Bando a Cascata – Ecosistema VITALITY SPOKE 1 – Università degli Studi dell’Aquila
CUP E13C22001060006
CDB002467
Un impianto pilota per l’automazione intelligente
Al giorno d’oggi la necessità di garantire standard di efficienza e qualità sempre più elevati, in un’ottica di miglioramento continuo, muove le aziende verso la costante ricerca di soluzioni tecnologiche all’avanguardia, con investimenti in automazioni e sistemi AI based fortemente evoluti.
È questo il caso di Tecnomec Sud che, in qualità di capofila, e grazie alla partnership strategica con LGA Automation, ha ideato e realizzato un sistema avanzato per l’asservimento dei propri macchinari. Tale progetto nasce nell’ambito dell’Ecosistema VITALITY SPOKE 1 promosso da NextGenerationEU con la denominazione “Sistema flessibile di Smart Dual Bi-Picking”.
Il progetto, fin dall’inizio particolarmente ambizioso, mira a raggiungere alcuni obiettivi cruciali per Tecnomec Sud: incremento dell’efficienza produttiva, miglioramento dello standard qualitativo e dell’affidabilità di processi ed impianti, eliminazione di operazioni ripetitive e potenzialmente gravose per il personale.
A questo scopo Tecnomec Sud ha selezionato un impianto “pilota” tra quelli in funzione nel proprio reparto di Lastratura e, fondendo il proprio know-how tecnologico con l’esperienza di LGA Automation, ha trasformato le proprie esigenze in realtà. Il risultato è il connubio vincente tra robotica tradizionale, sistemi di visione 3D, Intelligenza Artificiale ed attrezzature customizzate realizzate ad hoc.
Obiettivi del Progetto
Il progetto “Sistema flessibile di Smart Dual Bi-Picking” rappresenta l’essenza ultima di una ricerca continua di miglioramento che Tecnomec Sud attua fin dal suo primo giorno di vita, e che riassume la grande esperienza maturata in un settore altamente competitivo e sfidante come l’Automotive.
Nel complesso tessuto produttivo aziendale l’esigenza costante è quella di individuare soluzioni sempre più all’avanguardia capaci di migliorare i processi produttivi, non solo in termini di ripetibilità efficienza e qualità, ma anche in flessibilità ed ergonomia.
Per questa ragione il progetto pilota, eseguito su un impianto semi-automatico di saldatura, rappresenta a tutti gli effetti un “test” mirato a determinare una soluzione efficace per superare uno dei più comuni ostacoli della produzione industriale moderna, ovvero la movimentazione di parti. Infatti geometrie, dimensioni e masse di pezzi completamente differenti impongono spesso la realizzazione di attrezzature dedicate e scarsamente flessibili, con necessità di investimenti elevati e talvolta non sostenibili.
Al contrario, il sistema realizzato può essere implementato su diverse tipologie di impianto e per una grande varietà di particolari diversi, grazie alla flessibilità ed alla velocità di analisi del potente sistema di visione ed alla modularità dei componenti. Questo vantaggio garantisce a Tecnomec Sud la capacità di mantenere un’elevata competitività nel proprio mercato di riferimento e di elevatissimi standard qualitativi e di processo.
Miglioramento dell’efficienza produttiva complessiva
attraverso l’ottimizzazione del tempo ciclo (eliminazione di attese/ritardi causati dall’asservimento manuale dell’impianto) ed il recupero di disponibilità durante le pause produttive del personale
Miglioramento dell’ergonomia della postazione
Miglioramento della precisione/qualità del processo
in quanto l’asservimento automatico dei pezzi da processare elimina la variabilità generata dall’errore umano, con conseguenti impatti sull’efficienza del processo e sulla qualità del prodotto finale
Individuazione di soluzioni impiantistiche flessibili e facilmente integrabili
che sia possibile adattare per il riconoscimento e la movimentazione di un gran numero di particolari e/o su impianti esistenti aventi caratteristiche simili
I moduli funzionali del sistema
La struttura del sistema di “Smart Dual Bi-Picking” è stata pensata e realizzata per garantire massima flessibilità di impiego e massima adattabilità ad ogni tipologia di impianto. Lo studio di fattibilità condotto da Tecnomec Sud ha permesso di identificare tre principali limitazioni alla realizzazione di un sistema di Bin Picking: il riconoscimento intelligente dei particolari nel contenitore, la capacità di prelevarli in modo efficace e la precisione di posizionamento nella sede assegnata.
