Automazione robotica flessibile: criteri per cobot e processi intelligenti

Perché l'automazione flessibile richiede nuovi criteri

La robotica collaborativa resta una nicchia: secondo le stime IFR riprese da Innovation Post, nel 2018 sono state vendute circa 14.000 unità collaborative, poco più del 3% dei 422.000 robot venduti nel mondo. Il valore assoluto è contenuto, ma la stessa fonte osserva che la crescita attesa dei cobot è sostenuta e nettamente superiore a quella dei robot industriali non collaborativi. È il segnale di un cambiamento: le aziende non guardano più solo a grandi volumi e cicli ripetitivi, ma a celle capaci di adattarsi.

In produzione, flessibilità significa capacità di una cella o linea di cambiare prodotto, formato o volume senza riprogettazione da zero. Vuol dire lavorare con lotti più piccoli, più codici e cambi frequenti, spesso nello stesso spazio in cui operano le persone. In queste condizioni alcune scelte della robotica tradizionale — cella chiusa e programmazione definita una volta per tutte — diventano poco praticabili.

La collaborazione uomo-robot sposta perciò l'attenzione su criteri diversi da quelli classici. Alessio Cocchi, country manager per l'Italia di Universal Robots, ha riassunto così l'esperienza raccolta in un incontro con le aziende: «I cobot, nella loro esperienza, sono diventati strumento per sostenere competitività, qualità prodotto e crescita. La chiave per dare avvio ad una produzione agile e flessibile». Non si tratta di sostituire l'operatore, ma di liberarlo dalle mansioni più ripetitive e mantenere la cella riconfigurabile.

Da qui nuovi criteri di valutazione: non solo carico utile e velocità, ma anche ingombro, frequenza dei cambi, modalità di riprogrammazione, competenze disponibili in reparto e gestione della sicurezza in uno spazio condiviso. Sono elementi che accompagnano tutto il percorso, dall'analisi di fattibilità alla scelta tra cobot e robot industriale.

Cobot o robot industriale: la scelta parte dal processo

La prima domanda non riguarda il modello di robot, ma il processo. In una guida tecnica, l'integratore MECVIL ricorda che la scelta dipende da applicazione, carico utile, portata e velocità richiesti. La stessa fonte propone una classificazione sintetica: robot articolato a 4-6 assi e oltre, con carichi tipici da 5 a 2.300 kg, per saldatura, montaggio e movimentazione pesante; SCARA a 4 assi, da 1 a 20 kg, per pick & place di precisione ed elettronica; Delta a 3-4 assi, da 0,5 a 8 kg, per confezionamento ad alta velocità; cartesiano a 3 assi, con carico variabile, per dosaggio, taglio e movimenti lineari; cobot a 6-7 assi, con carichi tipici da 3 a 25 kg, per montaggio con operatori e carico/scarico.

Sempre per MECVIL, il robot industriale convenzionale resta la scelta corretta quando servono velocità e cadenze elevate, con cicli di pochi secondi; quando il carico utile supera i 25 kg; quando l'ambiente richiede una cella chiusa con recinzione di sicurezza; quando occorrono massima precisione e ripetibilità, indicata in ±0,02 mm; quando la produzione è stabile e i cambi di prodotto sono rari.

Il cobot diventa interessante, invece, quando il robot deve lavorare accanto agli operatori senza recinzione di sicurezza; quando la produzione è di basso volume e alta variabilità; quando serve una riprogrammazione frequente per nuovi compiti; quando lo spazio è limitato; quando l'azienda cerca un primo passo accessibile verso l'automazione. Sono criteri più simili a un questionario sul processo che a una scheda tecnica.

Alcuni parametri vanno misurati prima di decidere: peso e dimensioni del pezzo, geometria della presa, tempo ciclo obiettivo, numero di referenze e frequenza dei cambi, ingombro della cella e percorsi degli operatori, posizione di alimentazione e scarico. A questi si aggiunge il livello di precisione davvero necessario: chiedere tolleranze molto strette a una soluzione collaborativa può essere inutile se il processo a monte non le garantisce.

Per inquadrare il contesto, i dati IFR riportati da MECVIL indicano che l'Italia ha installato 8.915 robot industriali nel 2024, seconda in Europa dopo la Germania (27.031) e davanti alla Spagna (5.160). Un parco installato ampio, in cui i cobot spesso entrano in linee già esistenti accanto ai robot tradizionali, più che sostituirli.

