Volete una produzione flessibile in grado di gestire volumi diversificati? Domanda retorica. Certo che sì. Ma come modificare macchine e linee per assecondare una variabilità senza precedenti? Intervenire a livello meccanico? Troppo dispendioso e poco efficace. Il ferro è tutto tranne che duttile. Occorre agire a un livello superiore, quello software. E’ questo il principio che ha ispirato la creazione di ctrlX Automation, la nuova piattaforma di automazione Industrial IoT di Bosch Rexroth, la società tedesca controllata dalla multinazionale Bosch. La grande novità consiste nella possibilità di passare dal concetto di programmabilità a quello di configurabilità con la creazione di App specifiche. CtrlX rende disponibili delle vere e proprie app che permettono di configurare le componenti che definiscono il funzionamento della macchina, in primis la componente motion, modificandone l’assetto in base al lavoro da svolgere.
«La flessibilità che tutti cercano è a portata di click, afferma Luca Pantaleoni, End User Sales Manager di Bosch Rexroth. Grazie al disaccoppiamento hardware e software, costruttori di macchine e utenti finali possono agire in autonomia, acquisendo piena indipendenza operativa per garantire una produzione economicamente sostenibile e rispondere a imprevisti». Flessibilità, tutti la vogliono, tutti la cercano. L’automotive, il packaging, il food, il pharma. «Ce ne siamo resi conto con l’emergenza covid, dice il manager. Essere costretti a fare entrare in stabilimento persone esterne all’organizzazione per interventi di manutenzione o di aggiornamento agli impianti era e continua a essere un problema».
Ed è in questa direzione che Bosch Rexroth ha orientato il proprio impegno. La piattaforma di automazione ctrlX Automation abilita interventi di “fine tuning” delle apparecchiature senza ricorrere a complesse attività di programmazione e senza necessità di coinvolgere personale altamente specializzato. Le app permettono con grande semplicità di configurare l’assetto ottimale della macchina assecondando una produzione high mix e low volume. Flessibilità di produzione che va coniugata con capacità di resilienza. Sotto questo aspetto, fondamentali sono i servizi di condition monitoring per la manutenzione preventiva e predittiva che Bosch Rexroth propone con il servizio di diagnostica remoto Odin. Attualmente attivo in 12 stabilimenti e 11 paesi (quattro i clienti italiani) Odin rileva una media di 11 milioni di misure al giorno per singolo plant. E per la fine dell’anno si stimano ulteriori 50 installazioni dati non da me forniti.
Automazione “No Coding”. Dalla programmazione alla configurazione
La filosofia di automazione Bosch Rexroth fa sì che la persona che conosce il processo di macchina sia in grado di intervenire e modificare, in tutto o in parte, la configurazione di macchina per produrre un prodotto diverso. «Nel caso di sistemi lineari stiamo per esempio parlando di poter modificare l’assetto di robot cartesiani. Grazie al disaccoppiamento hardware e software che introduce la piattaforma di nuova generazione ctrlX Automation, l’utente ha a disposizione un software che consente di impostare le funzionalità desiderate in modo molto semplice». Insomma, si crea un’astrazione dal livello hardware che permette all’utente, sia esso costruttore di macchina o end user, di adattare tutte le componenti in funzione dell’operatività richiesta. Si vuole modificare l’asse cartesiano in modo tale che un’operazione di pick and place sia eseguita da un certo punto ad un altro? Non c’è più bisogno della tradizionale programmazione per linee di codice. Vengono in aiuto delle finestre applicative attraverso le quali definire valori minimi e massimi. Ergo, l’applicazione, con un’intelligenza del tutto trasparente all’utente, ri-parametrizza le funzioni per procedere all’execution.
Sistemi lineari per una maggiore performance
Flessibilità vuol dire poter configurare il layout di linea per acquisire la massima saturazione e produttività per metro quadro. Centrale in questo senso è il ruolo che possono svolgere i nuovi motori lineari. Permettono, infatti, accelerazioni e decelerazioni più soft e una velocità intermedia più elevata che rende possibile un aumento del numero di pezzi prodotti. «Per un’azienda di semiconduttori stiamo sviluppando un sistema di trasporto che deve assecondare la movimentazione di componenti con pesi irrisori, racconta Pantaleoni. E il tutto deve essere eseguito con velocità e, soprattutto, precisione. Requisiti che possono soddisfatti al meglio dalle nuove tecnologie lineari. Anche nel packaging. Con un motion lineare si possono aumentare le performance delle classiche giostre basate su cinghie e catene di trasmissione. In passato si puntava tutto sulla velocità. Oggi la produttività viene vista sempre più in funzione della qualità, vero driver dello sviluppo macchina per una produzione zero difetti».
