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Tecnologie abilitanti: sistemi ciberfisici e robot

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I Robot Collaborativi (Cobot), dotati di intelligenza artificiale, stanno entrando nelle fabbriche

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Tecnologie abilitanti: sistemi ciberfisici e robot

  1. 1. Dopo l’introduzione della macchina a vapore, la diffusione della catena di montaggio per la produzione di mas- sa e la realizzazione dell’automazione attraverso l’elettronica e l’informatica, per la produzione industriale è arriva- to il momento di una nuova svolta: la quarta rivoluzione industriale. Questa punta a incrementare al massimo la produttività per mantenere la compe- titività a livello internazionale, grazie ai sistemi di produzione cyber-fisici,in cui mondo fisico - mondo degli atomi - e mondo virtuale - mondo dei bit - si fondono nella produzione industriale. I sistemi cyber-fisici (anche conosciuti come cyber physical systems - CPS), sono costituiti da macchine intelligenti dotate di tre sottoinsiemi fondamen- tali: sensori, attuatori e sistemi di con- trollo intercomunicanti (intelligenza decentralizzata), connesse in rete, in grado di interagire tra di loro e con gli esseri umani, scambiando in tempo reale informazioni e organizzando la produzione automaticamente e auto- nomamente. I più diffusi CPS sono i robot e le moderne macchine utensili a controllo numerico, per produzio- ne sia additiva che sottrattiva. Stan- no comparendo sul mercato anche intere unità di produzione integrate che integrano robot, stampanti 3D e macchine utensili di vario tipo. I CPS costituiscono l’elemento cen- trale delle fabbriche intelligenti (smart factory) che permettono una forte personalizzazione dei prodotti sul- la base delle esigenze dei clienti, la tracciabilità dei prodotti lungo tutto il ciclo produttivo, una maggiore ef- ficienza energetica con conseguente diminuzione dei costi, e un’accelera- zione dei tempi decisionali grazie alla costante disponibilità di informazioni in tempo reale. I robot industriali I robot industriali sono largamente utilizzati, a partire dagli Anni ’70, per l’automazione delle linee di produ- zione soprattutto dell’industria auto- mobilistica e degli elettrodomestici. Le applicazioni più comuni dei robot industriali sono:saldatura.,verniciatura, lavorazioni di manifattura sottrattiva e additiva, imballaggio e logistica, as- semblaggi, finiture, controllo qualità. In queste funzioni, i robot sostituiscono gli esseri umani in compiti pericolosi e gravosi come spostare pesi consi- derevoli, mantenere livelli estremi di concentrazione e lavorare in ambien- ti ostili contaminati da vapori, polve- ri e rumore, o trasportare oggetti in modo autonomo (AGV – automatic guided vehicle). Le soluzioni di automazione tipiche delle attuali fabbriche, basate preva- lentemente su soluzioni non robotiche come macchine CNC e controlli di automazione tradizionali (PLC), sono efficienti nei loro ambiti,ma non hanno la flessibilità dei robot programmabi- li, in grado di svolgere compiti anche molto diversificati. In funzione del loro grado di intelli- genza, i robot sono classificati in tre generazioni. I robot di prima genera- LE TECNOLOGIE ABILITANTI: SISTEMI CYBERFISICI E ROBOT 92 marzo 2017 Giancarlo Magnaghi Consulente g.magnaghi@studiomagnaghi.it INDUSTRIA 4.0
  2. 2. zione (non autonomi) sono in grado semplicemente di eseguire in modo rigido sequenze prestabilite di opera- zioni, mentre quelli di seconda gene- razione hanno la capacità di costruire un’immagine (modello interno) del mondo esterno, di perfezionarla con l’esperienza (machine learning) e quin- di ottimizzare il funzionamento anche in presenza di fenomeni di disturbo non prevedibili a priori. I robot di terza generazione, invece, sono dotati di intelligenza artificiale che li rende autonomi e in grado di com- portarsi in modo non deterministico. Il bisogno di sicurezza quando gli uo- mini devono lavorare insieme ai robot ha portato alla creazione dei robot collaborativi conosciuti come ‘cobot’ (COllaborative roBOT). Arrivano i cobot I cobot sono tipicamente più snelli e antropomorfi rispetto ai tradizionali robot di produzione e sono dotati di sensori intelligenti e sistemi di visione in grado di analizzare il mondo esterno e di evitare le collisioni. L’aspetto dei cobot è talvolta umanoide e tende a differenziarsi da quello dei robot tra- dizionali. Per esempio,Yumi di ABB è dotato di due braccia, CR-35iA, pro- dotto