Sviluppo del mercato dei robot

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Fig1Nessuno può immaginare come i robot modificheranno il lavoro nei prossimi 10 anni, come del resto nessuno poteva prevedere come internet avrebbe cambiato il mondo, ma una cosa è certa: i robot crescono.

Nell’ultimo periodo sono apparsi molti report dedicati alle previsioni di mercato dei robot industriali, e in tutti i casi le prospettive di crescita sono notevoli. Per esempio, in uno dei più recent (maggio 2015), realizzato dalla TMR (Transparency Market Research), si evidenzia una valore di mercato per il 2020 di quasi 45 miliardi di dollari rispetto ai 29 miliardi del 2013, con un tasso di crescita annuale composto del 6,2% tra il 2014 e il 2020. A cosa attribuire questa crescita? Tra i motivi principali la sempre più ampia adozione di robot da parte di piccole e medie aziende, i crescenti costi del lavoro, investimenti significativi in attività di ricerca e sviluppo, e tendenza ad automatizzare al massimo operazioni prima svolte da operatori umani, con particolare riferimento alle operazioni di precisione, lavorazione metallo e food & beverage, settori che si pensa possano manifestare la maggior richiesta di sistemi robotizzati. In merito al costo del lavoro nei paesi in cui tradizionalmente è sempre stato a basso costo, giusto per rendersi conto dei cambiamenti in atto, i dati dell’International Labour Organisation, per quanto allo stato non aggiornatissimi, evidenziano che lo stipendio dei lavoratori in Asia è cresciuto tra il 7% e il 7,8% all’anno nel periodo dal 2000 al 2008, e tra paga e benefit la paga di un addetto cinese al comparto manifatturiero è cresciuto del 10% all’anno tra il 2000 e il 2005, e del 19% tra il 2005 e il 2010. In sostanza, una motivazione in più per il reshoring, trend che non può che basarsi su una sempre più massiccia automazione nei paesi più industrializzati. Come Regioni geografiche, l’Asia, con Cina, Paese da cui attualmente arriva la maggiore domanda di robot, Giappone, Corea del Sud e India, si propone come il mercato a più rapida crescita. Come dettaglio sulla Cina, nel 2014 sono stati acquistati circa 56.000 robot, il 54% in più del 2013, e il Paese inizia anche a produrre propri robot, contribuendo per il 7% delle vendite worldwide: i costruttori cinesi hanno fornito 16.000 robot alle aziende locali, quasi il 29% del totale, contro i 40.000 forniti da aziende internazionali. In Europa sono accreditati come «key contributor» allo sviluppo del mercato della robotica industriale la Germania, la Francia, l’Italia e l’Inghilterra. Per quanto riguarda il mercato USA, tradizionale riferimento per questa tipologia di sistemi e secondo paese dopo il Giappone come numero di robot installati, recenti statistiche del RIA (Robotic Industries Association) indicano un ordinativo di più di 14.000 nuovi robot (numero che porta a 232.000 i robot in uso nelle fabbrice), per un valore di 840 milioni di dollari, nella prima metà del 2015, con una crescita, pur non eclatante, pari all’1% rispetto alla stesso periodo del 2014, con il material handling come principale categoria funzionale. Un nota di dettaglio merita il mercato dei robot collaborativi, accreditato, secondo la società ABI Research, di più di un miliardo di dollari entro il 2020, partendo da un modesto valore di 95 milioni previsto per il 2015.

