Implementare con successo già oggi l'automazione di domani

La tenda per ambienti di produzione a secco DryClean-CAPE® non crea solo un ambiente di produzione pulito, ma anche uno con un'umidità dell'aria molto bassa. © Fraunhofer IPA

L'apprendimento automatico rende la presa nella scatola più autonoma, più veloce e più robusta. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

L'«Analisi del Potenziale di Automazione» (APA) è ora disponibile per i processi di saldatura. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

«DesignChain» è la digitalizzazione e automazione continua dell'elaborazione degli ordini tecnici – dall'ordine al prodotto finito. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

La «Robo-Dashcam» raccoglie dati rilevanti per la sicurezza e dati personali in conformità alla protezione dei dati, mentre la cella robotica è in funzione. In questo modo, il concetto di sicurezza può essere adattato anche successivamente. © Fraunhofer IPA

Con verifiche di fattibilità virtuali, le aziende possono rapidamente e senza investimenti in materiali verificare la fattibilità di un'applicazione "prendi e metti" in una scatola. © Fraunhofer IPA

Offrire alle aziende un chiaro vantaggio competitivo e renderle pronte alle sfide legate alla produzione del futuro: Con questa promessa di prestazioni, il Fraunhofer IPA si presenta dal 27 al 30 giugno 2023 alla fiera automatica. I visitatori potranno vivere applicazioni legate alla robotica, automazione, intelligenza artificiale e tecnologie per ambienti sterili, ottenendo nuove intuizioni attraverso sessioni di esperti regolari e il formato di intervista «Interattivo Live».

Il Fraunhofer Institute for Production Technology and Automation IPA si presenta a questa edizione di automatica con undici esposizioni che mostrano come le aziende possano implementare soluzioni di automazione ai massimi livelli. L'offerta è varia: si rivolge ad aziende con applicazioni esistenti che desiderano ottimizzarle e a quelle che vogliono realizzare applicazioni completamente nuove. Per ogni fase del progetto ci sono esposizioni che consentono di affrontare con successo ciascuna di esse.

Fase 1: Valutare la fattibilità tecnica ed economica

Molte aziende desiderano automatizzare, ma temono valutazioni tecniche ed economiche errate. A questo scopo, il Fraunhofer IPA offre da anni l'«Analisi del Potenziale di Automazione» (APA). Il team di sviluppo dell'APA si reca direttamente nelle aziende, analizza lo stato attuale e determina una valutazione oggettiva di «Adattabilità all'Automazione» dei processi produttivi esaminati. L'APA è già stata utilizzata in oltre 500 clienti in tutto il mondo per vari progetti di automazione legati al montaggio. Ora è disponibile anche per i processi di saldatura. «Le aziende ottengono così una base decisionale sistematica che riduce significativamente il rischio di investimento», spiega Lorenz Halt, responsabile di gruppo presso il Fraunhofer IPA.

Finora, l'APA era legata alla competenza degli esperti del Fraunhofer IPA. Per la fiera, è disponibile anche come app presso il partner di licenza Evia. Le aziende possono così analizzare autonomamente un'applicazione che desiderano automatizzare. Oltre alle applicazioni di montaggio e saldatura, il team sta attualmente sviluppando anche un'APA per il carico delle macchine e per la logistica.

E anche al di fuori delle aree di produzione si desidera spesso più automazione. Per questo, un gruppo del Fraunhofer IPA si dedica allo sviluppo di una navigazione outdoor robusta e autonoma, adatta alle sfide di ambienti esterni tipici. Logistica intralogistica outdoor, agricoltura o silvicoltura sono esempi di ambienti potenziali. Una sfida centrale di questa navigazione sono le diverse condizioni di luce e meteorologiche, nonché le condizioni del terreno e gli ostacoli. Ad esempio, nei processi di logistica intralogistica tra capannoni, ostacoli come ponti di cavi, griglie, buche o gradini e dislivelli possono rappresentare difficoltà per i sistemi autonomi. Alla fiera, sarà presentato il prototipo del robot outdoor CURT_mini, che dimostrerà come tali difficoltà possano essere risolte attraverso hardware e software coordinati e come la logistica intralogistica possa essere implementata con successo anche in ambienti outdoor.