da Fanuc, è di colore verde per distinguerlo dagli altri robot, tutti gialli ed è dotato di un rivestimento soffice (soft skin) per ridurre i danni in caso di urti. I cobot Baxter e Sawyer di Rethink Robotics,invece,si distinguono per l’aspetto simpaticamente umano. Un ulteriore beneficio dei robot col- laborativi è la flessibilità, infatti, con- trariamente ai robot delle catene di montaggio,possono essere facilmente ri-impiegati quando cambiano i pro- dotti.Questo è molto importante poi- ché i cicli di produzione sono sempre più brevi. Inoltre, i moderni sistemi robotizzati collaborativi comunicano tra di loro e avvertono gli operatori umani se ci sono delle anomalie. I cobot stanno diventando sempre più performanti, flessibili e intelligenti e stanno trainando la crescita del mer- cato dei robot, poiché sono sicuri e facili da usare, e alcuni modelli iniziano ad avere prezzi più convenienti grazie all’utilizzo di componenti dell’elettroni- ca di consumo,come i microprocessori ARM, le schede Arduino e Raspberry Pi e altre tecnologie derivate dai per- sonal robot. Esempi di questa nuova generazione sono i robot umanoidi venduti dall’inglese Enginereed Arts con prezzi che variano da 11.000 a 65.000 euro, o il robottino Nao robot prodotto da Aldebaran Robotics che costa intorno ai 7.000 euro. Universal Robots, pioniere danese nel settore dei cobot ha presentato nel 2016 il suo Universal Robots+ conce- pito per coinvolgere sviluppatori ester- ni nell’ideazione e creazione di acces- sori, attuatori o strumenti in grado di aumentare le capacità della macchina, come già avviene in altri ambiti open source come domotica e stampa 3D, con l’obiettivo di creare una commu- nity per far fronte allo strapotere dei grandi produttori e ottimizzare i costi di ricerca e sviluppo. Il mercato della robotica Il mercato globale della robotica (tutte le applicazioni) è stato di 28,3 miliardi di dollari nel 2015 ed entro il 2020 raggiungerà 151,7 miliardi di dollari. A trainare le vendite sarà la sempre maggiore richiesta di cobot, ma anche di robot per uso privato,con particola- re riguardo ai social robot, evoluzione dei robot personali dotati di un elevato grado di intelligenza:riconoscono volti, voci e stati d’animo e si comportano in modo empatico. Per decenni, il comparto industriale è stato il principale ambito di applicazio- ne della robotica (a livello mondiale, oltre il 50% dei robot sono impiegati dai costruttori automobilistici e dalla loro filiera), ma negli ultimi anni lo svi- luppo tecnologico e la riduzione dei costi di produzione hanno permesso a robot sempre più sofisticati e intelli- genti di penetrare in molti altri settori come difesa,chirurgia,intrattenimento, giardinaggio e pulizie. Secondo IFR (International Federation of Robotics), nel quinquennio 2010- 2014 le installazioni di robot industria- li hanno registrato una crescita del 48%. Nel 2016 sono stati venduti nel mondo 290.000 robot, di cui 21.000 in Germania e 7.200 in Italia. L’Italia è il secondo mercato europeo dopo la Germania. WinterGreen Research stima che il mercato dei soli robot in- dustriali raggiungerà i 48,9 miliardi di dollari entro il 2021, con una cresci- ta annua dell’11%, soprattutto grazie ai cobot, capaci di lavorare a fianco dell’uomo in totale sicurezza. Il primo mercato è quello asiatico,trainato dal- la Cina che ha superato il Giappone, mentre l’Europa è al secondo posto. In totale sono almeno 4mila le impre- se che producono robot o apparten- gono alla filiera di produzione, di cui oltre 70 in Italia, tra produttori con- solidati, startup, integratori di sistemi e società di servizi, raggruppati nella Associazione Italiana di Robotica e Automazione (SIRI – www.robosiri. it). il principale produttore italiano di robot industriali è Comau, tra i top ten mondiali del settore. I costi dei robot industriali variano ti- picamente dai 25.000 ai 700.000 euro, in funzione delle dimensioni e delle applicazioni: la loro convenienza di- pende dai vantaggi che possono of- frire rispetto al lavoro umano. Come succede per la manifattura additiva,un vantaggio strategico è la possibilità di riportare la produzione nei Paesi in- dustrializzati nei casi in cui la somma dei risparmi relativi alla mano d’opera, alla minore difettosità dei prodotti,alla maggiore efficienza della fabbrica e ai trasporti di materie prime e materiali, riesce a compensare i costi di acquisto e gestione dei robot (back-shoring). 93marzo 2017 INDUSTRIA 4.0

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