Il trend verso i robot collaborativi

Per un robot industriale esistono definizioni stantard, per esempio: manipolatore programmabile su più assi, controllato automaticamente e riprogrammabile senza modificazioni fisiche, ma anche in grado di essere adattato a differenti applicazioni con modifiche fisiche sia nella struttura meccanica che nel sistema di controllo. Altre definizioni cercano di circoscrivere tipologie diverse di robot, per esempio i cosiddetti Service Robot, dedicati a servizi utili per il benessere delle persone o per il buon funzionamento di apparati, escludendo qualsiasi attività di tipo manifatturiero. C’è però una situazione in divenire che sta evidenziando l’imporsi di una ulteriore nuova categoria di robot, i Collaborative Robot, o Cobot, concepiti per interagire fisicamente con gli umani in un ambiente condiviso per svolgere compiti diversi, e si parla oramai di Coworking, il cui obiettivo finale è quello di eliminare la separazione tra uomini e robot che si troveranno così a lavorare in modo collaborativo sulle linee di produzione. Secondo gli analisti di settore, sono tre i mercati chiave che alimenteranno la crescita dei Cobot: i produttorii di elettronica, le aziende manifatturiere medio-piccole e quelle che cercano soluzioni di robotica ottimizzate per supportare metodologie di produzione più agili. Il settore del coworking appare molto dinamico e si sta espandendo con nuovi prodotti realizzati sia da aziende leader di mercato che da imprese emergenti ancora di piccole dimensioni ma con capacità tecnologiche molto innovative. Numerosi gli esempi particolarmente emblematici di nuovi cobot, tra cui il “dual arm” YuMi di ABB Robotics dedicato, tra l’altro, all’assemblaggio di componenti di piccole dimensioni, settore in fase di grande evoluzione in particolare nell’industria elettronica dove la domanda di prodotti ha ampiamente superato la disponibilità di manodopera qualificata e dove la progressiva perdita di valore aggiunto dai metodi di assemblaggio tradizionali spinge a investire in nuove soluzioni. YuMi, i cui movimenti di presa sono molto uman-like, presenta numerose opzioni di gripper, non ha punti di aggancio, tal per cui non sussiste alcun rischio di lesioni dovute all’apertura e chiusura degli assi, e un sistema di visione integrato supporta localizzazione e prelievo dei pezzi. Altro esempio recente è BioRob, robot single-arm leggero (solo 6Kg) realizzato da Bionic Robotics, con motorizzazione ed elettronica di controllo integrate; è di facile programmazione e la sua massa leggera garantisce da rischi in caso di contatto con l’operatore. Più versatile Rob1R di F&P, interamente protetto da materiale morbido, il cui target non è solo handling e assemblaggio nel manufacturing, ma anche compiti “personali” da service robot, come assistenza medica e anche catering. Di dimensioni paragonabili a quelle di un operatore umano è Nextage di Kawada Industries, caratterizzato da una visione stereoscopica che guida i movimenti nella sua area di lavoro e da una hand camera a supporto di posizionamento fine per presa e orientamento dei materiali da assemblare; la base è provvista di ruote per cui può muoversi secondo necessità, e la sicurezza è garantita da limitatori di forza. Particolare successo sta riscuotendo la serie LBR iiwa, intelligent industrial work assistant, di Kuka Robotics, con sensori integrati di momento torcente sia per controllo delle operazioni di assemblaggio che per “safe detection” di qualsiasi contatto con un operatore umano; la programmazione si può effettuare muovendo manualmente il braccio del robot secondo la sequenza dei movimenti desiderati. Da questa panoramica non poteva mancare Baxter di ReThink Robotics, molto citato sin dal suo primo apparire sul mercato; i suoi sensori di forza adattativi gli consentono, appunto, di «adattarsi» in difficili operazioni di assemblaggio in cui si hanno piccole variazioni di allineamento e gli stessi sensori permettono al robot di sentire il contatto con un umano, interrompendo la sua attività; da aggiungere la presenza di sistemi di visione integrati a livello “head” (wide view) e “arm” (close view). Anche Yaskawa Motoman è nel mercato dei cobot con MH12, il cui elemento base è il controller DX200 che garantisce funzionalità sicure, per esempio un zone monitoring per individuare se un umano entra nella zona di lavoro, con limitazione di velocità per safe operation in sua presenza. Tra le aziende consolidate nella robotica, da citare Universal Robots con la serie UR di bracci finalizzati a operare come ausilio “terza mano” in operazioni di assemblaggio e altri compiti industriali; come caratteristiche, sensori di forza per shutdown sicuro nel caso di contatto con l’operatore, un rapido setup tremite posizionamento manuale o interfaccia grafica, e un gran numero di end effector per task diverse. Per concludere la carrellata, il braccio robotizzato MZ04e di Nachi Fujukoshi, con motore low-output per ridurre il rischio di danni quando opera in un ambiente condiviso, e WorkerBot di Pi4, robot per assemblaggio e material handling, con visione integrata e sistema voice-output opzionale.

