Grazie all’ampia adozione delle tecnologie digitali di industria 4.0, le fabbriche moderne sono in grado di sfornare facilmente prodotti in “lotto uno” in modo totalmente automatizzato, secondo i dettami della “mass customization” – produzioni di massa di singoli pezzi personalizzati per uno specifico acquirente.
Sorprende un po’ quindi vedere che quando si tratta di costruire queste stesse fabbriche superautomatizzate, si torna improvvisamente indietro nel tempo. Ci riferiamo in particolare alla progettazione e messa in opera degli impianti elettrici delle linee di produzione, spesso ancora progettati e montati su base squisitamente artigianale. È frequente, quando si va a vedere una linea di produzione in fase di allestimento, trovarsi davanti a piccole squadre di elettricisti che cablano manualmente i vari quadri e armadi elettrici, leggendo le connessioni da eseguire da grossi faldoni di documentazione, e confezionando i cavi necessari uno per uno. Un processo lungo, noioso e ripetitivo, che porta facilmente all’errore umano e richiede manualità ed esperienza, oltre a lunghe procedure di test incrociati per assicurarsi che tutto funzioni correttamente. E nonostante le simulazioni, qualcosa che va storto al collaudo c’è sempre.
Eppure la tecnologia per fare un salto in avanti c’è, e non è neppure particolarmente recente: si chiama Cad elettrico. Ovvero un Cad specializzato per la progettazione, la simulazione e la produzione di tutta la parte elettrica di uno stabilimento: in particolare, i quadri elettrici di comando e controllo, gli armadi delle apparecchiature, e tutte le relative connessioni.
Chi è Eplan
Uno dei più grossi specialisti di Cad elettrico è un’azienda europea: la tedesca Eplan, fondata nel 1984, vanta oltre 51mila clienti e 145mila installazioni nel mondo. Fra i grandi utilizzatori di software Eplan troviamo nomi come Siemens e Abb in Europa, e Rockwell Automation negli Usa. Ma non si tratta di un software riservato alle grandi multinazionali: Eplan opera su tutta la filiera, dal produttore di macchine all’Oem, dal quadrista al fornitore di componentistica. «In Italia abbiamo più di mille clienti attivi con circa 4.000 postazioni di lavoro con un obiettivo di crescita del 10% anno su anno – puntualizza Stefano Casazza, Country Manager della sede italiana di Eplan. Seguiamo direttamente i nostri clienti, e questo ci permette di garantire un servizio di qualità in un mercato di nicchia». In realtà, Eplan non è un semplice produttore di software Cad. Potremmo piuttosto definirla come un’azienda di consulenza ingegneristica e fornitore di soluzioni nell’ambito del Cad elettrico. Eplan fa parte del Friedhelm Loh Group (di base ad Haiger), che opera tramite 80 filiali, 18 siti produttivi e vanta 12.500 dipendenti e un fatturato intorno ai 2,6 miliardi di euro. La maggiore azienda del gruppo risponde al nome di Rittal, società creata nel 1961 da Rudolph Loh per produrre armadi elettrici costruiti in serie, della quale abbiamo parlato diffusamente in questo articolo. L’integrazione fra le varie aziende del gruppo è molto spinta e produce ottimizzazioni su vari fronti, primo quello del go to market, ma anche nell’intero processo di produzione.