Flessibilità, la sfida più grande per farmaceutico, food e automotive
Migliorare la produzione in una logica di personalizzazione di massa è un qualcosa che interessa ormai tutti i settori di industry. Per l’automotive, il packaging, il food e il pharma rispondere alla nuova domanda del mercato è la priorità numero uno. Tutto ciò implica la capacità di rendere la produzione più flessibile. Nell’automotive si cerca di gestire al meglio l’attuale domanda orientando i clienti verso acquisti predefiniti, che generano elevati volumi di produzione in una logica custom “one to many”. Insomma, pur rendendo disponibile un menu à la carte, si cerca di convogliare la scelta su configurazioni standardizzate. Pensare di avere una produzione esclusiva one-to-one non sarebbe sostenibile. Viene presa in considerazione solo nei segmenti lusso e superlusso dove ci si confronta con numeri elitari. La questione della flessibilità in ambito automotive assume una rilevanza ancora maggiore se si considera la transizione all’elettrico. La maggior parte degli impianti esistenti deve essere re-ingegnerizzata per assecondare una produzione mista, di macchine a combustione, ibride ed elettriche.
Non solo la flessibilità, ma anche la mass customization, la variabilità della domanda e l’efficienza produttiva, sono le sfide più grandi dell’industria. Se prima, per esempio nel mondo del Food e Packaging, l’obiettivo era produrre macchine ed impianti ad altissima velocità e produttività, negli ultimi anni invece l’approccio è cambiato drasticamente, perché spinto dall’incremento degli acquisti digitali. Avere macchine più flessibili, che si possono riattrezzare e programmare per un cambio di formato in tempo reale, rappresenta la soluzione vincente. L’obiettivo della flessibilità si può raggiungere solo attraverso il digitale e la gestione del flusso di informazioni in modo da poterne beneficiare all’interno della propria catena produttiva. Un cambiamento che mette in gioco la capacità dei costruttori di organizzare le linee con una capacità adattiva real time delle celle di lavoro, che dovranno essere all’altezza di supportare una produzionedi volumi diversificati.
Il software che crea user empowerment
I configuratori che vengono proposti da Bosch Rexroth soddisfano la maggior parte delle richieste del mercato. Solo nel caso sia necessario raggiungere performance elevate, vale a dire una più profonda modifica della movimentazione o del trasporto – in termini di velocità, accelerazione, posizionamenti, masse e inerzie – si deve intervenire a livello di programmazione. «Ma questi sono casi davvero rari, che riguardano un numero limitato di clienti, spiega Pantaleoni. Diciamo che il configuratore copre l’80% delle modifiche che possono rendersi necessarie per adattare la linea a una produzione diversificata». Per rispondere al meglio alle nuove richieste del mercato Bosch Rexroth ha creato anche un team per supportare i clienti a livello di soluzione. Il gruppo è composto da specialisti tecnici che hanno una visione olistica della macchina. Sanno come viene gestita, conoscono le problematiche meccaniche e l’elettronica. «Tutto questo semplifica il lavoro del costruttore o dello studio tecnico che deve modificare l’insieme della macchina», afferma il manager.
Passare dalla programmabilità alla configurabilità
La nuova piattaforma dell’automazione ctrlx Automation, di Bosch Rexroth, che si ispira ai vantaggi introdotti dagli smartphone, è il layer su cui sono state create le app di configurazione di prodotto. Le funzioni macchina vengono intermediate dalla piattaforma. Quest’ultima rappresenta una sorta di middleware che permette di interfacciare in modo standardazzato Plc, drive, ipc e pannelli Hmi. Una logica che permette alla macchina di evolvere nel tempo, modificando il proprio funzionamento senza dovere sottostare ad alcun vincolo hardware.
