Molti ingegneri sono interessati a queste macchine di prossima generazione in grado di controllare le forze e lavorare in sicurezza a fianco delle persone sulle catene di montaggio senza la necessità dei tradizionali dispositivi di sicurezza.
Da quando sono comparsi per la prima volta dieci anni fa, i robot collaborativi hanno trasformato molti stabilimenti produttivi e reso più semplice l’automazione per i piccoli produttori. Questa tecnologia consente inoltre a molte aziende di spostare la produzione negli Stati Uniti e implementare strategie di produzione diversificate e a basso volume.
Esben Østergaard, CTO di Universal Robots, pioniere della collaborazione nel 2008, ha dichiarato: "I robot collaborativi sono particolarmente attraenti oggi per diverse ragioni. Lavorano a fianco delle persone anziché sostituirle, il che è particolarmente utile in quanto si perdono posti di lavoro nel settore manifatturiero". questione delicata.
"Vogliamo rimettere il controllo dell'automazione di fabbrica nelle mani dell'operatore", spiega Østergaard, che ha recentemente ricevuto l'Engelberg Award 2018 dalla Robotics Industry Association per il suo contributo all'automazione industriale. "Non vogliamo sostituire le persone, ma piuttosto fornire loro uno strumento che consentirà loro di svolgere il proprio lavoro in modo più efficiente. Vogliamo consentire loro di smettere di lavorare come robot e diventare invece programmatori di robot e svolgere attività a maggior valore aggiunto.
"Questo potrebbe essere il miglior risultato a lungo termine dei robot collaborativi", ha affermato Ostergaard. "Questa ridistribuzione della creatività umana, combinata con la ripetibilità dei robot, soddisfa le esigenze sia del mercato che dei clienti. Esigenza di un'elevata personalizzazione dei prodotti. cambiamenti qualitativi, sia per i prodotti che vengono realizzati che per le persone che li producono."
"I cobot aprono le porte ai produttori che storicamente si sono preoccupati dell'automazione delle linee di assemblaggio", ha aggiunto Chris Blanchette, direttore esecutivo delle vendite presso FANUC America Corp., che offre cinque modelli di cobot. "Ciò ha finalmente permesso a molte aziende di comprendere il valore dell'automazione."
"Gli operatori possono configurare la macchina congiunta con poche ore di formazione, è abbastanza leggera da poter essere spostata all'interno dell'impianto più volte al giorno e può funzionare senza protezioni o protezioni", ha affermato Daniel Moore, ingegnere del supporto tecnico di U. . da Ao Robotics America. "Funzionalmente, qualsiasi debolezza o difficoltà nei robot tradizionali può essere affrontata cambiando il focus."
"In passato, molte persone avevano paura dei robot", ha affermato Matt Fitzgerald, vicepresidente dei prodotti presso Rethink Robotics Inc., che ha lanciato il robot collaborativo Baxter nel 2012. Le macchine collaborative sono flessibili, facili da usare e sicure da usare. operare. "
Si prevede che i robot collaborativi continueranno a migliorare la qualità, aumentare l’efficienza e ridurre i costi. Tuttavia, come per qualsiasi strumento di automazione, la loro efficacia complessiva dipende dalla scelta della giusta applicazione e dalla pianificazione anticipata.
Nonostante il clamore pubblicitario, i robot collaborativi presentano vantaggi e svantaggi che gli ingegneri di produzione devono considerare attentamente. La tecnologia è interessante, ma non ideale per determinati tipi di applicazioni. Ad esempio, due svantaggi sono la capacità di sollevamento limitata e le velocità operative inferiori.
Secondo la Federazione Internazionale di Robotica, la domanda di robot collaborativi cresce del 60% ogni anno. Si prevede che i robot collaborativi rappresenteranno il 34% di tutte le vendite di robot entro il 2025, rispetto a meno del 5% di oggi.
L’indagine sull’occupazione 2018 di ASSEMBLY conferma questa tendenza. Più di un terzo (38%) degli assemblatori prevede di implementare robot collaborativi nei prossimi 12 mesi. Si tratta di 7 punti percentuali in più rispetto al 2017 e 12 punti percentuali in più rispetto al 2016.