Eplan, di fatto, è l’azienda che fornisce soluzioni software progettuali per realizzare quadri elettrici, ma anche i loro gemelli digitali. «Il Cad elettrico viene utilizzato in due mondi diversi – ci spiega Casazza – uno è il building automation, la parte civile: l’impianto elettrico di una casa, o di un ospedale. L’altro mondo è quello dell’automazione, nel quale il livello di complicazione progettuale è ben diverso. Se nel ramo civile devo semplicemente mettere degli interruttori all’interno di una parete e collegarli a un quadro, nel ramo automazione avrò a che fare per esempio con un quadro elettrico che si integra con i Plc, avrò la gestione bordo macchina, la gestione dei sensori, dovrò badare ai motori e al loro dimensionamento, dovrò tenere in considerazione il problema del riscaldamento del quadro e quello dell’interfacciamento con un sistema meccanico. Poi dovrò gestire una distinta base integrata con il sistema gestionale, e magari il mio quadro a bordo macchina dovrà gestire anche la parte fluidica, o anche quella oleodinamica, che naturalmente devono parlarsi fra loro. Insomma, il livello di problematiche ingegneristiche è ben diverso. E noi siamo specializzati proprio in questo secondo ambito, quello dell’automazione».
Progettazione elettrica industriale
Ma come si inseriscono quindi le tecnologie Eplan nella progettazione industriale? Un esempio tipico è quello della progettazione di un macchinario, per esempio per l’imballaggio. Il produttore progetterà, probabilmente con un Cad meccanico 3D, la parte meccanica della macchina, con tutti i vari componenti telaistici e le parti in movimento. Ma una volta completata questa parte del lavoro, il progetto è ancora di una macchina “statica”. Per farla muovere ci vogliono i componenti elettrici: motori, inverter, sensori, Plc. Questi ultimi tipicamente vengono sistemati in un “involucro” che è appunto il quadro di comando, il quale costituisce il “cervello” dei macchinari moderni: la macchina si muove e opera grazie a ciò che è contenuto nel quadro. Ed è nel quadro che quasi sempre si concentra la maggior parte dell’innovazione dei nuovi macchinari: la meccanica è ormai abbastanza standardizzata, quindi le novità sono focalizzate sull’intelligenza all’interno del quadro di controllo. Se voglio aumentare la produzione del mio macchinario, non lo faccio più grande (meccanicamente), lo faccio più veloce, andando a lavorare sul sistema di automazione. «Eplan è leader nell’aiutare i clienti a progettare questi macchinari dal punto di vista elettrico – puntualizza Casazza – perché dispone di una serie di tecnologie proprietarie che agevolano il progettista nel lavoro di messa in opera del macchinario». A questo proposito, Eplan lavora su due ordini di problematiche. Il primo riguarda il quadro elettrico vero e proprio. «Per sua natura, il quadro è sempre stato costruito dall’elettricista che lo montava – racconta Casazza – perché è un processo completamente manuale. L’elettricista prende il suo trapano, in base alla sua distinta fora il quadro, mette le canaline, taglia a misura i cavi e li monta. Il risultato? Quattro quadri teoricamente uguali si rivelano essere quattro quadri diversi, perché l’elettricista lavora come è sempre stato abituato a fare». A parte i costi elevati in cui si incorre per produrre i quadri uno a uno in questo modo, i problemi veri si creano più avanti nel tempo, per esempio quando il manutentore deve intervenire sui quadri supposti uguali e scopre che in uno l’inverter è in alto, nell’altro è in basso, le morsettiere sono cablate diversamente e così via. Il secondo gruppo di problematiche riguarda più da vicino le figure professionali coinvolte nelle operazioni di montaggio: elettricisti e quadristi esperti, in particolare, sono sempre più rari. In questa disciplina c’è stato pochissimo ricambio generazionale, con il risultato che i migliori esperti stanno andando in pensione, e spesso vengono sostituiti da professionisti del futuro con ancora poca preparazione specifica e ridotta esperienza. «Di qui la necessità di fornire a chi monta i quadri della documentazione chiara, semplice, precisa, inappuntabile – dichiara Casazza – un po’ come il manuale di montaggio di un mobile Ikea».
