Viaggio alla scoperta delle soluzioni di Bosch Rexroth per abbattere consumi ed emissioni

di Piero Macrì ♦︎ Meccatronica e automazione per rendere la green economy una fonte di competitività. L'iniziativa GoGreen, che ha permesso alla multinazionale di abbattere del 39% i consumi e del 75% le emissioni. Le centraline green CytroBox per la degassificazione. La stampa 3D per ridurre il peso dei componenti. La piattaforma IIoT ctrlX Automation, per connettere qualsiasi componente meccatronica. Il concetto di Energy on demand. Ce ne parla Riccardo Patat, head of sales product management hydraulics di Bosch Rexroth

Si può essere davvero “green” quando si parla di produzione industriale? Per Bosch Rexroth la risposta è affermativa: tutte le sedi del Gruppo sono carbon-neutral, così come i prodotti e le soluzioni sviluppate per il mondo dell’automazione. Un principio che è stato mutuato nelle presse e nelle macchine per lo stampaggio, in tutti quei sistemi il cui funzionamento è basato sull’oleodinamica. Riduzione dei costi energetici con motori asincroni e sincroni a giro variabile in modalità “energy on demand”; riduzione dei volumi di olio e serbatoi con ingombri ridotti; produzione additiva di blocchi motori con geometrie “energy saving”. L’insieme di queste tecnologie e soluzioni ingegneristiche consente di ridurre fino all’80% il fabbisogno di potenza elettrica. «Le imprese manifatturiere sono oggi nella condizione di fare di più con meno, ovvero raggiungere uno stesso output produttivo a costi inferiori, afferma Riccardo Patat, head of sales product management hydraulics di Bosch Rexroth.

Ottimizzare questi sistemi è un chiaro fattore di competitività, sia per i costruttori di macchine che per gli utenti finali. Saper produrre in modo profittevole non è più sufficiente. Servono misure che possano migliorare il ciclo di vita del prodotto, a partire dalla sua progettazione». Risultato? Si produce di più ma con meno materiali e meno energia. In altre parole, la sostenibilità serve ad aumentare la produttività. E sviluppa economia circolare, i cui fondamenti sono basati sul riutilizzo e riciclaggio delle singole componenti. Centrale in questo senso, ctrlX Automation, l’innovativa piattaforma software Bosch Rexroth che abilita lo sviluppo di soluzioni Industrial IoT per monitoraggio e manutenzione predittiva. Sostenibilità, infine, è mettere al centro la persona: ottimizzando l’oleodinamica si riduce la rumorosità delle macchine, contribuendo a rendere più confortevole l’ambiente di lavoro. Come dire, meno decibel maggiore benessere. «Per dare slancio a questa nuova prospettiva industriale è importante che le imprese inizino a considerare la sostenibilità come un’opportunità e non come un obbligo, afferma Patat. La chiave di tutto è riuscire a tradurre la green economy in fonte di competitività poiché i consumatori tendono ormai a scegliere i prodotti meno energivori e a basso impatto ambientale».







Obiettivo sostenibilità, un traguardo ancora lontano per molte pmi. L’iniziativa GoGreen di Bosch Rexroth

In un recente studio realizzato dal Boston Consulting Group e dalla Vdma (la principale associazione industriale tedesca) si afferma che se i produttori di macchinari offrissero tecnologie a basso impatto ambientale, le 35 giga tonnellate di emissioni di Co2 generate globalmente dall’industria potrebbero essere ridotte fino all’86%. Eppure, secondo i dati emersi dall’Osservatorio sulla sostenibilità nelle aziende manifatturiere, commissionato da Bosch Rexroth nel 2021, le Pmi italiane hanno ancora poca sensibilità rispetto a questi obiettivi, sia per quanto riguarda i processi, sia per quanto riguarda i prodotti. Il 73% del campione di aziende, in particolare, ritiene non applicabile l’obiettivo di riduzione delle emissioni dirette di processo mentre il 59% considera estremamente complesso declinare i principi di sostenibilità al ciclo di vita del prodotto.

Il progetto GoGreen è stato avviato 10 anni fa e ha permesso a Bosch Rexroth di abbattere i consumi del 39% e le emissioni di CO2 del 75%

Questi risultati – si afferma nel report – sono lo specchio di una mancata o scarsa conoscenza degli strumenti tecnologici più avanzati oggi disponibili e delle possibilità di applicazioni concrete per raggiungere gli obiettivi di sostenibilità. Per Bosch Rexroth essere sostenibili vuol dire garantire il successo a lungo termine dell’azienda, preservando le risorse naturali. L’ecologia è quindi un fattore trainante dell’innovazione ed è un principio sostenuto con l’iniziativa GoGreen. Lanciata più di dieci anni fa ha permesso di ridurre il consumo di energia negli stabilimenti Bosch Rexroth. Tra il 2008 e il 2021 l’energia consumata in relazione ai componenti e alle soluzioni prodotte è stata ridotta del 39% e le emissioni di Co2 del 75%.

