOVE SONO FINITI GLI OPERAI?

In tutto il mondo è sempre più difficile trovare persone disposte a svolgere lavori “sporchi, polverosi, pericolosi o delicati” (4D in inglese, Dirty, Dusty, Dangerous, Delicate). E si fatica anche a reperire risorse per mansioni qualificate in fabbrica. La prevalenza degli studi universitari rispetto all’apprendistato ha determinato una carenza di operatori industriali qualificati, anche in un Paese come la Germania, famoso per il suo sistema di istruzione professionale. La carenza di lavoratori si è così trasformata in un valido argomento a favore della crescente automazione digitale. Oggi i ragazzi della generazione digitale cresciuti con Internet a portata di mano chiedono stimoli mentali piuttosto che fisici. Inoltre, la sempre maggiore facilità di utilizzo dei robot fa sì che in futuro non saranno più richiesti addetti con lauree avanzate. La natura stessa del lavoro cambierà: secondo alcune stime, il 65% degli alunni che cominciano oggi le scuole elementari farà lavori che ancora non esistono. La Fabbrica del Futuro avrà quindi manodopera del futuro… e chissà come sarà.

UNA PIATTAFORMA PER L’EVOLUZIONE DIGITALE

ABB Ability è la nuova piattaforma di ABB per l’evoluzione digitale di tutto il mondo ABB. Collaborando con Microsoft e IBM, ABB Ability collega i clienti all’Industrial Internet of Things e mette a loro disposizione 40 anni di esperienza nella produzione di dispositivi digitali connessi.

LA FABBRICA DEL FUTURO LUNGO LA CATENA DEL VALORE 

Tutta la catena della produzione in fabbrica sarà caratterizzata da nuove modalità di lavoro:

Ingegneria e progettazione: le fabbriche verranno integrate a partire dalla pianificazione iniziale.

Messa in funzione: grazie a strumenti come la realtà virtuale sarà possibile collaudare i nuovi impianti e addestrare il personale prima dell’installazione.

Esercizio: i processi decisionali verranno migliorati grazie a dashboard e informazioni più precise raccolte dall’intero sistema produttivo.

Manutenzione: i dispositivi si “automonitoreranno” in collaborazione con altri dispositivi e richiederanno interventi di manutenzione solo quando effettivamente necessari per evitare guasti.

La catena della produzione in fabbrica sarà caratterizzata da nuove modalità di lavoro: Ingegneria e progettazione, Messa in funzione, Esercizio, Manutenzione.

CONNECTED SERVICES

Connected Services è un’offerta di cinque servizi che può essere personalizzata con la massima flessibilità, sottoscrivendo un contratto di assistenza Robot Care per soddisfare le esigenze specifiche di ciascun impianto: Condition Monitoring & Diagnostics, Backup Management, Remote Access, Fleet Assessment e Asset Optimization. Tutti i servizi Connected Services sfruttano dati raccolti tramite software avanzati da robot connessi installati in tutto il mondo e vengono forniti attraverso l’applicazione web MyRobot e il suo pannello di allarmi, che fornisce ai clienti e all’assistenza di ABB informazioni fruibili attraverso un’unica interfaccia utente intuitiva, sempre a portata di mano, in qualsiasi luogo e in qualsiasi momento. MyRobot agevola l’individuazione dei guasti e degli allarmi più frequenti che causano la maggior parte dei fermi impianto, proponendo grafici e avvisi, con funzionalità di notifica immediata e assistenza in tempo reale in caso di problemi. ©TECN’È

La disponibilità di robot collaborativi che possono operare senza gabbie di protezione consente alle aziende di progettare con più flessibilità il flusso di lavoro secondo le esigenze dei clienti, senza essere vincolate da barriere fisse.



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