Ecco, quello che permette di fare il software Eplan (la soluzione Cad ha lo stesso nome dell’azienda) è prima di tutto di creare un progetto del quadro in 3D, in modo da avere una visione chiara di come dovrà risultare il prodotto una volta montato. Inoltre, il sistema integra la generazione della documentazione per il montaggio (distinta dei pezzi eccetera), minimizzando in questo modo i problemi citati prima, relativamente all’artigianalità della costruzione. Un vantaggio interessante del software Eplan è la vastità di librerie di parti disponibili nel formato nativo. A differenza di quello che succede con il Cad meccanico, infatti, la gran parte del lavoro di progettazione di un Cad elettrico si fonda sull’utilizzo di componenti già pronti, “off the shelf”. E fra le librerie pronte all’uso di Eplan troviamo così un gran numero di cataloghi di componenti provenienti da tutti i maggiori costruttori: dagli armadi di Rittal agli inverter di Abb, dai sensori di Sick alle valvole di Festo, e via discorrendo. Il formato utilizzato permetterà, in futuro, di simulare direttamente dall’interno di Eplan il funzionamento del quadro finito. La funzione è già realizzabile oggi caricando il progetto su software esterni, anche se alcune parti sono già state implementate – per esempio, il sistema è già in grado di calcolare automaticamente le necessità di dispersione termica all’interno del quadro per dimensionare correttamente il condizionatore. Ma Eplan non si è fermata qui.
Dal Cad al Cam
Negli ultimi mesi, il software Eplan è stato completato con moduli Cam (Computer Aided Manufacturing) che lo interfacciano a due macchine automatiche Rittal dedicate. La prima è la Perforex, la quale si occupa di forare i pannelli dei quadri elettrici in base al progetto Cad in modo completamente automatico. La seconda invece è la stazione automatica di lavorazione fili Wire Terminal Wt. Essa è in grado di utilizzare i dati provenienti dal disegno Eplan per produrre i cavi necessari alla realizzazione del progetto, già tagliati a misura, crimpati e numerati, pronti quindi da inserire nel quadro.
Un altro aspetto di Eplan che torna utile ai progettisti di macchinari è che questo software, più che un Cad grafico, è una sorta di database graficizzato. Nel senso che il progetto Eplan non è un disegno con dei metadati, ma un vero e proprio database che contiene sia gli oggetti sia la descrizione grafica del progetto complessivo. Ora, visto che molti produttori di macchinari speciali tendono sempre di più a progettare le loro creazioni secondo schemi modulari, in modo da rendere facilmente modificabile un progetto sostituendo determinati moduli o scalandone altri, una struttura del file impostata in forma di database si presta particolarmente bene allo scopo.
Un ultimo aspetto sul quale da tempo sta lavorando Eplan è quello dell’integrazione fra la parte meccanica e quella elettrica dei progetti. Storicamente, quello che succedeva era che chi progettava un macchinario creava due distinte di componenti, una per la meccanica e una per la parte elettrica; e poiché spesso la progettazione delle due parti del macchinario era affidata a progettisti distinti (in molti casi addirittura ad aziende distinte) succedeva spesso di ritrovarsi con due distinte base “non allineate”, con seri problemi di coerenza soprattutto quando si apportavano modifiche successive alle varie parti del macchinario. «Questa separazione fra la progettazione della parte meccanica e della parte elettrica sta riducendosi, ormai si parla di meccatronica ed è importante per un produttore avere all’interno le competenze e i processi – spiega Casazza – altrimenti perde una fetta importante dell’informazione contenuta nel database del progetto». La prossima mossa? «Quest’anno all’Hannover Messe presenteremo la possibilità di condividere in cloud i progetti Eplan – anticipa Casazza – Non ci sarà più bisogno di inviare e ricevere i file di progetto, tutti gli interessati potranno accedere direttamente al database attraverso un sistema di permessi di accesso da assegnare in base alle funzioni ricoperte. Questo semplificherà molto il lavoro, sia in fase di progetto che di costruzione e di esercizio. Pensate solo al manutentore di un grande impianto che potrà avere a disposizione in qualsiasi momento lo schema di ogni singolo quadro della fabbrica, ciascuno identificabile in maniera univoca».
