Automazione
SOLUZIONI PER IL DOMANI
01/04/2018

Luca Galluzzi, Direttore Generale di B&R Industrial Automation, durante il suo intervento all’evento “Innovations Day”.

La sesta edizione degli “Innovations Day” targata B&R ha dato luogo a un vivace dibattito sulle innovazioni e le nuove tecnologie destinate a migliorare il modo di fare automazione, consentendo processi produttivi efficienti e altamente flessibili.

di Federica Conti

Grazie alle nuove tecnologie è possibile avere macchine interconnesse, fabbriche intelligenti e IIoT-ready, portando i processi produttivi a livelli di efficienza e flessibilità inediti. Oltre 300 partecipanti, tra costruttori di macchine e industria manifatturiera si sono riuniti a fine febbraio per approfondire le tecnologie che stanno cambiando il modo di fare automazione. E mentre fuori una coltre bianca copriva e ovattava Parma, all’interno del Centro congressi la tecnologia arancione di B&R (http://www.br-automation.com/) riscaldava gli animi e le menti di progettisti che hanno potuto toccare e vedere dal vivo, in anteprima italiana, le novità presentate a Norimberga.

La sesta edizione dell’acclamato evento B&R dedicato all’innovazione ha visto 15 presentazioni: 10 delle quali sono state organizzate in sessioni parallele, permettendo ai partecipanti di seguire gli argomenti più interessanti per loro, nella sequenza desiderata, per una esperienza formativa completamente personalizzata.

I seminari tecnici, spesso arricchiti da live demo, hanno dato modo di comprendere quali vantaggi portino le novità presentate e come poterli implementare nella propria realtà quotidiana. Una zona espositiva di oltre 150 metri quadrati con macchine funzionanti, ha permesso di vedere le nuove tecnologie in azione, mentre le stazioni di programmazione hanno dato modo di comprendere, insieme agli specialisti B&R, come i nuovi prodotti funzionino e come si programmino per sfruttarne appieno le potenzialità.

PERSONALIZZAZIONE DI MASSA 

Tra le soluzioni presentate all’“Innovations Day”, sicuramente degno di nota il sistema di trasporto per la personalizzazione di massa che aumenta l’efficacia complessiva delle apparecchiature (OEE), moltiplica il ritorno sull’investimento (ROI) e accelera il time to market (TTM). Connesso e integrato, esattamente come ogni altra parte in movimento sulle linee, ACOPOStrak è il tassello mancante per la completa digitalizzazione di fabbrica, una rivoluzione nella manifattura adattiva che rende la produzione di massa sostenibile anche per lotti di dimensioni molto ridotte, sino al limite del pezzo unico personalizzato.

In questo nuovo sistema materiali e prodotti vengono trasportati, in modo rapido e flessibile, da una stazione di lavorazione alla successiva mediante carrelli programmati per muoversi in modo indipendente. Anche su topologie complesse è possibile movimentare oggetti con profili massimi di velocità e accelerazioni, instradando ogni pezzo su un percorso ottimale per le lavorazioni necessarie ed evitando ingorghi, collisioni e rovesciamenti che danneggerebbero il prodotto e richiederebbero un fermo in linea.

Il design assolutamente unico, robusto e modulare, è perfetto per l’applicazione in ambienti regolamentati e, grazie a carrelli e scambi accoppiati magneticamente, non è soggetto a usura meccanica, garantendo, pertanto, una manutenzione ridottissima e semplificata. Disponibilità del sistema e produttività vanno di pari passo con qualità dei prodotti e tolleranza ai guasti, grazie all’intelligenza e alla reattività di ACOPOStrak.

 

Produrre piccoli lotti in modo efficiente è possibile, beneficiando di costi ridotti e margini più elevati anche su prodotti e set personalizzati, grazie a ACOPOStrak.

L’IIoT IN CHIAVE ARANCIONE 

Controllo in tempo reale, connettività Internet, aggregazione e storicizzazione dei dati, data analytics, business intelligence, machine learning, stoccaggio di lungo periodo dei dati, sono alcune delle variabili da considerare quando ci si appresta alla gestione di fabbrica e all’analisi dei dati per diventare Industrial IoT ready. La raccolta di dati dal campo è tuttavia l’aspetto cruciale e il primo di cui occuparsi, prima di concentrarsi sulle analisi delle informazioni per i successivi interventi di ottimizzazione.

