Automazione a passo svelto

Due macchine automatiche, realizzate da Atom MB, eseguono le operazioni di cardatura e incollaggio sulle scarpe di un noto produttore globale di calzature di alta gamma. Di fronte a queste, due robot a sei assi di Mitsubishi Electric si fanno carico dell’asservimento, in totale autonomia e senza barriere fisiche, grazie alle sofisticate opzioni di sicurezza. La cella modulare, già al lavoro presso il cliente, coniuga modularità e flessibilità con la capacità di processare 750 paia di scarpe al giorno.

di Fabrizio Dalle Nogare

Sgravare l’operatore da compiti ripetitivi e a bassissimo valore aggiunto, riducendo il rischio di errore e incrementando ripetibilità ed efficienza del processo produttivo. Questa frase, che racchiude forse l’essenza stessa dell’automazione di processo, rischia talvolta di essere un refrain privo di applicazione concreta. Tra il dire e il fare, infatti, ci sono competenze sedimentate nel corso del tempo, spirito innovativo, applicazione costante, capacità di scegliere i giusti partner, sperimentazione. Requisiti non certo alla portata di tutti. L’ingegner Sergio Dulio, Chief Innovation Officer di Atom e grande esperto di tecnologia per il settore calzaturiero, ha seguito sin dall’inizio il progetto, ad alto tasso di innovazione, che ci racconta nel quartier generale di Vigevano. “La cella automatizzata RAMS (Robot Assisted Manufacturing System) nasce dalla collaborazione avviata, ormai più di due anni fa, tra AtomLab e un noto produttore tedesco di calzature di alta gamma. Siamo partiti, insieme al cliente, dall’individuazione delle attività a basso valore aggiunto nel contesto della cella, che sono fondamentalmente quelle di asservimento alle macchine, e abbiamo pensato di affidare ai robot queste operazioni. Le due macchine di lavorazione rimangono l’elemento centrale del sistema: rispetto alla versione stand-alone, poco cambia, al momento, dal punto di vista meccanico, mentre siamo intervenuti massicciamente sul software per facilitare la comunicazione con i robot”.

Le macchine fanno il lavoro, i robot le alimentano
Nel caso specifico della cella che abbiamo potuto vedere, il sistema è costituito da due macchine e due robot. Su richiesta del cliente è stata realizzata anche una linea palletizzata per il trasporto dei prodotti. Le scarpe vengono caricate manualmente su un appoggio, realizzato con stampa 3D e frutto di uno studio attento e prolungato, in modo da adattarsi a modelli diversi in termini di dimensione e altezza e non rischiare di provocare danni alla scarpa. Nella prima delle due isole, un robot Mitsubishi Electric a sei assi con payload da 13 kg preleva la scarpa e la deposita all’interno di una macchina cardatrice CD10 prodotta da Atom MB, consociata del gruppo Atom, dove avvengono due operazioni: la pre-cardatura e la cosiddetta cardatura fine, in preparazione all’incollaggio. La macchina, completamente automatica, ha infatti una doppia postazione di lavoro per processare in contemporanea due scarpe, dunque un paio. Terminata l’operazione, il robot scarica la scarpa su una tavola rotante, dotata di un sistema di bloccaggio, studiato appositamente per rendere la presa il più possibile ripetibile. Il secondo robot a sei assi preleva la scarpa dalla tavola rotante e la deposita all’interno della macchina incollatrice, modello CD3 di Atom MB, dove avviene l’incollaggio vero e proprio, con tempi compressi grazie all’uso di un innovativo solvente che richiede un’attesa brevissima per l’asciugatura. Alla fine del processo, il robot colloca la scarpa direttamente sul pallet, dal quale l’operatore la preleva per l’operazione di unione con la suola.

