I Cobot in Fonderia
Quali sono le opportunità, limiti e prospettive di un’automazione intelligente?
Per decenni, l’automazione in fonderia ha significato una cosa sola: robot industriali tradizionali, grandi, veloci, potenti e rigidamente segregati dall’operatore dietro recinzioni e barriere fisiche. Macchine progettate per fare sempre la stessa cosa, nel minor tempo possibile, senza deroghe. Questo modello ha funzionato bene in contesti di produzione ad alto volume e bassa variabilità, ma fatica a rispondere alle esigenze di una fonderia moderna, dove i lotti si accorciano, i cambi formato si moltiplicano e la variabilità del pezzo è una costante con cui fare i conti ogni giorno. Queste considerazioni preliminari sono da tenere presente quando si vuole rispondere alla domanda: “Perchè i cobot in fonderia?”.
Prima di parlare di come i cobot in fonderia trovano applicazione.
A queste considerazioni è necessario aggiungere quella che è, di fatto, una mera constatazione, ovvero la pressione strutturale che chi lavora in questo settore conosce bene. Sappiamo bene che trovare operatori disposti a svolgere mansioni fisicamente gravose, ripetitive e a contatto con polveri, calore e vibrazioni, è sempre più difficile. Non si tratta di un problema congiunturale, ma di un cambiamento demografico e culturale destinato ad accentuarsi.
In questo scenario si inserisce l’interesse crescente per i robot collaborativi, i cosiddetti cobot: macchine progettate non per sostituire l’operatore dietro una gabbia separata, ma per lavorare al suo fianco, nello stesso spazio, sullo stesso banco. I cobot in fonderia sono la risposta ad un bisogno specifico.
Ma attenzione: non tutto ciò che è robotizzabile è anche collaborabile. Questa distinzione è forse la cosa più importante da comprendere prima di avvicinarsi a qualsiasi progetto di automazione che preveda l’introduzione dei cobot in fonderia, e torneremo su questo punto più volte. Attenzione anche a non farsi abbindolare da chi fa le cose troppo semplici: ascoltate la nostra esperienza, ne vale la pena!
1. Cosa sono i cobot e perchè i cobot in fonderia
Il termine “cobot” nasce dalla contrazione di collaborative robot e identifica una categoria di robot industriali progettati specificamente per operare in sicurezza in prossimità degli esseri umani, senza necessità di barriere fisiche di separazione.
Il concetto non è nuovo: il termine fu coniato nel 1996 da professori della Northwestern University che sviluppavano assistenti robotici per General Motors per aiutare gli operai nella movimentazione di componenti pesanti. Ulteriori approfondimenti a questo link. Da allora la tecnologia ha compiuto passi enormi in termini di accessibilità, facilità di programmazione e integrazione con sistemi digitali.
Dal punto di vista tecnico, ciò che distingue un cobot da un robot industriale tradizionale è la presenza di sensori di forza e coppia distribuiti sulle articolazioni, che permettono alla macchina di percepire un contatto imprevisto e fermarsi in frazioni di secondo. La normativa internazionale di riferimento è rappresentata dagli standard ISO 10218-1 e 2 e dalla specifica tecnica ISO/TS 15066, che definiscono le modalità di collaborazione sicura, i limiti di forza e pressione accettabili per il contatto diretto e le procedure per la valutazione dei rischi.
Sul piano delle prestazioni fisiche, il mercato si è evoluto rapidamente. Anni fa i cobot erano relegati a taglie piccole, con portate fino a 5 kg e raggi operativi fino a 900 mm. Oggi tutti i principali produttori stanno ampliando la gamma in modo significativo. Un esempio recente è ABB, che ha presentato la nuova linea POWA: un’ampia gamma di sbracci e portate, con una velocità di lavoro mai vista prima su un robot collaborativo: arrivano i cobot in fonderia!
