Robot cognitivi per incrementare i processi produttivi delle PMI
Per permettere ai robot industriali di andare oltre i compiti ripetitivi, il progetto SMEROBOTICS (The European Robotics Initiative for Strengthening the Competitiveness of SMEs in Manufacturing by integrating aspects of cognitive systems) ha cercato di potenziarli con abilità cognitive. “La cinematica di un robot standard da sei o sette assi può raggiungere posizioni e orientamenti quasi arbitrari all’interno della gamma e lo può fare in modo preciso e veloce. Ma per poter svolgere lavori utili, il robot deve essere provvisto di sensori, pinze e altri utensili. Inoltre deve essere integrato nel luogo di produzione e interfacciarsi con altri sistemi per poter svolgere un compito. Per ottenere ciò è necessario un software complesso, cosa che oltre a essere un processo costoso, sacrifica la flessibilità dell’hardware,” dice Martin Hägele, direttore del Dipartimento robot e sistemi assistivi al Fraunhofer e coordinatore di SMEROBOTICS. Utilizzare un sistema robotico richiede quindi tempo e denaro ed è economicamente fattibile solo se il robot è continuamente in funzione e svolge la stessa attività per quanto più a lungo possibile in modo da massimizzare il ritorno di investimento. Questo non corrisponde alle esigenze di produzione di una PMI. Con il suo team, Hägele crede che la soluzione sia costruire robot “cognitivi”, provvisti cioè di capacità avanzate di pianificazione, ragionamento ed elaborazione di dati raccolti da sensori. Robot intelligenti che lavorano fianco a fianco con gli esseri umani A differenza dei suoi predecessori, a un robot cognitivo è possibile dire cosa fare senza dover necessariamente dirgli come farlo. “L’operaio può segnare superfici del pezzo di lavoro che devono essere assemblate in un’interfaccia utente grafica o definire graficamente dove mettere grandi pannelli di legno e dove inchiodarli. Il sistema calcola automaticamente le traiettorie necessarie del robot, compresi i cambiamenti di strumenti necessari, e infine esegue il lavoro,” spiega Hägele. Le capacità cognitive del robot gli permettono di monitorare un processo rilevando deviazioni e condizioni di errore. Impara per mezzo dell’osservazione, ragiona sulle cause degli errori, si adatta automaticamente per riflettere il normale processo o richiede l’interazione con l’utente per misure correttive a seconda dell’importanza della variazione. Il sistema impara dalle risposte dell’utente per migliorare la precisione dei suoi messaggi e le soluzioni suggerite. Infine facilita l’integrazione di sistema tra diversi fornitori grazie a un “codice colla” che traduce tra vari standard dei fornitori, un compito che fino a questo momento poteva essere svolto solo da esperti di programmazione. Una migliore collaborazione tra esseri umani e macchine era un altro dei principali interessi del consorzio. In una PMI, gli operai possiedono implicitamente la maggior parte delle conoscenze e fino a questo momento i tentativi di rendere tali conoscenze esplicite programmandole in un sistema robotico standard hanno avuto un successo limitato. “É un po’ come quando si cucina,” dice Hägele, “anche se è facile annotare tutti gli ingredienti di un piatto, registrare le istruzioni su cosa mettere prima e cosa dopo, fornire quantità, passaggi e tempi necessari, è praticamente impossibile descrivere i dettagli più sottili della sensazione che il risultato deve dare quando è fatto bene. L’unico modo per imparare veramente è imparare da un maestro.” Con SMEROBOTCS, l’operaio esperto è il maestro e il sistema robotico è l’apprendista. “Un tipico flusso di lavoro sarebbe così: Il sistema scannerizza nuovi pezzi di lavoro, identifica automaticamente le linee di saldatura necessarie sulla base dei modelli CAD a disposizione o l’euristica geometrica e dà al saldatore adeguati suggerimenti di parametri. Quindi genera automaticamente il programma di saldatura,” spiega Hägele. “Il saldatore può fare cambiamenti al programma mediante un’interfaccia utente intuitiva o farlo eseguire immediatamente. Le eventuali modifiche desiderate sono imparate dal sistema che ne tiene conto nei lavori successivi. Usando algoritmi all’avanguardia per l’apprendimento automatico, il sistema è in grado di registrare e analizzare molti diversi compiti di saldatura e derivare regole su come svolgere al meglio un nuovo lavoro. Questa collaborazione permette di associare le conoscenze dell’esperto di saldatura con la qualità costante di processo del robot saldatore. La chiamiamo “collaborazione simbiotica essere umano-robot”: L’operaio trae beneficio dalla forza, la precisione e la durata del robot e il robot trae beneficio dall’esperienza e dalle conoscenze dell’operaio.” Dal laboratorio al mercato SMEROBOTICS ha sviluppato diversi componenti tecnologici per integratori di sistema oltre a cellule di lavoro complete per i siti degli utenti finali. Le soluzioni coprono assemblaggio, saldatura e lavori di carpenteria, oltre ad altri casi di uso tipici sviluppati nell’ambito del progetto, che recentemente ha presentato otto cellule di lavoro funzionanti e altre tre tecnologie alla fiera AUTOMATICA di giugno. “CoWeldRob2, una cellula di saldatura che permette di saldare componenti pre-assemblati in pochi semplici passaggi e che ha già ridotto i tempi di produzione di una piccola azienda di saldatura a conduzione familiare di un fattore compreso tra 20 e 30, era una di queste. Altri contributi includono un robot con due bracci che agisce in modo simile a un operaio umano e può essere impiegato per saldare grandi componenti per settori come quello edilizio e una cellula con tolleranze nell’ordine del micrometro per la quale i test hanno già rivelato un tasso di errore più basso del 30 % nell’assemblaggio della bobina rispetto agli attuali processi manuali. Il consorzio ha lavorato a stretto contatto con le PMI interessate sin dall’inizio del progetto e, dalla sua conclusione a giugno del 2016, sta cercando utenti finali per implementare le cellule in casi di uso specifici. I moduli del software per la programmazione intuitiva e la generazione del programma sono disponibili come moduli a parte e i fornitori di automazione e TI industriale possono già usarli nelle loro soluzioni. I componenti o le tecnologie potrebbero essere parzialmente implementate nella produzione delle PMI o essere integrate completamente come cellule di lavoro. “Secondo le previsioni la cellula di saldatura e l’assemblaggio a valvola idraulica saranno trasformati in prodotti commerciali entro dodici mesi. Piani simili, anche se meno concreti, esistono anche per il sistema di saldatura a due bracci e per alcuni dei servizi software sviluppati nell’ambito del progetto,” conclude Hägele.
Parole chiave
Robotica, SMEROBOTICS, PMI, produzione, processo di produzione