Le tre leggi della robotica calzaturiera
Quella sviluppata da Atom è una cella il cui ciclo è solo apparentemente semplice. Dietro la sua realizzazione, come racconta l’ingegner Dulio, ci sono anni di ricerca e sperimentazione. “Ogni cella produce 750 paia di scarpe al giorno; l’installazione completa prevede due celle gemelle per un totale di 1.500 paia. Il sistema RAMS rispetta quelle che a noi piace considerare – tra il serio e il faceto – come le tre leggi della robotica calzaturiera: modularità, sicurezza e flessibilità”.
Di cosa si tratta? È presto detto. “Ogni elemento è un modulo a sé stante, parte di un sistema ‘plug & play’ pensato per essere, nel prossimo futuro, facilmente riconfigurabile non solo dal punto di vista meccanico, ma anche in termini di software. La sicurezza è importante perché – senza l’utilizzo di barriere fisiche, ma grazie a sistemi come laser scanner – gli operatori devono poter accedere alla cella, senza correre rischi, in qualsiasi momento”. Un discorso a parte merita il terzo elemento, la flessibilità. “La linea è pensata per processare modelli con dimensioni, forme, altezze e geometrie differenti”, spiega Sergio Dulio. “La fase di manipolazione è assolutamente centrale e, per raggiungere i nostri scopi, abbiamo progettato un gripper particolare, in grado non solo di adattarsi a tutte le geometrie, ma anche di garantire una certa affidabilità e, soprattutto, di non danneggiare la scarpa in fase di presa: non è affatto facile riuscire ad armonizzare questi aspetti con il rispetto della produttività. Il gripper consente inoltre di utilizzare le normali forme di calzatura e non quelle speciali, riducendo di molto la barriera di costo per l’automazione che il cliente deve superare”.

Robot cooperativi in tutta sicurezza
Requisiti simili si sposano perfettamente con la filosofia di automazione robotizzata che Mitsubishi Electric porta avanti. “Il mercato, oggi, chiede di poter utilizzare i robot tradizionali in modo cooperativo. Nel nostro caso – racconta Gianluca Annunziata, Senior Project Engineer Factory Automation Division di Mitsubishi Electric – installiamo il dispositivo MELFA Safe Plus che permette all’operatore di interagire con i robot in tutta sicurezza e senza barriere. Nella cella in questione, ognuno dei due robot è dotato di due laser scanner Datalogic per coprire i 360° della zona circostante, divisa in due settori: l’ingresso nel primo fa sì che il robot rallenti a una velocità certificata di 250 mm/sec, la stessa che raggiungono i robot collaborativi. Se l’operatore si avvicina ulteriormente, il robot si arresta. Basta che l’operatore esca da questi due settori perché il sistema riparta, in automatico e senza che siano necessarie istruzioni da parte sua”. Riguardo l’architettura di automazione, il bus CC-Link IE Field di Mitsubishi Electric gestisce l’acquisizione dei segnali dal bordo macchina. Il sistema è multi-CPU: sullo stesso rack convivono un PLC safety e due CPU robot che, grazie a questa architettura, utilizzano il sistema anti-collisione. “I due robot RV-13FRL Serie Q con opzione Safety, oltre a garantire precisione e velocità elevate, presentano i cablaggi e le motorizzazioni completamente all’interno del braccio, agevolando la movimentazione in applicazioni con spazi ristretti”, aggiunge Annunziata.

Un punto di partenza
L’unione d’intenti con un partner come Mitsubishi Electric ha certamente facilitato il percorso che ha portato alla progettazione della linea, come conferma Sergio Dulio. “La modularità delle soluzioni di controllo e la comunicazione diretta tra il PLC e le CPU dei robot sono stati elementi fondamentali per raggiungere i nostri obiettivi, così come la gestione dell’interazione tra le due macchine di produzione e i robot, che si muovono in spazi stretti. In questo senso, lo sbraccio e il carico al polso sono i due elementi principali su cui più abbiamo concentrato la nostra attenzione”.
L’impressione che abbiamo, osservando da vicino la cella robotizzata, è che si tratti di un punto di partenza per successivi sviluppi da perseguire spingendo sulle possibilità che offre l’automazione nella lavorazione delle calzature. C’è margine, insomma, per sperimentare ulteriore innovazione. “Riscontriamo un interesse sempre maggiore verso questo tipo di macchine, in Europa come altrove, per esempio in Estremo Oriente”, dice il Chief Innovation Officer di Atom. “Incrementare l’efficienza attraverso la manipolazione automatica delle scarpe o avere un processo più ripetibile e controllabile sono prospettive che interessano produttori di diversi segmenti nell’industria calzaturiera”.