Transizione energetica, elettrificazione. Le nuove tendenze di mercato impongono un diverso modo di progettare e produrre macchine da lavoro. Trazione diesel e movimento idraulico, sistemi oleodinamici a circuito aperto o chiuso, full electric o ibride, con motori elettrici per la trazione e pompe idrauliche per la movimentazione. Macchine scavatrici, ruspe, telehandler, trattori, veicoli per la pulizia delle strade. Gli oem dell’off–highway sono alla ricerca di nuove e più efficienti soluzioni. Uno dei megatrend del settore, e di tutto l’indotto dell’automotive in generale, è un’automazione sempre più spinta, con funzioni di guida assistita. Macchine più sicure e facili da usare, quindi, per risolvere la carenza di operatori esperti. E più intelligenti, in grado di minimizzare i consumi a parità di prestazioni. Quali le componenti per realizzarle? «Al di là della differente tipologia di macchina, a energia termica, idraulica, elettrica, l’efficienza e flessibilità della macchina è oggi associata all’Electronic Open Circuit (eOC), un’architettura che semplifica e riduce il numero di componenti hardware attraverso un controllo software», afferma Angelo D’Ammando, director of mobile applications di Bosch Rexroth. Il risultato? Funzioni specifiche per i diversi usi applicativi con prestazioni superiori grazie a un engineering più smart, un funzionamento più sicuro delle macchine che aiuta a ridurre lo stress dell’operatore e le fonti di errore, un miglioramento significativo di precisione e produttività. Come dice D’Ammando, «L’eOC realizza una vera rivoluzione nell’esperienza di guida e nelle performance operative». Non meno importante la digitalizzazione con macchine connesse e sensorizzate per sviluppare servizi – in primis monitoraggio e manutenzione predittiva – in funzione dei dati acquisiti dal campo. È il paradigma dell’Industrial Iot, declinato per l’off-highway, che Bosch Rexroth abilita con la piattaforma Bodas (Bosch Rexroth Digital Application Solutions). «Utilizzando soluzioni connesse elettriche, elettroniche e digitali, aiutiamo gli oem a creare la prossima generazione di macchine mobili elettroidrauliche o full electric», sottolinea D’Ammando. Macchine che eseguono attività agricole di precisione, che scavano ed eseguono operazioni di livellamento in modalità automatica, che si occupano di spostare container in aree portuali a emissioni zero. In buona sostanza, Bosch Rexroth mette a disposizione un know-how applicativo e tecnologico per sviluppare soluzioni ibride (un mercato che Frost & Sullivan prevede possa crescere a un tasso medio annuo del 27%) che combinano le più diverse componenti elettro-idrauliche per la trasmissione e movimentazione. Ecco l’off-highway attraverso i commenti e le testimonianze raccolte da Industria Italiana nel corso di powerOn, l’evento svolto presso la sede Bosch Rexroth Italia di Cernusco sul Naviglio a Milano in cui oem e clienti dei fuoristrada si sono confrontati con lo stato dell’arte delle nuove tecnologie abilitanti la progettazione e produzione di macchine eco-friendly ad alta intelligenza software.