Possedere il dato consente di analizzare localmente quanto accade sulle macchine e sulle linee e intervenire tempestivamente; ma rende possibile anche tracciare le prestazioni dell’intera fabbrica e magari mettere a confronto diversi stabilimenti, per intervenire e ottimizzare i processi laddove sia più conveniente. Il famoso dato dev’essere possibilmente accessibile da parte di più persone, spesso in diverse parti del mondo, pertanto spesso conviene convogliare le informazioni in una base di dati condivisa. Questo non significa inviare istantaneamente ogni singolo dato disponibile al cloud, ma piuttosto filtrare le informazioni rilevanti e trasmetterle con una frequenza adeguata, considerata la natura e la variabilità del dato.

Per svolgere queste operazioni di raccolta, aggregazione, presentazione e talvolta analisi preliminare dei dati, si viene a generare uno strato di confine tra le macchine e la fabbrica da una parte, e servizi e applicazioni cloud a livello superiore. In questo strato perimetrale, chiamato Edge, è possibile raccogliere sistematicamente i dati di fabbrica, dicono in B&R, riservandosi la possibilità di analizzarli in loco e agire, in virtù di quanto si verifica sull’hardware fisico, prima ancora di muoversi dallo spazio OT a quello IT. L’Edge può essere più o meno complesso e svolgere differenti funzioni, diventa pertanto un elemento strategico e importante da considerare in ottica IIoT. La quantità e il tipo di funzioni svolte sul confine verso il cloud determina la tipologia dell’Edge. La sfida è soddisfare tutte le necessità impiegando la minima dotazione di hardware e software, in modo che sia economicamente conveniente. Ecco allora che si declinano proposte via via più articolate al crescere delle richieste.

 

Al fine della raccolta, aggregazione, presentazione e talvolta analisi preliminare dei dati, si genera uno strato di confine tra le macchine e la fabbrica da una parte, e servizi e applicazioni cloud a livello superiore, denominato Edge.

LE POSSIBILI DECLINAZIONI DELL’EDGE 

Edge connect, è la soluzione più elementare e prevede un semplice bus controller per condividere pochi dati o dati aggregati – ovviamente criptati – senza necessità di aggiornamento in tempo reale. Una seconda morfologia è l’Embedded Edge, dove un controller standard: un PLC o un PC industriale già presente nelle installazioni di fabbrica, gestisce la raccolta, l’aggregazione, l’invio e il salvataggio dei dati. Controllo in tempo reale e connettività Internet con funzioni di security sono inclusi in questa opzione, che consente l’aggregazione dei dati, oltre alla loro storicizzazione. Per una maggiore potenza computazionale, è possibile scalare verso un Automation PC (APC) che funga da Edge Controller. Le fabbriche possono dunque compiere un passo ulteriore nella direzione di un controllo della produzione, introducendo funzioni di business intelligence e di machine learning, oltre a implementare azioni correttive migliorative dei processi e della produttività generale.

Aggiungendo poi servizi cloud, è possibile ottenere lo stoccaggio dei dati per il lungo periodo, indipendentemente dall’architettura di controllo sottostante dove, grazie alla scalabilità di strumenti di sviluppo software come Automation Studio, è possibile mantenere aggiornato il sistema di controllo, scalando o modificando l’hardware, senza dover riprogrammare.

 

L’Edge può essere più o meno complesso e svolgere differenti funzioni, diventando pertanto un elemento strategico e importante da considerare in ottica IIoT.

LIBERO ACCESSO ALLA NUVOLA 

Una fabbrica è generalmente equipaggiata con varie macchine, con centinaia di controllori e migliaia di sensori e attuatori. Anche se in taluni casi è possibile per un controllore inviare direttamente agli strati superiori come MES-MOM/ERP/cloud, resta difficile raccogliere dati da ognuno di essi individualmente. Facendo un parallelo con un organigramma aziendale, i direttori generali hanno solo una manciata di persone che riportano a loro, anche se sono centinaia quelli che riferiscono ai responsabili dei vari dipartimenti. Sarebbe virtualmente possibile che ognuna delle centinaia di persone in azienda riportasse al direttore generale ma, in pratica, non succede.

In modo analogo anche in fabbrica sarebbe fisicamente possibile raccogliere e trasmettere direttamente i dati da ogni singolo dispositivo in campo, ma non è di fatto conveniente. È di capitale importanza avere un punto di raccolta che convogli le informazioni e le veicoli verso gli strati superiori. La corretta gestione dell’Edge consente di raccogliere i dati di fabbrica e tracciarne gli andamenti per convertirli in informazioni preziose e interpretabili, da utilizzare subito, in loco, o trasmetterle in remoto per condividerle e stoccarle per le successive analisi.

