Intervista al Dr. Thomas Cord, Lenze Automation
Perché la cinematica dei robot sta diventando sempre più importante nell’industria meccanica e come Lenze ne ha semplificato l’impiego nel settore
La ricerca di mercato condotta da Quest TechnoMarketing sull'impiego dei robot nell’industria meccanica tedesca fino al 2018 ha potuto contare sull'adesione di numerosi produttori del settore dell’automazione e della robotica. Tra questi trovavamo la Lenze di Aerzen. Thomas Quest parlava con il Dr. Thomas Cord, Direttore generale della Lenze Automation, dei trend relativi all'impiego dei robot.
Il Dr. Cord diventava direttore generale di Loesch Verpackungstechnik GmbH nel 2017. Il Dr. Cord moriva nell'ottobre 2019.
Dr. Cord, riguardo all'impiego dei robot fino al 2018, si delineano due gruppi di costruttori nel settore dell’industria meccanica.
Da un lato il gruppo di coloro che già impiegano i robot, che include al momento quasi la metà dei costruttori di macchine e che, entro il 2018, crescerà fino a raggiungere il 51%. Questi costruttori vogliono aumentare progressivamente il numero di macchine robotizzate del 46%. L'impiego di robot nell’industria di settore ha quindi soddisfatto le aspettative.
Tuttavia, al contempo, il numero dei nuovi utilizzatori di robot aumenta solo dell'8% e con ritardo.
Il confronto indica due gruppi delle stesse dimensioni. Una metà dei costruttori del settore è composta da utenti soddisfatti dall'impiego dei robot, mentre l'altra metà non prevede di utilizzare i robot nemmeno entro il 2018. Crede che questi ultimi pensino che i robot siano applicazioni complesse e ingombranti inadatte alle loro macchine?
"... accanto alle tipologie classiche di robot, ci sono numerose robot cinematiche"
Quando per Lenze si è trattato di continuare a sviluppare l'applicazione software Toolbox FAST finalizzata all'impiego di robot, abbiamo riflettuto a lungo su quale sia la corretta definizione di robot.
Siamo arrivati alla conclusione che accanto alle tipologie classiche di robot ci sono numerose robot cinematiche progettate per eseguire un determinato compito e che sono divenute un elemento strutturale dell’industria meccanica.
Per questo motivo definiamo i robot come funzioni cinematiche concatenate in serie o in parallelo a più assi di movimento finalizzate a eseguire movimenti complessi nell'area di lavoro. Inteso in questo modo, un robot rappresenta l'unità funzionale più flessibile e modularizzata di una macchina.
Come ha confermato l'intervista a Uhlmann Pac Systeme, la flessibilità nell’ambito delle macchine modulari è divenuta determinante per i costruttori dell’industria meccanica.
Cosa significa flessibilità in rapporto all'impiego di robot?
La tendenza a produrre lotti di dimensioni sempre minori porta a funzioni robot cinematiche specifiche.
Il robot standard conserverà sempre il suo ambito d'impiego, p.es. per accatastare casse di birra su europallet, ossia, laddove c'è sufficiente spazio e relativamente tempo a disposizione.
Tuttavia, già smistando praline nei vassoi o disponendo ampolle nei blister, come accade p.es. da Uhlmann, la velocità, e soprattutto la movimentazione dei formati più diversi, ha un ruolo di massima importanza. La personalizzazione dei prodotti porta inevitabilmente ad aumentare la flessibilità di una macchina fino alla dimensione di lotto 1. D'altra parte, questo richiede che i rispettivi moduli della macchina siano flessibili.
Nel caso del robot, il cambio fisso di formato per lotti di piccole dimensioni richiede funzioni di movimento specifiche. Solo adattando tali funzioni cinematiche al rispettivo compito è possibile intensificare i ritmi della produzione.
I costruttori di macchine si trovano ad affrontare il compito di standardizzare la meccanica delle loro macchine avanti e avanti. Lo scopo è dotare tutte le applicazioni di un numero di moduli facili da gestire. Anche i produttori di pinze robotiche hanno intrapreso questa strada e offrono un kit di unità standardizzate disponibili a catalogo.
In qualità di produttori di soluzioni per l'automazione, apparteniamo all’industria meccanica e abbiamo dovuto imparare a standardizzare il nostro portafoglio e coprire una maggiore varietà di applicazioni con i nostri sistemi meccatronici. La Lenze Smart Motor è un buon esempio di come può essere conquistato un vasto ambito di applicazione con un numero ridotto di varianti hardware.
Anche il robot conoscerà questo sviluppo sulla macchina. Il costruttore di macchine che non può o non vuole impiegare robot di terzi, svilupperà funzioni cinematiche robotizzate per eseguire le proprie applicazioni nelle macchine. I requisiti di flessibilità e velocità, apparentemente contrastanti, potranno quindi essere soddisfatti parallelamente.
Adattando l'unità cinematica robotizzata alla fase di movimentazione, sarà possibile lavorare in modo più flessibile anche i prodotti più specifici. È possibile adattare l'ambito di impiego del robot sulla base delle condizioni specifiche del costruttore e tutto questo, con un ingombro ridotto. I robot sono strettamente integrati nel design della macchina, il robot non è più un corpo estraneo.
Unità di controllo Lenze offrono oltre Logic e Motion Control anche un controller del robot
Alcuni dei nostri clienti hanno già sviluppato robot specifici dalle elevate prestazioni e a svolgimento di vari compiti, p.es. robot a braccio snodato, a portale o delta. Tuttavia, l'introduzione su vasta scala delle soluzioni robotizzate spesso fallisce a causa della lunga e complessa programmazione. Però questo non è obbligatorio.
