Lean robotics: cos’è e quando serve

Il termine “Lean Robotics” (robotica snella) si riferisce ad una nuova metodologia che, partendo dai principi della Lean Manufacturing (produzione snella), si occupa di progettazione, integrazione e impiego di celle robotiche.  Il metodo Lean robotics costituisce un approccio sistematico al ciclo di implementazione della cella robotica

L’ideatore di questa metodologia è Samuel Bouchard, tra i fondatori di uno dei più importanti produttori al mondo di “end effector” per robot collaborativi e autore di “Lean Robotics, A Guide to Making Robots Work in Your Factory”. Questo libro è il risultato di un decennio di esperienze del team Robotiq che ha aiutato migliaia di produttori a superare le sfide della produzione con i robot.

Il suo lavoro lo ha portato a contribuire in migliaia di progetti di robotica collaborativa (con tutti i mille pregi e difetti diversi di ogni progetto) ed è arrivato alla conclusione che grazie ad una metodologia standard si può semplificare l’ingresso dei robot nelle fabbriche. 

• Ma quali sono le reali possibilità della Lean Robotics e dell’ introduzione dell’automazione all’interno dei processi produttivi?
• Quali sono i vantaggi che essa può apportare in termini di produttività, sicurezza, qualità nelle varie fasi di lavorazione? 
• Esistono dei rischi nell’utilizzo della Lean robotics?

Ne parliamo in questo post.

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Lean Robotics: automazione collaborativa

Nel corso degli anni abbiamo maturato la consapevolezza che sebbene ogni progetto ha le sue specificità, si può effettivamente semplificare l’ingresso dei robot nelle fabbriche.

Lean Robotics (o robotica snella), è una vera e propria metodologia che, partendo dai principi della “Lean Manufacturing” (produzione snella), si addentra nella specificità della progettazione, integrazione e impiego di celle robotiche.

Prima di entrare nel dettaglio è però necessario introdurre un argomento fondamentale che dovrebbe essere senza alcun dubbio presente all’interno di una organizzazione, e che è comunque propedeutico all’introduzione della automazione nei processi industriali.

Stiamo parlando dell’Ingegneria Industriale (Industrial Engineering) e della sua applicazione in fabbrica.

Lean Robotics e Industrial engineering

La Industrial Engineering è quella disciplina scientifica che si occupa dell‘ottimizzazione dei processi (o dei prodotti), all’interno delle aziende manifatturiere, quindi è quella funzione di cui bisognerebbe tenere conto prima di entrare in produzione con un nuovo prodotto. In realtà dovemmo iniziare a pensarci già dalla progettazione.

Missione dell’Industrial Engineering, è garantire massima produttività ed efficienza nel rispetto delle condizioni operative normali di lavoro (sicurezza e qualità). Nella globalità delle mansioni previste per la funzione Industrial Engineering, la creazione di valore avviene non tanto misurando il tempo, quanto gestendo le prestazioni: migliorando il metodo di lavoro, migliorando la formazione della manodopera, definendo e implementando azioni correttive delle perdite di produzione al fine di aumentare la produttività.

In realtà, all’interno del nostro tessuto produttivo, l’Industrial engineering è ancora troppo spesso usata solo in aziende di grandi dimensioni, dove lo studio sistemico di un processo anticipa, in genere, lo sviluppo ed implementazione del processo stesso.

Ci sono organizzazioni così convinte della bontà e importanza dell’Industrial Engineering da avere un ufficio dedicato solo a questo tipo di attività con 10-15 addetti e oltre. Prova a pensare che impatto può avere una tale forza lavoro il cui unico scopo è quello di studiare e migliorare i processi nuovi ed in essere, quali vantaggi possa portare all’organizzazione!

Nelle PMI invece, purtroppo, l’Industrial Engineering è spesso completamente assente, o lasciata al caso o alla buona volontà di qualche direttore di produzione, e/o eseguita saltuariamente.

Il risultato è che il livello di efficienza dei vari processi all’interno di questo tipo di aziende è spesso inadeguato alle esigenze di mercato.

E’ ovviamente facile capire come non sia possibile avere 15 addetti all’ Industrial Engineering in una PMI con 50 dipendenti in tutto, ma forse magari UN addetto preparato sì! Oppure l’equivalente in giornate di lavoro in un anno, di un aiuto esterno preparato: un obiettivo tranquillamente raggiungibile, a patto di comprendere realmente e a fondo l’importanza di questo tipo di attività.

Lean Robotics: un caso pratico

Facciamo ora un piccolo e veloce esercizio, per capire come l’applicazione scientifica della Industrial Engineering in una isola di lavoro ci porta ad ottimizzare il processo, aumentando in modo matematico l’efficienza, e poi, ci permetta facilmente di implementare l’automazione necessaria al processo stesso, raddoppiando o più, anche la produttività con ROI anche inferiori ad un anno.

