GDM, parte del gruppo Coesia, è specializzata in linee di produzione di pannolini per bambini, donne e adulti: è un’azienda leader nel settore della produzione di macchinari per prodotti igienici monouso a livello globale.
GDM, specializzata in macchinari per prodotti igienici monouso, ha ridotto i tempi di sviluppo delle linee di confezionamento simulando la cinematica e realizzando la messa in servizio virtuale.
di Federica Conti
Dal tabacco al food, dalla meccanica di precisione alla cosmetica, il Gruppo Coesia (https://www.coesia.com/it) è una realtà italiana attiva in tutto il mondo nella costruzione di macchine e impianti industriali. All’interno di Coesia, GDM S.p.A. (www.gdm-spa.com) è specializzata in impianti per la produzione di articoli igienici monouso per bambino, donna e adulto. L’azienda di Offanengo, alle porte di Crema, è sul mercato dal 1986 e ha unità operative in Brasile, Cina e Stati Uniti. La struttura italiana occupa oltre 250 addetti e conta clienti in tutto il mondo, dai mercati emergenti come l’Asia Pacifico e il Sud America a quelli tradizionali e consolidati come l’Europa e il Nord America. GDM fornisce impianti chiavi in mano che, partendo dalla materia prima (cellulosa, colle, polimeri superassorbenti), arrivano al prodotto finito, il pannolino imbustato e confezionato, pronto per la vendita.
DALLA MODELLAZIONE AL VIRTUAL COMMISSIONING
Il cuore della progettazione di GDM è l’ufficio tecnico di Offanengo, supportato da reparti di ingegneria in Cina e Brasile. GDM sviluppa impianti di grandi dimensioni, da 20 a 30 m di lunghezza per 6 m di altezza, nei quali il parametro chiave è la produttività, che può arrivare nel caso dei pannolini baby a 1.000 pezzi/min.
Nel corso degli anni, le linee sono state affinate e consolidate lavorando sull’aspetto della configurabilità, che rappresenta una forte leva in termini di tempistiche ed efficienza dei costi. L’azienda ha compiuto uno sforzo notevole di modularizzazione: a fronte di macchine composte da 40-60 moduli base e caratterizzate da un numero di parti nell’ordine dei diecimila, GDM, nel 2001, ha scelto Solid Edge di Siemens PLM Software (https://www.plm.automation.siemens.com/en/products/nx/for-design/mechatronics-design/) la soluzione ideale per disegnare macchine completamente nuove direttamente con il modellatore 3D.
GDM ha ampliato il proprio portafoglio prodotti inserendo la parte di packaging del prodotto finito. In tal modo, GDM può offrire ai propri clienti soluzioni turnkey, con tutti i benefici che ne derivano: single source supplier e miglior integrazione tra macchina converting e macchina packaging. Il team tecnico del packaging, guidato
da Luca Bugini, nel ruolo di Stacking & Bagging Engineering Supervisor, è responsabile dello sviluppo delle piattaforme packaging e della loro integrazione con le converter (produzione di pannolini). Come spiega Marco Rossoni, Mechanical Engineer R&D, addetto alla simulazione con software di analisi dinamica, GDM ha aggiunto progressivamente al converting (produzione di pannolini) la parte di fine linea, cioè l’impacchettamento dei pannolini in confezioni di vari formati.
“I tempi di sviluppo di queste nuove macchine erano eccessivi”, racconta Rossoni. “Per ridurre il lead time dall’inizio della progettazione alla validazione del prototipo, servivano funzionalità avanzate di validazione virtuale per progettare in modo più efficiente e rapido, grazie alla possibilità di effettuare su un modello virtuale l’attività di debugging della logica del software che governa la macchina”.
“Per ridurre il lead time dall’inizio della progettazione alla validazione del prototipo, servivano funzionalità avanzate di validazione virtuale per progettare in modo più efficiente e rapido”, spiega Marco Rossoni, Mechanical Engineer R&D in GDM.
INTEGRAZIONE A TUTTO TONDO
Partendo da una sezione di macchina per il packaging, i tecnici di GDM hanno valutato diverse soluzioni 3D disponibili sul mercato con funzionalità di Virtual Commissioning. Dal benchmark è emerso come la soluzione più pratica ed efficiente per l’azienda fosse NX di Siemens PLM Software. NX genera infatti il prototipo 3D che può essere interfacciato nel modo più diretto con le soluzioni di Siemens (www.siemens.it) per l’automazione di fabbrica, in primis il sistema di motion control Simotion che governa la macchina.
“In fase di valutazione abbiamo apprezzato anche la portabilità di NX su altre piattaforme, non si tratta di un sistema chiuso”, sottolinea Massimo Pallavera, Software Engineering Supervisor di GDM S.p.A. “Il collegamento con Simotion è diretto, ma NX può essere collegato anche ad altri sistemi di automazione con protocolli standard, come, ad esempio, OPC UA, per la prototipazione di altri brand”.
GDM ha adottato NX MCD, Mechatronics Concept Designer, il modulo di NX che accelera lo sviluppo di sistemi meccatronici aumentando la qualità e la velocità della progettazione. MCD è una soluzione completa che offre collaborazione inter-disciplinare, riduzione del time-to-market, riutilizzo del patrimonio di conoscenze e processi decisionali più efficienti, grazie a una migliore valutazione del progetto concettuale.
“Il vantaggio principale conseguito con NX Mechatronics Concept Designer è la riduzione globale del lead time, unita all’ottimizzazione delle risorse nella fase della messa in funzione sul campo”, osserva Rossoni. “In particolare, non è più necessaria la presenza in fase di commissioning di un esperto software che sviluppi le logiche, perché la logica è già stata verificata sul modello virtuale. Il collaudatore può così essere autonomo, perché il software ha già raggiunto la fase di rollout e non deve essere testato”.