«Su ctrlX Automation possono essere create una pluralità di applicazioni allo stesso modo con cui si sviluppano applicazioni per Android e Ios». È quindi possibile introdurre nuove funzioni senza necessariamente dover modificare l’assetto originario hardware della macchina. La nuova piattaforma è in continua evoluzione un work in progress e nel tempo andrà a integrare tutte le funzionalità presenti nell’attuale automazione. Il principio cardine attorno al quale è stata sviluppato ctrlx Automation è l’apertura, che si estende ai linguaggi di programmazione. Ciascuno è libero di utilizzare il linguaggio di programmazione che considera più adatto. Per meglio comprendere il progresso che Bosch Rexroth ha introdotto con la nuova piattaforma di automazione, si pensi all’installazione di un robot su una linea di produzione: normalmente ciò comporta la necessità di integrare un controller separato. Ebbene, con ctrlX Automation è sufficiente scaricare un’app sull’unità di controllo preesistente. Si ottiene così una macchina “tailor made” che risponde alle specifiche richieste di produzione senza dover compilare migliaia di righe software o aggiungere schede hardware.
I vantaggi dell’analisi predittiva nell’ambito della manutenzione e il ruolo di Odin
La ricerca di flessibilità non può essere disgiunta dalla capacità di realizzare un ambiente che minimizzi guasti e fermi macchina. E questo vuol mettere in esercizio soluzioni di condition monitoring. È il ruolo di Odin (Online Diagnostic Network), l’applicazione di intelligenza artificiale di Bosch. Preleva i dati dalla macchina, li porta in cloud e li analizza. Una cellula macchina che impara i comportamenti standard e avvisa quando si verificano delle deviazioni. «Prevede i failure di macchina mettendo gli operatori nella condizione di intervenire e risolvere i problemi prima che si verifichi un guasto, dice Pantaleoni. Tutto ciò contribuisce a una maggiore disponibilità della macchina e, in generale, a una maggiore produttività».
Utilizzato da Bosch come software as a service per alcuni grandi clienti, anche in Italia, è l’applicazione che abilita l’introduzione di modelli as a service da parte dei costruttori così come autonomia e indipendenza dell’end user. Nello specifico il suo funzionamento consiste nella raccolta dati dai sensori macchina e nel trasferimento degli stessi, via IoT gateway, al cloud del data center Bosch. Qui gli algoritmi di machine learning scansionano i dati per individuare eventuali anomalie, che vengono sottoposte al vaglio di un esperto in grado di suggerire decidere le azioni preventive più opportune da eseguire. La piattaforma, affermano i tecnici di Bosch Rexroth, consente di aumentare la tempestività dell’intervento manutentivo di circa il 50%. I vantaggi dell’analisi predittiva possono essere così riassunti: miglioramento della programmazione degli interventi di manutenzione rispetto a logiche puramente reattive o preventive; riduzione rischi di fermi macchina non previsti; ottimizzazione dei magazzini ricambi strategici e dei costi di manutenzione; sfruttamento dei dati per eventuali miglioramenti delle prestazioni.
Una produzione lineare per aumentare le performance
Macchine utensili e automatiche non potrebbero mai funzionare senza gli attuatori lineari. Convertendo il moto rotatorio in longitudinale costituiscono l’apparato muscolare del processo di automazione. Essere in grado di modificare la componente motion è, quindi, condizione essenziale per adattare le linee a una produzione variabile di volumi diversificati. L’offerta di Bosch Rexroth è molto vasta e comprende guide lineari su rotaie profilate che vengono utilizzate in tutte quelle applicazioni che necessitano di una elevata precisione per realizzare un accurato posizionamento. Possono essere utilizzate per trasporti leggerissimi, di pochi grammi, e pesantissimi, di decine di tonnellate. Trovano applicazione in comparti industriali diversi: dall’automotive all’elettronica, dal packaging al medicale. Nell’offerta di Bosch Rexroth, troviamo poi sistemi multiasse che possono essere considerati come dei veri e propri robot lineari, flessibili e programmabili. Costituiscono uno dei cavalli di battaglia della multinazionale, perché sono dei kit con tanto di rotaie, motore e viti che trasformano il moto circolare in lineare. Sono soluzioni plug and play, per velocità fino a 5 m/s e accelerazioni fino a 50 m/s², che assicurano efficienza e produttività. Forniscono una precisione di posizionamento fino a un massimo di 0,01 mm e una ripetibilità fino a un massimo di 0,005 mm.
