Scopo della meccatronica è integrare i sistemi produttivi con l’obiettivo di semplificare i processi e incrementare l’efficienza.
Con quali strumenti è possibile ottimizzare la produzione attraverso una strategia di crescita sostenibile? E quali sviluppi è possibile ipotizzare per il prossimo futuro? La parola agli specialisti.
a cura di Alfredo Pennacchi
Scopo della meccatronica è integrare i sistemi produttivi con l’obiettivo di semplificare i processi e incrementare l’efficienza. Dalle più avanzate tecnologie ai più piccoli componenti, la disciplina include oggi anche aspetti legati all’organizzazione, alla sicurezza, al miglioramento delle condizioni di lavoro e alla competenza delle risorse umane, secondo i dettami di Industria 4.0. Con quali strumenti è possibile ottimizzare la produzione attraverso una strategia di crescita sostenibile? E quali sviluppi è possibile ipotizzare per il prossimo futuro? Ce ne parlano alcuni specialisti.
OTTIMIZZARE I PROCESSI
Crescita sostenibile significa perseguire lo sviluppo economico salvaguardando l’ambiente e le persone. In termini di fabbrica, significa far funzionare la catena produttiva nel modo più snello, efficace ed efficiente possibile. Questi sono anche gli obiettivi di Industria 4.0, sia in termini di mera produzione che di completa catena del valore.
La prima azione da svolgere per raggiungere questo scopo è monitorare. Ciò significa dotare componenti, sistemi e macchine di sensori per misurare grandezze differenti. Un esempio potrebbe essere quello di misurare il consumo d’aria della macchina, così da identificare deviazioni dal comportamento inziale e di conseguenza intervenire tempestivamente sul problema. Il passo successivo è la manutenzione preventiva, in cui il sistema fornisce anche una previsione, in modo tale da intervenire prima ancora che il problema emerga, evitando perciò possibili fermi macchina.
Anche altre tecnologie possono contribuire a una crescita sostenibile: ad esempio i robot e cobot, che possono supportare gli operatori nelle operazioni più gravose o aumentare la flessibilità di un sistema di produzione, oppure sistemi di Additive Manufacturing, che permettono di realizzare pezzi di ricambio in loco, semplicemente scambiandosi un file.
Il futuro è sicuramente legato all’iperautomazione, definita come la combinazione di tecnologie innovative come Deep Learning, intelligenza artificiale, realtà virtuale ed aumentata, elaborazione del linguaggio naturale e Robotic Process Automation per migliorare i processi aziendali. L’obiettivo è ottimizzare l’intero processo di produzione, partendo dall’approvvigionamento alla produzione, fino alla spedizione. Tipico esempio è la determinazione della modalità di trasporto migliore (in termini di consumi e percorsi), così da ottimizzare sia i costi che l’impatto ambientale. (Sebastian Bicelli, Camozzi Automation)
Sebastian Bicelli, Strategic Marketing Manager di Camozzi Automation.
FOCUS SULLA PROGETTAZIONE
La strategia di sviluppo prodotti si fonda su sostenibilità, digitalizzazione, sicurezza e customizzazione. Aspetti che fanno parte della filosofia di Festo, da qui l’introduzione di un basket dedicato: gli Smart Product, soluzioni per l’impiego meccatronico che possono lavorare in un network digitale.
Un esempio è il modulo Energy Efficiency MSE6-C2M, che integra un pressostato, un flussimetro una valvola 2/2 (per le funzioni “start & stop”) e un nodo fieldbus. Con semplicità, C2M consente di avere dati di consumo, derive e allarmi per ottimizzare gli interventi manutentivi prima che un guasto inaspettato si verifichi.
Sul tema della sicurezza, Festo propone una gamma di soluzioni sia pneumatiche sia elettromeccaniche, per applicazioni che richiedono livelli di performance elevati che derivano dalla valutazione dei rischi della macchina.
