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La tua azienda sta affrontando carenze di personale, alti costi di manodopera e la necessità di aumentare la precisione produttiva? La soluzione potrebbe essere l'automazione, ma i robot industriali tradizionali richiedono enormi investimenti in infrastrutture di sicurezza e programmazione complessa. Fortunatamente, esiste un'alternativa - i cobot, o robot collaborativi, che possono lavorare fianco a fianco con i tuoi dipendenti. Queste macchine intelligenti stanno rivoluzionando il modo in cui le piccole e medie imprese manifatturiere pensano all'automazione, offrendo flessibilità, sicurezza e un rapido ritorno sull'investimento. Scopri come i cobot possono trasformare la tua produzione e perché sempre più aziende scelgono questa tecnologia rivoluzionaria.

Cosa sono i cobot? Definizione, costruzione e caratteristiche di base

Se stai cercando modi per ottimizzare i processi e aumentare l'efficienza nella produzione metallica, probabilmente stai considerando l'automazione. In questo contesto, il concetto di "cobot" appare sempre più frequentemente. Cosa sono esattamente questi dispositivi e come possono supportare la tua azienda? Troverai le risposte qui sotto.

Rivoluzione nella produzione - perché i cobot?

I cobot, o robot collaborativi, sono una risposta alla crescente domanda delle aziende manifatturiere, soprattutto quelle più piccole e medie, di soluzioni di automazione flessibili e sicure. Sono stati progettati con l'idea di lavorare direttamente fianco a fianco con gli esseri umani nello stesso spazio di lavoro, eliminando la necessità di costruire costose barriere di sicurezza. Questo concetto ha guadagnato popolarità intorno al 2008, principalmente grazie all'azienda danese Universal Robots, che è un produttore leader in questo campo.

Definizione e differenze chiave rispetto ai robot industriali

Un cobot è "un robot appositamente progettato che può eseguire compiti congiuntamente con gli esseri umani in prossimità diretta." Questa è una differenza fondamentale rispetto ai robot industriali tradizionali che, a causa della loro velocità e forza, devono essere separati dagli esseri umani, ad esempio con recinzioni o tende di sicurezza, per evitare rischi di collisione.

Le caratteristiche chiave che distinguono i cobot sono:

  • Sicurezza nella collaborazione: I cobot hanno meccanismi di rilevamento delle collisioni integrati e limitazione di forza e velocità. In caso di contatto con gli esseri umani, si fermano automaticamente. La loro costruzione minimizza il rischio di lesioni - sono più piccoli, più leggeri (di solito sotto i 100 kg di peso proprio) e hanno bordi arrotondati.

  • Facilità di funzionamento e programmazione: I robot collaborativi sono spesso dotati di interfacce grafiche intuitive. Consentono anche la cosiddetta programmazione teach-by-demonstration, il che significa che l'operatore può spostare manualmente il braccio del robot nella posizione desiderata, e il robot ricorderà questo movimento. La facilità di programmazione dei cobot rende possibile anche per le persone senza precedente esperienza in robotica padroneggiare rapidamente le basi del loro funzionamento. Grazie a questo, anche i dipendenti senza conoscenze tecniche avanzate possono imparare le basi della programmazione dei cobot.

  • Flessibilità e mobilità: I cobot sono facili da riposizionare e rapidi da riconfigurare per nuovi compiti. Ad esempio, lo stesso cobot può essere utilizzato un giorno per operare un tornio CNC, e il giorno successivo spostato per lavorare con una pressa piegatrice, cambiando solo la pinza e il programma. I robot tradizionali, invece, sono spesso fissati permanentemente al pavimento e richiedono modifiche complicate quando si cambiano le applicazioni.

I cobot sfumano il confine tra i mondi precedentemente separati del lavoro umano e delle macchine, consentendo nuovi modelli di organizzazione della produzione.

