Il trattamento termico su larga scala non è una questione da poco, soprattutto quando si parla dei volumi dell’industria automobilistica. Un moderno impianto di trattamento termico può arrivare ad occupare un intero stabilimento, motivo per cui, data anche la sua complessità, questo lavoro viene tradizionalmente subappaltato ad aziende con competenze specifiche. Tuttavia, in un’ottica di principi operativi “snelli”, di controllo dei costi e di produzione e fornitura just-in-time, alcuni stabilimenti automobilistici stanno cercando di portare all’interno dell’azienda le capacità di trattamento termico.
L’abbinamento di soluzioni digital twin e di un software di simulazione e visualizzazione di processo leader di mercato e il loro utilizzo nella realizzazione di un impianto di trattamento termico su larga scala, non solo si traduce solo in prodotti metallici più resistenti, ma anche in una progettazione, un’installazione e una messa in servizio molto più semplici. Grazie all’utilizzo del software Emulate3D, Ecm Technologies, leader mondiale nella progettazione e produzione di innovativi forni industriali modulari di cementazione a bassa pressione, ha sviluppato una soluzione che elimina molte delle difficoltà di installazione e messa in servizio inerenti allo sviluppo, collaudo e messa in opera di impianti di trattamento termico su larga scala.
La sfida
Il trattamento termico è un processo complesso, a più fasi, con una serie di variabili che devono essere controllate con precisione al fine di mantenere qualità e coerenza. Il processo di cementazione a bassa pressione di Ecm prevede l’infusione di carbonio nell’acciaio per renderlo più resistente all’usura e alle sollecitazioni. Il processo sottovuoto sviluppato dall’azienda consente agli operatori di controllare con precisione la quantità di carbonio diffusa nel metallo mediante il controllo di diverse variabili, tra cui la durata di ciascuna fase e l’importantissima pressione del vuoto. Secondo Christian Dugit-Pinat, esperto di automazione di Ecm Technologies: «Le fasi di lavorazione sono molteplici. Prima del trattamento termico, i pezzi vengono lavati e induriti sotto vuoto grazie alla cementazione, un processo che può durare fino a sei ore. I pezzi vengono poi raffreddati rapidamente mediante tempra a gas o olio prima del trattamento finale. Complessivamente, solo per creare un componente come un cambio, il trattamento può durare dalle 10 alle 13 ore. I nostri impianti di trattamento termico alimentati elettricamente hanno un design multicamera», aggiunge, «in modo che più pezzi, con le rispettive e spesso esclusive ‘ricette’ di trattamento termico, possano avanzare in parallelo lungo la linea, con un passaggio di 50-80 carichi alla volta. Ognuno di questi carichi deve essere controllato e gestito singolarmente per garantire i massimi livelli di qualità».
La soluzione
I moderni sistemi di automazione sono più che in grado di gestire questi impianti all’interno di parametri ottimizzati, ma la progettazione, l’installazione e la messa in servizio sono un’altra cosa, con molti problemi e modifiche migliorative che diventano evidenti solo durante le fasi di avviamento. «Ci è stato commissionato di installare uno dei nostri sistemi di cementazione sottovuoto Icbp Jumbo presso un grande stabilimento automobilistico in Messico», spiega Philippe Reymond, project manager di Ecm Technologies. «Abbiamo dovuto affrontare una serie di sfide aggiuntive: non solo dovevamo avviare la produzione il prima possibile, ma il cliente ci aveva anche chiesto di utilizzare il suo software, il che avrebbe richiesto una riscrittura completa del nostro codice. Se a questo si aggiungono le normali tempistiche e le complessità di un ordine di questa portata, sapevamo di avere il nostro bel da fare. Abbiamo quindi iniziato a studiare dei modi per rendere il progetto più snello e più veloce da implementare». Ecm aveva già preso in considerazione la tecnologia del digital twin come possibile soluzione a queste esigenze e questo progetto ha dato lo spunto all’azienda per iniziare a utilizzare il software Emulate3D di Rockwell Automation.
«Quando abbiamo saputo dell’installazione in Messico, abbiamo deciso di effettuare alcune simulazioni con Emulate3D con l’aiuto dei tecnici di Rockwell Automation», spiega Reymond. «Il progetto era enorme e riscrivere e testare il codice Plc su un impianto già costruito, era del tutto irrealistico dal punto di vista dei tempi; per questo motivo, un modello virtualizzato era la soluzione più ovvia. La virtualizzazione ci ha dato moltissimi vantaggi”, continua, «uno dei quali era la connettività con altri software. Non dovevamo solo simulare gli aspetti meccanici del progetto, ma anche considerare la termodinamica, la fisica del processo e i vari flussi, e per questo abbiamo utilizzato Matlab, che poteva inviare i risultati direttamente al al digital twin».
I risultati
Grazie all’impiego di Emulate3D, Ecm Technologies è stata in grado di simulare, mettere a punto e completare gran parte del codice Plc prima della consegna della linea e ha stimato che, eseguendo il debug del codice in parallelo con la produzione – anziché effettuarlo dopo l’installazione – ha permesso di risparmiare fino a cinque mesi sui tempi di realizzazione del progetto Icbp Jumbo. «Abbiamo realizzato un progetto simile sette anni fa, senza l’ausilio delle soluzioni di controllo di Rockwell Automation o il software Emulate3D», aggiunge Reymond, «e anche se abbiamo utilizzato il nostro software, il progetto è stato comunque incredibilmente complesso. Per contro, questo nuovo progetto non solo è stato consegnato in tempo, ma anche i tempi di messa in servizio si sono ridotti del 50%. Pur dovendo utilizzare il codice del cliente, questo secondo progetto è stato più veloce. Inoltre, il numero di riunioni sul posto è diminuito, riducendo i viaggi da e per il Nord America».
Ecm Technologies si è poi aggiudicata un altro ordine dal cliente ed è stata interpellata per altre opportunità. «Il cliente sapeva che avevamo scritto tutto il codice del progetto da zero», spiega Reymond, «ed è rimasto molto colpito dalla rapidità dell’installazione e della messa in servizio. Adesso cerchiamo di utilizzare Emulate3D per altri progetti, tre dei quali sono attualmente in corso, e sicuramente utilizzeremo il digital twin come parte delle nostre procedure interne. Attraverso la virtualizzazione dei nostri progetti, possiamo anche gestire più lavori contemporaneamente, grazie alla qualità e alla velocità dei risultati, il tutto passando meno tempo presso le sedi dei clienti», conclude. «Molte pressioni sono state eliminate e lo stress di dover risolvere i problemi a bordo linea è sicuramente diminuito, il che è ottimo per tutte le persone coinvolte. Siamo anche molto più sicuri di riuscire a rispettare le scadenze. Adesso, quando diciamo il 1° luglio, intendiamo davvero il 1° luglio!»
Nicola Iovine, strategic business developer Emea, digital design e SaaS, di Rockwell Automation, conclude: «Emulate3D sta diventando un punto di riferimento per la progettazione industriale, e sempre più aziende riconoscono gli enormi vantaggi derivanti dall’impiego del digital twin. Ecm Technologies è la dimostrazione di ciò che si può ottenere e di come la progettazione e la messa in servizio possano diventare molto più semplici. Non vediamo l’ora di affiancare Ecm Technologies nella sua ulteriore evoluzione verso il digitale».
