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Cobots: cosa sono e che vantaggi offrono i robot collaborativi

Adattando il “Design for Assembly” alle esigenze specifiche della robotica collaborativa industriale, nasce la definizione di “Design for Collaborative Assembly” (DFCA), cioè una progettazione integrata prodotto-processo per migliorare gli aspetti di sicurezza, ergonomia ed efficienza nell’interazione uomo-robot in industria

Per capire cosa sono i cobot e la robotica collaborativa è importante guardare anche all’evoluzione del mercato in cui agiscono le aziende manifatturiere. Al fine di essere competitive in un mercato sempre più globale e dinamico, le aziende manifatturiere necessitano di convertire la propria produzione da una logica di tipo “mass production” ad una di tipo “mass customization”. Tale cambiamento implica l’utilizzo di sistemi di produzione avanzati, sostenibili e caratterizzati da un grado di automazione industriale scalabile per far fronte alle richieste sempre più pressanti di flessibilità, efficienza produttiva, varianti di prodotto e time-to-market. In tale contesto, la robotica collaborativa e i cobot hanno un ruolo cruciale.

Cos’è un cobot? La definizione di un robot collaborativo

Con cobot (o robot collaborativo) si identifica una tecnologia basata su sistemi di tipo cyber-fisico ed è uno dei pilastri dell’Industria 4.0. La “International Federation of Robotics” (IFR) definisce i robot collaborativi quelli in grado di svolgere compiti in collaborazione con i lavoratori in contesti industriali, ovvero un particolare tipo di robot progettato per consentire un’interazione fisica e sicura con gli esseri umani in uno spazio di lavoro condiviso. L’obiettivo è quello di unire i punti di forza dell’automazione industriale con le inimitabili capacità umane al fine di migliorare le prestazioni produttive ed il benessere lavorativo della persona. I robot collaborativi consentono l’automazione di processi di produzione anche con piccole quantità, risultando di grande interesse per le piccole e medie imprese. Considerando inoltre che il mercato della robotica collaborativa è in continua crescita, non ci sono dubbi che questa sarà una tecnologia fondamentale dei sistemi di produzione del prossimo futuro. Nello specifico, particolare interesse sarà destinato alle attività di assemblaggio collaborativo.

Progettare cobot e robot collaborativi per l’assemblaggio 

Vista l’importanza dell’assemblaggio eseguito con robot collaborativo sarà necessario riconsiderare e adattare gli approcci finora impiegati per la progettazione integrata di prodotto e processo al fine di garantire una corretta interazione uomo-robot durante le attività di produzione collaborative. Il “Concurrent Engineering” (CE) è una metodologia sistematica per la progettazione integrata del sistema prodotto-processo, è caratterizzata da un approccio simultaneo e parallelo e coinvolge diverse discipline nell’intero ciclo di vita del prodotto. Fondamentalmente, questo richiede che si valutino i requisiti del processo produttivo già durante le fasi di progettazione del prodotto, in considerazione di tutti i suoi potenziali utilizzatori. In particolare, il concetto di “Design for X” (DFX) è uno degli approcci più efficaci per l’implementazione del CE. Questo è stato utilizzato per ottimizzare la progettazione di prodotto e del relativo processo considerando una prospettiva specifica, tipicamente caratterizzata dalla lettera “X”. Gli ambiti principali di applicazione si riferiscono al design per la fabbricazione, per l’assemblaggio, per il riciclaggio/smaltimento, per la qualità, per la sicurezza, per l’ambiente, per la ri-fabbricazione e per l’ergonomia. In generale, DFX e CE sono metodologie di progettazione diffuse e collaudate. Negli ultimi decenni, la progettazione di prodotto si è occupata molto dei temi del “Design for Manufacturing” (DFM) e del “Design for Assembly” (DFA). Quest’ultimo è stato originariamente il primo e innovativo studio dell’influenza del processo di assemblaggio sulla progettazione del prodotto. L’obiettivo era quello di progettare prodotti in modo tale che potessero essere assemblati in modo semplice ed economico utilizzando i processi di produzione esistenti. In conseguenza all’introduzione dell’Industria 4.0 e della robotica collaborativa e dei cobot, i progettisti si trovano ora ad affrontare nuove sfide in tale contesto, dovendo adattare le tecniche di DFX alle nuove tecnologie.

Come implementare la robotica collaborativa con successo

L’obiettivo principale nell’implementazione di sistemi di produzione collaborativi come cobot e robot collaborativi è quello di garantire un’interazione sicura ed ergonomica, garantendo al contempo elevate prestazioni di processo. Tali requisiti sono strettamente legati alle caratteristiche del prodotto, al ciclo di assemblaggio, alle caratteristiche e al layout della cella di lavoro. In pratica, la progettazione integrata del sistema prodotto-processo in termini di sicurezza ed ergonomia deve essere adeguatamente combinata con i vincoli legati all’efficienza produttiva. Ciò è necessario per tutte le attività del ciclo vita del prodotto che potenzialmente implicano una certa interazione uomo-robot (oltre che alla produzione, per esempio, la manutenzione o il disassemblaggio). Il concetto è schematizzato nell’immagine in basso. Il principio di base è che un prodotto che deve essere assemblato da una persona e da un cobot dovrebbe comportare un’interazione sicura, ergonomica ed efficiente attraverso (anche) delle soluzioni stabilite in fase di progettazione prodotto. Questo permetterà di semplificare una successiva implementazione del sistema di produzione incentrato sulla persona e senza trascurare le esigenze dell’azienda, rispondendo così ai requisiti di sostenibilità richiesti dal concetto di “Smart Factory”.

In considerazione di questi fattori, viene proposta una riconsiderazione del concetto di DFA adattandolo alle esigenze specifiche della robotica collaborativa industriale, introducendo la definizione di Design for Collaborative Assembly” (DFCA)

Progettazione integrata uomo cobot
La progettazione integrata del sistema prodotto-processo in termini di sicurezza ed ergonomia deve essere adeguatamente combinata con i vincoli legati all’efficienza produttiva e valido per tutte le attività del ciclo vita del prodotto che potenzialmente implicano una certa interazione uomo-robot

a cura di Luca Gualtieri

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