Quali sono le principali problematiche di processo che si vogliono risolvere con l’automazione?
Parlando di confezionamento si può parlare di una miriade di materiali e processi diversi. Consideriamo i mercati più importanti dal punto di vista del fatturato e del potenziale di crescita nell’immediato e in futuro: alimentare e farmaceutico. Il 43% delle macchine per il packaging è legata al food, il 20% beverage e 15% al pharma quindi è chiaro che, pur senza voler trascurare nulla, questi ambiti sono i più indicativi. Una richiesta trasversale a questi ambiti è la tracciabilità, un concetto che impatta sia sul processo di lavorazione sia sul confezionamento. Per chi ha già sentito parlare di questo argomento riportiamo un paio di parole chiave particolarmente usate per riassumere le esigenze dettate dal mercato: Farm-to-fork in ambito alimentare e Serialization nel farmaceutico. Ma cosa significa tracciare? Innanzitutto sposare l’automazione con l’IT, quindi integrare gli strumenti di automazione che fanno track and trace e quelli per l’identificazione e l’ispezione, con l’infrastruttura e gli strumenti IT - che servono a trasmettere, stoccare e condividere i dati in conformità con le normative di settore - iniziando dalla ISA 88 fino alla FDA 21 cfr part 11. L’onda lunga iniziata da questi due mercati coinvolgerà presto tutti gli ambiti che magari oggi non sono ancora costretti a tracciare. Un fenomeno in atto in Europa, sospinto e sostenuto dal progetto Industrie 4.0, vuole un arricchimento automatico di ogni prodotto con tutti i dati relativi a ogni passo di processo che lo coinvolgono, in modo che sul banco del supermercato arrivi il prodotto finale corredato da un curriculum completo con ogni informazione. Una seconda problematica, legata direttamente alla precedente e per la quale la tracciabilità è essenziale, è quella della food safety. Altro grande tema è l’utilizzo intelligente delle risorse come energia, acqua, materie prime, etc. Il primo passo per capire dove ci sono sprechi è quello di avere una misura di ciò che si consuma in ogni fase di processo, questo permette poi di analizzare e capire come e dove intervenire per ottimizzare. Le aree di intervento sono molteplici e si possono attuare strategie più o meno complesse. Partiamo dalle basi: un corretto dimensionamento, fatto da professionisti dell’automazione che sanno stimare la taglia corretta per un motore, già porta i primi benefici. Il passo successivo comporta la scelta di dispositivi efficienti: motori progettati con un buon cosPHI, sistemi che permettono di recuperare l’energia spesa in frenata e riutilizzarla su altri assi o reimmetterla in rete. In molti casi è possibile sostituire gli azionamenti pneumatici o idraulici con quelli elettrici, il che porta numerosi vantaggi in termini di energia spesa per la forza e per il raffreddamento, oltre a evitare di dover smaltire refrigeranti e oli esausti. Con l’acquisizione sistematica dei dati dal campo, e con controlli e azionamenti precisi e affidabili, è possibile tarare pressioni e temperature richieste dal processo produttivo, senza eccedenze e sprechi. In virtù delle richieste della normativa ISO 50001 in materia di gestione dei consumi, sarà sempre più necessario l’uso di strumenti di misura e analisi dei dati per ottenere livelli di performance di impianto sostenibili.
In ambito confezionamento e imballaggio, quali sono le soluzioni di automazione più richieste?
Per avere successo un OEM deve realizzare macchine che garantiscano la massima flessibilità, produttività e sicurezza. Ha quindi bisogno di un sistema di automazione che sia in grado di supportarlo sia dal punto di vista hardware, con soluzioni decentralizzate - sempre integrate - per il controllo di logica, motion, hmi, safety; sia dal punto di vista software, per lo sviluppo modulare e meccatronico della macchina. In termini di funzionalità non può prescindere dall’integrazione della robotica, che porta la massima flessibilità sia all’interno della macchina - per il sorting di prodotto con il pick and place - sia nella parte di fine linea con la palletizzazione che permette un’implementazione flessibile dell’ultimo step, prima dell’invio alla grande distribuzione. Altra componente importante da integrare è la visione, che va a complementare l’automazione con quelle funzioni, imprescindibili in alcuni ambiti e comunque utili in quasi tutti i processi, quali il track and trace, il controllo qualità, il controllo scarti, etc. A livello più generale, è necessario avere il completo dominio di ogni parte in movimento, di ogni asse presente nella macchina, sincronizzando e orchestrando l’insieme nel modo migliore. Questa capacità di gestire insieme, da un unico ambiente unificato: assi, robot, visione, safety e tutta l’automazione periferica, porta a una migliore produttività e, se i sistemi sono evoluti e intelligenti, a una diagnostica semplificata. La diagnostica embedded nei sistemi B&R, che sono in grado di riportare il proprio stato sul System Diagnostic Manager - con un qualunque web browser, e senza programmare una linea di codice - porta anche a un immediato riconoscimento delle situazioni critiche e consente una manutenzione reattiva, minimizzando i fermi-macchina. Il fatto poi di poter integrare soluzioni di safe motion, quindi poter operare sulla macchina ad esempio durante la manutenzione, controllando la macchina con movimenti a velocità, posizione e coppia sicuri certificati SIL3, sposta l’asta della produttività. Più la macchina è sicura più risulta produttiva: safety non significa solo sicurezza dell’operatore – che è fondamentale- ma anche efficienza perché evita, nella stragrande maggioranza dei casi, un fermo della macchina. Pensiamo a un ingorgo in un punto della linea, il fatto di poter accedere e risolvere in sicurezza, semplicemente rallentando la produzione quel tanto che basta perché l’intervento dell’operatore sia sicuro, consente di non fermare le macchine e non doverle poi riavviare, con tanto di cicli di pulizia, riscaldamento, ecc.