Poiché la prossima generazione di robot collaborativi è così flessibile e non richiede praticamente alcuna barriera di sicurezza, molti produttori li utilizzano. Queste macchine sono particolarmente interessanti per le piccole imprese. Ad esempio, tra i produttori con meno di 50 dipendenti, il 21% prevede di implementare questa tecnologia nei prossimi 12 mesi. Si tratta di 8 punti percentuali in più rispetto al 2017.
Ryan Whitton, analista di ricerca presso ABI Research, ha dichiarato: "I produttori di piccole e medie dimensioni stanno guidando la domanda di robot collaborativi. Ciò è guidato dalla necessità di soluzioni di produzione che non comportino investimenti su larga scala in beni strumentali". grandi bracci robotici. Questi includono attività come la manutenzione delle macchine, il controllo qualità e l'assemblaggio dell'illuminazione. "
Whitton afferma che i piccoli produttori hanno bisogno di soluzioni di automazione flessibili che possano adattarsi facilmente e rapidamente alle mutevoli esigenze. "Hanno bisogno di sistemi che possano essere programmati facilmente e rapidamente e che possano supportare molti tipi di attività di automazione", osserva. "I robot collaborativi sono perfetti."
Whitton prevede che nei prossimi sette anni le spedizioni di robot collaborativi cresceranno del 50%, mentre le spedizioni di robot industriali tradizionali cresceranno del 12%. E il fatturato globale derivante da queste macchine crescerà dagli attuali 292 milioni di dollari a oltre 1 miliardo di dollari entro il 2025.
Questa crescente domanda è guidata da cicli di vita dei prodotti più brevi e dal crescente utilizzo di programmi di produzione mista e in piccoli lotti piuttosto che da una produzione ad alto volume e su piccola scala.
"I produttori hanno bisogno di soluzioni di automazione più flessibili per adattarsi al mercato in modo rapido ed efficiente", ha affermato Nicholas De Keyser, responsabile dell'assemblaggio e dei test robotici presso ABB. "La produzione sta diventando sempre più specializzata e imprevedibile, rendendo l'automazione sempre più difficile.
"L'automazione collaborativa consente a persone e robot di lavorare insieme, rendendo la produzione più flessibile mantenendo sicurezza e produttività", spiega De Keyser. “Ciò aumenta la flessibilità della produzione consentendo a esseri umani e robot di lavorare insieme su compiti che in precedenza richiedevano barriere e gabbie protettive”.
"In passato, assemblare grandi quantità di prodotti personalizzati spesso significava un lavoro noioso, delicato e ripetitivo", afferma De Keyser. "Con robot collaborativi come il nostro YuMi, le persone possono concentrarsi su compiti cognitivi più significativi, mentre i robot forniscono precisione e resistenza instancabili.
"YuMi può essere installato su qualsiasi postazione di lavoro nello stabilimento e ridistribuito secondo necessità senza le limitazioni delle tradizionali barriere di sicurezza", ha affermato De Keyser. "Ciò aumenta la flessibilità e l'agilità della produzione, consentendo cambi di produzione più frequenti."
I robot collaborativi stanno emergendo in settori e applicazioni che storicamente si basavano su catene di montaggio manuali.
"Molte aziende stanno cercando di migliorare alcune delle loro linee di produzione attraverso l'automazione", ha affermato Blanchette. "Vogliono affrontare alcune aree in cui potrebbero esserci problemi ergonomici o di qualità. Possono aggiungere cobot senza modificare la configurazione della catena di montaggio."
Le applicazioni di lavorazione di parti generali sono ideali per i robot collaborativi. Piccoli compiti come lo smistamento dei pezzi o il caricamento di una macchina da stampa sono un ottimo inizio.
"Qualsiasi attività di assemblaggio che richieda tre mani, con il cobot che funge da assistente umano", spiega Blanchett. "Ad esempio, una macchina può supportare parti più pesanti mentre le persone utilizzano cacciaviti per collegare i componenti.