Dalla parte dell’utente

Il mercato dei robot cresce, e con esso, ovviamente, l’offerta da parte dei principali player, e, al di là della garanzia derivante da brand di prestigio, può non essere semplice valutare e confrontare i costi di ownership di un sistema rispetto a un altro. Non vogliamo certo qui esporre una guida da seguire in un processo di valutazione, semmai evidenziare alcuni aspetti cui tener conto. Inoltre, stante le molteplici varietà di tipologie dei robot, è impossibile prenderle in considerazione tutte, essendo diverse le priorità e gli obiettivi applicativi, per cui ci si limita a un caso, quello dei piccoli robot per manipolazione e assemblaggio, tra l’altro categoria in netta espansione, cercando di fornire elementi al massimo generalizzabili. Questi robot hanno un payload fino a circa 20kg e un inviluppo di lavoro da 1 a 1,5 metri. L’analisi non può che partire dai costi iniziali di hardware e software, e l’importante è ben chiarire cosa è incluso e cosa invece va considerato come add-on. Normalmente, robot e controller rappresentano un set completo, ma non mancano casi in cui il controller non sia incluso nel prezzo base, come pure il cabling e i connettori; per il controller, l’ideale è che tutte le features siano attivate, per evitare ricarichi post-sale per licenze software o firmware per specifiche funzionalità. Un hardware non sempre strettamente necessario, ma che molti utenti acquistano, è il teach pendant, normalmente non incluso nel prezzo del set base. Per gli end effector: dato che dipendono dall’applicazione, la valutazione può essere a parte, così come quella di un eventuale sistema di visione: per entrambi questi tool è importante verificarne la facilità di integrazione con il robot per evitare costi aggiuntivi non previsti. Un aspetto non raramente trascurato è il cabling: dato che i cavi per la robotica devono essere in grado di seguire movimenti anche complessi, devono essere realizzati con materiali, design e processi produttivi appositi. Poi, in generale, e a seconda del robot e dell’applicazione, per guidare e proteggere i cavi in un robot si usano tubi corrugati o flessibili, oppure un “enclosed dress pack” montato direttamente sul robot, e infine i “robotic cable carrier”, o catene portacavi che, come i dress pack, si montano direttamente sui robot e ne rappresentano l’evoluzione. Il comportamento di progettisti e utenti non è particolarmente coerente, e mentre si tiene conto di molteplici variabili e componenti, il “cabling” è spesso sottostimato nella fase progettuale, malgrado possa rappresentare una tra le principali cause di blocco. Da evidenziare comunque che spesso i robot sono già dotati del necessario wiring, per cui questa voce non rientra nei costi aggiuntivi. Particolare attenzione merita il software di programmazione, offerto nel set base ma con costosi upgrade per prestazioni particolari, per esempio simulazione 3D o monitoraggio remoto, ma non è la norma potendo avere produttori che danno queste features come standard. Da valutare anche il training dei propri addetti, in genere compreso nel prezzo ma fonte di costi in funzione dei tempi necessari e della distanza tra azienda e centro di formazione del venditore. A tutte queste valutazioni preliminari vanno aggiunti i costi a lungo termine, relativi cioè a manutenzione, supporto da parte del vendor, affidabilità e longevità della soluzione scelta, sulla base di parametri, per esempio il mean time between failures. Abbastanza critico il fattore dell’obsolescenza: i produttori escono sul mercato con nuovi robot e controller ogni pochi anni, e non raramente cessano di supportare i vecchi sistemi, tal per cui la preferenza va data a chi mantiene supporto e upgrade nel tempo.

Alcune considerazioni finali

Parlando di robot non si può non citare un leitmotiv che ricorre anche in altri articoli su tema della robotica presenti in questo numero della rivista: la paura che i robot saranno causa di perdita di posti di lavoro e di modifiche inquietanti a livello sociale, ma la paura delle tecnologie in genere maschera altre paure, in particolare quelle su come potremmo noi stessi spingerci a usare queste tecnologie.

 

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