Il prototipo è accompagnato da un'ampia offerta di consulenza sull'uso efficace dei robot mobili autonomi (AMR) sia in ambienti interni che esterni. Il Fraunhofer IPA vanta una lunga storia di successi con il suo software di navigazione. Un esempio si trova nella produzione di un costruttore di automobili: nel 2014 sono stati impiegati per la prima volta veicoli di trasporto senza conducente (FTF) che utilizzavano il software dell'istituto. Alla fiera, sarà visibile un tale FTF con un'auto a bordo, come testimonianza e simbolo del trasferimento tecnologico di successo, che ha portato anche alla creazione di una spin-off.

Dal campo alle aree di produzione, si passa con l'esposizione «DesignChain»: affronta la richiesta attuale che l'industria debba produrre prodotti personalizzati in modo economico e in tempi sempre più brevi. Per competere nel mercato globale, si consiglia la cosiddetta «DesignChain». «Significa che l'intera gestione tecnica degli ordini, dalla richiesta al prodotto finito, è digitalizzata», spiega Jonas Krebs, co-sviluppatore dell'esposizione. I costi di preparazione alla produzione si dimezzano così. I visitatori del stand del Fraunhofer potranno configurare un prodotto personalizzato, che verrà successivamente generato come modello CAD, simulato per la produzione e pianificato per la stampa 3D.

Fase 2: Creare concetti solidi

Il trasferimento di tecnologia di successo richiede una pianificazione e una progettazione impeccabili. Se questa fase del progetto non viene eseguita correttamente, si rischia di incorrere in costi imprevisti e maggiori sforzi in seguito. Per supportare questa fase, il Fraunhofer IPA presenta una soluzione orientata alla sicurezza funzionale (Safety) e la spin-off «IntRAC» per la realizzazione di celle di montaggio con robot.

I concetti di sicurezza possono influenzare negativamente il tempo di ciclo di un'applicazione robotica. Con l'esposizione «Robo-Dashcam», questo può essere migliorato. Una telecamera raccoglie dati sensibili in modo conforme alla privacy e in modo sicuro durante il funzionamento della cella robotica. Sulla base di questi dati, il concetto di sicurezza può essere successivamente adattato per migliorare le prestazioni o il tempo di ciclo dell'applicazione. «Misuriamo le prestazioni ottimizzate del robot e possiamo ridurre le distanze di sicurezza. Mostriamo così il successo del progetto e l'efficacia della nostra Robo-Dashcam», spiega Aulon Bajrami del Fraunhofer IPA, co-sviluppatore dell'applicazione. È possibile ottenere fino al 10% in più di produttività e ridurre del 54% i tempi di valutazione del rischio.

La Robo-Dashcam fa parte di CARA, il «Computer-Aided Risk Assessment», che aiuta le aziende a creare in modo sistematico e semi-automatizzato i concetti di sicurezza e a migliorare le prestazioni. Con oltre 15 anni di attività nella normazione internazionale, tutte le sue innovazioni integrano le ultime scoperte di questi gruppi di lavoro.

Con la spin-off «intRAC» (cella di assemblaggio robotica intelligente), il Fraunhofer IPA propone una soluzione modulare di automazione, anche per piccole serie di cablaggio e montaggio di connettori. «La nostra offerta risponde alle esigenze delle piccole e medie imprese, consentendo di adattare rapidamente e flessibilmente la cella robotica a diversi prodotti. Questo permette alle aziende di produrre più varianti con un singolo sistema e di prendere decisioni di investimento più prevedibili», spiega Arik Lämmle, membro del team di fondatori. intRAC si rivolge a aziende che spesso non possiedono competenze sui robot e sono particolarmente colpite dalla carenza di manodopera qualificata e dai costi elevati. La spin-off integra oltre 15 anni di esperienza nella automazione del montaggio e nello sviluppo software per questo settore.

Fase 3: Verificare sperimentalmente o tramite simulazioni la fattibilità tecnica

Se l'idea di base è garantita e si dispone di un concetto di realizzazione, si passa alla verifica della fattibilità. Anche in questa fase, il Fraunhofer IPA presenta esposizioni esemplificative allo stand.