Ciascuna di queste problematiche è stata efficacemente affrontata grazie alla progettazione di specifici moduli funzionali, interconnessi mediante Ethernet IP e Profinet, e perfettamente integrati tra loro in un software appositamente sviluppato dal partner LGA Automation.
L’interfaccia di controllo HMI – Human Machine Interface -, con cui è possibile gestire i moduli dell’impianto in modo semplice ed intuitivo, rappresenta poi il cuore pulsante della macchina, garantendo affidabilità, sicurezza e flessibilità in ogni condizione di lavoro.
L’INNOVATIVO SISTEMA DI VISIONE 3D “A.I. BASED”
La scelta del sistema di visione è l’aspetto più importante del progetto: il suo scopo, infatti, è quello di rilevare il particolare processato all’interno di un cassone (nel quale i pezzi sono disposti in modo randomico), e comunicare con gli altri moduli del sistema per consentirne il prelievo. Per questa ragione è stato scelto un sistema di tipo “guida robot 3D”, che grazie all’Intelligenza Artificiale consente di confrontare in tempo reale le immagini 3D acquisite dalle telecamere con le matematiche dei pezzi, e quindi “guidare” il robot nella fase di prelievo. Grazie alle logiche snelle, tale soluzione garantisce massima affidabilità e precisione, il tutto con una rapidità senza pari.
analizzare in tempo reale la disposizione casuale dei componenti nel contenitore
identificarne posizione e orientamento
fornire al robot dati precisi per il prelievo (bin picking)
Il sistema in sviluppo
LA PIATTAFORMA OSCILLANTE
Supporto dinamico per ottimizzare il processo di prelievo
Al problema della disposizione casuale dei pezzi nel contenitore il team di sviluppo ha dato un’ulteriore soluzione: la realizzazione di una piattaforma oscillante dedicata, azionata pneumaticamente e in grado di sollevare, inclinare e scuotere il cassone per facilitare il prelievo dei pezzi anche quando sono stoccati in posizioni scomode o sul fondo (riempimento irregolare o parziale).
Questa tecnologia, integrata con algoritmi di Intelligenza Artificiale, è pensata per semplificare il lavoro del sistema di visione 3D e ottimizzare il prelievo dei pezzi da parte del robot. L’obiettivo è quello di massimizzare l’operatività del sistema limitando fermate impreviste e garantendo massima ripetibilità nell’operazione di prelievo.
PICK AND PLACE: SINONIMO DI RAPIDITA’ E PRECISIONE
Prelievo robotizzato e posizionamento perfettamente ripetibile
L’ultimo modulo sviluppato nell’ambito del progetto è il sistema di pick and place, ovvero tutti quei dispositivi che, guidati dal sistema di visione, realizzano il prelievo ed il posizionamento dei particolari nella sede assegnata. L’obiettivo di garantire la massima velocità di esecuzione e la migliore precisione possibile – limitando al minimo i tempi di attesa della saldatrice – ha condotto il team di sviluppo alla scelta di un robot antropomorfo a 7 assi, gestito dal PLC del sistema e guidato dal sistema di visione 3D.
Il gripper, invece, è progettato e dimensionato in funzione dei vincoli strutturali della saldatrice ed è dotato di un meccanismo di riconoscimento di tipo RFID per la corretta associazione con il programma di lavoro. Il meccanismo di prelievo, valutato in ottica di massima intercambiabilità e condizioni di impiego, è di tipo a vuoto con ventosa, un sistema collaudato ed estremamente efficace per tale applicazione.
RISULTATI ATTESI
Efficienza, precisione e automazione
Una volta completata e installata nel Plant, la soluzione permetterà di ottenere
Riduzione dell’intervento manuale
Maggiore continuità operativa
Qualità costante nel posizionamento dei pezzi
Incremento della produttività dell’impianto
Ottimizzazione del flusso verso l’attrezzatura di saldatura
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