Cobot vs Robot Industriale: criteri di scelta per il processo produttivo

Dati di mercato sulle robotiche collaborative in Italia e in Europa

Fattibilità tecnica ed economica: come impostare l'analisi

Un percorso di adozione ben strutturato comincia da un'analisi di fattibilità tecnica ed economica. È il metodo descritto da Andrea Missaglia, robotics engineer di Cobo-Italia, divisione di Missaglia Associati con sede a Usmate Velate (Monza-Brianza) che realizza applicazioni di automazione flessibile integrando sistemi robotizzati collaborativi e industriali: si definiscono con il cliente gli obiettivi prestazionali della macchina, si rilevano tutti i parametri dell'applicazione per stabilire con precisione che cosa si vuole fare, si individua l'hardware necessario e si scelgono robot e componenti di contorno più idonei.

Solo allora si calcola il costo dell'intervento, così il cliente può valutarne la fattibilità economica. Se l'analisi è accettata, si passa alla progettazione di tutto ciò che serve per costruire un digital twin della macchina da proporre. Cobo-Italia sviluppa internamente software del robot, PLC, progettazione meccanica ed elettrica, e assembla e collauda i pezzi nel proprio capannone di 2.200 m².

Sul piano dei costi, il robot è solo una voce. Vanno considerati, in termini generali, organo di presa e attrezzature di presa del pezzo, sistemi di alimentazione e scarico, sensori e dispositivi di sicurezza, integrazione e programmazione, messa in servizio, formazione degli operatori e manutenzione nel tempo. Confrontare offerte che includono voci diverse senza ricostruire il perimetro complessivo porta facilmente a stime fuorvianti.

Un esempio di come l'analisi preliminare orienti le scelte è il progetto Nexbot, il cobot per il cleaning professionale nato dalla collaborazione tra Warrant Hub – Tinexta Group, Dussmann Service e la startup Automate. Il progetto è stato commissionato da Dussmann Service, azienda di facility management del gruppo Dussmann; Warrant Innovation Lab si è occupata delle fasi preliminari di analisi degli obiettivi, individuazione della soluzione e definizione dei requisiti tecnici, per poi passare allo scouting dei partner tecnologici.

Il quadro si completa verificando le competenze disponibili: chi programma e mantiene la cella, chi gestisce i cambi prodotto, quanto tempo richiede un fermo macchina. Se mancano queste risposte, la fattibilità economica resta teorica anche quando i numeri di ciclo tornano.

Fasi chiave nell'implementazione di una cella cobot

Digital twin e simulazione per progettare celle cobot

Il gemello digitale, o digital twin, è la fase in cui l'idea di cella diventa un modello verificabile prima di costruire qualsiasi componente. Nel metodo di Cobo-Italia, una volta accettata la valutazione economica si progetta tutto ciò che serve per creare un digital twin della macchina che verrà proposta; in questa fase si definisce il layout dimensionale dell'applicazione.

Il valore della simulazione sta nel provare configurazioni alternative senza costi materiali: posizione del robot rispetto al piano di lavoro, ingombri delle attrezzature, percorsi di alimentazione e scarico, spazio di manovra degli operatori, tempi ciclo stimati. Nelle applicazioni che integrano robot collaborativi e robot industriali nella stessa linea, la simulazione aiuta a capire dove conviene l'uno e dove l'altro, e come farli convivere nei flussi.

Il digital twin serve anche a ridurre i rischi prima dell'avvio: verifica della raggiungibilità dei punti, possibili collisioni, accessibilità per la manutenzione, interferenze con impianti e strutture esistenti. Come sottolinea la stessa esperienza di Cobo-Italia, progettazione e realizzazione di impianti che integrano robot e cobot richiedono attenzione proprio a questo passaggio.

Un aspetto da non trascurare è la coerenza tra modello e realtà: il gemello digitale è utile se i dati di ingresso (dimensioni dei pezzi, tolleranze, tempi, percorsi) sono misurati e non stimati. Conviene definire in anticipo chi fornisce questi dati e come vengono aggiornati quando il prodotto cambia.

Sicurezza e analisi dei rischi nell'interazione uomo-cobot

La sicurezza decide se un'applicazione collaborativa è davvero possibile. Nell'incontro organizzato a Bologna da Sick e Universal Robots, tenutosi il 19 novembre al museo Ferruccio Lamborghini, gli esperti delle due aziende hanno spiegato come si svolge l'analisi dei rischi e la messa in sicurezza dell'applicazione, per poi passare alla dimostrazione pratica del collegamento di un laser scanner. Una sequenza che riflette l'ordine corretto: prima la valutazione, poi la scelta dei dispositivi.

Il criterio di fondo è indicato anche dalla guida di MECVIL: si sceglie un robot industriale quando l'ambiente richiede una cella chiusa con recinzione di sicurezza; un cobot quando può lavorare accanto agli operatori senza recinzione. Non è una proprietà intrinseca del robot, ma il risultato della valutazione dell'applicazione nel suo insieme: pezzo, attrezzatura, forze in gioco, velocità, posture dell'operatore e spazi di accesso.