Per quanto sia difficile generalizzare, stante l’estrema varietà di possibili soluzioni impiantistiche, quali sono le principali caratteristiche che soluzioni innovative per il packaging devono avere per ottenere il gradimento del mercato?
Iniziamo con la Convergenza: la gestione in modo olistico di tutte le discipline (dall’IT alla meccanica, alla robotica, alla visione, ecc.) coinvolte in una macchina in modo che, a livello di linea ci sia una uniformità e una semplicità di comprensione e di gestione di ogni situazione e di ogni esigenza produttiva. Passando dalla macchina all’intera linea, ciò che serve per far interagire in modo semplice le differenti parti è l’adozione di Standard Internazionali. In questo modo ogni macchina parla un linguaggio comune, comprensibile a tutte le altre, e si evitano lunghe, complesse e costose integrazioni. Uno scambio di informazioni basato su standard riconosciuti come l’OPC UA a livello di connettività di sistema, come il PackML di OMAC a livello di convenzione su forma e nomenclatura dei dati scambiati e di gestione della macchina, o ancora standard aperti come Ethernet POWERLINK e openSafety a livello di bus e di sicurezza o l’HTML5 per la fruizione delle informazioni in rete. L’efficienza è il terzo cardine che sostiene gli impianti produttivi e che oggi spinge a innovare. E sarà sempre più importante con l’attuarsi della ISO 50001. Occorrerà approntare strumenti evoluti di raccolta e analisi dei consumi come la soluzione out-of-the-box APROL EnMon. Tali strumenti, per essere realmente fruibili, devono essere poco invasivi, semplici da configurare e da utilizzare, oltre che integrabili e correlabili in modo naturale nei sistemi di automazione. Ciò consentirà a ogni azienda di operare secondo le prescrizioni normative e, infine, risparmiare in bolletta. Da ultime, ma con attenzione sempre maggiore, troviamo le tematiche di diagnostica e manutenzione. Da un canto occorre cambiare il paradigma della diagnostica: le informazioni diagnostiche sullo stato di un dispositivo o sulla sua versione di firmware o anche semplicemente modello e codice per il riordino, devono essere disponibili in modo immediato e di default. Si deve poter accedere a questi dati da comuni piattaforme di comunicazione, come un web browser, e non deve essere necessario né spendere tempo per la programmazione da parte degli OEM, né essere dei grandi esperti per comprendere quando e dove qualcosa non sta funzionando – un bel vantaggio anche per l’end-user. Questa diagnostica smart, dove ogni dispositivo rende accessibile il proprio stato in modo semplice, anche da remoto, è la base per una manutenzione tempestiva. È però importante che l’aumento dell’intelligenza non implichi un aumento sostanziale della complessità di gestione degli impianti. Un buon esempio di intelligenza fruibile è offerto dal System Diagnostic Manager di B&R, che permette la visualizzazione in un normale web browser, delle informazioni riguardanti l’hardware installato nel sistema. Per scegliere quali componenti debbano essere visibili, basta abilitare, con un segno di spunta nell’albero della configurazione HW, ogni oggetto desiderato e, in automatico, i dispositivi divengono visibili nell’interfaccia web. Da quel momento tutte le informazioni rilevanti per ogni componente sono visualizzate con un linguaggio grafico intuitivo.
Architetture motion modulari con B&R ACOPOSmotor
AcoposMotor è il dispositivo motion offerto da B&R, combinazione di drive e motore in un’unità meccatronica compatta. Grazie alla possibilità di posizionarlo direttamente dove serve per fornire potenza, si riducono i costi e i tempi di cablaggio, il debugging e la manutenzione, a tutto vantaggio non solo della reattività e delle prestazioni, ma anche della modularità e della flessibilità delle macchine. Questi dispositivi con protezione IP65 sono semplici da collegare e attualmente hanno potenze che vanno da 1kW a 2,3 kW per coppie da 5,7 a 17 Nm. L’AcoposMotor è pienamente compatibile con l'intera serie di azionamenti B&R, è quindi possibile utilizzare tutti gli strumenti e le funzionalità disponibili in Automation Studio, così come le applicazioni create in questo ambiente di programmazione. Per quanto riguarda la topologia, il servoattuatore può essere impiegato indifferentemente in una struttura a linea o ad albero e sfrutta appieno le prestazioni e le potenzialità offerte dal bus Powerlink. AcoposMotor è dotato di funzioni di sicurezza STO (Safe Torque Off) e SS1 secondo SIL 3 o PLe. Funzioni di sicurezza aggiuntive quali SLS, SOS, SDI, SLP e molte altre possono essere usate in combinazione con openSAFETY e sono una componente integrante del modello AcoposMotor.