Costruzione e meccanismi di sicurezza

La sicurezza è il fondamento della costruzione dei cobot, consentendo la loro diretta cooperazione con gli esseri umani. Le principali soluzioni sono:

  • Sistemi di rilevamento delle collisioni: Basati sulla misurazione della forza e delle coppie nei giunti. Quando il cobot percepisce una resistenza improvvisa (ad esempio, contatto con un essere umano o un ostacolo), il movimento si ferma immediatamente. Standard come ISO/TS 15066 specificano valori di pressione accettabili che sono sicuri per gli esseri umani.

  • Limitazione di velocità e potenza: I cobot si muovono più lentamente dei robot tradizionali (le velocità massime sono circa 1-2 m/s, rispetto ai 3-4 m/s per i robot industriali). Hanno anche potenze e carichi utili inferiori (più comunemente da alcuni a diverse decine di chilogrammi), il che limita l'energia di un potenziale impatto.

  • Costruzione che minimizza il rischio di pizzicamento: I cobot sono progettati senza spigoli vivi e punti in cui le dita potrebbero rimanere intrappolate. Tutti gli elementi sporgenti sono arrotondati o schermati, e i profili del braccio sono snelli. Gli azionamenti sono spesso posizionati in modo da consentire lo scivolamento o la flessione in caso di collisione, invece della pressione rigida. Molti cobot hanno sensori di coppia sensibili o elementi elastici (serie di conformità) nei giunti che consentono il rilevamento del contatto prima che si verifichi lo schiacciamento.

Gli standard di sicurezza come ISO 10218-1/2 e ISO/TS 15066 distinguono diverse modalità di collaborazione uomo-robot. Le più comunemente utilizzate per i cobot sono:

  • Modalità di limitazione di potenza e forza (PFL): Il robot è strutturalmente sicuro e reagisce al contatto fermandosi.

  • Modalità di monitoraggio della velocità e separazione (SSM): Utilizza sensori esterni (scanner laser, telecamere, "pelli sensibili" sul robot) per tracciare la posizione umana, rallentando o fermando il robot per mantenere una distanza di sicurezza. Questa modalità consente un lavoro leggermente più veloce e carichi utili maggiori, ma richiede sensori aggiuntivi.

Tuttavia, è importante ricordare che sebbene i cobot siano soggetti a regolamenti generali come la Direttiva Macchine 2006/42/CE, che richiede l'analisi dei rischi e la conformità ai principi di sicurezza, il produttore del cobot fornisce un'unità braccio certificata, ma la sicurezza completa della postazione di lavoro dipende dall'integratore/utente. Se sul cobot viene montato uno strumento pericoloso (ad esempio, lama, torcia per saldatura, laser) o una pinza dura, può comunque rappresentare una minaccia. Pertanto, è sempre richiesta una valutazione completa dei rischi per l'applicazione specifica, che può indicare la necessità di protezioni aggiuntive come schermi per radiazioni laser o estrattori di fumi di saldatura. Il cobot fornisce un azionamento sicuro e un controllo della forza, ma non elimina tutti i pericoli del processo.

Applicazione dei cobot nelle aziende manifatturiere - con particolare attenzione alla lavorazione dei metalli

Cobot durante il lavoro

I cobot, grazie alle loro caratteristiche uniche - flessibilità, facile programmabilità e capacità di lavorare accanto agli esseri umani - hanno trovato applicazioni in molti settori, dall'automotive all'elettronica fino all'industria alimentare. La loro applicazione in vari settori industriali deriva dall'universalità e dalla capacità di adattarsi ai processi produttivi. Funzionano particolarmente bene in compiti che richiedono alta precisione, ripetibilità e interazione con l'operatore.

