Una fabbrica digitale e senza fili

I cavi spesso sono un impiccio nelle fabbriche, perché difficili da installare e la loro manutenzione può portare a fermi macchina. Le soluzioni wireless possono essere un grosso aiuto, perché permettono di ridurre i costi di impianto e trasformarlo in una Smart Manufacturing flessibile e digitale. Massimo Gazzaniga, Technical Support Engineer di SMC Italia, ci ha spiegato nel suo intervento all’Assembly Week quali sono le tecnologie proposte da SMC e qual è la loro visione di Industria 4.0.

SMC è un nome noto nel mondo dell’industria, ma partiamo comunque facendo un rapido racconto dell’azienda? Chi è SMC e di cosa si occupa?

SMC è stata fondata nel 1959 a Tokyo, in Giappone, come produttore di filtri ed elementi filtranti in metallo sinterizzato. L’evoluzione dalla pneumatica a soluzioni di automazione più sofisticate ha consentito a SMC di raggiungere una quota di mercato del 30% a livello globale, e del 65% nel mercato giapponese. Con 12.000 prodotti di base e oltre 700.000 varianti, SMC offre soluzioni che vanno dal trattamento dell’aria alla strumentazione, fino alle valvole e agli attuatori che coprono ogni fase del processo di automazione. A livello mondiale siamo presenti in 82 paesi con più di 20.000 dipendenti, 34 centri di produzione e cinque centri tecnici per sviluppo prodotti. Con circa 8.700 ingegneri di vendita, perseguiamo la soddisfazione del cliente in tutto il mondo.

I sistemi wireless sono un’opzione importante in qualsiasi industria che utilizza cavi di comunicazione. Può spiegarci più nel dettaglio quali sono i vantaggi e il valore aggiunto che portano queste soluzioni?

Sono passati dieci anni da quando il termine Industria 4.0 venne inizialmente pronunciato alla Fiera di Hannover. Il concetto sta oramai diventando di uso comune e le tecnologie digitali sempre più frequenti negli ambienti industriali, e la comunicazione seriale wireless è parte integrante di tutto ciò. Per molte realtà, l’ascesa degli stabilimenti smart ha portato con sé una rinnovata attenzione sulle possibilità offerte dalle differenti reti industriali. Ciò ha significato un aumento e sviluppo di nuovi protocolli di comunicazione e tecnologie su base EtherNet, RFID e Bluetooth. Ciononostante i fattori predominanti in questi protocolli di comunicazione rimangono sempre gli stessi: ridurre il numero di lunghe connessioni e l’utilizzo di cavi nelle applicazioni, facilitare la manutenzione e semplificare controllo e monitoraggio dei dispositivi presenti negli stabilimenti produttivi. I benefici dei sistemi wireless sono molti nelle industrie che utilizzano regolarmente applicazioni di controllo collegate a cavi per sistemi di comunicazione. Tra queste, sicuramente ci sono le linee di assemblaggio nell’industria automobilistica, nella produzione di componenti elettronici o in qualsiasi industria nella quale vengono normalmente impiegate tavole rotanti e sistemi robotizzati. In questi sistemi, la posa di cavi di comunicazione rappresenta un grosso problema per due motivi principali: in primo luogo, i movimenti continui spesso danneggiano i cavi o li disconnettono durante le diverse fasi di lavorazione portando quindi a frequenti operazioni di manutenzione o, addirittura, alla sostituzione dei cavi stessi con conseguenti costi di gestione più alti. In secondo luogo, nella progettazione di molti sistemi, i cavi di connessione sono spesso in prossimità dei cavi ad alta tensione con, conseguentemente, possibili interferenze con i segnali di comunicazione. In queste aree, la comunicazione wireless offre una soluzione valida ed economicamente efficace. SMC ha sviluppato il sistema wireless fieldbus EX600-W in risposta a questa crescente necessità di tecnologie di comunicazione wireless affidabili all’interno degli stabilimenti produttivi. Il sistema permette di ottenere una comunicazione di dati criptati in totale assenza di disturbi facilmente collegabile e modificabile. Questa flessibilità si traduce in maggiori possibilità commerciali e un numero inferiore di cavi, manutenzione, danni e scollegamenti.