Energy on demand: il consumo energetico degli azionamenti può essere ridotto fino all’80%

Riccardo Patat, sales product manager di Bosch Rexroth

«L’aumento di performance e di produttività deve trovare un equilibrio nel rapporto tra energia utilizzata e output produttivo, dice Patat. Il che vuol dire gestire al meglio la potenza elettrica della macchina». È il concetto di energy on demand ovvero l’utilizzo della potenza in funzione dell’effettiva necessità. Così come nell’auto esiste il sistema start & stop, in cui il motore si spegne nelle fasi in cui non è richiesta energia, altrettanto può essere fatto nel mondo del machinery. In alcuni sistemi, come le presse o le macchine per la lavorazione delle materie plastiche è quindi possibile immagazzinare temporaneamente l’energia cinetica generata durante le fasi di “frenata”, per poi reimmetterla nel sistema. Ciò significa che ‘’energia precedentemente dispersa viene sfruttata al 100%. «Con i nuovi accorgimenti tecnologici siamo in grado di variare la portata in rapporto al consumo reale, spiega Patat. In questo modo vengono utilizzati i soli kilowatt necessari alla produzione». Tutto questo lo si deve, da una parte alla disponibilità di motori asincroni a giri variabili (se in precedenza si aveva un regime di rotazione fisso, a 1.450 giri, ora la velocità può variare da 200 fino a 2.400 giri) e dall’altra al software che sfrutta questa flessibilità modulando la potenza in funzione dell’utilizzo. Insomma, nessuno spreco, si consuma esattamente quanto serve. «Gli azionamenti a velocità variabile consentono di adattare con precisione l’energia fornita alle diverse fasi di un ciclo di produzione, afferma il manager. Se il carico collegato richiede meno energia, la velocità e la potenza vengono automaticamente ridotte. Le fasi statiche vengono rilevate automaticamente e fanno sì che il motore passi alla modalità standby. In questo modo si risparmia fino all’80% del consumo energetico».

Meno fluido in circolazione e serbatoi dimensionati alle effettive necessità grazie alla simulazione digitale

Il volume del serbatoio della centralina CytroBox di Bosch Rexroth, è di soli 150 litri, rispetto ai 600 litri di un’unità convenzionale della stessa potenza

La regolazione e il controllo mediante azionamenti a velocità variabile riducono le dissipazioni di calore, limitando in questo modo i consumi energetici dei sistemi di raffreddamento. Contestualmente ad interventi mirati all’efficientamento delle componenti di motion vanno progettati i serbatoi. E qui vengono in aiuto gli strumenti di simulazione: permettono di definire il punto di funzionamento ottimale del singolo componente, riuscendo così a individuare dimensioni e quantitativi di olio che assicurino il minor dispendio energetico, garantendo al tempo stesso performance coerenti con i bisogni produttivi. «In alcuni casi siamo riusciti a ridurre fino al 70% il volume di olio in circolazione».

Serbatoi, quindi, di minori dimensioni che riducono i costi di esercizio. Il volume di un serbatoio e la qualità del fluido nel tempo dipendono da molti parametri: portata volumetrica, comportamento di degassificazione del fluido, introduzione di aria nel sistema, posizionamento dei tubi di ingresso e di uscita e design interno del serbatoio. Tutti questi parametri, spiegano i tecnici di Bosch Rexroth, possono essere ottimizzati nella progettazione delle macchine grazie a componenti di nuova generazione, con soluzioni di degassificazione automatica e strumenti di simulazione digitale. La riduzione del volume del fluido è ancora maggiore con l’ultima generazione di soluzioni integrate che comprendono centraline idrauliche, cilindri e assi autonomi. Per esempio, grazie ad un design ottimizzato per la degassificazione, il volume del serbatoio della centralina CytroBox di Bosch Rexroth, è di soli 150 litri, rispetto ai 600 litri di un’unità convenzionale della stessa potenza. I cilindri e gli assi autonomi non sono collegati a un serbatoio esterno e possono ridurre la quantità di fluido fino al 97%.

