Perché la robotica industriale sta diventando imprescindibile per la produzione
La robotica industriale ha superato il ruolo tradizionale di aumentare la velocità di produzione. Per molti produttori, sta ormai diventando parte dell’infrastruttura di base necessaria per mantenere produttività, qualità e continuità operativa.
Il cambiamento è determinato contemporaneamente da diverse pressioni. La carenza di manodopera, l’aumento dei costi operativi, requisiti di qualità più rigorosi, tempi di consegna più brevi e una crescente varietà di prodotti stanno costringendo i produttori a riconsiderare l’organizzazione del lavoro produttivo.
A mio avviso, il cambiamento più importante non consiste semplicemente nel fatto che i robot stiano diventando più capaci. Il vero cambiamento è che i produttori stanno iniziando a considerare l’automazione una strategia operativa a lungo termine, anziché un investimento isolato in apparecchiature.
Robotica e resilienza produttiva
Le recenti interruzioni a livello globale hanno evidenziato una debolezza importante degli ambienti produttivi altamente manuali. Quando i lavoratori non potevano accedere alle fabbriche o il livello di personale cambiava rapidamente, la capacità produttiva poteva diminuire quasi immediatamente.
Le apparecchiature automatizzate non possono eliminare ogni rischio operativo, ma possono ridurre la dipendenza dalla presenza umana continua per le attività di produzione ripetitive. I robot possono continuare a eseguire operazioni predefinite su più turni, mentre operatori e ingegneri monitorano la produzione da remoto.
Ciò non significa che le fabbriche automatizzate siano immuni dalle interruzioni. I sensori possono guastarsi, i controller possono smettere di funzionare, le reti possono perdere la comunicazione e i componenti meccanici richiedono manutenzione. Tuttavia, un sistema di automazione progettato correttamente può rendere più facile rilevare, diagnosticare e risolvere le interruzioni della produzione.
L’Europa mostra percorsi diversi verso la robotizzazione
La produzione europea offre un esempio utile di come l’adozione della robotica vari tra settori e regioni. La produzione automobilistica rimane uno dei principali utilizzatori di robot industriali, perché la fabbricazione dei veicoli richiede movimenti ripetibili, processi controllati, alta produttività e qualità costante.
La produzione di componenti elettronici presenta requisiti simili, sebbene le sfide legate all’automazione siano diverse. Componenti di piccole dimensioni, materiali delicati, frequenti cambiamenti dei prodotti e rigorosi requisiti di ispezione richiedono un controllo preciso del movimento e sistemi di visione artificiale.
I Paesi con ecosistemi di automazione consolidati beneficiano inoltre di integratori di sistemi locali, distributori, società di ingegneria e specialisti della manutenzione. Questa infrastruttura di supporto è spesso importante quanto il robot stesso.
Un robot installato senza adeguate capacità di integrazione, supporto per i pezzi di ricambio, competenze di programmazione e risorse per la manutenzione può diventare una costosa macchina autonoma, anziché un asset produttivo per la manifattura.
I principali fattori economici alla base della robotizzazione
Raramente esiste un'unica ragione per introdurre la robotica. I progetti di maggior successo combinano diversi requisiti aziendali e tecnici.
I produttori considerano in genere la disponibilità di manodopera, il volume di produzione, il tempo ciclo, la qualità del prodotto, la sicurezza sul lavoro, gli sprechi di materiale, l'utilizzo delle macchine e il ritorno sull'investimento previsto.
Per questo la selezione del robot non dovrebbe mai iniziare dalla domanda: «Quale robot dovremmo acquistare?». La domanda migliore è: «Quale vincolo produttivo stiamo cercando di eliminare?»
Questa distinzione può migliorare significativamente le decisioni sull'automazione.
Costi di trasformazione inferiori e maggiore produttività
I robot possono ridurre i costi di trasformazione quando sostituiscono operazioni manuali ripetitive o consentono alle apparecchiature di produzione esistenti di funzionare in modo più efficiente.