I cavi nelle applicazioni di controllo o rotanti sono spesso soggetti a disconnessioni, danneggiamenti o rotture, ciò si traduce in costi di sostituzione elevati e ore di lavoro perse per potere eseguire annualmente le manutenzioni necessarie nonché di costi per fermi macchina programmati o non. I comuni cavi in rame, se non correttamente schermati, sono soggetti a interferenze, le quali possono causare perdita di dati, trasmissioni poco affidabili e danni con conseguente impatto sulle prestazioni generali e operatività delle apparecchiature. La posa dei cavi richiede un’attenta valutazione in termini di possibilità e sicurezza, e potrebbe anche risultare difficile modificare il layout e disposizione degli impianti a seconda delle diverse necessità. I sistemi wireless risolvono tutte queste problematiche.
La soluzione wireless SMC nasce dalla collaborazione a stretto contatto con aziende appartenenti a diversi settori industriali, per poter meglio comprendere le loro necessità e sfide: il sistema EX600-W consente la riduzione dei cavi e dei connettori. Utilizza la banda di frequenza ISM a 2,4 GHz e un FHSS su 79 canali con un cambio di frequenza ogni 5 ms per una maggiore resistenza ai disturbi. L’utilizzo di questa lo rende particolarmente adatto per l’impiego in ambienti industriali, dove l’inquinamento elettromagnetico varia da 5 MHz dei driver per motori e delle resistenze elettriche a 1 GHz delle applicazioni di saldatura. Il sistema si integra facilmente e velocemente con le configurazioni esistenti, e la comunicazione con le unità remote può avere luogo in soli 250 ms. L’unità base è collegata alla connessione standard Ethernet quali Ethernet/IP o Profinet. L’unità base è in grado di comunicare in modalità wireless e di controllare fino a 127 unità remote in un range fino a un massimo di 10 m. Queste unità remote sono possono essere montate con moduli per gestire apparecchiature analogiche, digitali e pneumatiche per fornire la funzionalità di controllo degli ingressi e uscite e delle valvole. Siamo anche stati testimoni di diversi casi di aziende che hanno ridotto i costi grazie all’utilizzo di sistemi wireless. In particolare, un cliente ha dovuto trovare la soluzione perfetta per l’utilizzo di una tavola rotante da parte di un utilizzatore finale. Questa veniva utilizzata per l’alimentazione di lamine di metallo su un dispositivo per la saldatura ad arco, muovendosi in una direzione e i nostri cilindri con sistema di bloccaggio a ginocchiera vengono utilizzati per bloccare le lamine. Nel corso di questo progetto, l’integratore avrebbe dovuto risolvere il problema causato dalla trasmissione del segnale dai sensori all’unità di controllo. Inizialmente ha utilizzato un connettore rotante multifunzionale e un manifold di valvole riscontrando un aumento di costi: l’azienda ha ritenuto che l’utilizzo del wireless avrebbe forse potuto rappresentare un investimento più economico. La società ha quindi deciso nella produzione delle macchine successive di utilizzare il sistema EX600-W, con ottimi risultati in termini economici e risolvendo così il problema legato alle connessioni rotanti e ai disturbi.

SMC produce, tra le varie cose, sensori IO-Link, sistemi intelligenti che aiutano a ottimizzare la produzione. Può raccontarci cosa proponete in questo senso per il mondo dell’assemblaggio?

Con lo scopo di migliorare le prestazioni produttive utilizzando attività più automatizzate e l’analisi dei dati, la Smart Manufacturing (SM) è il Graal dei nostri giorni. Questo approccio, basato sulla tecnologia che utilizza macchinari collegati per monitorare il processo di produzione, ha visto lo sviluppo di componenti per macchine intelligenti. I sensori, il master e i controllori IO-Link di SMC sono solo alcuni dei prodotti intelligenti che possono aiutare a migliorare la produttività e a ridurre i costi. IO-Link è un protocollo di comunicazione seriale aperto che consente lo scambio bidirezionale dei dati da sensori e dispositivi. Alcuni vantaggi nell’utilizzo di sensori IO-Link nel mondo dell’assemblaggio sono: maggiore disponibilità di dati; dati di processo, con letture realizzabili tramite dispositivo; dati di servizio informazioni sul dispositivo stesso; dati di diagnostica; cablaggio standard; trasmissione del valore misurato totalmente digitale. Inoltre, la sostituzione plug & play semplifica il collegamento, per la presenza di un normale connettore per comunicazione e alimentazione. I parametri vengono salvati nel master, abilitando l’impostazione automatica dopo il collegamento del dispositivo. Non si deve aspettare un guasto di processo per sostituire un sensore: i dispositivi sono sempre monitorati per conoscerne le condizioni mediante i dati di evento. Un altro vantaggio è l’accesso remoto: il totale controllo delle impostazioni grazie al sistema di controllo master (PLC o PC) riduce al minimo i tempi dei cambi formato o dello start-up della macchina o impianto. Infine, sono dotati di funzione antimanomissione: il blocco dei tasti impedisce alle persone non autorizzate di manomettere le impostazioni.