Progettare le nuove macchine. Nasce in Italia il team Bosch Rexroth con competenze multidisciplinari per soluzioni elettrificate
Quale l’evoluzione a breve e medio termine per il mercato dell’off-highway? «L’80% delle macchine prodotte in Italia va all’estero, afferma Matthias Goebel, general manager regione Europa south di Bosch Rexroth. Prevedere quale sarà la domanda del mercato nel breve e medio termine è impossibile, considerata l’estrema volatilità dei fattori geopolitici, L’incertezza è totale mai i produttori italiani sono molto flessibili – aggiunge Goebel – lo sono più delle aziende manifatturiere tedesche, per tradizione più rigide». Ma per sviluppare nuove soluzioni, dove il software diventa uno dei fattori di maggiore competitività servono nuove competenze. E come per tutti i segmenti di industry non è facile. «Aziende della old economy, che stanno compiendo una trasformazione digitale, e aziende della new economy, nativamente digitali, orientate alla produzione di prodotti innovativi, stanno combattendo per le stesse risorse, osserva Goebel. Per fare innovazione, progettare nuove macchine, serve sapere come funziona una macchina, non basta essere esperti software. Bosch Rexroth ha investito per creare una squadra dedicata all’elettrificazione composta da un mix di persone che hanno esperienza sulle macchine operatrici e programmazione software. Un team di lavoro multidisciplinare che sin dall’inizio della progettazione riesce a individuare l’architettura di macchina più adatta per garantire performance di macchina allineate alle esigenze applicative, senza trascurare gli aspetti di sostenibilità»
Macchine ibride, un mercato in piena espansione. Nel quinquennio 2023-2028 prevista una crescita media annua del 27%
Nuove opportunità di business con l’ibridazione dei veicoli “off-highway”. Secondo uno studio di Frost & Sullivan, il mercato dei mezzi da lavoro con alimentazione di tipo ibrido è previsto in forte aumento nei prossimi anni. Secondo gli analisti della società internazionale, fattori come le normative più rigide, la crescente importanza del risparmio di carburante e la maggiore attenzione alla responsabilità sociale delle imprese da parte dei costruttori di macchine, contribuiranno a far decollare la produzione di motori ibridi nei veicoli off-highway. Nello studio “Strategic Outlook of Global Hybridization Trends in Select Off-highway Commercial Vehicle Market”, la crescita viene stimata in deciso incremento con un aumento medio annuo nel triennio 2023-2028 stimato al 27%. “L’ibridazione nel segmento off-highway si trova ancora in una fase iniziale, ma si rafforzerà nel lungo periodo, si afferma nel report. L’inasprimento delle legislazioni aiuterà a sostenere con più forza la causa dell’ibridazione per raggiungere gli obiettivi di efficienza del carburante, downsizing e riduzione delle emissioni”.
Togliere invece che aggiungere. Come ridurre le componenti di macchina trasferendo al software le funzioni di controllo
«A prescindere dalla tecnologia, elettro-oleodinamica, full elettrica o tradizionale, termica + idraulica, il nostro intento è fare leva sulla nostra grande esperienza di costruttori di componenti perché diventino sempre più semplici e anche più economici», racconta D’Ammando. Il principio su cui costruire la nuova architettura di macchina è, dunque, togliere non aggiungere, ridurre il numero di regolatori hardware e avere tutte le funzionalità richieste in una logica software. «Riusciamo a farlo perché conosciamo perfettamente le dinamiche di funzionamento dei singoli componenti, motori, attuatori, pompe e servovalvole, spiega D’Ammando. Uno stesso componente lo potrò utilizzare per un’infinità di funzioni poiché è il software di controllo che ne determina il funzionamento». Elettronica per tenere sotto controllo la dinamica del veicolo, diverse modalità di guida, trazione power mode ed eco mode. «Grazie al controllo basato sulla pressione monitoriamo la dinamica della macchina, possiamo gestirla da remoto e in tempo reale, andando ad agire sui parametri che ne determinano il funzionamento».
Nuove macchine mobili off-highway. L’architettura Electronic Open Circuit
Il costante aumento dei costi energetici e la domanda di elettrificazione spingono ad aumentare l’efficienza delle macchine mobili. «Le soluzioni elettroidrauliche, modulari e a circuito aperto, migliorano l’efficienza energetica di ogni sistema, sono sicure e già predisposte per il futuro, afferma D’Ammando. Architetture idrauliche innovative e più efficienti dal punto di vista energetico offrono le stesse prestazioni delle macchine tradizionali o addirittura le superano. Tutto contribuisce a realizzare macchine con un consumo di energia inferiore a parità di prestazioni».
La piattaforma Bodas di Bosch Rexroth rappresenta il concetto di IoT declinato per l’off-highway
Flessibilità ed efficienza nella progettazione e ingegnerizzazione della macchina. L’eOC, secondo quanto affermato dagli esperti di Bosch Rexroth, è la soluzione all’avanguardia per favorire una maggiore efficienza, migliore dinamica e comportamento individuale della macchina. Un’architettura la cui efficacia può essere potenziata dall’integrazione delle valvole elettroidrauliche. Si tratta infatti di valvole che reagiscono alle condizioni di lavoro e ai carichi attuali della macchina per migliorare le prestazioni o l’efficienza energetica.