Cobot nella lavorazione dei metalli: precisione, sicurezza ed efficienza

L'industria della lavorazione dei metalli è una delle aree chiave in cui i cobot svolgono un ruolo sempre più importante. Sono comunemente utilizzati per compiti come:

  • Saldatura: La precisione dei cobot consente di ottenere saldature di alta qualità. Sono particolarmente efficaci nella produzione di piccole e medie serie, dove contano la flessibilità e la rapida riconfigurazione. La velocità di implementazione del cobot rispetto alle soluzioni di automazione tradizionali è un altro vantaggio di questa tecnologia. Fanuci & Falcon offre stazione laser-saldatura robotizzata FANUCI 5.0 TurnKey, dove un cobot con testa laser può saldare, tagliare, pulire superfici e costruire metallo in un unico sistema. L'operazione delle macchine da parte dei cobot include anche il montaggio di elementi meccanici con alta precisione. Tali sistemi laser garantiscono alta precisione e sicurezza grazie a schermi completi e sensori.

  • Molatura e lucidatura: Grazie ai sensori di forza, i cobot possono eseguire la molatura con pressione uniforme, sostituendo l'operatore in lavori monotoni e fisicamente impegnativi.

  • Taglio: La precisione del movimento del cobot li rende efficaci anche nelle operazioni di taglio.

  • Carico/scarico di macchine CNC: I cobot possono operare macchine CNC, alimentando e ricevendo pezzi, il che aumenta l'utilizzo della macchina e solleva i lavoratori da attività monotone.

  • Alimentazione/ricezione di elementi caldi: Nelle fonderie e nelle fucine, i cobot possono alimentare o ricevere elementi riscaldati dalle macchine, eliminando l'esposizione umana alle alte temperature.

La capacità di collaborare in sicurezza con gli esseri umani in un unico spazio di lavoro significa che i cobot si adattano perfettamente alle esigenze delle aziende che vogliono automatizzare fasi di produzione selezionate senza la necessità di una costosa ricostruzione dell'intera linea. Sono particolarmente preziosi dove il processo è ripetibile ma richiede frequenti cambi o partecipazione umana.

Vantaggi dell'implementazione dei cobot per la tua azienda

L'implementazione di robot collaborativi può portare alla tua azienda una serie di vantaggi misurabili, sia a livello operativo che strategico:

Aumento della produttività ed efficienza

I cobot possono lavorare continuamente, 24 ore al giorno, 7 giorni alla settimana, con ripetibilità immutata, il che aumenta significativamente l'efficienza della produzione. La produzione di cobot si sta sviluppando dinamicamente in tutto il mondo, il che si traduce in una migliore disponibilità e competitività delle aziende che utilizzano queste soluzioni.

Riduzione dei costi

I cobot semplificano il processo di automazione perché la loro installazione è spesso più veloce ed economica, non richiede la costruzione di costose recinzioni o complicati sistemi di sicurezza. Grazie alla programmazione intuitiva, le applicazioni semplici possono essere implementate dalle aziende in modo autonomo, minimizzando la necessità di supporto da parte di integratori esterni. Tutto ciò rende la barriera all'ingresso nella robotizzazione molto più bassa.

Miglioramento della qualità e della ripetibilità

In compiti che richiedono precisione, come la saldatura o l'assemblaggio, i cobot consentono di ottenere una qualità ripetibile difficile da mantenere dagli esseri umani nel lungo termine. L'eliminazione degli errori umani e la costante precisione del movimento del cobot contribuiscono a ridurre la percentuale di difetti nella produzione.

Maggiore sicurezza dei lavoratori

I cobot sono perfettamente adatti a prendere in carico compiti monotoni, ergonomicamente impegnativi o pericolosi per gli esseri umani. Possono eseguire operazioni tediose come inserire e rimuovere ripetutamente parti da una macchina, trasportare oggetti entro i limiti di carico utile stabiliti o lavorare in condizioni dannose, ad esempio a temperature elevate. Questo si traduce in minor affaticamento dell'equipaggio, riduzione degli infortuni (ad esempio, disturbi della colonna vertebrale) e miglioramento generale della sicurezza sul lavoro. Il cobot può fungere da assistente, permettendo al lavoratore di concentrarsi su compiti più complessi.