Una cella robotizzata può mantenere un tempo ciclo definito per lunghi periodi di produzione senza variazioni legate alla fatica. Se adeguatamente integrata, può inoltre coordinare la movimentazione dei materiali, il carico della macchina, l'ispezione e lo scarico all'interno della stessa sequenza produttiva.
Il vantaggio economico, tuttavia, dipende fortemente dall'utilizzo.
Un robot che opera un turno al giorno può generare un rendimento molto diverso rispetto a un sistema equivalente che opera continuamente su più turni. Pertanto, i calcoli dell'investimento dovrebbero considerare l'utilizzo effettivo, invece di basarsi soltanto sul prezzo di acquisto del robot.
La produttività è più della velocità del robot
La velocità del robot viene spesso sottolineata durante la selezione delle apparecchiature, ma da sola non determina la produzione.
Un robot veloce collegato a un processo di lavorazione lento, a un flusso dei materiali progettato male o a una stazione di ispezione inefficiente non renderà automaticamente più veloce la fabbrica.
Conta l'intero ciclo di produzione.
I produttori dovrebbero valutare il movimento del robot, il tempo di risposta della macchina, i cambi utensile, il carico e lo scarico, l'ispezione, la comunicazione, l'intervento dell'operatore e il recupero dai guasti. In molte applicazioni, il maggiore incremento della produttività deriva dall'eliminazione dei tempi di attesa, piuttosto che dall'aumento dell'accelerazione del robot.
I robot moderni stanno diventando più flessibili
I robot industriali si sono sviluppati ben oltre il movimento ripetitivo fisso.
I sistemi attuali possono gestire carichi diversi, utilizzare più utensili terminali, scambiare ricette di produzione, comunicare con i sistemi di controllo e rispondere alle informazioni dei sensori. Ciò rende la robotica sempre più adatta agli ambienti di produzione in cui le varianti dei prodotti cambiano regolarmente.
L’automazione flessibile è particolarmente preziosa per i produttori che non possono giustificare una linea di produzione dedicata per ogni prodotto.
Una cella robotizzata programmabile può potenzialmente supportare diverse operazioni modificando gli utensili, il software, le attrezzature e i parametri di produzione. Ciò non elimina il lavoro ingegneristico, ma può ridurre la ristrutturazione fisica necessaria quando cambiano i requisiti di produzione.
La visione artificiale aggiunge un nuovo livello di adattabilità
La visione artificiale è una delle tecnologie che ha modificato le capacità pratiche dei robot industriali.
I sistemi robotici tradizionali spesso dipendono da pezzi posizionati con precisione. I sistemi di visione consentono al robot di ottenere informazioni sulla posizione, sull’orientamento, sulle dimensioni, sulle condizioni della superficie o sull’identificazione dell’oggetto.
Ciò consente applicazioni come il prelievo robotizzato, la verifica dell’assemblaggio, l’ispezione dei difetti, la convalida del confezionamento, l’etichettatura, il tracciamento e lo smistamento.
Il punto importante è che la visione non si limita a fornire al robot degli “occhi”. Crea un percorso di feedback tra l’ambiente fisico di produzione e il sistema di controllo.
Questo feedback può rendere le operazioni robotiche notevolmente più flessibili.
L’intelligenza artificiale sta ampliando il processo decisionale robotico
L’intelligenza artificiale sta entrando anche nella robotica industriale, in particolare nella percezione, nell’ispezione, nella classificazione, nell’ottimizzazione e nell’analisi dei processi.
I sistemi basati sull’IA possono aiutare a identificare schemi visivi difficili da definire usando i tradizionali metodi di ispezione basati su regole. Possono inoltre supportare l’analisi della produzione identificando le relazioni tra i parametri di processo e i risultati qualitativi.
Tuttavia, l’IA non dovrebbe essere considerata un sostituto del controllo industriale convenzionale.
La logica PLC, i sistemi di sicurezza, i controllori del movimento, gli interblocchi, le comunicazioni deterministiche e le pratiche ingegneristiche consolidate restano fondamentali. L’IA è più utile quando aggiunge intelligenza a un’architettura di controllo progettata correttamente, anziché tentare di sostituire l’architettura stessa.