Un vantaggio spesso sottovalutato riguarda il design: i cobot sono studiati per essere snelli e con profili arrotondati, il che li rende fisicamente meno ingombranti rispetto a un robot industriale di pari portata. Questo si traduce spesso in layout di cella più compatti ed efficienti, con la possibilità di operare a stretto contatto con gli operatori senza richiedere — salva analisi del rischio sull’applicazione — barriere di sicurezza e recinzioni.
I principali produttori del mercato includono Fanuc, ABB con le famiglie YuMi, GoFa e POWA, e KUKA con la serie LBR iiwa. Si tratta di un mercato in forte espansione: secondo le stime di Interact Analysis, le spedizioni globali di cobot cresceranno a un CAGR del 20% tra il 2025 e il 2029, raggiungendo circa 125.000 unità l’anno.
2. I cobot in fonderia sì, ma dove?
È possibile identificare con precisione le aree applicative dove i cobot in fonderia portano un valore concreto e misurabile.
I cobot in fonderia: carico e scarico macchine
È l’applicazione più diffusa e, in molti casi, quella con il miglior ritorno dell’investimento. Centri di lavoro, trance, macchine di sbavatura automatica, impianti di lavaggio: tutte queste macchine richiedono un’operazione ciclica di prelievo e posizionamento del pezzo che è fisicamente monotona, potenzialmente pericolosa per i rischi da schiacciamento o ustione, e che non richiede forze elevate.
Una curiosità tecnica: lo sapevi che in queste applicazioni il cobot può funzionare in modalità ridotta quando un operatore entra nella cella, limitando automaticamente la forza per evitare lesioni, e riprendere la piena velocità non appena lo spazio è libero? Adesso lo sai!
I cobot in fonderia: operazioni di assemblaggio e montaggio inserti
Il montaggio di inserti filettati, boccole e spine di riferimento nei getti è un’operazione ad alta variabilità e bassa forza: un contesto ideale per un cobot dotato di controllo di forza. La capacità di “sentire” la resistenza durante l’inserimento permette di rilevare in tempo reale anomalie dimensionali o posizionamenti errati, facendo funzionare il cobot di fatto anche come strumento di controllo di processo.
I cobot in fonderia: controllo qualità con visione artificiale
Le applicazioni di testing e ispezione hanno registrato una crescita superiore al 20% nel settore cobot, alimentata dall’integrazione con sistemi di visione per compiti di precisione. In fonderia questo si traduce nel controllo della presenza di difetti superficiali, nella verifica dimensionale automatica con telecamere calibrate e nell’ispezione di zone critiche che l’operatore non è in grado di raggiungere con continuità e ripetibilità costante. Maggiori informazioni sulla computer vision in fonderia in questo articolo.
I cobot in fonderia: marcatura e tracciabilità
Marcatura laser, lettura e applicazione di codici Data Matrix: sono operazioni a forza quasi nulla, con altissime esigenze di ripetibilità, spesso inserite in postazioni dove l’operatore è già impegnato in altre attività. Il cobot si integra perfettamente in questa tipologia di cella.
I cobot in fonderia: finitura leggera: Lucidatura, spazzolatura, sbavatura
I cobot sono particolarmente adatti per operazioni che richiedono destrezza e sensibilità. Il controllo di forza integrato permette di mantenere una pressione costante sull’utensile indipendentemente dalla geometria del pezzo, compensando le variazioni dimensionali del getto. Le forze in gioco — tipicamente nell’ordine di qualche Newton — sono pienamente compatibili con la filosofia collaborativa e con i limiti di payload della maggior parte dei cobot disponibili sul mercato.
In TREBI abbiamo usato cobot per automatizzare asservimenti macchina utensile e per fare applicazioni di carteggiatura di pezzi con una forma irregolare. I cobot in fonderia: sfruttiamo in modo produttivo i vantaggi offerti.
3. Dove il cobot in fonderia NON è la scelta migliore
Questa è la sezione più importante dell’articolo, e quella che, purtroppo, viene spesso omessa dalla letteratura commerciale. E a noi, lo sapete, piace essere schietti.