Per poter ottenere il massimo delle prestazioni di questi componenti, Festo mette a disposizione consulenti e tecnici meccatronici per il supporto e l’integrazione di queste ultime nel sistema di automazione. Tale supporto è fondamentale per l’ottimizzazione tecnica ed economica.
Per Festo è importante rispondere alle nuove sfide con soluzioni e tool per l’engineering mirati, perché il percorso che porta a soluzioni meccatroniche efficienti e sicure si basa sulla progettazione. (Sergio Forneris, Festo Italia)
Sergio Forneris, Head of Product Market Manager di Festo Italia.
ELETTRONICA DI ALTO LIVELLO
Trovo particolarmente stimolante la definizione che viene data per lo scopo della meccatronica, perciò voglio partire proprio da lì.
L’integrazione dei sistemi produttivi passa necessariamente dalla comunicazione tra i componenti del sistema e la comunicazione a sua volta passa da standard comuni e capacità di calcolo sempre più elevate.
Infatti, al fine di elevare l’efficienza e semplificare l’integrazione in un sistema, è necessario che le prestazioni dei singoli elementi siano sempre più spinte. Ed è proprio per questo che diventa preponderante la presenza di un’elettronica integrata nei componenti e, soprattutto, lo sviluppo di software sempre più prestanti. Mi riferisco, ad esempio, alla possibilità di integrare i componenti in un sistema connesso tramite fieldbus, ovvero tramite un network di comunicazione che si basa su un protocollo standardizzato. Si tratta di una modalità ormai di utilizzo comune, tanto che diventa imprescindibile per lo sviluppo di nuovi componenti di fascia medio alta.
Dal nostro punto di vista, ad esempio, il sistema di elettrovalvole EB80 è interfacciabile con tutti i principali protocolli di comunicazione disponibili sul mercato; inoltre, il passaggio da un protocollo all’altro è possibile con la semplice sostituzione di un componente, mentre tutta la restante parte del sistema rimane inalterata.
Lo sviluppo di un’elettronica di alto livello, seppur a costi competitivi, consente un controllo in tempo reale di tutte le parti del sistema, nonché un costante feedback diagnostico del comportamento dei componenti stessi.
Sempre con EB80 abbiamo inoltre sviluppato una piattaforma hardware e software che consente di monitorare l’isola stessa e anche i componenti da questa comandati, siano essi attuatori oppure sensori. (Corrado Tamiozzo, Metal Work)
Corrado Tamiozzo, R&D Manager di Metal Work.
MODELLO DI EFFICIENZA
Mini Motor ha iniziato il processo di transizione verso l’Industria 4.0 almeno dieci anni fa. Tuttavia, l’attitudine all’efficienza produttiva - intesa come valorizzazione delle persone e del loro lavoro in tutti quei processi complessi e non automatizzabili -è uno dei segni distintivi dell’azienda, concretizzatosi più di 25 anni fa con l’acquisto del primo robot antropomorfo. Da lì, il processo di trasformazione è proseguito, arrivando a contare oggi 15 macchine utensili robotizzate con cambio pallet automatico. Tre programmatori, inoltre, sono sostenuti da un complesso programma di pianificazione della produzione di ingranaggi ed alberame, sfruttando l’intelligenza artificiale e ottimizzando i tempi. Questo ha permesso di efficientare la produzione di almeno un 30% in più, liberando i nostri dipendenti dai lavori ripetitivi e pesanti. Alleggerire gli operatori dai lavori usuranti significa tutelarne l’integrità fisica e psicologica, aspetto prioritario per la nostra azienda.
Per quanto riguarda il reparto di assemblaggio, tutte le operazioni sono supportate dal sistema gestionale che controlla le varie fasi, consentendo una completa tracciabilità fin dalle materie prime. Negli ultimi anni, sono inoltre stati inseriti controlli di processo volti a individuare le eventuali difettosità, grazie al collaudo finale svolto sul 100% dei prodotti.