Per comandare le funzioni cinematiche abbiamo ampliato il nostro software applicativo Toolbox FAST con una gamma completa di soluzioni robotizzate con un nucleo completamente robotizzato. Questo software offre al cliente della macchina tutto il necessario per implementare una tecnologia movimentazione veloce e flessibile.
Il nucleo robotizzato separa ponderatamente il modello cinematico dalla traiettoria del movimento. In questo modo l'utilizzatore può prestabilire la traiettoria in forma di coordinate cartesiane nell'area di lavoro e descrivere separatamente i parametri meccanici dell'unità cinematica del robot. Così è possibile progettare i robot in modo molto semplice, senza possedere alcun know-how di robotica.
Può fornirci degli esempi di applicazione in merito?
Come è stata resa flessibile una soluzione specifica per le macchine per la lavorazione del legno grazie a FAST
Per l’austriaca Schelling Anlagenbau, la raccolta di pannelli di legno si è svolta in un centro di taglio per l’industria del mobile mediante assi a portale comandati singolarmente. Questa applicazione è stata la soluzione proposta dall'azienda.
Tuttavia, per la realizzazione delle cucine secondo le indicazioni specifiche dell'acquirente la fabbricazione in serie o la lavorazione a batch non sono più adatti. Ogni parte deve essere lavorata singolarmente e prodotta in modo completamente automatico. Per ogni pezzo lavorato è necessario calcolare nuove corse e, inoltre, devono essere identificate le possibili collisioni. In particolare, i pannelli lunghi devono essere manovrati lentamente e con cautela da robot a portale sul perimetro delle superfici di contatto. Considerando l’onerosità dell’operazione, una programmazione manuale non è più possibile.
Il nostro modulo FAST "Pick & Place" consente di adempiere a questo compito senza una programmazione laboriosa. Soltanto gli parametri dell'applicazione e le coordinate dei punti di inizio e fine del percorso del robot devono essere specificati.
In tal modo l'applicazione si è sviluppata ulteriormente come produzione singola con caratteristiche seriali, consentendoci di realizzare così modifiche volte a migliorare il livello dell’automazione, senza per questo compromettere la prestazione complessiva offerta dal produttore della macchina e dalla sua automazione.
Anzi! FAST, in quanto toolkit, non sminuisce la competenza tecnica del costruttore di macchine, ma la amplia, perché amplia il campo delle soluzioni specifiche di impiego offerte.
FAST rende flessibili le macchine per la lavorazione degli alimenti
Vi porto ancora un esempio preso in prestito dal settore dolciario. Anche questo rappresenta un esempio eccellente di soluzione applicativa specifica da parte di un costruttore di macchine.
Un robot solleva una pralina con una pinza a due dita, accelera e la ripone su un vassoio. Nel corso del tempo il numero delle varianti del prodotto è aumentato mentre, al contempo, la dimensione delle confezioni è diminuita. Di conseguenza la pinza ha dovuto accelerare sempre più, fino a quando si è verificato il caso in cui le praline, durante l'accelerazione, sono cadute dalla pinza.
Che fare? Limitare l'accelerazione o ruotare la pinza di 90° in direzione dell'accelerazione? La seconda opzione era la migliore, ma era necessaria una programmazione manuale troppo dispendiosa.
Anche in questo caso FAST ha fornito una soluzione di livello elevato dal punto di vista tecnologico e, al contempo, ha ridotto per questa soluzione lo "sforzo" ingegneristico. La rotazione di 90° della pinza rispetto alla traiettoria di movimento richiede adesso solo diventare parametrizzata.
Naturalmente questo funziona in modo ottimale nel caso in cui venga impiegato un sistema complessivo integrato Lenze con comando, inverter, motori e trasmissioni. Il criterio essenziale per scegliere il sistema è rappresentato dalle funzionalità del software.
Concetti di macchina flessibili per lotti di piccole dimensioni è una questione che riguarda anche altri settori.
Gli esempi qui riportati sono rilevanti anche per altri settori. Al centro dello sviluppo futuro troviamo, come già menzionato, una flessibilizzazione sempre maggiore fino alla dimensione di lotto 1.
Il settore delle macchine per materie plastiche sfrutta già i vantaggi offerti dalla robotica per introdurre e far avanzare i pezzi. I produttori di macchine di questo settore offrono già robot personalizzati di elevato livello con funzioni cinematiche per applicazioni specifiche. Tali funzioni sono state ottimizzate al fine di movimentare varie quantità in modo rapido e con frequenti cambi di formato.
La molteplicità dei pezzi da lavorare fino a una dimensione di lotto 1 aumenterà in quasi tutti i settori. In questo modo, grazie alla loro flessibilità, verranno impiegati sempre più robot, oltre che nei settori citati, ad es. anche nel settore dei dispositivi di montaggio, della lavorazione delle lamiere o dell'industria del vetro. Quali saranno le funzioni cinematiche specifiche di cui avranno bisogno i costruttori di macchine, lo potranno valutare loro stessi, senza dover inventare di nuovo la ruota e senza dover programmare da sé funzioni cinematiche specifiche.
Lenze si impegna a focalizzarsi sempre più su applicazioni specifiche per l’industria meccanica, per rendere più semplice l'ingegneristica dei propri clienti. Oggi si tratta soprattutto di offrire sul mercato una macchina veloce ed efficiente e, in particolare, di una complessità tecnica sempre maggiore. E Lenze è riuscito a realizzare tutto questo grazie alle sue soluzioni.
Grazie dell'intervista Dr. Cord.
