Quindici aziende insieme per creare un esempio concreto di smart manufacturing: una collaborazione tecnologica che illustra l’integrazione in chiave 4.0  delle eccellenze dell’automazione industriale e della robotica

Le eccellenze della tecnologia applicate all’industria manifatturiera: giunta alla quinta edizione, Fabbrica Digitale oltre l’automazione© è l’iniziativa ospitata all’interno di Mecspe (Fiere di Parma, 22/24 marzo 2018) che mostra il ruolo determinante delle tecnologie abilitanti 4.0 nei diversi settori e contesti applicativi. In un mondo sempre più informatizzato, infatti, anche l’industria si trasforma divenendo sempre più interconnessa.

Connettività e strumenti per la piccola impresa, robotica collaborativa in un ambito di produzione parametrizzata e/o di piccoli lotti, sviluppo prodotto con metodica 4.0, simulazione di prodotti e processi, tracciabilità, manutenzione, additive manufacturing e logistica 4.0: sono queste le tematiche principali che Senaf (l’ente organizzatore della fiera), insieme con i partner industriali selezionati, intende presentare a visitatori e clienti di Mecspe.

L’occhio di Mecspe – afferma Michele Rossi di Senaf, direttore del salone Fabbrica Digitale – è sempre stato particolarmente indirizzato verso le piccole e medie imprese, che costituiscono il nocciolo duro della nostra economia. Da sempre crediamo e facciamo in modo che ogni impresa possa uscire da Mecspe con qualche messaggio da poter trasferire al proprio interno. Per questo motivo, in tempi maturi per messaggi più completi e organici, ci è sembrato naturale realizzare per la prossima edizione una vera e propria fabbrica, di piccole dimensioni, ma completa di tutti gli ‘ingredienti’ che la fanno classificare come ‘Fabbrica 4.0’. Non nego che il progetto, all’inizio, dopo una giornata di riflessione, ci sia sembrato velleitario, ma l’entusiasmo raccolto dai primi partner interpellati e da quelli successivi ci ha confermato che eravamo sulla strada giusta. La carica emotiva e fattuale si è incrementata in itinere, di giorno in giorno, attraverso il network creato”.””

Il progetto della Fabbrica Digitale 2018 ha come finalità la produzione concreta e reale in fiera di un pezzo in alluminio: un pedale per downhill – una specialità del mountain biking – della misura di 100x100x20 mm, appositamente progettato per non far scivolare il piede dell’atleta, con grani o brugole di fissaggio. In più, per far diventare un prodotto industriale un accattivante gadget fieristico, il pedale da downhill sarà utilizzato come fibbia di una cintura da donna realizzata con il copertone della ruota di una bicicletta e assemblata direttamente in fiera. Per sottolineare la sensibilità degli organizzatori al fattore ecocompatibilità, per le cinture verranno utilizzati copertoni riciclati.

Le aziende coinvolte

Sono ben quindici le aziende coinvolte nel progetto, ognuna delle quali ha fornito il proprio prodotto per completare la linea produttiva. Un network tecnologico e innovativo, che comprende alcune realtà che per la prima volta si trovano a collaborare a uno stesso progetto. Sarà inoltre previsto in fiera anche un vero e proprio Sportello di consulenza 4.0, nel quale saranno presenti tutti i partner di questa Fabbrica Digitale 2018.

Nel dettaglio, si tratta di ATLAS COPCO (automazione), CIA AUTOMATION AND ROBOTICS (system integrator), COMMERCIALE FOND (materiale), COORD3 (macchina di misura), DOOSAN (macchine utensili), EROWA (automazione), FAGIMA (macchine utensili), HEIDENHAIN (controlli numerici CNC), KUKA (robot), RIDIX/BLASER (lubrorefrigerante), SCHUNK (portautensili), SIGMA (macchine utensili), SORMA/LMT (utensili), TEBIS (sistema CAM), VERO PROJECT (software gestionale). Diversi prodotti per diverse funzionalità, differenti specializzazioni che si incrociano e si integrano alla perfezione, al fine di ottimizzare la produzione in logica smart manufacturing. L’efficienza prestazionale si ottiene proprio grazie alla combinazione di diversi elementi, dei quali nessuno è dominante e tutti funzionali: ogni elemento può concorrere al buon esito del processo, sia in positivo sia in negativo.

