Postazione d’incollaggio sperimentale ad alta adattività

Il progetto sperimentale HPS4MAN, premiato durante la scorsa edizione di A&T, nasce dall’esigenza di combinare in un’unica soluzione aspetti di ergonomia, robotica collaborativa, qualità e controllo di processo. Insieme ad altri partner, l’azienda veneta BNP ha sviluppato e testato, presso il suo sito produttivo, una doppia postazione di lavoro adattiva per l’assemblaggio del sottogruppo di incollaggio dei tubi di carbonio con boccole di alluminio, finora svolta solo manualmente e soggetta a elevata complessità e soggettività.

di Carlo Pettenon

BNP srl, con sede a Cittadella (PD), 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” (Figura 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 a evitare che l’effetto della coppia si scarichi sul polso, sul braccio o sulla spalla dell’operatore, dando origine a un infortunio o a una malattia professionale.

Le problematiche principali
Tra i bracci di reazione più utilizzati vi sono i bracci telescopici, composti da 3 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 un’accuratezza 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 realizzati in due stabilimenti differenti dell’azienda e in momenti diversi.
Il primo sottogruppo riguarda l’incollaggio di boccole e tubi; il secondo riguarda l’incollaggio e il fissaggio dei terminali.

Ergonomia, robotica collaborativa, qualità e controllo di processo
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 (Figura 2) dedicata all’attività di assemblaggio del sottogruppo di incollaggio dei tubi di carbonio con boccole di alluminio, finora svolta solo manualmente e soggetta a elevata complessità e soggettività.
Il progetto è stato realizzato da BNP srl, insieme a Sogea srl, Milper sas e Damo srl, con il supporto dell’Università degli Studi di Padova attraverso il suo centro HIT. 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.

La soluzione sviluppata dai partner del progetto
La postazione riconosce l’operatore attraverso la lettura di un badge e configura alcuni parametri in base alle caratteristiche dell’operatore: altezza del piano di lavoro, intensità della luce e lingua del pannello HMI. Sempre attraverso la lettura di un barcode, il software, connesso all’ERP, recupera gli ordini di lavorazione, andando a settare i cicli di lavorazione che coinvolgono un robot collaborativo.
Il robot recupera una boccola da un apposito pallet, ne verifica la dimensione, la posiziona davanti all’operatore (ad altezza ergonomica, Figura 3) e inizia una rotazione che agevola l’operatore nell’attività di spalmatura della colla.
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 (Figura 4), effettuando un inserimento preceduto da un’operazione di tastatura, necessaria per identificare il centro perfetto del tubo (attività non eseguibile dall’operatore). L’inserimento avviene attraverso rotazione della boccola per permettere una migliore distribuzione della colla. Il completamento dell’inserimento viene effettuato dall’operatore, il quale verifica che la boccola arrivi “a livello”. In questo modo si ottiene un prodotto di elevata qualità.

I vantaggi: le attività sono tutte monitorabili
Attraverso l’utilizzo di device (smartwatch, in particolare) e di un algoritmo appositamente sviluppato, la postazione monitora il livello di stanchezza dell’operatore, inviando segnali al robot che modifica la propria velocità, aiutando così l’operatore a recuperare le energie.
La postazione è doppia e permette il monitoraggio contemporaneo di due operatori: in tal modo il robot può aiutare l’operatore più stanco.
L’architettura software della soluzione prevede una postazione “manager”, installata su un 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 stesso passo-passo in tutte le attività da eseguire, nonché di gestire la tracciabilità dei processi.
Dalle postazioni vengono segnalati via mail eventuali alert al responsabile di produzione, il quale può intervenire anche da remoto per verificare eventuali problemi.

Il software di gestione dell’isola
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. Ogni postazione è dotata di un proprio IP, permettendo ai fornitori di connettersi per fare assistenza sulle postazioni stesse.

Replicabilità dei risultati
La soluzione realizzata potrà essere applicata ad alcuni determinati 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 l’insorgere di patologie sugli operatori. La presenza di robot che possono effettuare alcune di tali attività migliora, inoltre, la qualità del prodotto.
Tracciabilità. Il sistema permette la tracciabilità delle attività effettuate in momenti differenti e 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 delle 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 e in momenti differenti. Attraverso la postazione manager sarà possibile avere la gestione del processo totale e delle statistiche totali della produzione. n

(Carlo Pettenon è il CEO di BNP srl)