"Nelle applicazioni con cicli di vita brevi, i robot collaborativi consentono ai produttori di passare a nuovi prodotti molto rapidamente", ha affermato Blanchette. "Stiamo assistendo anche ad un aumento della domanda di robot collaborativi nelle aziende con un turnover dei dipendenti più elevato e nelle regioni con grave carenza di manodopera".
"Stiamo assistendo ad un aumento della domanda da parte dei produttori a contratto, in particolare aziende con sede in Cina e Messico", ha affermato Samir Patel, direttore dello sviluppo di prodotti e applicazioni per Kawasaki Robot America, che ridistribuisce le macchine alle fabbriche altrove.
"Ad esempio, un'azienda che desidera passare da un tipo o dimensione di PCB a un altro semplicemente stacca il nostro robot DuAro e lo invia alla successiva catena di montaggio", ha spiegato Patel. "Possono utilizzare lo stesso robot su una catena di montaggio e poi riutilizzarlo facilmente più tardi nel corso della giornata su una linea di ispezione dove il robot carica e scarica i circuiti stampati in una macchina di ispezione.
"Abbiamo anche visto i nostri cobot utilizzati per assemblare ingranaggi per stampanti di computer e piccole unità di ventilazione utilizzate per raffreddare dispositivi elettronici", aggiunge Patel. "I robot lavorano fianco a fianco con gli esseri umani, aiutandoli a svolgere compiti ripetitivi che potrebbero essere difficili da completare.
"La ripetibilità della nostra macchina articolata a due bracci è vicina a quella di un robot a sei assi", ha affermato Patel. "Abbiamo deciso di risolvere questo problema durante la progettazione del robot. Ciò rende la macchina particolarmente adatta per compiti di avvitatura come l'assemblaggio di compresse.
"In un caso, un braccio della macchina veniva utilizzato come supporto mentre l'altro braccio inserirà e serrava piccole viti da 3 mm che dovevano essere posizionate con precisione", afferma Patel. "Il nostro robot viene utilizzato anche per fissare la scheda elettronica all'interno del case. Una mano sposta la scheda elettronica sul telaio mentre l'altra mano inserisce ciascuna vite e la serra utilizzando un cacciavite automatico."
I robot collaborativi vengono utilizzati anche come sistemi robotici mobili in grado di spostarsi nelle linee di assemblaggio ed eseguire operazioni di riempimento ovunque e in qualsiasi momento. Questa strategia è stata recentemente implementata nello stabilimento di connettori elettrici Stäubli ad Allschwil, in Svizzera, dove la catena di montaggio è dotata di postazioni di lavoro manuali e completamente automatizzate.
La piattaforma mobile HelMo è dotata di un robot collaborativo Stäubli TX2 con una capacità di carico massima di 15 kg e un raggio di movimento di 1200 mm. Le superfici tattili smetteranno immediatamente di muoversi se entrano in contatto diretto con una persona. I robot autonomi si spostano autonomamente verso le postazioni di lavoro designate, rallentando o fermandosi quando le persone si avvicinano troppo.
HelMo si posiziona con una precisione di 0,1 mm, calibrando la sua posizione utilizzando tre punti di misurazione installati permanentemente sulla stazione di lavoro. Si collega alle prese fisse di alimentazione e aria compressa tramite un connettore multivia e poi inizia il suo movimento.
"Oggi la macchina può installare alloggiamenti di connettori e perni di contatto; domani potrà essere utilizzata in altre fasi del processo di assemblaggio", afferma Olivier Cremoux, Business Development Manager di Stäubli AG. "HelMo non è più visto come un robot, ma piuttosto come un assistente, abbastanza flessibile da aiutare dove necessario.
"L'obiettivo è... utilizzare i robot come alternativa flessibile per aumentare la disponibilità di linee di assemblaggio miste o per soddisfare i picchi di domanda", spiega Cremu.
Uno dei motivi per cui i robot collaborativi attirano molti produttori è che spesso costano meno dei robot tradizionali. Tendono inoltre ad avere un periodo di recupero dell’investimento e un ritorno sull’investimento più rapidi perché sono più flessibili e possono essere facilmente integrati nelle linee di assemblaggio esistenti.
