La “fabbrica sferica” come risposta data-driven alla Mass Customization

Nella “fabbrica sferica”: i sistemi di automazione e movimentazione sono connessi in un cloud da cui è possibile estrarre dati in tempo reale sia su singole macchine, sia su processi completi. Le potenzialità della IIoT sono state applicate a una linea di assemblaggio per motoriduttori.

a cura del Gruppo Meccatronica di ANIE Automazione

L’Industria 4.0 è un’evoluzione dei processi produttivi e logistici, un’opportunità per molte aziende di incrementare flessibilità, efficienza e produttività per far fronte alla Mass Customization e a cicli di vita dei prodotti sempre più brevi, migliorando al contempo la qualità del lavoro delle persone e l’ambiente che le circonda. L’agilità, ovvero la capacità di macchine e impianti di adattarsi rapidamente per far fronte a volumi ridotti di prodotti sempre più personalizzati, come di eseguire autonomamente riconfigurazioni del processo produttivo o prevedere futuri interventi di manutenzione, è la visione alla base di Industria 4.0 e dello Smart Manufacturing. Una visione fondata sull’Industrial Internet of Things e sulla connettività a tutti i livelli della fabbrica.
Grazie alla raccolta dei dati sulla produzione, tramite sensori integrati in sistemi elettromeccanici digitalizzati, si può garantire il monitoraggio dei processi, dello stato degli ordini, delle fasi di produzione e/o assemblaggio dei prodotti e dell’intera filiera produttiva. È inoltre possibile creare una visualizzazione virtuale dell’intera fabbrica o dei singoli impianti, che permetta di verificare in tempo reale i cambiamenti necessari a ottimizzare i processi nei vari cicli produttivi o di assemblaggio, verificando preventivamente adattamenti a nuovi prodotti.
La Smart Factory così connessa vede anche macchine in grado di auto-configurarsi, secondo il principio del “plug& produce”: attraverso dei chip a bordo, le macchine sono in grado di comunicare con altri sistemi e macchinari del processo produttivo. Tutti questi processi consentono di risparmiare tempo: le aziende possono adattare la propria produzione in modo più rapido ed estremamente flessibile.

Piattaforme di automazione digitalizzate e connesse
Sia in ambito Machine Automation che Material Handling, i sistemi di automazione all’interno di una Smart Factory debbono essere sempre connessi e comunicare con tutti i livelli della fabbrica: dall’inserimento dell’ordine, alle fasi di assemblaggio e fino alla spedizione. È pertanto necessaria l’integrazione di piattaforme di automazione digitalizzate e connesse che possano adattarsi rapidamente alle diverse esigenze produttive; piattaforme modulari che, grazie a software con pacchetti di istruzioni pre-caricati, consentano ai sistemi di automazione di adeguarsi flessibilmente alle variazioni produttive in modo agile.
Essere sempre connessi richiede però energia, con il rischio di incrementare costi e inefficienze. Per questo, oltre a tecnologie di automazione connesse, è necessaria l’implementazione di un sistema di gestione energetica intelligente. Si parla di Infrastructure Power & Energy Management System riferendosi a sistemi smart di gestione dell’energia elettrica che consentono di: recuperare energia dalle fasi di rallentamento e frenata dei motori a bordo impianto; sopperire a buchi di tensione e quindi garantire stabilità di funzionamento agli impianti anche in casi di arresto; rendere indipendente il sistema energetico delle singole aree produttive o stazioni di lavoro; ridurre la dispersione di energia, diminuendo, così, costi e rischi di malfunzionamento.

Il concetto di fabbrica sferica: i sistemi sono connessi in cloud
Anche la comunicazione “machine to machine” deve essere garantita. Sistemi di trasporto intelligenti e a guida autonoma devono comunicare con gli impianti e con le stazioni di lavorazione, diventando sia connettori per tutte le fasi di intralogistica, che partner fondamentali dell’uomo per ottimizzare l’intero processo produttivo o di assemblaggio: sistemi cyber-fisici che si fanno carico delle attività più ripetitive, lasciando alle persone la possibilità di focalizzarsi su lavori a più valore aggiunto che richiedono il pensiero creativo. La comunicazione avviene in questo modo sia a livello orizzontale, sul campo, che verticale, rendendo così obsoleta questa distinzione e implementando il concetto di “fabbrica sferica”: i sistemi di automazione e movimentazione sono connessi in un cloud da cui è possibile estrarre dati in tempo reale su singole macchine come su processi completi; dati la cui sicurezza e affidabilità sono fondamentali sia per l’efficienza dell’intero processo che per garantire la riservatezza delle informazioni sulle singole lavorazioni personalizzate.

La IIoT applicata a una linea di assemblaggio di motoriduttori
A dimostrazione di tutto ciò: tutte le potenzialità dell’Industrial Internet of Things (IIoT) sono state applicate a una vera linea di assemblaggio di motoriduttori realizzata con i moderni concetti dello Smart Manufacturing. È stato, infatti, creato uno Smart Assembly Plant con una duplice finalità: realizzare da un lato un moderno impianto produttivo, dall’altro sperimentare la connettività in ambito Machine Automation e Material Handling, per scoprire esigenze e necessità future all’interno delle smart factory.
La nuova fabbrica digitale realizzata è un ambiente intelligente, flessibile e dinamico, in cui sistemi di automazione smart hanno reso più efficiente, rapida e sicura l’intera fabbrica. Implementarla ha richiesto un approccio olistico per il controllo e la gestione dovuto all’elevata interconnessione esistente tra i suoi diversi livelli, (dal campo alla gestione del Material Flow Control fino all’Order Processing). Vanta una struttura complessa e articolata che combina tecnologie di produzione intelligenti con i più recenti strumenti nel campo dell’informazione e della comunicazione basati sull’utilizzo dei “Cyber-Physical Systems”.
Allo stesso tempo si avvale di tecnologie integrate tra loro e con i sistemi gestionali in grado di migliorare le fasi di assemblaggio attraverso processi di auto-ottimizzazione e decisione autonoma.
Partendo dallo studio dei macchinari disponibili nella linea di assemblaggio e dall’applicazione dei concetti Lean in ottica “smart”, sono stati completamente digitalizzati flussi e processi garantendo:
– La riduzione dei tempi di assemblaggio del 50%
– Una riduzione dei tempi di consegna
– Un aumento della produttività del 25%
– Un incremento dell’output giornaliero del 70%
E tutto questo creando anche nuove figure professionali e introducendo nuove risorse all’interno dello Smart Assembly Plant.