Ultimo aspetto, ma non certo per importanza, è la sostenibilità ambientale, un tema centrale per la nostra azienda, che, già dal 2010, sfrutta un impianto fotovoltaico da 100 kW per alimentare la nostra produzione, riducendo così di moltissimo le emissioni di CO2. (Andrea Franceschini, Mini Motor )
Andrea Franceschini, Managing Director di Mini Motor.
CENTRALITÀ DEL CONTROLLO
Nelle macchine utensili l’elettronica ha acquisito negli anni la medesima importanza della parte meccanica, arrivando a giocare un ruolo fondamentale sia a livello costruttivo che prestazionale, poiché ha aumentato notevolmente i benefici in termini di velocità e precisione. L’introduzione di software e di interfacce HMI (Human Machine Interface) ha poi facilitato l’utilizzo delle macchine e la programmazione di lavorazioni complesse. La macchina utensile deve essere in grado di comunicare con il mondo esterno ed essere interconnessa per inviare dati e poi elaborarli.
Il mercato richiede macchine che offrano un livello di precisione sempre maggiore e che per questo devono essere pilotate da controlli altrettanto precisi, con elevata potenza di calcolo e velocità di esecuzione dei comandi. Il controllo ha un ruolo fondamentale, perché deve essere in grado di elaborare al meglio il percorso utensile, prevedendo e anzi anticipando il comportamento reale della macchina, compensando eventuali errori meccanici o deviazioni dinamiche dalla traiettoria ottimale.
Per queste ragioni i CNC di ultima generazione, come la serie 8 di Mitsubishi Electric, dispongono di funzioni capaci di realizzare traiettorie perfette e impartire comandi adeguati ad assi e mandrini, tenendo conto di errori geometrici della macchina, di flessioni e torsioni meccaniche, ma anche di eventuali piccole imprecisioni del programma.
Inoltre, le macchine utensili oggi devono essere sempre più interconnesse, parti integranti dei processi produttivi in un’ottica di “smart factory”. È per questo che i controllori numerici dovranno sempre di più essere in grado di soddisfare in modo ottimale questa esigenza, integrando di serie tutte le funzioni necessarie al trasferimento dei dati, nonché all’interconnessione tra macchina e mondo esterno, risultando, quindi, nativamente idonee all’impiego in soluzioni di Industry 4.0. (Paolo Soroldoni, Mitsubishi Electric Europe)
Paolo Soroldoni, Mechatronics CNC Manager di Mitsubishi Electric Europe.
SOLUZIONI INTELLIGENTI
Oggi l’efficienza delle produzioni è legata alla flessibilità dei sistemi e alla possibilità di riconfigurare i processi produttivi in modo semplice, veloce e sicuro. La sfida riguarda l’implementazione di elettronica e tecnologie digitali, funzionali alla rilevazione ed elaborazione di dati utili alla gestione dei processi in prossimità dei sistemi stessi che li generano (Edge Computing) e che, attraverso funzioni di Machine Learning, attivino retroazioni continue per aumentare l’efficienza degli impianti, rendendoli facilmente riconfigurabili. La velocità con cui si innovano i prodotti, soprattutto nel mercato “consumer”, è infatti un fattore critico di successo fondamentale e le macchine devono essere in grado di garantire la flessibilità necessaria per assecondare queste evoluzioni. Il modello di business è cambiato; oggi vendiamo le prestazioni che una macchina è in grado di offrire grazie ai nostri componenti, non semplici prodotti. Per far questo è necessario evolvere le competenze dei progettisti e dei funzionari di vendita con un approccio sempre più consulenziale, multidisciplinare e settoriale. Pneumax sta lavorando su tutti questi fronti, dall’integrazione di intelligenza digitale all’interno dei componenti per il controllo dell’automazione, alla proposta di soluzioni che combinano più tecnologie (attuazione elettrica, pneumatica e proporzionale), non ultimo sull’approccio settoriale attraverso divisioni specializzate, dedicate all’automazione industriale, di processo e Automotive. L’uso delle tecnologie smart riguarda anche gli impianti produttivi di Pneumax, per garantire la massima qualità dei prodotti standard e la flessibilità necessaria per realizzare soluzioni customizzate, frutto della combinazione di competenza, esperienza e tecnologia. (Domenico Di Monte, Pneumax)
Domenico Di Monte, Corporate Brand Manager di Pneumax.
