Riassunto analitico
La robotica industriale è la tecnologia chiave per l’industria del futuro e la sua adozione intensiva sta aprendo gli orizzonti alla quarta rivoluzione industriale, nota anche come “Industria 4.0”. Purtroppo, allo stato attuale, i robot industriali sono intrinsecamente dispendiosi di energia e la loro massiccia adozione rischia di compromettere la complessiva sostenibilità delle fabbriche, sia in termini di impatto ecologico che di costo economico. Ad oggi, la progettazione di impianti fa affidamento su simulazioni principalmente per verificare il tempo ciclo e generare percorsi privi di collisioni, mentre c’è ancora una mancanza di metodi e strumenti ingegneristici affidabili capaci di sfruttare l’enorme potenziale della robotica industriale, ottimizzando al contempo il consumo energetico globale.
Il presente lavoro di Dottorato propone nuovi metodi ingegneristici e strumenti per la simulazione robotica e la fabbrica digitale, originariamente basati sull’approccio Energy Signature e capaci di ridurre sia il consumo energetico che il tempo ciclo.
Infine, si è sviluppata una completa libreria software, object-oriented e model-based, con cui è possibile simulare ed ottimizzare le prestazioni di intere celle e linee di produzione robotizzate durante il loro intero ciclo di vita, consentendo ai progettisti di innovare gli attuali metodi di progettazione in ambito robotica industriale, incrementando rapidamente le prestazioni finali, verificandole e validandole anche in ambiente virtuale.
Inoltre, i tool software sviluppati permettono di ottimizzare automaticamente anche il codice robot, assegnando i parametri motion per ridurre tempi ciclo e consumi energetici. La validazione sperimentale è stata effettuata su diverse celle robotizzate ed ha dimostrato che con i metodi e i software tool ideati, in media, è possibile ridurre i consumi energetici di oltre il 20% mantenendo la stessa produttività e qualità di manifattura.
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Abstract
Industrial robotics is the key manufacturing technology for the factories of the future and its massive use is paving the way towards the fourth industrial revolution, also known as “Industry 4.0”. Unfortunately, at state of the art, industrial robots are intrinsically energy intensive and their massive adoption risks to compromise the overall factories sustainability in terms of both ecological impact and economic costs. Currently, robotic plants design practices rely on simulation mainly to verify the cycle time and develop collision-free motion paths, while there is a lack of reliable engineering methods and tools capable to exploit the huge potential of industrial robotics by optimizing also the overall energy consumption.
The present PhD work proposes novel digital manufacturing and robotics simulation tools and sustainable engineering methods, originally based on the Energy Signature approach and capable to reduce both the overall Energy Consumption and the cycle time.
An extensive object-oriented, model-based software library has finally been developed to simulate and optimize the performance of complete robotic cells and plants during their whole lifecycle, aiding design engineers to innovate current industrial robotics design methods by quickly improving the final performance, digitally verified and validated.
Moreover, the developed software tools optimize automatically the robot code by providing the best cycle time and energy-optimal motion parameters. Experimental validation, performed on several industrial robotic cells, has demonstrated that in average, more than 20% of the energy consumption can be saved by trajectories optimization using the developed tool while keeping the same productivity and manufacturing quality.
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