I cobot stanno ampliando i confini dell’automazione
I robot collaborativi hanno introdotto un altro approccio all'automazione industriale.
Anziché collocare ogni applicazione robotica dietro protezioni convenzionali, i cobot sono progettati per applicazioni in cui le attività umane e robotiche possono essere coordinate in condizioni di sicurezza definite.
Le applicazioni tipiche includono l'asservimento di macchine, l'assemblaggio, il confezionamento, l'ispezione e la movimentazione dei materiali.
Il loro principale vantaggio non è necessariamente la capacità di sostituire i robot industriali tradizionali. Piuttosto, possono offrire un'opzione di automazione per processi in cui le celle robotiche convenzionali possono essere difficili da giustificare a causa dello spazio, dei volumi di produzione o della variabilità dei prodotti.
La valutazione della sicurezza rimane obbligatoria. Un robot collaborativo non rende automaticamente sicura un'applicazione solo perché viene commercializzato come collaborativo.
L'integrazione è diventata un importante fattore competitivo
I moderni progetti di automazione dipendono sempre più dall'integrazione che dalle prestazioni dei singoli componenti hardware.
I robot devono comunicare con PLC, controllori di sicurezza, HMI, azionamenti, sistemi di visione, sensori, sistemi di esecuzione della produzione e reti dello stabilimento. La qualità di queste interfacce influisce direttamente sui tempi di messa in servizio e sulla manutenibilità a lungo termine.
I protocolli di comunicazione industriale standardizzati, le architetture di controllo modulari, gli strumenti di simulazione e gli ambienti di programmazione migliorati hanno reso l'integrazione più semplice rispetto alle generazioni precedenti.
Tuttavia, la disciplina ingegneristica rimane essenziale. Una progettazione di rete inadeguata, strutture dei segnali poco chiare, diagnostica insufficiente e software non documentato possono creare problemi significativi dopo la messa in servizio.
L'automazione brownfield è spesso più pratica dell'automazione greenfield
I produttori non devono sempre realizzare una linea di produzione completamente nuova per trarre vantaggio dalla robotica.
Molti stabilimenti utilizzano ancora PLC, azionamenti, robot, sensori e apparecchiature di produzione in funzione da più di dieci anni. Sostituire tutto in una volta può creare rischi tecnici e finanziari non necessari.
Spesso un approccio più pratico consiste nell'individuare un processo con un problema evidente di produttività o qualità e automatizzare quell'operazione, mantenendo le apparecchiature esistenti ancora utili.
Questo approccio consente ai produttori di valutare i risultati effettivi prima di ampliare il progetto.
Nella mia esperienza, l'automazione per fasi è spesso più sostenibile, perché ogni progetto crea conoscenze operative applicabili a quello successivo.
La carenza di manodopera sta cambiando l'equazione dell'automazione
La disponibilità di manodopera è diventata uno degli argomenti più forti a favore dell’automazione industriale.
I produttori incontrano sempre più difficoltà nel reclutare personale per posizioni produttive ripetitive, fisicamente impegnative, pericolose o altamente specializzate. Anche la formazione dei nuovi dipendenti richiede tempo, supervisione e risorse.
La robotica può assumersi la responsabilità delle operazioni ripetitive, mentre i dipendenti si dedicano ad attività a maggior valore aggiunto, come programmazione, manutenzione, gestione della qualità, ingegneria di processo e supervisione della produzione.
Questa è una distinzione importante: l’automazione non elimina necessariamente il lavoro umano. Cambia il modo in cui viene applicata l’esperienza umana.
Le fabbriche che automatizzano con successo devono quindi investire nelle competenze tecniche contemporaneamente agli investimenti nelle macchine.
Sicurezza e coerenza non possono essere separate dall’automazione
La robotica può ridurre l’esposizione a operazioni pericolose che comportano calore, sostanze chimiche, materiali pesanti, movimenti ripetitivi o altri rischi sul luogo di lavoro.
Possono inoltre garantire un’esecuzione più coerente delle operazioni predefinite.
Tuttavia, l’automazione introduce rischi propri. Movimenti imprevisti, energia meccanica immagazzinata, anomalie del software, guasti dei sensori, configurazioni errate ed errori di manutenzione possono tutti creare rischi per la sicurezza.