MIGLIORARE LA FLESSIBILITÀ
Attenta alle esigenze di mercato, SMC propone soluzioni tecnologiche in grado di aumentare la competitività attraverso l’ottimizzazione della produzione, il miglioramento della flessibilità e la riduzione dei consumi. Nella progettazione dei propri prodotti SMC punta all’efficienza energetica, non solo per dover rispondere a obblighi normativi. L’azienda, infatti, lavora per uno sviluppo sostenibile basato su cinque cardini: generare solo quello di cui si ha bisogno; recuperare ciò che non si consuma; monitorare i consumi; utilizzare solo l’essenziale e pensare in modo efficiente.
Nel comparto della componentistica pneumatica, il passaggio dall’analogico al digitale consente non solo di ripensare alle attuali soluzioni disponibili, ma di crearne di completamente nuove. Il bus di campo IO-Link è ideale per comandare valvole, acquisire segnali digitali e analogici o, ancora, per gestire da remoto pressostati, regolatori di pressione, misuratori di posizione e così via.
Per ottimizzare la produzione è fondamentale implementare una strategia basata sulla manutenzione intelligente, che include manutenzione predittiva e monitoraggio delle condizioni, garantendo così l’affidabilità del processo di produzione. A questo si aggiunge la flessibilità nelle regolazioni delle macchine, per una risposta rapida nel fornire rapidi cambi di formato in macchine flessibili e modulari. Infine, è bene ricordare l’importanza della flessibilità nella rete industriale per la comunicazione delle macchine e dei dispositivi. (Andrea Trifone, SMC Italia)
Andrea Trifone, Technical Support Engineer Manager Mechatronic & Network di SMC Italia.
CONNESSIONE TOTALE
Le produzioni industriali impiegano solo una parte dell’arsenale tecnologico proposto dai costruttori da quando si dibatte di Industria 4.0. Per poter fare il salto tecnologico non è sufficiente acquistare prodotti 4.0 ma serve anche connetterli, sfruttarne tutte le funzionalità, capirne i meccanismi per stimolare nuove idee progettuali, che fino ad oggi naufragavano su barriere che parevano insormontabili.
La customizzazione di massa ha profondamente cambiato le caratteristiche delle macchine, incrementando il numero di assi servo, i formati lavorabili e il numero di combinazioni di prodotto finale. Tutti i componenti implicati nei processi registrano ormai un’ingente quantità di dati che attendono solo di essere analizzati dagli utilizzatori. L’interconnessione completa di tutte le parti, oltre all’efficiente memorizzazione e gestione dei dati, è il prossimo passaggio. Nel frattempo, è necessario progettare pensando quali possano essere i reali benefici per i clienti finali, ovvero noi tutti.
Anche i riduttori non esulano dalla “connessione totale”. Ad esempio, con i sensori integrati cynapse di WITTENSTEIN, è possibile registrare l’andamento diretto delle grandezze fisiche e impostare soglie e monitoraggi. È proprio questo che consente di avere sempre un preciso controllo della produzione, massimizzandone l’efficienza e riducendo al minimo scarti e difettosità, per preservare le risorse e rendere sostenibile la crescita anche nel lungo termine.
Al contempo, anche la manutenzione può essere pianificata meglio, operando prevalentemente in condizioni di manutenzione ordinaria, non solo più economica, ma anche più sicura per gli operatori. (Simone Bassani, WITTENSTEIN) ©ÈUREKA!
Simone Bassani, COO di WITTENSTEIN.