Abbiamo aderito da subito a questo progetto con entusiasmo – dichiara Inga Akulauskaite di KUKA Roboter Italia – perché quest’idea di Fabbrica Digitale in miniatura rispecchia e descrive perfettamente i concetti di Industry 4.0 nella loro totalità. Non potevamo assolutamente mancare. Dopo aver valutato insieme le bozze di layout, abbiamo condiviso know-how e soluzioni. È un progetto ambizioso, che si basa su una visione d’insieme condivisa tra i partner, all’insegna della massima collaborazione e della reciproca disponibilità. Anche il metodo di lavoro adottato è innovativo: un team di esperti di diverse aziende e con diverse mansioni è stato coinvolto direttamente già dalla fase di sviluppo. Ognuno ha contribuito mettendo a disposizione competenze funzionali e tecniche, oltre a prendersi le proprie responsabilità per la buona riuscita del progetto”.

 Per fare rete al meglio e collegare alla perfezione l’intera filiera, è stata fatta la scelta di avvalersi anche di un system integrator riconosciuto e apprezzato da tutte le aziende partecipanti per la sua propensione all’innovazione: CIA AUTOMATION AND ROBOTICS. “Ognuno di noi conosce alla perfezione il proprio prodotto – aggiunge Inga Akulauskaite – e anche come farlo interagire con altri elementi. Ma è importante essere umili e riconoscere i propri limiti, soprattutto quando si affrontano progetti così complessi. Ecco perché abbiamo ritenuto necessario coinvolgere un system integrator che possiede un know-how specifico, di alto livello, nella valutazione e integrazione di tutti gli elementi e i sistemi”.

Il target del progetto

 Nella smart factory di MECPSE 2018 sono presenti aziende che rappresentano tutta la filiera produttiva, per affrontare al meglio tematiche tecniche sicuramente complesse e che a prima vista possono anche apparire impegnative da un punto di vista economico. Il progetto si rivolge invece, in particolare, a un target di officine di taglio piccolo e medio. Un target specifico che ha consigliato di selezionare il network dei fornitori anche in base alla possibilità di un’offerta di prodotti a catalogo pienamente coerenti con le necessità dei clienti.

Un’altra attenta riflessione ha riguardato la necessità che tutti gli elementi – compresi software ERP e MES, automazioni, robotica – potessero integrarsi agevolmente con la piattaforma utilizzata dall’ipotetico cliente finale, senza comprometterne in alcun modo la funzionalità. “In diversi progetti pilota che abbiamo realizzato – conferma Maurizio Cameletti di HEIDENHAIN ITALIANA, coordinato tecnico del progetto – abbiamo riscontrato la volontà del cliente finale di mantenere il software giù in uso. Noi, quindi, dobbiamo cercare in qualche modo di innestarci su questo tessuto e integrarci senza troppe complessità, evitando la tabula rasa. L’ERP va sempre integrato in un tempo ragionevole: non esiste il tempo zero, ma il timing va valutato e verificato con cura e non bisogna assolutamente ingessare l’azienda”.

Occorre inoltre valutare non solo il pacchetto software, ma anche un adeguato percorso di formazione: passando al concetto di fabbrica digitale, gli addetti dell’officina devono cambiare approccio e tipologia di lavoro. Nel modificare la forma mentis, la formazione ricopre infatti un ruolo fondamentale, diventando assolutamente basilare. È necessario anche un passaggio generazionale: interagire con gli addetti più giovani agevola infatti l’adozione delle nuove tecnologie. Un approccio sistematico alla formazione – che deve essere costruito e proposto con intelligenza da parte dell’imprenditore – consente agli addetti dell’officina di eseguire questo passaggio in modo più rapido e positivo, inserendo un plus che diventa elemento cardine di competitività per l’azienda cliente.

Il layout della Fabbrica Digitale

 La Fabbrica Digitale di MECSPE 2018 integra diversi elementi, suddivisi in tre macro aree:

  • l’area milling (fresatura tradizionale);
  • l’area robotica e logistica;
  • i sistemi MES ed ERP, la terza area non tangibile né visibile, composta dagli elementi che fanno diventare tutte le precedenti tecnologie 4.0, integrandole attraverso un flusso di dati continuo e sistematico inviato a un gestionale che possa analizzare, in modo più o meno complesso, tutti i dati di produzione e di processo.