Ambito di lavoro è una isola di montaggio/assemblaggio, dimensioni 5×5 mt, con prodotti il cui ciclo puo’ essere 2-3 min. oppure anche 30 min., ecc. Con cambio completo, eventualmente, della tipologia dei prodotti da realizzare ogni 1-2 ore (giusto per metterci nelle condizioni della massima flessibilità).

Obiettivo: trovare il metodo migliore di lavorare all’interno della Isola di Lavoro, ottenendo quindi, la massima efficienza possibile.

Iniziamo con applicare il metodo MTM, applicato per le prime volte a partire dal 1948, e sviluppato e perfezionato fino ad i nostri giorni.

Si basa su :

• Studio dei metodi
• Misura del lavoro

Lean robotics e ingegneria dei metodi (MTM)

• Volumi in uscita nella postazione analizzata
• Sicurezza esecutiva per l’operatore
• Qualità del prodotto realizzato nel ciclo

• ergonomia del posto di lavoro
• micro-layout
• macro-layout
• sequenza di operazioni
• utensili ed attrezzature

La misura del lavoro, invece, consiste nel calcolo del tempo ciclo, tramite applicazione delle tecniche di misura delle componenti di tempo che concorrono alla definizione del tempo standard di lavorazione.

Si ‘certifica’ dunque l’ottimizzazione del metodo, associandovi un tempo standard di esecuzione.

Il principio del MTM si basa sulla scomposizione sistematica di operazioni e movimenti complessi in unità di lavoro molto piccole e ben definite, i micromovimenti elementari e di base, che, opportunamente tempificati e quindi sommati, generano il tempo standard. Solo quindi attraverso l’analisi del metodo si giunge al tempo normale di operazione.

È dunque paradossalmente proprio la ricerca del tempo standard a favorire e promuovere la naturale quanto indispensabile razionalizzazione ed ottimizzazione del metodo tramite l’analisi delle variabili dei movimenti MTM.

Quindi ricapitolando, utilizziamo il metodo MTM alla ricerca della ottimizzazione utilizzando la tecnica dei Movimenti Minimi (qui ci viene in mente la Lean Manufacturing, dove il movimento ed il trasporto sono evidenziati come attivita’ non a valore se non sprechi, quindi tutto torna, capiamo anche il perché’ delle cose).

Detto questo possiamo utilizzare alcuni strumenti della Lean Manufacturing (che è niente altro che derivazione delle tecniche di Industrial Engineering), come Spaghetti Chart e 5S.

Partiamo dal layout della isola di lavoro, applichiamo lo Spaghetti Chart, alla ricerca della riduzione dello ‘spreco’ dovuto ai movimenti inutili all’interno della isola (o subito fuori). La sorpresa è che scopriremo che l’operatore e’ in genere costretto a muoversi (camminare) anche per Km durante la sua giornata lavorativa perché i materiali necessari sono posti a distanza non ottimale.

1° Esempio di Lean robotics

Quindi prima azione correttiva: variare il ciclo di lavoro e portare tutti i materiali alla minima distanza possibile dal luogo di effettivo utilizzo, in base anche alla sequenza stessa e ripetibilità dell’utilizzo.

Lavoriamo adesso sul micro-layout e studiamo (ovviamente insieme agli addetti ai lavori), il ciclo di produzione all’interno dell’Isola. Lo scopo è ridurre tutti i movimenti a movimenti minimi fondamentali, i cui tempi, poi sono assolutamente minimi e predeterminati.

Detto questo, con le 5S iniziamo a predisporre e mettere in ordine gli strumenti necessari e sufficienti.

Ricordiamoci che dobbiamo sempre prima partire dal ciclo di lavoro, le 5S infatti da solo non sono sufficienti, se non integrate dall’analisi del ciclo di lavoro e del tempo ottimale generato dalla logica dei movimenti minimi.

Solo studiando il ciclo di lavoro nella logica di ottimizzarlo, riducendo e/o eliminando tutti i movimenti non necessari, possiamo capire quali strumenti ci servono e dove devono essere riposti, per assicurarci l’ottimo, la standardizzazione.

Ma quali sono questi movimenti minimi studiati dalla Industrial Engineering e perché sono così importanti?

Movimenti delle mani e delle braccia

• Raggiungere
• Muovere
• Ruotare
• Applicare pressione
• Afferrare
• Posizionare
• Disaccoppiare
• Rilasciare

Movimenti degli occhi

• Fissare lo sguardo
• Muovere gli occhi

Movimenti del corpo, gamba e piede

• Muovere il corpo
• Muovere le gambe
• Muovere i piedi

Esempio: ci si mette di più a prelevare un utensile disordinato in mezzo ad altri, o posto nella giusta posizione? Oppure posto davanti o dietro o sotto in un cassetto?

