Robox AGV e simulazione d’impianto: il valore del Digital Twin nella progettazione

Quando si parla di AGV (Automatic guided vehicles) la domanda principale che sorge in ogni impianto è quanti veicoli servano per soddisfare le richieste e svolgere tutti i compiti assegnati. Definire questo numero può essere arduo, dato che molti fattori possono influire: a partire dalle prestazioni dell’AGV come velocità e accelerazione, passando alla dimensione dell’impianto, fino alle caratteristiche della viabilità dei percorsi disponibili. Tutti questi dati possono essere valutati al meglio grazie a una simulazione dell’impianto in formato digitale, cioè emulando i tempi di produzione del sistema ed emulando gli AGV sul proprio computer, grazie al Digital Twin.

Configurare AGV virtuali con parametri reali

Gli AGV emulati possono essere configurati esattamente come quelli reali, andando a impostare gli stessi parametri, tra cui:

• velocità,
• accelerazione,
• jerk,
• massima velocità di rotazione.

In questo modo, il tempo di percorrenza degli AGV emulati rispecchierà quello che avranno i veicoli reali nell’impianto finale, permettendo di calcolare il tempo ciclo.

La mappa digitale dell’impianto

Un altro elemento utile da sviluppare è la mappa dell’impianto, che permette di simulare e provare in funzionamento del sistema anche quando il capannone dell’impianto reale è ancora in costruzione.

Questo consente di ottimizzare in modo significativo i tempi di sviluppo e di debug del programma. Non sono necessari rilevamenti sul posto, è sufficiente avere un file in formato dxf con il progetto da importare nel RAT (Robox AGV Tool). Il RAT è il piccolo CAD messo a disposizione dall’ambiente Robox e consente di progettare e disegnare la mappa con:

• corsie degli AGV,
• curve,
• stazioni di lavoro.

AGV Manager: gestione della flotta e comunicazioni

La mappa viene quindi caricata nel gestore di flotta, l’AGV Manager di Robox.

Questo strumento permette la comunicazione con gli AGV e con i sistemi dell’impianto, gestendo diversi livelli di ingregrazione.

AGV Manager consente la comunicazione con gli AGV tramite:

• radio modem con collegamento seriale,
• wireless LAN con protocollo TCP/IP,
• wireless LAN con protocollo UDP.

La comunicazione con i PLC dell’impianto attraverso:

• interfaccia seriale RS232,
• OPC server,
• Ethernet con protocollo send/receive,
• Ethernet con protocollo fetch/write,
• lettura e scrittura di file in modalità generica.

AGV Manager supporta inoltre la comunicazione con database, tra cui:

• SQL Server,
• MySQLm
• PostgreSQL,
• ODBC.

Logica d’impianto e assegnazione delle missioni (rivedere titolo)

Il Fleet Manager Robox permette allo sviluppatore di descrivere la logica dell’impianto e l’assegnazione delle missioni ai veicoli in formato testuale (x-script), unitamente alla gestione dei segnali di input/output col PLC dell’impianto.

Oltre a tutto questo, il vero grande vantaggio di AGV Manager sta nella gestione autonoma della navigazione, che non richiede alcun intervento da parte dello sviluppatore o dell’installatore. Il manager segue le stesse logiche del codice della strada, controllando:

• precedenze tra veicoli,
• accodamenti,
• sensi unici,
• semafori.

Questo consente di simulare e gestire in modo realistico il comportamento della flotta all’interno dell’impianto.

Un caso applicativo nel settore tessile

Nel 2019 una grossa azienda operante nel settore tessile ha commissionato a Robox la progettazione di un impianto AGV per gestire il carico dei prodotti finiti dalle bobinatrici e lo scarico nelle stazioni di deposito e immagazzinamento. Gli AGV utilizzavano il controllo RP-2 per gestire i loro 9 assi e adottavano la navigazione inerziale di Robox (vedi Sistemi di navigazione per AGV).

Il progettista ha seguito i passi sopra elencati, richiedendo:

• il disegno dell’impianto in costruzione,
• la quantità di bobine che sarebbe stata prodotta,
• le diverse caratteristiche delle varie linee di produzione,
• le regole da rispettare per la gestione dello scarico.

Simulazione della flotta AGV

Una volta disegnata la mappa, il tecnico ha avviato l’AGV Manager e ha impostato i parametri cinematici del singolo AGV, per poi istanziare diversi veicoli di quella stessa tipologia con le stesse caratteristiche. Per poter simulare correttamente il ciclo, son state richieste le varie tempistiche, tra cui:

• il tempo necessario per abilitare lo scarico delle bobinatrici,
• il tempo di ricarica batteria dei veicoli,
• i tempi di presa,
• i tempi di deposito.

La simulazione con gli AGV virtualizzati è partita con una flotta di 20 AGV.

Dopo le prime prove, è subito stato chiaro che era un numero sottodimensionato; inoltre, alcuni sensi unici scelti durante la progettazione dell’impianto non permettevano una buona mobilità ai veicoli, costringendo gli AGV direzionati verso la zona di presa a fare un giro lungo e insostenibile come tempistiche.

Ottimizzazione della mappa e del numero di AGV

La mappa è stata quindi modificata, cambiando i sensi unici di alcune linee di transito. Anche il numero di AGV è aumentato. Le nuove simulazioni hanno dato esito positivo, dimostrando che 26 veicoli erano sufficienti per gestire tutto l’impianto e sostenere il rateo di produzione.
Considerando la manutenzione ordinaria dei veicoli e gli imprevisti che potrebbero ridurre il numero di AGV realmente operativi, alla fine son stati adottati altri due veicoli, in modo da operare normalmente con una mole lavorativa ottimale senza rischiare di andare in sovraccarico nel caso di uno o anche due veicoli fermi.

Simulazione anche in ambiente RDE

Oltre all’AGV Manager, la simulazione è possibile anche all’interno dell’ambiente di sviluppo RDE (Robox Development Environment), permettendo di verificare logiche, movimenti e interazioni del sistema direttamente in fase di sviluppo e senza il bisogno di un controllo della famiglia RP sul proprio tavolo: basta il proprio pc.

Da quando questa funzionalità è stata implementata, ha aiutato i tecnici di vari utilizzatori del sistema Robox a simulare gli assi delle loro macchine per prevedere il comportamento di quelle che sarebbero state le applicazioni reali. In questo modo è possibile:

• provare le cicliche,
• debuggare i programmi,
• calcolare i tempi ciclo dell’impianto.

Questa funzionalità serve a ogni tipo di utilizzatore, considerando che il sistema Robox è adottato da aziende operanti in molti settori, tra cui robotica, packaging e beverage, macchine a controllo numerico e taglio laser.

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