Ai clienti diciamo che non è necessario esaminare i dati produttivi H24 – aggiunge Maurizio Cameletti – ma che gli elementi base devono essere storicizzati e analizzati sistematicamente”

Tutti gli elementi che compongono l’officina in fiera sono modulari, identificati da codice e prezzo, in modo da essere ordinabili immediatamente dal fornitore. È possibile quindi richiedere allo stesso modo la fabbrica completa “chiavi in mano” così come il singolo elemento (dal mandrino alla macchina utensile, dai sistemi di bloccaggio del pezzo al software). L’obiettivo di Fabbrica Digitale è infatti presentare tutti i singoli elementi perfettamente integrati in una sistema completo, in quella che potrebbe rappresentare la fabbrica del futuro, dove è prevista tra l’altro una fortissima relazione tra robot collaborativi e addetti, “visto che i robot dovranno sempre più essere inseriti a fianco dei lavoratori, per supportarli e per creare maggiore automazione ed efficienza”, puntualizza Cameletti.

La fabbrica funzionerà davvero e sarà realmente produttiva, per dimostrare che tutto ciò che viene descritto e raccontato a livello teorico si può verificare visivamente sul campo. In attesa del live a MECSPE, nella sede di Ivrea di HEIDENHAIN, a questo proposito, è stata attrezzata un’area dove è stato preallestito e testato l’impianto, già funzionante al cento per cento. “Abbiamo voluto interpretare l’operatività e le criticità dei nostri clienti costruendo l’intero layout produttivo con tutte le interconnessioni tra le macchine”, racconta Cameletti.

La dotazione tecnologica

 Al di là dell’esigenza del ciclo produttivo specifico, le aziende partecipanti hanno condiviso l’intenzione di raccontare tutto ciò che potenzialmente si potrebbe ottenere da un impianto, partendo dalla considerazione che talvolta alcune realtà produttive si fossilizzano su un utilizzo non ottimale della propria dotazione tecnologica, magari per la semplice mancanza di conoscenze o di esperienza. Scopo del progetto, quindi, è anche fungere da stimolo, cercando di apportare elementi innovativi anche nelle tecnologie tradizionali.

Nella parte milling, saranno presenti tre macchine utensili, due a 3 assi e una a 5 assi: si tratta, nello specifico, della DOOSAN DNM 4500, della SIGMA Compact 3A e della FAGIMA JAZZ R 5 AX. L’elemento base della macchina utensile diventa in questo caso un sistema più complesso, con la scelta di macchine di produttori diversi appositamente effettuata per riprodurre la situazione reale della maggior parte delle officine, nelle quali convivono macchine eterogenee. La capability di questa sistema sta proprio nel fatto che elementi eterogenei si riescano a parlare con estrema facilità, all’interno di un layout funzionale.

L’automazione EROWA provvede a movimentare i pezzi grezzi dai pallet in magazzino all’interno del ciclo automatico. I pezzi vengono dapprima portati alla macchina di misura fornita da COORD3, che ne definisce la tolleranza o meno e che provvede al centraggio del pezzo per le diverse lavorazioni. Il magazzino è volutamente caricato a mano, per diverse ragioni: essendo terzista, l’officina può essere chiamata a produrre pezzi diversi, interrompendo una lavorazione per avviarne un’altra. È congeniale dunque avere questo tipo di flessibilità nell’alimentazione della linea. Mentre l’addetto carica i pezzi, è prevista un tracking attraverso un sistema superiore: si tratta di un ERP che in cascata si collega al software EROWA di gestione commessa e produzione (MES – Manufacturing Execution System) e, a valle, al controllo numerico delle macchine utensili e alle macchine utensili stesse.

Dopo la fase di fresatura, il pezzo giunge nell’area di scambio, interfacciando la parte robotica e logistica: partendo da una tavola rotante a due posizioni (in/out), il pezzo finito viene movimentato da un KMR iiwa (KUKA Mobile Robot), che si muove all’interno dell’area produttiva mappata precedentemente nel preallestimento di Ivrea e riprodotta in fiera. Il robot mobile può navigare in modo completamente autonomo tra diverse isole di lavoro. Grazie ai laser scanner, la piattaforma mobile monitora l’ambiente circostante e se una persona o un oggetto si trovano sul suo percorso reagisce subito rallentando o fermandosi, per poi riprendere la sua corsa quando l’ostacolo non viene più rilevato.