Non ci sentirete urlare a squarciagola “evviva i cobot in fonderia”, oppuer “i cobot in fonderia sono la soluzione per tutti i problemi!”
Il principio fondamentale è il seguente: non tutte le applicazioni robotizzabili sono anche applicazioni collaborabili. Lo abbiamo già affermato, ma è arrivato il momento di approfondire.
Taglio e sbavatura pesante
Il taglio delle colate o la sbavatura di getti con canali massicci, bave spesse o geometrie complesse richiede forze di lavorazione che possono raggiungere e superare i 500 N in modo impulsivo. Nessun cobot di gamma standard è dimensionato per assorbire questi carichi senza compromettere la qualità del percorso o innescare arresti di sicurezza continui. In questi casi serve rigidità strutturale, e la rigidità strutturale è incompatibile con la filosofia di cedevolezza su cui si fonda la sicurezza collaborativa.
Molatura aggressiva
Un disco diamantato da 350 mm su ghisa richiede potenze nell’ordine dei 15 kW e forze di contatto che variano in modo imprevedibile in funzione dell’utensile, del materiale e dell’angolo di attacco. Un robot industriale tradizionale, con la sua massa e la sua rigidità, gestisce queste variazioni. Un cobot non è lo strumento giusto e non solo per le forze: la meccanica snella e leggera che lo rende collaborativo è esattamente ciò che lo rende inadatto ad assorbire le vibrazioni generate dall’utensile.
Asportazioni importanti di materiale
Qualunque operazione che richieda un’asportazione volumetrica significativa rientra nel dominio dei robot industriali tradizionali. Non è una questione di marca o configurazione: è una questione fisica. Il cobot è nato per applicazioni dove la forza è uno strumento di sensing, non di potenza. Quando le forze di lavoro salgono, il cobot non ha né la meccanica né il software adatti.
Il messaggio non è che il cobot in fonderia rappresenta una tecnologia inferiore: è una tecnologia diversa, con un dominio applicativo preciso. Chi lo utilizza nel dominio sbagliato ottiene risultati scadenti e si convince erroneamente che la tecnologia non funzioni. Chi lo utilizza nel dominio corretto ottiene risultati eccellenti.
In TREBI non abbiamo mai usato un robot collaborativo per sbavare ghisa o per tagliare una colata. L’applicazione è estremamente poco affidabile e il risultato spesso incerto. Integriamo i cobot in fonderia solo quando ci sono le giuste condizioni.
4. I cobot in fonderia: ecco i vantaggi (senza retorica)
Voglio essere diretto e anticonformista: il cobot in fonderia non ha un vantaggio universale e straordinario rispetto al robot industriale. Bisogna sempre valutare l’applicazione, non il robot in sé.
Se sto manipolando un oggetto appuntito o pericoloso, dovrò comunque installare protezioni fisiche per tutelare l’operatore. In quel caso, il vantaggio collaborativo svanisce quasi del tutto. Allo stesso modo, c’è chi racconta che i cobot offrono maggiore flessibilità produttiva perché più semplici da programmare ma non è del tutto vero. I cobot (e quindi anche i cobot in fonderia) sono più semplici da programmare quando si accettano risultati mediocri. Se si vogliono prestazioni elevate in termini di tempo ciclo e qualità produttiva, la complessità di programmazione è sostanzialmente la stessa di un robot industriale. E gli stessi paradigmi di programmazione grafica sviluppati per i cobot si possono applicare anche ai robot tradizionali.
C’è poi il tema della disponibilità operativa: i cobot non sono progettati per lavorare h24 a ritmi industriali sostenuti nel lungo periodo. La meccanica più snella, pensata per la cedevolezza e la leggerezza, non è sovradimensionata come quella di un robot industriale. Sono strumenti eccellenti su applicazioni specifiche, non una soluzione universale.