"Normalmente ci aspettiamo un ritorno sull'investimento inferiore a nove mesi", afferma Moore di Universal Robots. "Considerati tutti i costi nascosti associati alla robotica tradizionale, nonché i tempi di attività potenzialmente più elevati dei robot collaborativi ridistribuiti, abbiamo scoperto che il ritorno sull'investimento è spesso molto rapido. Nel nostro esempio più convincente (che di solito coinvolge lo stampaggio a iniezione), i clienti riferiscono ROI trimestrale.
"Per la maggior parte dei processi ripetibili, l'automazione sarà più coerente e affidabile di quella umana", ha affermato Moore. "Mentre la maggior parte degli utenti di cobot misura il ROI attraverso i costi della manodopera e gli aumenti di produttività, molti produttori riscontrano anche miglioramenti della qualità dopo l'installazione dei cobot. Ciò libera manodopera per valutare e migliorare altre aree dell'impianto, quindi creare ulteriore automazione e ridurre gli sprechi."
Le tecnologie collaborative possono anche ottimizzare le linee di produzione, consentendo layout di fabbrica più intelligenti e funzionali. I robot collaborativi possono essere facilmente implementati nelle linee di assemblaggio esistenti senza una riconfigurazione significativa.
"L'ingombro è inferiore perché non sono necessarie tutte le protezioni e le barriere di sicurezza tipicamente associate all'automazione fissa", afferma Fitzgerald di Rethink Robotics. "A differenza delle grandi celle di lavoro robotiche tradizionali, i robot collaborativi non richiedono un'ampia pianificazione anticipata.
"Ti aiuta ad andare avanti più velocemente", ha detto Fitzgerald. "Se non si è tenuto conto di qualcosa in fase di progettazione, è possibile compensarlo con la flessibilità del robot."
I robot collaborativi consentono agli ingegneri di implementare rapidamente e facilmente l'automazione in applicazioni di assemblaggio che richiedono elevati livelli di interazione uomo-macchina. Tuttavia, i problemi di sicurezza non possono essere ignorati.
"L'unico vero svantaggio dei robot collaborativi è che molte persone pensano di essere 'sicuri' fin dal primo utilizzo", ha affermato Corey Ryan, responsabile nordamericano della robotica medica presso KUKA Robotics.
"La realtà è che i robot sono solo una parte del sistema e l'intero sistema necessita di un'approfondita valutazione dei rischi prima dell'implementazione", ha avvertito Ryan. "Ad esempio, un robot collaborativo con un trapano all'estremità è intrinsecamente pericoloso senza sistemi di sicurezza aggiuntivi che possano fermare il trapano prima che gli esseri umani si avvicinino troppo."
"Molte aziende acquistano robot collaborativi pensando di poter eliminare le tipiche precauzioni di sicurezza", ha aggiunto Rick Brookshire, product manager del gruppo Epson Robotics. "Tuttavia, se la valutazione del rischio è corretta, a causa della natura dell'applicazione, il robot dovrà spesso utilizzare misure di protezione tradizionali come le barriere fotoelettriche. Un robot sicuro non significa un'applicazione sicura."
"Non dare per scontato di poter eliminare tutte le guardie e le altre misure di sicurezza con un cobot", aggiunge Ed Roney, account manager nazionale, integratore di sistemi autorizzato presso FANUC America Corp. "Un malinteso comune è che non sia necessaria una valutazione del rischio per un applicazioni cobot. Tuttavia, non lo è.
"Quando le persone lavorano nell'automazione, devono essere consapevoli dei pericoli che potrebbero incontrare", afferma Roney. "Ad esempio, le parti sono taglienti o presentano spigoli vivi che potrebbero rappresentare un pericolo per la sicurezza?"
Uno degli argomenti principali contro i robot collaborativi è che le macchine sacrificano la velocità a favore della sicurezza. Per limitare la forza e lo slancio, i cobot devono funzionare a velocità inferiori rispetto ad altri tipi di robot.
Quando si tratta di robot collaborativi, gli ingegneri devono considerare alcune limitazioni prestazionali. Ad un certo punto, le macchine tradizionali come i robot delta, i robot a sei assi o i robot SCARA diventeranno le migliori opzioni di automazione.