Parliamo di Industria 4.0, grande argomento degli ultimi anni. Molte vostre soluzioni sono 4.0 e pensate per la Smart Factory, infatti voi parlate di Smart Flexibility. Può dirci qualcosa di più?

Per molti, Industria 4.0 è come un’onda lunga: sin dalla sua nascita, il concetto ha modificato l’approccio al settore manifatturiero introducendo termini come Internet of Things (IoT), sensori intelligenti, cloud analytics e tanti altri. Gli utilizzatori finali e i costruttori di macchinari sono interessati alle ultime tecnologie, ma permane una elevata incertezza; per SMC è dunque fondamentale un approccio concreto nei confronti di Industria 4.0. Offriamo una gamma completa di soluzioni per l’automazione industriale che va dagli attuatori pneumatici ed elettrici ai prodotti per il controllo dei fluidi e agli impianti di trattamento dell’aria, oltre a sensori di varie tipologie. SMC utilizza il concetto di Smart Flexibility, cioè aiutare i nostri clienti a costruire macchine flessibili che metteranno in pratica l’adattabilità, la velocità e la personalizzazione richieste dai loro mercati.

La flessibilità nella rete industriale fa sì che le macchine e i dispositivi possano comunicare tra loro, rendendo l’Internet of Things una realtà. La flessibilità è assicurata dalla capacità di integrare le apparecchiature nelle reti già esistenti e velocizzare i tempi di messa in funzione, oltre ad assicurare che gli utenti possano comprendere in modo approfondito il sistema. Esempi di nostri prodotti sono già stati citati precedentemente, come i sistemi wireless o che comunicano in IO-link, a questi si aggiungono molteplici dispositivi che comunicano con i più svariati bus di campo industriali. Inoltre la funzione web server, disponibile su alcuni di essi, permette l’accesso rapido e remoto, come il monitoraggio dello stato, diagnostica dei guasti, impostazione dei parametri e uscite forzate sono alcune delle attività che possono essere gestite tramite un browser web generico. La flessibilità nella manutenzione intelligente riguarda la manutenzione predittiva e la manutenzione secondo condizione, assicurando il superamento delle sfide tradizionali e l’assenza di tempi di inattività delle apparecchiature, e inoltre apporta affidabilità e sicurezza al processo di produzione, in modo che le aziende possano rendere il massimo. La flessibilità nelle regolazioni delle macchine vuol dire consentire ai responsabili degli impianti di rispondere rapidamente ai continui cambiamenti del mercato. Quindi, se questo significa cambiare il formato delle linee di produzione per la domanda stagionale oppure usare macchine modulari per incrementare i volumi di produzione, è vitale essere in grado di rispondere rapidamente. I prodotti che maggiormente permettono un cambio formato veloce e preciso sono gli attuatori elettrici e la strumentazione che può essere modificata da remoto, per esempio tramite comunicazione IO-Link. La Smart Flexibility include anche l’efficienza energetica: infatti, nel percorso verso la digitalizzazione, i produttori sono chiamati a ottimizzare i processi produttivi in modo sostenibile e rispettoso dell’ambiente. Questo approccio assicura diversi vantaggi come la riduzione dei costi, di utilizzo di energia e un miglioramento dei profitti finali.

Per concludere, SMC sta lavorando a qualche nuovo progetto legato alla meccatronica e all’assemblaggio?

SMC Italia ha un reparto dedicato per la meccatronica, composto da personale tecnico altamente specializzato per affiancare i clienti e trovare le soluzioni più adeguate alle svariate esigenze applicative che il mondo dell’assemblaggio necessita. Lo stesso reparto, di cui anche io faccio parte, gestisce i prodotti che comunicano con un protocollo industriale. Lo sviluppo di nuovi prodotti è indirizzato nell’ampliamento di gamma delle soluzioni meccatroniche (intese come attuatori elettrici) e nuovi dispositivi comunicanti in IO-link o con altri protocolli aperti, tipo OPC-UA. Riguardo alla meccatronica, siamo fieri di dare il nostro supporto anche nel mondo della formazione scolastica. Teniamo regolarmente corsi di meccatronica agli istituti tecnici superiori, e abbiamo contribuito alla stesura del testo Meccatronica nell’automazione industriale. Per concludere, l’industria cambia continuamente e progredisce, e in SMC accompagniamo questo progresso: sviluppiamo circa 40 nuovi prodotti all’anno. Inoltre, fornisce soluzioni personalizzate da adattare a ogni specifica esigenza nel mondo dell’assemblaggio e non solo. La soddisfazione dei clienti è il nostro obiettivo. Siamo preparati per affrontare l’evoluzione e le sfide del mercato in modo da essere al fianco dei nostri clienti, potenziare la competitività ed essere sempre connessi.