Il vero vantaggio del cobot sta nelle applicazioni dove la forza controllata è un driver dell’operazione stessa. Un cobot può montare un componente in modo accurato rilevando in tempo reale la resistenza dell’inserimento, evitando sovraforze che danneggerebbero il pezzo o lo stampo. Questo è il tipo di valore che un robot industriale tradizionale non è in grado di offrire con la stessa integrazione.
5. Integrazione con Industria 4.0 e intelligenza artificiale
Il cobot in fonderia, da solo, è già uno strumento utile. Integrato con sistemi digitali, diventa qualcosa di più.
Visione artificiale adattiva
I sistemi di visione di nuova generazione non si limitano a identificare il pezzo: compensano in tempo reale le variazioni di posizione e orientamento, permettendo al cobot di operare su getti posizionati in modo non perfettamente ripetibile. Questo risolve uno dei problemi storici dell’automazione in fonderia e apre la porta a celle flessibili, senza fixture dedicate. La flessibilità produttiva reale inizia esattamente da questo passaggio.
Assistenza all’operatore
I cobot di ultima generazione possono essere abbinati a sistemi di istruzioni digitali contestuali, schermi o proiettori che guidano l’operatore nelle fasi manuali residue, riducendo gli errori da distrazione e accelerando notevolmente l’addestramento del personale nuovo.
Intelligenza artificiale per il controllo di processo
Questo è il fronte più interessante, e anche il meno maturo. Il cobot introduce una possibilità concreta quando abbinato all’AI: modelli di machine learning applicati ai dati di forza e posizione registrati durante la lavorazione possono rilevare anomalie di processo , un utensile che si consuma, un pezzo fuori tolleranza, una variazione nel materiale , prima che queste anomalie producano scarti visibili. La transizione da controllo qualità reattivo a controllo qualità predittivo è l’obiettivo a medio termine per le fonderie che investono seriamente in questa direzione. Una panoramica sulle applicazioni dell’intelligenza artificiale in fonderia son disponibili in questo articolo di cui consigliamo la lettura.
6. Aspetti economici: quando conviene il cobot in fonderia e quando no
Il cobot in fonderia conviene quando:
- Il controllo della forza è importante
- Programmare il robot trascinandolo, riduce i tempi
Il robot industriale tradizionale è la scelta giusta quando:
- le cadenze produttive sono elevate e il tempo ciclo deve essere minimizzato
- le forze di processo sono importanti: sbavatura pesante, molatura, asportazione di materiale
- la produzione è continua su un unico prodotto con bassa variabilità
- la macchina è dimensionata per lavorare h24 per più di dieci anni
7. Il futuro dei cobot in fonderia
Le traiettorie di sviluppo sono chiare e convergenti. I cobot di nuova generazione stanno spingendo i limiti di payload verso l’alto, con modelli sempre più grandi e performanti. Questo allarga progressivamente il dominio applicativo verso operazioni che oggi richiedono ancora un robot industriale.
La programmazione diventa sempre più accessibile: i sistemi di lead-through programming, dove l’operatore guida fisicamente il braccio per insegnargli il percorso, stanno evolvendo verso interfacce in linguaggio naturale che permettono di definire un’operazione descrivendo verbalmente l’obiettivo. Il tempo di configurazione si riduce ulteriormente, aumentando la flessibilità reale delle celle.
L’integrazione nativa con sistemi di visione 3D a costo contenuto e con piattaforme IIoT permetterà di costruire celle sempre più autonome, capaci di adattarsi alla variabilità del pezzo senza intervento dell’operatore. La collaborazione uomo-macchina diventerà più sofisticata: non più semplicemente “il cobot si ferma se tocco il braccio”, ma sistemi che anticipano il movimento dell’operatore, coordinano l’azione condivisa su un pezzo e distribuiscono dinamicamente i compiti in funzione di chi è presente nella cella.