Una di queste è «AI Picking», il prelievo intelligente basato sull'IA. Il team di sviluppo del Fraunhofer IPA affronta le sfide tecniche che ancora ostacolano un utilizzo completo del prelievo intelligente, nonostante il grande potenziale economico. «L'uso dell'IA, o meglio del suo sottoinsieme di apprendimento automatico, rende l'applicazione autonoma, più veloce e più robusta», spiega Marius Moosmann, co-sviluppatore del progetto. L'esposizione divisa in due parti mostra come funziona concretamente: una parte con il prelievo tradizionale dimostra come riconoscere e afferrare in modo affidabile oggetti di contenitori con contenuto misto. Vengono anche riconosciute automaticamente le inceppature e il percorso di prelievo del robot viene pianificato in modo che l'inceppatura si risolva. L'altra parte mostra come riconoscere e afferrare contenitori diversi su una palette omogenea. Un robot impila i contenitori in modo appropriato.

Tra le offerte per il prelievo affidabile di oggetti quasi illimitati, ci sono anche studi di fattibilità virtuali. Le aziende possono verificare rapidamente e senza investimenti materiali la fattibilità di un'applicazione di prelievo intelligente. Ricevono informazioni sulla disposizione ottimale delle celle, l'hardware, la capacità di afferrare molte geometrie di pezzi e altre informazioni come i tempi di ciclo, la disponibilità e le operazioni all'ora. In questo modo, si ottiene un'analisi completa come base decisionale.

Oltre al prelievo da un contenitore, sempre più domande riguardanti la deposizione in un contenitore vengono rivolte agli esperti del Fraunhofer IPA. Questo processo sta diventando sempre più importante, specialmente con l'aumento del commercio online. L'esposizione «Bin Packing» dimostra come anche questo possa essere automatizzato. Tim Nickel, co-sviluppatore dell'applicazione, spiega i vantaggi: «Senza dati di addestramento preliminare sugli oggetti, il sistema robotico può afferrare e inserire in modo compatto e senza schemi di imballaggio o pre-commissio­namento forme libere, e inserirle in modo ordinato in una scatola. Questo permette di aumentare del 5% la densità di imballaggio, con una significativa riduzione dei tempi di preparazione». I visitatori possono interagire con il robot sullo stand, consegnandogli un oggetto che il robot afferrerà senza preparazione e confezionerà. Sono possibili anche studi di fattibilità in simulazioni per il Bin Packing.

Fase 4: Implementare i concetti nella produzione

Infine, il Fraunhofer offre anche ampie possibilità per la realizzazione finale di un'applicazione. Come esempio, il Fraunhofer IPA presenta tre esposizioni.

Ad esempio, il software «pitasc» affronta una delle principali difficoltà nell'automazione del montaggio, ovvero la varietà di varianti, che finora richiede elevati sforzi di programmazione. Questi costi rendono spesso poco conveniente l'uso della robotica. Qui interviene pitasc: con questo software, un compito di montaggio non deve più essere programmato punto per punto. La programmazione avviene in modo strutturato e modulare, basandosi sui dati forniti dai sensori del robot. Moduli di programma preconfezionati e riutilizzabili aiutano a realizzare più rapidamente applicazioni di montaggio complesse, anche con regolazione della forza, e consentono un adattamento efficiente a nuove varianti. «Ad esempio, la posizione del robot, le attrezzature e anche l'end-effector possono essere cambiate senza riprogrammazione», spiega Anwar Al Assadi, responsabile di gruppo presso il Fraunhofer IPA, i vantaggi della soluzione pitasc.

Un altro approccio per migliorare la pianificazione e l'esecuzione di un montaggio è rappresentato da una spin-off del Fraunhofer IPA. La startup sviluppa il software «Assemblio» Assembly Suite, basato sull'intelligenza artificiale (IA), che analizza e valuta file CAD-STEP. Ogni sistema CAD può generare questi file ricchi di informazioni. Essi forniscono alla «3D-Analysis-KI» tutte le informazioni necessarie per derivare in modo preciso le informazioni di montaggio. Una seconda componente di Assemblio è il «Assembly Composer», che legge le informazioni di montaggio estratte e le inserisce in uno strumento per la pianificazione del montaggio. Lo strumento visualizza facilmente le informazioni rilevanti per il montaggio, rendendo la pianificazione semplice e senza errori. L'assistente di montaggio basato su IA «KIM» crea automaticamente e a basso costo assistenti di montaggio per il supporto interattivo del personale. L'assistente è variabile e può essere basato su 2D o 3D. Alexander Neb, CEO della spin-off, afferma: «Le prime ricerche sugli utenti mostrano un risparmio di tempo fino al 92% quando si utilizza Assemblio». A partire da luglio di quest'anno, il software sarà disponibile commercialmente.

