La nuova sfida del mondo industriale per rendersi competitivi è innovare investendo nelle tecnologie. Questo è il tema centrale del Contest Premio Innovazione 4.0 della Fiera A&T – Automation & Testing , nel corso del quale sono state scelte le migliori esperienze applicative, per introdurre il modello Industria 4.0, sviluppate con strumenti e tecnologie innovative.

Il riconoscimento a queste realtà viene dato nel corso della premiazione all’Oval Lingotto di Torino il 15 febbraio 2019 all’interno dei Grandi eventi di A&T.

Una delle migliori soluzioni selezionate dal Comitato Scientifico e Industriale  A&T è HPS4MAN. Il progetto, classificato al secondo posto, è nato dall’esigenza di unire in un’unica soluzione aspetti di ergonomia, robotica collaborativa, qualità della produzione mediante il controllo di processo.

La postazione, in fase sperimentale, è stata inserito nell’area produzione di BNP Srl.

L’azienda

BNP srl è una PMI incentrata sulla fornitura di soluzioni ergonomiche per le aziende manifatturiere. L’elemento chiave in BNP è il benessere degli operatori, attraverso la progettazione e realizzazione di prodotti che favoriscano il miglioramento delle loro condizioni di lavoro.

Una famiglia di prodotti realizzati da BNP è quella delle postazioni di lavoro adattive che regolano alcuni parametri ergonomici in base alle caratteristiche degli operatori.

Una seconda famiglia di prodotti realizzati da BNP riguarda i “bracci di reazione” (Fig. 1): questi prodotti sono utilizzati da tutte le aziende che hanno attività di assemblaggio manuale nelle quali l’operatore utilizza avvitatori che producono una coppia durante il serraggio; il braccio di reazione serve ad evitare che l’effetto della coppia si scarichi sul polso, braccio, spalla dell’operatore dando origine ad un infortunio o ad una malattia professionale.

Le problematiche

Tra i bracci di reazione più utilizzati vi sono i bracci telescopici, composti da tre tubi di carbonio di diametri differenti tra loro “uniti” da boccole di scorrimento in alluminio.

Il problema principale è dato dall’attrito nello scorrimento dei tubi in carbonio con le boccole in alluminio e ciò dipende dalla precisione degli accoppiamenti tra boccole e tubi che determinano la scorrevolezza degli stessi. Ad oggi tale attività è prettamente manuale ma la precisione dell’uomo non è sufficiente a garantire una precisione tale da evitare rilavorazioni successive del pezzo.

Un secondo problema è dato dalla difficoltà di avere una tracciabilità totale del prodotto che al momento si realizza attraverso l’assemblaggio di due sottogruppi che vengono fatti in due stabilimenti differenti dell’azienda ed in momenti differenti.

Il primo sottogruppo riguarda l’incollaggio di boccole e tubi, il secondo sottogruppo riguarda l’incollaggio e fissaggio dei terminali.

Fig.1 Braccio di reazione in fibra di carbonio – BNP Srl

Il progetto

Il progetto sperimentale denominato HPS4MAN è nato dall’esigenza di unire in un’unica soluzione aspetti di ergonomia, robotica collaborativa, qualità e controllo di processo.

Tale progetto si è configurato nella realizzazione di una doppia postazione di lavoro adattiva (Fig.2) dedicata all’attività di assemblaggio del sottogruppo di incollaggio dei tubi di carbonio con boccole di alluminio, attività fino ad ora solo manuale e soggetta a elevata complessità e soggettività.

Il progetto HPS4MAN è stato realizzato da BNP srl, assieme a Sogea srl, Milper sas e Damo srl, col supporto del centro HIT dell’Università degli Studi di Padova e con il contributo della Regione del Veneto attraverso lo strumento POR FESR. La postazione sperimentale è stata testata presso la produzione di BNP stessa, al fine di poter verificare il raggiungimento degli obiettivi che le aziende si erano prefissate.

Fig. 2 – Postazione sperimentale nell’Area Produzione BNP

La soluzione

La postazione (Fig. 2) riconosce l’operatore attraverso lettura badge e configura i seguenti parametri in base alle caratteristiche dell’operatore:

  • altezza piano di lavoro
  • intensità luce
  • lingua HMI

Sempre attraverso lettura barcode, il software SMM , connesso all’ERP, recupera gli ordini di lavorazione, andando a settare i cicli di lavorazione che coinvolgono un robot collaborativo.

Il robot collaborativo LBR iiwa di Kuka Robotics recupera una boccola da un apposito pallet, ne verifica la dimensione, la posiziona davanti all’operatore (ad altezza ergonomica Fig. 3) ed inizia una rotazione che facilita l’operatore nell’attività di spalmatura colla.

 Robot collaborativo

Fig. 3 – Robot collaborativo di Kuka Robotics

Quando l’operatore ha finito di spalmare la colla, dà l’ok al robot per continuare il ciclo attraverso un contatto su uno dei suoi assi.