KMR iiwa è una combinazione tra il robot leggero sensibile LBR iiwa e una piattaforma mobile e flessibile. Con l’ausilio del metodo SLAM – Simultaneous Localization And Mapping (localizzazione e mappatura simultanee) – la piattaforma localizza in tempo reale la sua posizione su una mappa dell’ambiente generata con i dati rilevati dagli scanner laser e dai sensori delle ruote.

Il robot collaborativo mobile, equipaggiato con pinze elettrice SCHUNK, prende infine il pezzo e lo porta presso l’aria di montaggio, dove un sistema misto robot/uomo provvede all’ultima fase della lavorazione. Per quest’ultima fase, il robot KR AGILUS in configurazione sicura lavora in cooperazione con l’operatore.

Perseguendo la logica della mass costumization, con la possibilità di personalizzare il prodotto scegliendo viti di colore diverso – spiega Inga Akulauskaite di KUKA Roboter Italia – abbiamo coinvolto nel progetto ATLAS COPCO, produttore di avvitatori all’avanguardia, per la fase di avvitatura, integrandone le soluzioni”. Un robot industriale di piccole dimensioni KR AGILUS lavora quindi il pezzo in funzione della commessa, poi lo passa in totale sicurezza all’operatore posizionato a fianco, che lo monta a mano confezionando la cintura.

“La produzione e logistica industriale di domani – conclude Inga Akulauskaite – richiede soluzioni intelligentemente collegate in rete, modulari, versatili e quindi anche mobili. Soluzioni che possono lavorare in prossimità di uomini, pezzi e macchine in egual misura. Per la prima volta in assoluto in Italia, sarà possibile vedere in azione il mobile robot KMR iiwa di KUKA. Proprio come gli umani, anche l’assistente di produzione KMR iiwa può tenere traccia dei pezzi in movimento, spostarsi liberamente e collegare isole di produzione per formare nuove unità produttive altamente flessibili”.

Cosa succede in fiera

L’ipotesi di produzione di pedali/cinture in fiera sarà di 100 pezzi al giorno, 300 in tutto. Per partire, verrà simulata un’area web dove sarà venduta metà della produzione della fabbrica. La commessa acquisita dal web via ERP verrà processata un minuto dopo l’apertura della fiera e così partirà la produzione effettiva. L’altro 50 per cento sarà invece destinato ai clienti che si registrano in fiera.

Il visitatore di MECSPE potrà infatti ordinare just in time il proprio pedale, generando di fatto la commessa, che verrà poi gestita e trackata fino a fine processo, quando il committente sarà informato che il prodotto ordinato è pronto. Dove sono presenti i fori filettati del pedale, a seconda del proprio gusto estetico, il cliente può anche scegliere di personalizzare il prodotto con viti anodizzate di differenti colori. Questa possibilità di caratterizzazione dimostra quanto il sistema sia in grado di gestire davvero la commessa in modo completo e flessibile.

In seguito alla customizzazione della vite, alla commessa viene assegnato un nome e il pezzo entra nel processo di lavorazione. Il cliente può decidere di aspettare in loco oppure di visitare tranquillamente il resto della fiera: grazie a una comoda App sempre connessa alla linea, potrà comunque sapere sempre, in tempo reale, in quale delle macro fasi si trova il pezzo ordinato (magazzino, milling, montaggio, prodotto finito). Quando il prodotto è finito, in automatico viene inviata una mail che informa che è possibile ritirare il pezzo, con tanto di documenti di bolla e fattura in allegato – ovviamente non reali, in questo caso – per rappresentare il ciclo gestionale completo dell’officina, uno degli elementi obbligatori per le agevolazioni dell’iper ammortamento governativo Industria 4.0.

Il sistema permette infine di fare analisi e valutazioni approfondite, con una comparazione tra un costo di produzione preventivato, effettuato attraverso la valorizzazione dei costi elementari (macchine utensili, materiale grezzo, ecc.), e il costo reale a consuntivo, che sarà mostrato direttamente anche in fiera.

“Si è creata una vera e propria rete di aziende – conclude Michele Rossi di Senaf – che ha già creato sinergie commerciali e che ci dà la grande soddisfazione di sapere che la scelta dell’obiettivo ‘core’ di Fabbrica digitale 4.0 da parte dell’organizzazione Senaf è centrata sotto tutte le angolazioni. Il crescente successo di visitatori e partecipanti ne perpetua la validità della formula come vincente sul panorama delle manifestazioni fieristiche”.

 

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