BENEFICI DI OGGI E DOMANI
Lo sforzo compiuto dall’ufficio tecnico di GDM è stato definito da Rossoni, “notevole, ma i vantaggi conseguiti hanno compensato ampiamente il nostro lavoro. Prima di utilizzare NX MCD, la fase di prototipazione richiedeva sei mesi, ai quali se ne aggiungevano due per il debug. Grazie alla soluzione di Virtual Commissioning di Siemens PLM Software, ora possiamo verificare il software in parallelo con la prototipazione, sfruttando il modello 3D di NX e riducendo quindi il ciclo di sviluppo di due mesi. Questa mossa va nella direzione strategica di proporci come un’azienda leader nell’innovazione, in grado di lanciare prodotti nuovi con una pipeline più veloce”.
Le potenzialità della soluzione implementata offrono ulteriori vantaggi in prospettiva futura e MCD diventerà uno strumento per fornire servizi di formazione al cliente, anche con sessioni video a distanza.
“Virtualizzando il modello, è possibile mostrare all’operatore il funzionamento dell’intero impianto e collegare l’applicazione all’interfaccia HMI per mostrare che cosa succede realmente in produzione. Non da ultimo, ora, abbiamo la possibilità di ottimizzare i tempi di cambio taglio, perché le ricette di nuovi formati possono essere preconfigurate in ambito virtuale”, osserva Rossoni.
“Grazie a NX MCD è stato possibile simulare virtualmente le esigenze e le situazioni che possono emergere in produzione, dal conteggio pannolini alla mancanza di prodotto, definendo e programmando le necessarie parametrizzazioni e logiche di controllo”, racconta Massimo Pallavera, Software Engineering Supervisor in GDM.
PANNOLINI “CHIAVI IN MANO”
La prima applicazione sviluppata da GDM con NX Mechatronics Concept Designer riproduce uno stacker che provvede all’accumulo e alla conta dei pannolini, a valle del quale si trova una zona di espulsione nella quale i pannolini vengono contati ed estratti da un robot nel numero esatto per comporre il pacco. Questa unità è stata progettata per raggiungere velocità produttive elevate, evitando di arrestare il pignone in ingresso dalla macchina di converting che sforna pannolini in modalità continua.
“Affinché il robot possa estrarre il numero di pannolini corretto ad alte velocità e senza scomporne il posizionamento, è necessario che nella fase di espulsione i prodotti siano fermi, evitando così di dover traslare i prodotti nella stazione di precompressione”, spiega Pallavera. “A questo scopo, abbiamo applicato ai pignoni della catena una legge di moto per la quale le tavole di traslazione scorrono su guide lineari in modo da fermare il ramo di espulsione”.
L’ingegnere software di GDM ha sviluppato le leggi di moto del singolo pignone e ha integrato nel modello di NX i legami cinematici che collegano le leggi di moto del pignone alla tavola. Grazie a NX MCD èstato possibile simulare virtualmente tutte le esigenze e le situazioni che possono emergere in produzione, dal conteggio dei pannolini alla mancanza di prodotto, definendo e programmando le necessarie parametrizzazioni e logiche di controllo.
Partendo dal modello disegnato con Solid Edge, il modello stesso è stato importato in NX, sottoponendo i progettisti a un corso sulle funzioni base per consentire loro sia di gestire modelli importati sia di modellare da zero in NX.
“Una volta importato in MCD, il modello 3D viene rielaborato raggruppando i vari corpi in sottoassiemi che corrispondono ciascuna a un’unità cinematica”, spiega Rossoni. “Ottenute le unità di movimento, si creano i gradi di libertà, aggiungendo traslazioni e rotazioni secondo necessità con la logica del software MCD”.
Una volta integrata la parte cinematica, il modello viene collegato alla stessa CPU utilizzata sulla macchina, una CPU fisica collegata tramite Ethernet al PC sul quale gira NX.
“GDM è oggi in grado di fornire impianti chiavi in mano per la produzione di pannolini con cadenze e capacità pre-testate e garantite, da 1.000 pezzi/min per i prodotti baby e 500 pezzi/min per quelli destinati agli adulti”, conclude Rossoni.
FOCUS: PROBLEMA E SOLUZIONE
In estrema sintesi, le sfide operative di GDM si potevano elencare in: ridurre il lead time dalla progettazione concettuale alla convalida del prototipo; anticipare la convalida della logica di controllo dei macchinari; estendere la propria offerta in modo da proporre al mercato impianti chiavi in mano dalla materia prima al prodotto confezionato.
Sono state ritenute chiavi per il successo: implementare le soluzioni di Siemens PLM Software per un imballaggio più efficiente; usare NX Mechatronics Concept Designer per migliorare la qualità e aumentare la velocità di progettazione; adottare le soluzioni NX per il Virtual Commissioning per accelerare il ciclo di sviluppo.
Risultati? Debugging del software e della logica di controllo sul modello 3D virtuale; riduzione delle risorse necessarie in fase di messa in funzione grazie al Virtual Commissioning; possibilità di sviluppare nuovi servizi a valore aggiunto, come la formazione virtuale a distanza per gli operatori degli impianti. ©TECNeLaB
“GDM è ora in grado di fornire impianti chiavi in mano per produrre pannolini con cadenze e capacità pretestate e garantite, da 1.000 pezzi/min per i prodotti baby e 500 pezzi/min per quelli destinati agli adulti”, afferma Massimo Pallavera.
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