Un terzo esempio di applicazioni di successo è il sistema di ambienti sterili CAPE®. È un sistema di ambienti sterili flessibile, che realizza una purezza dell'aria delle classi ISO 1-9. Come le tende, il sistema CAPE® può essere montato e messo in funzione in poche ore o giorni. Negli ultimi anni, i ricercatori hanno ampliato la famiglia di prodotti CAPE®. «L'ultimo membro della famiglia è il nostro DryClean-CAPE®, che mostriamo alla automatica. Non solo crea un ambiente di produzione pulito, ma anche con umidità molto bassa, ad esempio un punto di rugiada di -50°C», spiega Frank Bürgen, responsabile di gruppo presso il Fraunhofer IPA. Nella produzione di celle di batteria industriali, il DryClean-CAPE® è già in uso, ma la tecnologia è fondamentale anche per la produzione automobilistica e l'aerospaziale.

Trasferimento tecnologico di successo: «50 anni di robotica al Fraunhofer IPA»

Molte delle esposizioni descritte sono risultati e testimonianze di un trasferimento tecnologico di successo e di sviluppi applicativi redditizi nel campo della robotica al Fraunhofer IPA. Il dipartimento di robotica e sistemi di assistenza vanta una storia di successo di oltre 50 anni in questo ambito. E questa ricorrenza sarà celebrata: dal 26 al 29 settembre 2023 ci sarà una settimana di festeggiamenti. Il tema sarà #whatsnextrobotics – perché, anche se è importante guardare al passato e celebrare i traguardi raggiunti, guardare al futuro è molto più determinante, per mostrare come il Fraunhofer IPA stia già oggi modellando e preparando la robotica di domani per la pratica.

Durante la settimana di festeggiamenti ci saranno vari appuntamenti a cui sono invitati tutti gli interessati:

– 26 e 27 settembre 2023: Simposio Internazionale sulla Robotica (ISR)
– 27 settembre 2023: Forum Tecnologico sui Sistemi di Trasporto senza Conducente e robot mobili
– 28 settembre 2023: Giornata delle Applicazioni – eventi specifici per il pubblico su collaborazione uomo-robot, cobot di saldatura in applicazione, sistemi di assistenza robotici per l'assistenza, seminario sulle tecnologie di robotica nei magazzini, scambio di esperienze sull'analisi del potenziale di automazione
– 29 settembre 2023: Visite guidate pubbliche ai campi di prova, seguite dalla «Lunga Notte della Robotica» a partire dalle 17:00

Tutte le informazioni sulla celebrazione dei 50 anni sono disponibili su: ipa.fraunhofer.de/50y_it

Anche alla automatica il team del Fraunhofer IPA sarà disponibile per tutte le domande relative alle celebrazioni.

E a proposito: già all'inizio dell'anno, ricercatrici e ricercatori del dipartimento di robotica e sistemi di assistenza del Fraunhofer IPA hanno svelato un segreto. Hanno scoperto cosa combinano i robot di notte: https://youtu.be/a8ymTUOJuZc

Ulteriori informazioni

Sessioni con esperti:
Dal martedì al giovedì (27-29 giugno 2023), il Fraunhofer IPA offre sessioni con esperti, visite guidate tematiche al stand. Tutti gli interessati possono iscriversi in anticipo o semplicemente presentarsi spontaneamente. La pianificazione prevista (valida per tutti e tre i giorni) si trova al link di registrazione: https://s.fhg.de/3hG

Interattivo Live:
Due volte al giorno, dal 27 al 29 giugno 2023, presso lo stand si terrà un'intervista dal vivo con un'esperta o un esperto, trasmessa anche su LinkedIn. Le conversazioni con rappresentanti di aziende e clienti ruoteranno attorno al successo del trasferimento tecnologico con il Fraunhofer. La pianificazione prevista (valida per tutti e tre i giorni): dalle 10:30 alle 11:00 e dalle 14:00 alle 14:30.