È evidente che una connettività aperta faciliti lo scambio di dati a partire dal campo fino al livello cloud, passando per la connessione tra macchina e macchina e i sistemi di fabbrica. In funzione delle necessità contingenti di ogni impianto, è possibile scegliere tra le differenti varianti di sistemi di comunicazioni basati su standard Ethernet e conformi al più recente IEEE 802.3. In particolare, il livello di processo, i sistemi MES e ERP non necessitano di comunicazioni in tempo reale, ma con alti livelli di security. La rete attiva a questo livello deve prevedere opportune opzioni di connettività verso il cloud senza richiedere modifiche hardware.

Analogamente, la rete sul campo, che mette in connessione sensori, attuatori, organi di movimento e altri dispositivi di campo, deve essere deterministica e rispondere in tempo reale con la reattività dettata dall’applicazione specifica (a volte con elevata dinamica). Dovendo mettere in connessione la fabbrica da un capo all’altro, è importante che anche qui si rispetti l’aderenza allo standard Ethernet.

La sicurezza, intesa come safety, è un altro aspetto cruciale da tenere in considerazione. Perciò anche in un contesto di macchine fornite da produttori differenti è indispensabile che queste possano scambiare dati di sicurezza in reti basate su Ethernet. Utilizzando soluzioni open source disponibili è possibile rispondere alle esigenze di un mercato in rapida evoluzione e rompere i vincoli imposti dalle soluzioni proprietarie, che è proprio un punto cruciale dell’Industria 4.0.

L’OPC Unified Architecture (OPC UA) promossa e gestita dall’OPC Foundation è una soluzione basata su standard Ethernet, completamente open source e indipendente dal produttore e dall’architettura. OPC UA è disponibile di default nei controllori B&R – attivabile con la semplice spunta di un flag – e configurabile come client o server. In combinazione con i blocchi funzione PLCopen per la programmazione del sistema di controllo, OPC UA rende possibile ottenere comunicazioni tra le varie macchine e i livelli superiori, facilitando al contempo la comunicazione tra le macchine utilizzando i controller esistenti.

Oltre che con ERP e MES, OPC UA garantisce anche accesso al cloud, grazie al fatto che molti provider hanno ormai driver OPC UA disponibili per le loro piattaforme.

L’introduzione delle TSN (Time Sensitive Networks) – sviluppate e regolate da consorzi sempre in modalità open – porta inoltre una sincronizzazione temporale e quel determinismo richiesto in ambiente industriale.

Dal campo alla nuvola, dal controllo alla sicurezza, ogni aspetto dunque beneficia di un approccio open source e di sistemi interconnessi e intrinsecamente modulari. Adottare combinazioni di protocolli e architetture aperte come Powerlink, opensafety e OPC UA con TSN, insieme a soluzioni di controllo completamente integrate e scalabili, permette di dar vita e aggiornare liberamente l’architettura del proprio Edge, mettendo in connessione non solo nuovi impianti, ma anche quelli esistenti, rendendo le fabbriche smart e IIoT ready.

 

L’OPC Unified Architecture (OPC UA) promossa e gestita dall’OPC Foundation è una soluzione basata su standard Ethernet, completamente open source e indipendente dal produttore e dall’architettura.

INTERCONNESSI ALLA FABBRICA INTELLIGENTE 

L’Orange Box è invece lo strumento ideale per trasformare macchine legacy in sistemi interconnessi alla fabbrica intelligente. La soluzione consente agli operatori, con uno sforzo minimo, di raccogliere e analizzare i dati provenienti da macchine e linee sinora isolate, rendendole compatibili con la smart factory.

Un’Orange Box è composta da un controllore e da blocchi software preconfigurati mapp Technology, noti come mapps. Il controllore raccoglie i dati operativi da qualsiasi macchina attraverso i suoi canali di I/O o una connessione Fieldbus. Da questi dati, i mapps generano e visualizzano l’OEE e altri indici prestazionali (KPI), e possono anche condividere le informazioni con i sistemi di livello superiore tramite OPC UA.

L’installazione dell’Orange Box non richiede alcuna modifica all’hardware o al software esistente. I proprietari delle macchine possono ottenere un aumento sostanziale della produttività con un investimento di tempo e costi realmente molto contenuto. Grazie ai mapps, un’Orange Box è semplice e intuitiva come uno smartphone. Il sistema è totalmente flessibile e modulare. Per raccogliere e analizzare i dati operativi di base, basta un PLC compatto da 25 mm di larghezza e il componente mapp OEE. Per funzioni più avanzate – come la gestione degli allarmi o il monitoraggio di energia – la soluzione può essere facilmente scalata con un PLC più potente e componenti software aggiuntivi. Per dare all’Orange Box una moderna interfaccia utente, oltre a funzionalità PLC, possono essere utilizzati un Power Panel o un Panel PC.