Adottando le soluzioni di Bosch Rexroth Borgwarner ha ridotto dell’80% i propri consumi energetici

Meno consumo di materiale e geometrie energy saving di componenti grazie alla produzione additiva

Utilizzando stampanti 3d Trumpf TruPrint è stato possibile abbattere del 74% il peso di un componente. La produzione additiva permette inoltre di sviluppare nuove e più efficienti geometrie

Minimizzare l’utilizzo di materiali. Anche questo è un principio alla base della sostenibilità. Bosch Rexroth è riuscita a centrare questo obiettivo producendo alcune delle sue componenti in modalità additiva. Blocchi di comando idraulico che vengono realizzati con stampanti 3D hanno registrato un risparmio di materiale fino al 30%. Lo stabilimento Bosch Rexroth di Linz è andato ancora oltre. Utilizzando la fusione laser selettiva su una macchina Trumpf TruPrint, si è ridotto il peso di un componente del collettore in acciaio inox del 74,4%, da 4,18 kg a 1,07 kg. L’altro vantaggio della stampa 3D consiste nello sviluppo di geometrie innovative. I vantaggi dal punto di vista idraulico non sono certo trascurabili: riduzione del 30-70% della perdita di pressione, miglioramento dell’efficienza energetica; riduzione del peso fino al 30% e maggiore compattezza; aumento delle prestazioni per le applicazioni ad alta dinamica; meno componenti e connessioni (tubi e tubature), meno rischio di perdite.

ctrlX Automation, la tecnologia abilitante soluzioni Industrial IoT per migliorare il total life cost del prodotto

ctrlX Automation è il motore per creare un’intelligenza distribuita, capace di ottimizzare e connettere tutti i flussi informativi che vengono generati nello shop-floor, dando a Oem e utenti finali l’opportunità di creare funzionalità aggiuntive per il monitoraggio degli asset di fabbrica – macchine o impianti – in logica preventiva e predittiva supportata da modelli digital twin

Ultimo elemento da tenere in considerazione, ma non certo meno importante, è il vantaggio rappresentato da soluzioni Industrial Iot. Intelligenza distribuita e interfacce aperte permettono di conoscere lo stato di salute dei macchinari. Il software permette di mantenere il punto ottimale di funzionamento nel corso dell’intero ciclo di vita della macchina. Rende possibili riconfigurazioni, monitoraggio di eventuali deviazioni e rispristino della produzione secondo standard industriali. «Con l’inserimento di componenti digitali all’interno del layout della macchina si abilita la raccolta e l’analisi di dati, spiega Patat. Algoritmi specifici permettono di individuare eventuali deviazioni e suggerire all’operatore gli interventi necessari per rispristinare il funzionamento corretto. Quello che stiamo cercando di fare è aver una piattaforma software in grado di dialogare con un ambiente di produzione eterogene», aggiunge Patat. Tutto questo viene reso possibile dalla nuova piattaforma ctrlX Automation: interconnette qualsiasi protocollo di comunicazione, unificando la piramide dell’industrial IoT, dal plc al cloud passando per l’edge computing. Con logiche low code e linguaggi di ultima generazione permette la creazione di applicazioni per il controllo real time o near real time di macchine e linee di produzione, con analisi dati supportate dalla conoscenza aumentata dell’intelligenza artificiale. Il fine ultimo è l’interconnessione di una qualunque componente meccatronica: predisporla digitalmente alla comunicazione dati – in edge e in cloud – per generare informazioni utili ad aumentare le performance di produzione. Una logica che crea lo spunto per la creazione di diversi servizi: di condition monitoring, di cybersecurity, di manutenzione preventiva e predittiva fruibili on premise o da remoto. Monitorare, ad esempio, il controllo del movimento, per conoscere i coefficienti di una possibile rottura, intervenendo in anticipo su potenziali guasti.

Non è più solo il prezzo a orientare gli acquisti. L’attenzione si sposta sul total cost of ownership

 «Vogliamo dare al consumatore l’opportunità di scegliere il prodotto in funzione di un punteggio di sostenibilità, dice Patat. I nostri clienti ci chiedono ormai di fare comparazione tra sistema classico e sistema innovativo. Il motivo è molto semplice: se il prodotto introduce un efficientamento energetico significa che l’acquisto potrà esser sostenuto da incentivi fiscali. D’altra parte, i soldi messi a disposizione dalla comunità europea saranno utilizzabili solo da quelle aziende che dimostreranno di fare efficienza energetica. A parità di output produttivo dovranno documentare che quella macchina è più sostenibile, che una fabbrica è in grado di produrre la stessa quantità di prodotto con un volume di kilowatt ridotto. Non solo. Se il ciclo produttivo, rispetto ai benchmark di riferimento, è il meno energivoro possibile, l’azienda lo potrà posizionare sul mercato a un prezzo più alto, poiché l’utente finale, consapevole del fatto che il total cost of ownership sarà più basso, ne valuta la convenienza». Ergo, l’acquisto di un prodotto non sarà più misurato esclusivamente sul prezzo, ma sui benefici introdotti dai principi di sostenibilità.














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