Secondo progetto di miglioramento in ottica Lean Robotics

Seconda azione correttiva: solo successivamente allo studio del ciclo di lavoro, impostiamo il procedimento di montaggio seguendo la logica dei movimenti minimi. Detto questo, riusciamo quindi a garantirci in modo scientifico la migliore procedura e, attraverso lo standard, possiamo garantirci la ripetibilità della stessa.

La percentuale di ottimizzazione può raggiungere anche il 30-40%.

Analisi e ottimizzazione di un abbinamento uomo-macchina, come aumentare la saturazione e la produttività

Logiche di ottimizzazione della produttività e della saturazione.

Esistono 3 tipologie di abbinamento fondamentali:

• abbinamento di un operatore a piu’ macchine/operazioni (consiste nell’affidare all’operatore, nei tempi passivi di una operazione detta ‘fondamentale’, l’esecuzione dei tempi attivi di un’altra o piu’ operazioni, dette ‘abbinate’, con l’obiettivo di saturarlo.
• abbinamento di piu’ operatori alla stessa macchina/operazione (consiste nell’assegnare alla stessa macchina piu’ operatori con l’obiettivo di ridurre il tempo ciclo attraverso l’opportuna parallelizzazione e compressione delle attivita’ uomo eseguite a macchina ferma).
• abbinamento in contemporanea UOMO-MACCHINA, con condivisione dello spazio di lavoro nello stesso tempo = Robotica Collaborativa

Nel primo tipo, la risorsa critica è la manodopera, che dunque è da saturare al massimo a scapito eventualmente della produzione oraria o della saturazione della macchina (risorsa non critica).

Nel secondo tipo di abbinamento la risorsa critica invece è la macchina, che deve generare la massima produzione oraria a scapito eventualmente di un aumento del costo della manodopera associata o di un deficit di saturazione.

Risulta quindi indispensabile un preciso monitoraggio dei costi-benefici dell’abbinamento e quindi del bilanciamento tra una maggiore saturazione dell’operatore e l’eventuale riduzione di produzione della macchina, oppure tra una maggiore produzione oraria della macchina e un incremento del costo orario della manodopera associato.

Lean robotics: una scelta davvero necessaria?

Tempo fa, quando alcuni noi si affacciavano al mondo del lavoro, c’era il passaggio fra il Tecnigrafo ed il CAD. Passaggio non indolore, molti erano restii, troppi soldi, troppo lento, ecc.

Abbiamo assistito a scene di Imprenditori che ‘circolavano’ per l’officina, distribuendo disegni fatti al momento su fogli di carta ‘volanti’. Sono passati poi anni e quello che era stato messo in moto dal progresso non e’ stato possibile fermare.

Riproponiamo la stessa domanda oggi, per capire se c’e’ ancora qualcuno che pensa di poter condurre un UT senza CAD e senza CAM, senza PDM ecc. Oggi, anche qualsiasi officina artigianale con solo 3-4 addetti, dove debba costruire qualcosa ha CAD, CAM ,ecc.

Oggi, addirittura, ancora prima di assumere un nuovo tecnico, quando appena si iniziano le ricerche di personale, gia’ si e’ acquistata la postazione con le eventuali licenze d’uso. Ed infine, ma quanto costa una postazione di un tecnico UT? PC, CAD, PDM, plotter, stampante 3D (eventuale), CAM . 30.000€? Nonostante tutto, nessuno si sogna oggi di dare ai nostri ragazzi in UT carta e matita.

Oggi ormai i nostri UT lavorano con il massimo delle tecnologie informatiche, ma attenzione, anche questa e’ Automazione, e gli strumenti che sono oggi a disposizione dei disegnatori, non li sostituiscono ma sono loro di ausilio, permettendo di aumentare 1000 volte rispetto al passato la loro produttività, o qualcuno vuole tornare a gestire UT e produzione conseguente con carta e matita?

Ma allora, perché poi quando andiamo in produzione (stiamo parlando in genere dei tavoli di montaggio), siamo ancora all’età della pietra, usiamo martello, cacciavite e, se va bene avvitatore pneumatico?

A quali livelli potrebbe arrivare la produzione se fornissimo gli stessi strumenti del UT?

Proviamo ad immaginare a disposizione dei vari montatori strumenti di ausilio di pari livello dei loro colleghi in UT.

Questi strumenti oggi (in realta’ da vari anni) esistono, si chiamano COBOTS, la modalità di utilizzo è simile al CAD / CAM, e cioe’ sono di ausilio all’operatore, il costo e’ ammortizzabile in 1 anno, la sicurezza e la qualità sono inarrivabili (stessa differenza fra matita e CAD).

Oggi se, fatto 100 il costo di un Isola Robot tradizionale, il Robot è 30, il resto sono costi dovuti alla organizzazione della isola stessa, reti di protezione, barriere elettroniche di sicurezza, PLC, impianto elettrico, programmazione.Viceversa, sempre fatto 100,  il costo dell’isola collaborativa e’  il costo del Robot e’ 40, poi basta.

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