In termini generali, l'analisi dei rischi di una cella collaborativa esamina zone di accesso, punti di schiacciamento e trascinamento, velocità e separazione tra uomo e macchina, comportamento in caso di anomalia e procedure di ripristino. Un integratore può affiancare il committente in questa fase: Cobo-Italia, ad esempio, dichiara di offrire servizi di consulenza e analisi della sicurezza macchine.

La scelta dei dispositivi di rilevamento va fatta di conseguenza. Sensori e scanner laser compaiono sia nella dimostrazione pratica dell'evento Sick–Universal Robots, sia nelle applicazioni collaborative già in campo: sono gli strumenti con cui la cella percepisce la presenza di persone e regola di conseguenza il proprio comportamento. Anche qui, la documentazione delle scelte effettuate e delle verifiche svolte è parte integrante del progetto, non un adempimento successivo.

Quali compiti affidare ai cobot

I cobot hanno trovato spazio nelle applicazioni che combinano manualità, variabilità e condivisione dello spazio con le persone. La guida di MECVIL indica tra le applicazioni tipiche dei cobot il montaggio con operatori e le operazioni di carico e scarico; per i robot industriali cita saldatura, montaggio, movimentazione, ispezione e pallettizzazione.

Un caso raccontato da Innovation Post riguarda l'automotive. FCA, dopo una serie di esperimenti con diverse tecnologie mai approdati in produzione, nel 2019 si è avvicinata ai robot collaborativi di Universal Robots; come ha spiegato Denny Monti, dopo un workshop interno per raccogliere idee sui possibili utilizzi, ad aprile l'azienda era in produzione con diverse unità impiegate in operazioni su linee già esistenti. Un esempio citato è l'avvitatura del cofano, operazione gravosa con il rischio di disallineamenti.

Allo stesso incontro di Bologna hanno partecipato come testimonial otto aziende che avevano avviato percorsi di innovazione con robot collaborativi: FCA, Ferrari, Pirelli, Ferrero, Ima, Electrolux, Flexlink e Constructa. La varietà dei nomi suggerisce la trasversalità degli impieghi, dal controllo di componenti all'assemblaggio e all'avvitatura, in contesti produttivi diversi.

Sul fronte della meccanica e della logistica interna, GreenCobot presenta MIA Cobot come unità di automazione multi-purpose brevettata, pensata per necessità produttive diverse, dalle lavorazioni meccaniche alle operazioni di fine linea, con un consumo contenuto di spazio ed energia. Un altro ambito è quello dei servizi: Nexbot, presentato come il primo cobot destinato all'esecuzione di servizi automatizzati di cleaning professionale, è una lavapavimenti autonoma basata sull'intelligenza artificiale che opera in collaborazione con un operatore in ambienti di grandi superfici come stazioni, aeroporti, hotel, ospedali, centri commerciali, centri logistici o impianti industriali.

In sintesi, i compiti più adatti condividono alcune caratteristiche: operazioni ripetitive ma non perfettamente identiche, manipolazione di pezzi di peso contenuto, postazioni in cui l'operatore resta presente, necessità di riconfigurare il ciclo con una certa frequenza. Quando il compito richiede cadenze molto elevate o forze rilevanti, l'analisi riporta di norma verso soluzioni industriali tradizionali.

Sensori, intelligenza artificiale e adattamento ai processi

La capacità di adattarsi a un ambiente variabile distingue un cobot moderno da un semplice braccio riprogrammabile. Il caso di Nexbot è descrittivo: grazie al sistema di navigazione, il robot effettua una mappatura automatica dell'area da pulire e calcola in tempo reale il percorso migliore per la missione, usando l'intelligenza artificiale per apprendere in funzione della propria posizione quale sia il percorso più efficiente.

Sempre secondo la descrizione del progetto, sensori laser e telecamere per la visione artificiale permettono al robot di adattarsi ai cambiamenti dell'ambiente: rileva ed evita ostacoli fissi e mobili e modifica immediatamente il percorso programmato, garantendo sicurezza per persone e oggetti. Il robot è controllato tramite un'interfaccia semplice e intuitiva e richiede una supervisione minima dell'operatore, liberato dalle mansioni più ripetitive.

Questi elementi si ritrovano, in forma diversa, nelle celle industriali. La visione artificiale può riconoscere posizione e orientamento dei pezzi, verificare la presenza e l'integrità di un componente o guidare la presa quando il pezzo non arriva in posizione perfettamente definita. I sensori laser, oltre alla sicurezza, servono a confermare la presenza di parti e a controllare l'accesso all'area di lavoro.