Orange Box consente agli operatori di macchine di raccogliere e analizzare i dati provenienti da macchine e linee precedentemente isolate, rendendole pronte per la fabbrica smart.

IL TRASPORTO A PROVA DI INDUSTRIA 4.0 

In chiusura, non possiamo dimenticare un accenno al sistema di trasporto intelligente SuperTrak, l’unico sul mercato, a detta dei tecnici B&R, con un design robusto e affidabile, pensato per l’uso in ambito industriale, senza compromessi. Costruito per resistere alle alte velocità per lunghi cicli ininterrotti in condizioni ambientali difficili, è stato progettato per garantire una facile manutenzione, con l’elevata disponibilità e la flessibilità necessarie per la produzione personalizzata di massa. SuperTrak ottimizza i tempi di commutazione necessari per i diversi prodotti fabbricati sulla stessa linea. I tempi di fermo necessari per il cambio di guide e altre parti meccaniche è ora ridotta sostanzialmente o eliminata del tutto.

Tra le caratteristiche di SuperTrak troviamo una manutenzione agevole che non richiede strumenti particolari o operatori esperti. Il sistema è modulare e disponibile, con il numero di carrelli desiderato, in configurazioni che arrivano fino ai 50 m, adattandosi al footprint della linea. La sua affidabilità di funzionamento permette una operatività 24/7 in ambienti industriali, gestendo carichi elevati (fino a 10 kg di payload) con una elevata precisione, 10 µm, nel posizionamento dei carrelli, che possono essere movimentati singolarmente oppure sincronizzati per muoversi a gruppi.

Grazie all’integrazione nel sistema di controllo delle macchine e alla programmabilità software attraverso Automation Studio, l’unico ambiente di sviluppo di B&R, SuperTrak è gestito come qualunque asse in linea e può quindi essere sincronizzato con ogni altra parte in movimento, inclusi CNC e robot, in maniera deterministica, veloce e sicura. La comunicazione, basata sul protocollo real-time standard Ethernet Powerlink, lo rende un sistema interconnesso che rende disponibili tutti i dati relativi al trasporto. Tali dati permettono di attuare comportamenti intelligenti volti a ridurre gli scarti, migliorare la qualità del prodotto e massimizzare la produttività, obiettivo primo della fabbrica intelligente definita dal piano Industria 4.0.

Nel corso dell’evento non sono, infine, mancate le proposte B&R per la visione, con una gestione completamente integrata, a misura di progettista d’automazione.

SuperTrak è un sistema di trasporto intelligente, con un design robusto e affidabile, pensato per l’uso in ambito industriale, senza compromessi.

INFO 1: B&R BUSINESS UNIT DI ABB

Giunta ai suoi primi trent’anni di presenza in Italia, B&R è un’innovativa società di automazione con sede in Austria e uffici in tutto il mondo. Il 6 luglio 2017, B&R è diventata una business unit del gruppo ABB (www.abb.com). Come leader mondiale nell’automazione industriale, B&R combina tecnologia all’avanguardia e ingegneria avanzata per fornire ai clienti in ogni settore industriale soluzioni complete per l’automazione di macchina e di fabbrica, per il controllo di movimento, per l’interfaccia uomo macchina e le tecnologie di sicurezza integrate. Sfruttando gli standard di comunicazione per l’IIoT come OPC UA, Powerlink e opensafety, insieme al potente ambiente di sviluppo software Automation Studio, B&R sta costantemente ridefinendo il futuro dell’ingegneria di automazione. Lo spirito innovativo che mantiene B&R all’avanguardia nell’automazione industriale è guidato dall’impegno nel semplificare i processi e superare le aspettative dei clienti.

ABB è un leader tecnologico all’avanguardia nei prodotti per l’elettrificazione, nella robotica e nel controllo di movimento, nell’automazione industriale e nelle reti elettriche al servizio dei clienti nelle utility, nell’industria, nei trasporti e nelle infrastrutture a livello globale. Continuando una storia di innovazione lunga più di 125 anni, oggi ABB sta scrivendo il futuro della digitalizzazione industriale e guidando la quarta rivoluzione industriale ed energetica. ABB opera in oltre 100 paesi con circa 132.000 dipendenti. ©tecnelab

 

Tra le innumerevoli proposte B&R figurano anche i sistemi di visione con una gestione completamente integrata, a misura di progettista d’automazione.



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