Soluzioni elettroidrauliche, pompe eOC e software di controllo elettroidraulico (EHpQ)
La nuova architettura di macchina abilita una maggiore flessibilità ed efficienza nella progettazione e ingegnerizzazione della macchina. Come affermano i tecnici che abbiamo incontrato nel corso dell’evento powerON, «Il software di controllo elettroidraulico di portata e pressione gestisce il flusso e la pressione in modo indipendente. Ciò consente di adattare liberamente tutte le caratteristiche note della macchina in base al tipo di operazione e alle preferenze dell’operatore». Grazie ai comandi elettroidraulici e al software intelligente e regolabile dinamicamente, i costruttori di macchine mobili possono, quindi, utilizzare impostazioni che consentono l’ottimizzazione energetica o la massima produttività, a seconda del tipo di lavori e di operazioni da eseguire. La combinazione delle funzioni di lavoro e di azionamento in un unico circuito idraulico, permettono inoltre di rigenerare l’energia idraulica dalle funzioni di frenata, ottimizzando l’utilizzo dell’energia della batteria. «Nuove tecnologie e concetti di propulsione, come gli azionamenti elettrici a velocità variabile, stanno diversificando i requisiti per le funzioni e l’attuazione degli azionamenti idraulici. Con la tecnologia eOC rispondiamo a questa varietà di esigenze implementandole non nell’hardware ma nel software», dice D’Ammando.
Configurazione macchina. Nessuna limitazione alla combinazione delle diverse componenti elettroidrauliche
Bosch Rexroth può fornire soluzioni macchina con le più diverse combinazioni termiche, elettriche e idrauliche. Se si vuole una macchina 100% elettrica, sia per la parte di trazione che di movimento sono disponibili tutti i motori della gamma high voltage fino a 200 volt. Configurazioni full electric, full idrauliche o ibride elettro-idrauliche a circuito aperto o chiuso. Secondo i tecnici di Bosch Rexroth, dove si necessita di forze elevate, nelle macchine movimento terra, per esempio, l’elettrico non è un’opzione. Insomma, i motori elettrici non sono adatti per essere utilizzate da macchine che devono eseguire lavori gravosi, come appunto le escavatrici, in quanto le vibrazioni possono metter in crisi i componenti meccanici. Il suggerimento? Per la parte di movimento è utile avere una pompa oleodinamica collegata in circuito aperto o chiuso che supervisiona le varie funzioni di sollevamento, di una benna o di un escavatore. Full electric possono essere le macchine che hanno preponderante la parte di trazione. Macchine per la pulizia delle strade, per esempio, dove le spazzole non hanno bisogno di grandi potenze. Qui la sfida è mixare alto e basso voltaggio. In questo caso si utilizzano converter che permettono di usare attuatori alimentati da motori a bassa tensione. Un’architettura di macchina elettrica può infine essere associata ai telehandler, macchine che spostano i container nelle aree portuali.
Connettività, Industrial IoT, condition monitoring e manutenzione predittiva
Un portafoglio di soluzioni IoT, software e hardware per il mercato off-highway. «Offriamo l’accesso all’infrastruttura più adatta alle diverse esigenze dei nostri clienti», dice D’Ammando. Soluzioni modulari di connettività end-to-end per il trasferimento di dati da e verso la macchina. E ancora, funzioni indipendenti e liberamente selezionabili relative a gestione dispositivi, gestione dati e app pronte all’uso per la gestione della flotta, monitoraggio veicoli, servizio da remoto e workflow per il service dei veicoli. «Avere la possibilità di avere una macchina collegata in rete permette al costruttore di fare innanzitutto un fleet management, affermano in Bosch Rexroth. Monitorare la macchina, le ore di lavoro, se è rimasta accesa tutto il giorno, analizzare pressioni e numero di giri, controllare i consumi carburante. Sono tutte informazioni utili per ottimizzare i cicli macchina, per consumare meno energia possibile, per fare manutenzione predittiva per una produttività zero downtime».