Flessibilità e facilità di adattamento

I cobot possono essere facilmente riprogrammati e utilizzati per molti compiti in diverse parti della struttura, a differenza delle stazioni robotiche tradizionali, spesso dedicate a una sola applicazione. La facile programmazione consente un rapido adattamento del robot a diversi compiti senza coinvolgere team specializzati. Ciò consente una produzione efficiente di piccole serie su stazioni automatizzate — se i programmi e l'attrezzatura sono pronti, cambiare prodotto o processo richiede solo ore, non settimane. Per le aziende con assortimento diversificato o piani di produzione frequentemente mutevoli, un cobot universale può servire come "lavoratore tuttofare".

Risoluzione del problema della carenza di manodopera

Di fronte alla carenza di personale nel mercato del lavoro, i cobot possono aumentare significativamente la capacità produttiva e aiutare a mantenere il ritmo di produzione. Possono lavorare continuamente, eseguendo compiti per i quali è difficile trovare lavoratori adatti.

Ottimizzazione dello spazio

Grazie alla capacità di lavorare in stretta vicinanza agli esseri umani senza la necessità di recinzioni, i cobot consentono un migliore utilizzo dello spazio disponibile nel capannone di produzione. Sono più piccoli e leggeri dei robot industriali tradizionali, il che si traduce anche in risparmio di spazio.

Rapido ritorno sull'investimento (ROI)

Questo deriva da una combinazione di maggiore produttività, risparmi sui costi di errori/difetti e dalla possibilità di delegare i lavoratori a compiti più preziosi. In molti casi, l'investimento in un cobot si ripaga rapidamente, soprattutto di fronte all'aumento dei costi del lavoro e alla carenza di manodopera.

Sfide e aspetti importanti da considerare prima dell'implementazione

Cobot - robot collaborativo

Nonostante i molti vantaggi, i cobot non sono una soluzione universale per ogni situazione. Le loro capacità e potenziali sfide dovrebbero essere valutate realisticamente.

Limitazioni dei cobot

Da un lato, i cobot offrono molti vantaggi, dall'altro, hanno alcune limitazioni che dovrebbero essere considerate prima dell'implementazione.

  • Minore efficienza e carico utile: Per garantire la sicurezza, i cobot sono limitati in termini di velocità, forza e peso proprio. Ciò significa che non eguagliano i robot industriali tradizionali in compiti che richiedono velocità molto elevata, precisione ad alta dinamica o trasporto di carichi pesanti. La maggior parte dei cobot solleva un massimo di diverse decine di chilogrammi e si muove a velocità fino a circa 1-1,5 m/s. Nel caso della pallettizzazione di prodotti molto pesanti (ad esempio, sacchi da 50 kg) o linee di imballaggio molto veloci, il cobot potrebbe rivelarsi un "collo di bottiglia".

  • Processi complessi o instabili: I cobot funzionano meglio in compiti ripetitivi con condizioni costanti. Se il processo richiede un adattamento dinamico a cambiamenti importanti o prendere decisioni al volo (oltre la semplice logica di programma), potrebbero sorgere difficoltà. L'automazione di processi disordinati (ad esempio, parti con orientamento casuale) richiederebbe sistemi di visione avanzati e AI, il che aumenta significativamente il costo e la complessità dell'implementazione.

Aspetti chiave della sicurezza e standard

Un mito comune è la convinzione che i cobot siano intrinsecamente sicuri e non richiedano precauzioni aggiuntive. In realtà, sebbene il cobot minimizzi il rischio di collisione, ciò non esenta dall'obbligo di condurre una valutazione completa del rischio sul posto di lavoro e soddisfare i requisiti di sicurezza sul lavoro. Errori nella configurazione o uso improprio del cobot possono portare a incidenti, ad esempio, se i limiti di velocità/forza vengono modificati nel controller, o se il robot afferra una parte affilata e la fa oscillare. Il produttore del cobot fornisce protezioni di base (cosiddetta "base di sicurezza"), ma l'integratore o l'utente deve occuparsi di tutto il resto.