Il risultato pratico è una cella che può tollerare una certa variabilità invece di richiedere un ambiente rigidamente predefinito. Va però ricordato che l'adattamento ha un costo in termini di tempo ciclo e complessità di programmazione: ogni funzione di percezione va integrata, tarata e verificata sul campo, e richiede che i parametri dell'applicazione siano stati rilevati con precisione nella fase di analisi.

Riprogrammazione, variabilità e democratizzazione della robotica

Uno dei criteri che spinge verso il cobot, secondo MECVIL, è la necessità di una riprogrammazione frequente per nuovi compiti, tipica di produzioni di basso volume e alta variabilità. In questi contesti il valore della cella non si misura solo sul tempo ciclo di un singolo articolo, ma sulla facilità con cui si passa all'articolo successivo.

La programmazione diventa così una competenza di reparto e non solo di ufficio tecnico. Nel racconto di Cobo-Italia, il tema è stato affrontato esplicitamente durante gli Smart Manufacturing Days, parlando delle potenzialità dei cobot e delle soluzioni ABB nel favorire il processo di democratizzazione della robotica in corso. Il concetto è chiaro: ridurre la barriera di accesso alla robotica per aziende e reparti senza specialisti dedicati.

Su questa linea si muovono anche le presentazioni di prodotto. GreenCobot descrive MIA Cobot come risposta a una richiesta crescente di cobot in grado di semplificare il lavoro delle persone, creando un ambiente lavorativo sicuro e più produttivo, con processi gestibili intuitivamente da operatori non specializzati. L'interfaccia semplice e la supervisione minima sono le stesse caratteristiche attribuite a Nexbot.

La flessibilità di utilizzo ha anche una ricaduta organizzativa: consente di cambiare l'impiego della macchina nell'arco della giornata o della settimana, seguendo la domanda, e di rendere l'azienda meno dipendente da un singolo prodotto. Perché funzioni, però, serve un presidio: procedure scritte per il cambio formato, salvataggio dei programmi, formazione degli operatori e un riferimento tecnico interno o esterno a cui rivolgersi quando la cella va modificata.

Limiti, sfide e checklist decisionale

Le difficoltà di un percorso collaborativo si vedono soprattutto all'inizio. Alessio Cocchi di Universal Robots ha raccontato che dalla tavola rotonda di Bologna «sono emerse le perplessità iniziali delle aziende a implementare i robot collaborativi e la loro profonda soddisfazione una volta che li hanno integrati nei propri processi». Il caso FCA conferma che il percorso può essere lungo: l'azienda aveva fatto una serie di esperimenti con diverse tecnologie mai approdati in produzione prima di arrivare, nel 2019, a un'applicazione effettiva su linee esistenti.

Le criticità ricorrenti riguardano l'integrazione con macchine e sistemi già presenti, la disponibilità di competenze per programmare e mantenere la cella, la stima corretta dei costi complessivi e la gestione della sicurezza in uno spazio condiviso. A queste si aggiungono gli aspetti organizzativi: chi riprogramma, con quale frequenza e quanto tempo è accettabile tenere ferma la cella durante un cambio.

Un elemento di contesto aiuta a calibrare le aspettative: i cobot restano una parte minoritaria del mercato dei robot industriali, anche se in crescita. Non sono la risposta a ogni esigenza di automazione, ma uno strumento da valutare quando il processo ha le caratteristiche giuste.

Prima di procedere, una checklist utile può essere questa: • il compito è ripetitivo ma non rigidamente identico, e il pezzo ha peso e dimensioni compatibili con un cobot? • la produzione è di basso volume e alta varietà, con cambi frequenti? • lo spazio disponibile consente di lavorare senza recinzione, o serve comunque una cella chiusa? • il tempo ciclo richiesto è compatibile con una soluzione collaborativa? • il livello di precisione necessario è realistico rispetto al processo a monte? • sono stati rilevati i parametri dell'applicazione (pezzi, prese, percorsi, alimentazione e scarico)? • è stata fatta un'analisi dei rischi dell'applicazione e una messa in sicurezza coerente? • il costo è stato calcolato includendo attrezzature, sensori, integrazione, formazione e manutenzione? • esiste un digital twin o una simulazione che verifichi layout e cicli prima dell'avvio? • c'è una persona o un fornitore incaricato di riprogrammare la cella ai cambi prodotto? Se la maggior parte delle risposte è affermativa, l'analisi di fattibilità tecnica ed economica può partire con buone probabilità di arrivare a un'applicazione sostenibile; in caso contrario, conviene rivedere il perimetro del progetto prima di scegliere l'hardware.

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