I sistemi robotizzati industriali richiedono pertanto protezioni adeguate, funzioni di comando con livello di sicurezza certificato, valutazione dei rischi, arresto di emergenza, interblocchi, procedure di manutenzione e formazione degli operatori.
Un robot non è di per sé una soluzione per la sicurezza. La sicurezza deriva dalla progettazione dell’intero sistema.
La valutazione economica deve includere più del semplice risparmio sul costo del lavoro
Il ritorno sull’investimento viene spesso calcolato sulla base della riduzione del costo del lavoro, ma questo rappresenta solo una parte del quadro.
Un’analisi realistica dovrebbe considerare anche la capacità produttiva, la riduzione degli scarti, il miglioramento della qualità, l’utilizzo delle macchine, i tempi di fermo, la manutenzione, il consumo energetico, le attrezzature, i costi di integrazione, la formazione e la durata prevista delle apparecchiature.
Il numero di turni di produzione è particolarmente importante. Un sistema robotizzato in funzione continua può generare risultati economici sostanzialmente diversi da uno utilizzato solo occasionalmente.
I produttori dovrebbero anche calcolare il costo del non fare nulla. Se la disponibilità di manodopera continua a diminuire o i requisiti di qualità dei clienti diventano più rigorosi, mantenere il processo esistente potrebbe diventare più costoso dell’automazione.
I piccoli produttori possono iniziare con progetti mirati
La robotica non è più limitata ai grandi impianti automobilistici.
I produttori più piccoli possono iniziare con applicazioni chiaramente definite, come pallettizzazione, confezionamento, saldatura, asservimento macchine, operazioni di prelievo e deposito, ispezione, etichettatura o movimentazione dei materiali.
Il primo progetto migliore di solito non è quello tecnologicamente più impressionante. È il processo caratterizzato da un problema misurabile e da un’opportunità di automazione prevedibile.
Un progetto pilota di successo dovrebbe stabilire valori misurabili come tempo ciclo, ore di lavoro, tasso di difettosità, utilizzo delle apparecchiature, tempi di fermo e requisiti di manutenzione.
Una volta disponibili questi risultati, la direzione potrà prendere la decisione sul prossimo investimento basandosi sui dati operativi anziché su supposizioni.
Cosa mi aspetto dalla prossima fase della robotica industriale
Il prossimo grande sviluppo non consisterà semplicemente in robot più veloci. Sarà costituito da sistemi robotici meglio connessi, che combinano controllo del movimento, visione artificiale, reti industriali, analisi dei dati e software sempre più avanzati.
I robot saranno maggiormente integrati nell’architettura complessiva dell’automazione, invece di funzionare come macchine di produzione isolate.
Questo aumenterà anche l’importanza della cybersecurity, dell’architettura dei dati, delle interfacce standardizzate, della diagnostica e dell’ingegneria del ciclo di vita. Con il collegamento di un numero crescente di apparecchiature robotiche alle reti dello stabilimento, i produttori dovranno considerare la robotica parte della propria infrastruttura digitale industriale.
Dal vantaggio competitivo alla necessità produttiva
La robotica industriale sta gradualmente passando da investimento opzionale per la produttività a requisito strategico per molti produttori.
La giustificazione più solida non è che i robot possano sostituire le persone o lavorare più velocemente. L’argomento più convincente è che l’automazione può offrire ai produttori un maggiore controllo sulla capacità produttiva, sulla qualità, sulla ripetibilità, sulla sicurezza e sulla continuità operativa.
Le aziende che probabilmente trarranno i maggiori benefici non saranno necessariamente quelle che acquistano il maggior numero di robot. Saranno quelle che individuano i processi giusti, integrano correttamente le apparecchiature, formano il personale, misurano i risultati e migliorano continuamente l’architettura dell’automazione.
La fabbrica del futuro non sarà quindi definita dal numero di robot presenti nell’area produttiva. Sarà definita dall’efficacia con cui tali robot collaborano con persone, macchine, sistemi di controllo, dati e processi di ingegneria.