Dovrebbero essere considerati pericoli aggiuntivi relativi allo strumento del robot (è pericoloso?), all'oggetto trasportato (ha bordi taglienti, può cadere su qualcuno?) e all'ambiente di lavoro (temperatura, sostanze chimiche). Tutti questi fattori devono essere valutati e qualsiasi rischio minimizzato secondo gli standard. Anche quando si utilizza un cobot, potrebbero essere necessarie alcune protezioni aggiuntive, come schermi per radiazioni laser o caschi per operatori.

Errori di implementazione dei cobot e come evitarli

Per garantire un'implementazione di successo del cobot, vale la pena evitare insidie tipiche:

  • Non implementare un cobot solo perché è una "novità".

    • Come evitare? Definisci un problema o un'esigenza specifica che il cobot dovrebbe risolvere, e obiettivi misurabili (ad esempio, aumentare l'efficienza del X%, sollevare i lavoratori alla stazione Y, migliorare la qualità del processo Z). Assicurati che l'obiettivo sia coerente con la strategia aziendale.

  • Saltare la valutazione tecnica può risultare in una selezione impropria dell'attrezzatura o sottovalutare costi e tempi di integrazione.

    • Come evitare? Conduci uno studio di fattibilità, analizzando il processo passo dopo passo. Consulta i fornitori di cobot o gli integratori. Considera test su piccola scala o visite in showroom per verificare le ipotesi nella pratica. Calcola accuratamente il ROI, inclusi i costi di acquisto, integrazione, attrezzatura, formazione e tempi di inattività.

  • Accorciare la fase di test e messa a punto dell'applicazione.

    • Come evitare? Pianifica un programma realistico che includa test off-line, pilota sulla postazione di lavoro effettiva e avvio della produzione con buffer di tempo per la risoluzione dei problemi. Coinvolgi gli operatori nei test - il loro feedback può aiutare a individuare i problemi.

  • Mentre un cobot può lavorare da solo, richiede sempre supervisione e operazione.

    • Come evitare? Già nella fase di pianificazione, definisci il ruolo dell'operatore nella nuova stazione. Stabilisci procedure per l'arresto del robot, chi lo resetta e se l'operatore ha l'autorizzazione. Assicurati che i dipendenti siano consapevoli del loro ruolo.

  • Trascurare la sicurezza è un grave errore che può portare a incidenti o problemi con le ispezioni sulla sicurezza sul lavoro.

    • Come evitare? Tratta il cobot come qualsiasi altro dispositivo soggetto alla Direttiva Macchine e conduci una valutazione completa del rischio, implementando misure appropriate. In caso di dubbio, assumi uno specialista in sicurezza delle macchine. Ricorda che la formazione dell'equipaggio sui principi di collaborazione con i robot è anche un elemento di sicurezza.

  • Abbinamento errato del cobot al compito (selezione del modello sbagliato): Scegliere un modello più economico o disponibile che non soddisfa tutti i requisiti dell'applicazione può influire sulle prestazioni e sulla durabilità.

    • Come evitare? Seleziona il modello in base a dati affidabili: portata richiesta, carico utile (con riserva per pinza e forze durante il funzionamento) e precisione. Confronta le specifiche di marchi diversi e chiedi ai fornitori simulazioni 3D della stazione.

  • Mancanza di supporto o formazione da parte del fornitore: Uso insufficiente delle risorse di conoscenza disponibili e supporto può ostacolare l'implementazione indipendente.

    • Come evitare? Utilizza formazione e materiali ufficiali offerti dai produttori (ad esempio, UR, Fanuc, ABB, Doosan). Assicurati che il fornitore offra supporto tecnico locale. Per la prima implementazione, soprattutto senza personale esperto, considera di lavorare con un integratore per imparare le migliori pratiche.

Futuro dei cobot e prospettive del loro sviluppo

Il mercato dei cobot sta crescendo dinamicamente, e le previsioni indicano che il loro ruolo nell'industria sarà sempre più importante. Nel 2022, i cobot rappresentavano già circa il 10% di tutti i robot industriali installati in tutto il mondo, e la loro quota continua a crescere (dati della International Federation of Robotics (IFR)).