8. Ma…attenzione ai venditori di sogni
Sul mercato esistono venditori di cobot che propongono una scorciatoia: “Invece di comprare una cella robotizzata industriale che costa 150.000€, prendi un cobot, lo metti su un banco di profili di alluminio, usi utensili manuali, e con 30.000€ hai fatto l’applicazione.” È un errore madornale, e vale la pena spiegare perché.
I cobot in fonderia: il porblema della produttività.
Una macchina industriale integra PLC, HMI e soluzioni hardware progettate per rendere l’operazione semplice, affidabile e ripetibile nel tempo. Quando si confrontano i costi, bisogna confrontare la stessa cosa. Un cobot nudo su un banco non è una cella robotizzata: è solo un braccio meccanico.
Sicurezza.
Quando si acquista una cella robotizzata da un costruttore, si acquistano anche le competenze di chi l’ha progettata. Il costruttore è responsabile della conformità al Regolamento Macchine, ha condotto la valutazione dei rischi, ha redatto la documentazione, ha eseguito il collaudo, ha apposto la marcatura CE. Questo processo è lungo, complesso e costoso — ma è quello che garantisce che la macchina sia fatta secondo lo stato dell’arte e che, in caso di problema, esista qualcuno che risponda professionalmente del lavoro svolto.
In caso di infortunio si è consapevoli di come è stata progettata e costruita la macchina e si è protetti in modo migliore da conseguenze legali.
Un cobot è comunque una macchina capace di fare del male se integrata in modo non corretto. Installare un cobot significa costruire una macchina, e una macchina va certificata. Il robot collaborativo, da solo, non rende sicura l’applicazione. In caso di infortunio, la responsabilità ricade interamente sull’azienda che ha installato e utilizza il sistema.
I cobot in fonderia: come Trebi affronta un progetto.
Quando un cliente ci porta un’applicazione in fonderia e chiede se ha senso usare un cobot, il nostro punto di partenza non è la tecnologia: è l’applicazione. Ci facciamo alcune domande concrete. Quali forze sono in gioco? Quanto è variabile il pezzo? Qual è la cadenza richiesta? L’operatore deve restare nella cella durante il ciclo, o può uscirne? Ci sono utensili o pezzi che, indipendentemente dal tipo di robot, richiedono comunque protezioni fisiche?
Solo dopo aver risposto a queste domande decidiamo se il cobot è lo strumento giusto, e quale configurazione ha senso. In alcuni casi la risposta è un robot industriale tradizionale. In altri è un cobot. In altri ancora è una soluzione ibrida, dove il cobot gestisce le operazioni a bassa forza e il robot industriale quelle ad alta forza, sullo stesso pezzo ed in modo integrato.
Quando il cobot è la scelta giusta, lo integriamo in una macchina completa: struttura meccanica progettata per l’ambiente fonderia, quadro elettrico secondo le norme, software sviluppato internamente, sistema di visione dove necessario, documentazione CE. Il cliente non riceve un braccio robot su un bancone: riceve una macchina collaudata, marcata e pronta a lavorare.
Le nostre personali conclusioni
I cobot in fonderia non sostituiranno i robot industriali tradizionali nelle lavorazioni più gravose della fonderia. Non è questo il loro ruolo, e pretendere che lo sia è il modo più rapido per ottenere un progetto fallito. Sono invece uno strumento per fare cose che oggi non si fanno, o che si fanno male: usare la forza come driver dell’applicazione, monitorarla in tempo reale, capire cosa sta succedendo nel processo.
La scelta tra robot collaborativo e robot industriale non deve essere guidata dalla moda tecnologica, dalla suggestione di un caso applicativo visto in fiera, né , soprattutto, dai venditori che promettono soluzioni fai-da-te a basso costo. La guida deve essere l’analisi puntuale dell’applicazione specifica.
E quando quella analisi porta al cobot, i risultati possono essere eccellenti. Ma solo se si sa esattamente perché.