Il robot pone la boccola nel tubo, posizionato precedentemente in un apposito posaggio (Fig 4), effettuando un inserimento preceduto da tastatura necessaria per identificare il centro perfetto del tubo (attività non fattibile dall’operatore). L’inserimento avviene attraverso rotazione della boccola per permettere una miglior distribuzione della colla.

Sistema di posaggio

Fig. 4 – Sistema di posaggio

Il completamento dell’inserimento viene effettuato dall’operatore che verifica che la boccola arrivi “a livello”: in questo modo si ottiene un prodotto di elevata qualità.

I vantaggi

La postazione, attraverso l’utilizzo di device (smartwatch) e di un algoritmo appositamente sviluppato, monitora il livello di stanchezza dell’operatore, inviando segnali al robot che modifica la propria velocità, aiutando l’operatore a recuperare le energie.

La postazione è doppia e permette il monitoraggio contemporaneo di due operatori: in tal modo il robot collaborativo può aiutare l’operatore più stanco.

L’architettura software della soluzione prevede una postazione “manager”, installata su server che permette il monitoraggio da remoto dell’avanzamento della produzione nonché il monitoraggio di eventuali anomalie su tutte le postazioni connesse attraverso un proprio IP. Il monitoraggio, in real-time, avviene sia su queste postazioni che su quella presente nel secondo stabilimento.

Su ogni postazione è installata una licenza “operatore” che ha lo scopo di guidare l’operatore passo-passo in tutte le operazioni da eseguire, nonché di gestire la tracciabilità dei processi. Dalle postazioni vengono segnalati via mail eventuali alert al responsabile di produzione che può intervenire anche da remoto per verificare eventuali problemi.

Caratteristica dell’isola è quella di poter gestire le collisioni robot e i permessi di riavvio attraverso il software presente sull’isola, lo stesso che guida l’operatore nelle operazioni di assemblaggio, evitando di utilizzare il teach pendant del robot, difficilmente utilizzabile da un operatore che non ha competenze in programmazione robot.

Il software presente sulle postazioni legge il codice kanban dei componenti da assemblare (barcode reader), fa partire un ordine fornitori dall’ERP, procede con la registrazione lotti e con il collegamento alla bolla di lavorazione. Al termine della lavorazione procede nuovamente con il riordino a kanban dei componenti utilizzati; in questo modo tutta la produzione è sempre sotto controllo e non si corre il rischio di avere componenti mancanti per una lavorazione successiva.

Tutti gli ordini evasi vengono comunicati al software che inoltra i dati all’ERP permettendo un collegamento tra questi gruppi assemblati e le attività che saranno poi fatte nel secondo stabilimento per il secondo sottogruppo, garantendo efficienza di produzione.

Il sistema monitora i tempi di ogni fase di lavorazione e permette un’elaborazione di statistiche ed ogni postazione è dotata di proprio IP, permettendo ai fornitori di connettersi per fare assistenza sulle stesse.

Replicabilità dei risultati

La soluzione realizzata potrà essere applicata ai seguenti contesti, divisi per problematica da affrontare:

  • Attività manuali altamente ripetitive e stressanti
    Il sistema permette di monitorare la stanchezza dell’operatore al fine di adattarsi alle sue esigenze per garantire una costanza di produzione ed evitare insorgere di patologie sugli operatori. La presenza di robot che possono effettuare alcune di tali attività, migliora inoltra la qualità del prodotto.
  • Tracciabilità
    Il sistema permette la tracciabilità delle attività effettuate in momenti differenti ed in luoghi differenti. La tracciabilità può essere per serial number o per batch number, a seconda della tipologia di produzione. Il sistema permette inoltre lo stampaggio di etichette al termine del processo: alle etichette sono collegate tutte le informazioni inerenti al ciclo.
  • Monitoraggio
    Il sistema permette il monitoraggio anche da remoto, nonché una gestione delle statistiche su ogni sotto fase (tempi lavorazioni, scarti, tempi setup). In questo modo il responsabile di produzione può avere il controllo in ogni momento di ciò che sta avvenendo, collegandosi ad esempio con il proprio smartphone o tablet.
  • Gestione fornitori
    Il sistema permette il riordino automatico dei componenti ai propri fornitori, garantendo quindi continuità nella produzione
  • Gestione attività in sottogruppi
    Il sistema permette la gestione di attività per sottogruppi, realizzati anche in postazioni differenti ed in momenti differenti. Attraverso la postazione manager sarà possibile avere la gestione del processo totale e delle statistiche totali della produzione.

Se sei interessato ad approfondire questo progetto o a nuovi progetti simili contattaci tramite il form del sito BNP.

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Pubblicato da Carlo Pettenon

General Manager in BNP Srl - Azienda che progetta e realizza soluzioni e componenti ergonomiche avanzate per l'industria manifatturiera.

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