Le principali tendenze e prospettive di sviluppo sono:

  • Maggiori capacità mantenendo la sicurezza: Possiamo aspettarci cobot con carichi utili e portate più elevati, che soddisfano ancora gli standard di collaborazione umana. Il confine tra "cobot" e "robot industriale" si sfumerà, e i robot classici saranno dotati di sensori e modalità di collaborazione sicura.

  • Integrazione con intelligenza artificiale e visione artificiale: Per espandere la gamma di compiti, i cobot saranno sempre più dotati di sistemi di visione avanzati (telecamere 2D/3D) e algoritmi di IA. Una telecamera sul polso del robot che consente il riconoscimento degli oggetti e l'orientamento delle parti sta diventando standard. In futuro, grazie all'IA, i cobot saranno in grado di imparare nuove attività attraverso la dimostrazione (programmazione mediante dimostrazione con apprendimento automatico), dove un lavoratore mostra manualmente il compito e il robot genera il programma da solo. Lo sviluppo della potenza di calcolo e l'accesso al cloud (robotica cloud) permetteranno di scaricare i cobot da elettronica costosa, e i calcoli difficili saranno eseguiti nel cloud.

  • Facilità d'uso senza precedenti: I produttori mirano a semplificare ulteriormente le interfacce, introducendo controllo vocale, gesti e persino programmazione attraverso la realtà aumentata (AR). In futuro, un operatore che utilizza occhiali AR potrebbe indicare al robot i punti che dovrebbe raggiungere, e il sistema tradurrebbe automaticamente questo in un programma di movimento. Un'altra tendenza è la standardizzazione della comunicazione (ad esempio, OPC-UA Robotics) in modo che i cobot di marchi diversi si integrino più facilmente con macchine e sistemi di fabbrica (IoT).

  • Nuovi settori e applicazioni: I cobot si sposteranno oltre le fabbriche tipiche, trovando applicazioni nell'edilizia, nell'agricoltura (ad esempio, raccolta di frutta) o nell'assistenza sanitaria (assistenti infermieri, robot di riabilitazione). Il confine tra robot industriale collaborativo e robot di servizio si sfumerà. È anche possibile che vedremo più cobot mobili negli spazi pubblici che interagiranno con le persone, ad esempio, fornendo informazioni.

  • Migliore collaborazione uomo-robot: Il futuro dei cobot è una cooperazione più profonda, che va oltre la coesistenza sequenziale. Grazie a algoritmi di controllo e sensori migliorati, il robot può diventare un vero "collega" in un compito - ad esempio, avvitando insieme a un essere umano bulloni su un grande pannello, reagendo ai movimenti attuali dell'operatore. Tale cooperazione reattiva può accelerare significativamente i processi in cui precedentemente due lavoratori dovevano sincronizzarsi.

Riepilogo

I cobot sono una tecnologia che sta già cambiando il volto della produzione, e nei prossimi anni diventeranno ancora più onnipresenti e utili. Per la tua azienda, specialmente operante nella lavorazione dei metalli, i cobot possono essere un elemento chiave nell'aumentare il volume di produzione, migliorare la qualità, ridurre i costi di errori e tempi di inattività, migliorando al contempo le condizioni di lavoro e utilizzando efficientemente il personale per compiti in cui gli esseri umani sono insostituibili (creatività, supervisione della qualità).

Sebbene la cobotizzazione sia più semplice della robotizzazione tradizionale, richiede un approccio consapevole e metodico, inclusa un'analisi approfondita, pianificazione e valutazione affidabile del rischio. Iniziare con un progetto pilota di cobot in una stazione, poi espandere gradualmente l'automazione ad altre aree, può aiutare a sfruttare appieno il potenziale di questa tecnologia. Nell'era dell'Industria 4.0, digitalizzazione e intelligenza artificiale, i cobot si adattano perfettamente al concetto di fabbriche intelligenti, diventando uno dei pilastri della produzione moderna.

Bibliografia

Vedi anche

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