Flexible Manufacturing System. È questa la filosofia su cui è basata la produzione di macchine utensili e centri di lavoro cnc del gigante industriale giapponese Mazak, numero uno mondiale del mercato machinery con un fatturato superiore ai 5 miliardi di dollari. In Italia vanta un parco installato di 12 mila macchine. Tra i suoi clienti, big dell’automotive, del packaging e dell’aerospace e una presenza diffusa in tutto il comparto della manifattura. Settori che nel corso degli anni si sono confrontati con profondi cambiamenti di mercato. La dinamica domanda-offerta non è più dominata dalla produzione di massa. Come afferma Marco Casanova, ceo di Mazak Italia, «è ormai indispensabile costruire macchine allineate a una domanda che esige una produzione personalizzata e just in time, caratterizzata da un mix di lavorazioni elevato e bassi volumi». Ingredienti per l’automazione di nuova generazione? Robotica collaborativa, intelligenza artificiale e digital twin.
La produzione in logica “high mix low volume” richiede una gestione e controllo di attrezzature e utensili fuori dall’ordinario e può essere realizzata solo con un uso intensivo ed estensivo delle emergenti tecnologie digitali. La macchina tradizionale, gestita con le skill dell’operatore, adesso si auto-gestisce e può essere controllata da postazioni in remoto o da qualunque dispositivo mobile. È il software che semplifica la complessità e che abilita sistemi integrati per la creazione della Mazak i-factory, una fabbrica totalmente automatica. L’innovazione tecnologica della multinazionale è inoltre sinonimo di efficienza energetica. Secondo quanto affermato dal ceo, rispetto a tre anni fa una macchina della stessa categoria consuma il 22% in meno, riuscendo ad assorbire parte degli attuali incrementi delle bollette. Insomma, chi in questi anni ha rinnovato il parco macchine risente meno del caro energia. La riduzione dei costi si realizza grazie anche al fatto che l’automazione rende le macchine più produttive, economizzando l’energia per singolo pezzo prodotto. Insomma, l’innovazione tecnologica del machinery Mazak è di per sé un fattore abilitante una produzione green.
La nuova automazione può frenare la delocalizzazione e incentivare il re-shoring
Nell’ultimissimo periodo alcune lavorazioni sono tornate in Italia e questo è anche l’effetto della nuova automazione. In una fabbrica sempre più automatizzata i costi di produzione tendono a essere competitivi con quelli di paesi tradizionalmente low-cost. In altre parole, una fabbrica a elevata automazione facilita e incentiva il re-shoring. A soffrire, essere poco competitiva e correre il rischio di essere trasferita fuori dall’Italia, è la produzione a basso contenuto digitale. Con la nuova automazione, un esempio è quello tracciato da Mazak, tutte le imprese di filiera possono diventare più competitive, realizzando una fornitura di prossimità che minimizza i rischi di approvvigionamento di componenti e parti.
La competizione non si gioca più sul prezzo ma sul servizio
«Nell’ultimo anno più del 40% delle vendite è stato generato da nuovi clienti, afferma il ceo di Mazak Italia. Un risultato importante, che dimostra la capacità di soddisfare una domanda che non è più determinata in tutto e per tutto dal prezzo. Oggi i clienti vogliono qualità di servizio e un partner tecnologico con una visione in grado di assecondare la trasformazione e i cambiamenti della domanda del mercato. Il modello basato esclusivamente sulla vendita di prodotto ha fatto il suo tempo. L’acquisto della macchina è solo il primo passo. Importante è avere la capacità di occuparsi di tutto ciò che riguarda installazione, setup e funzionamento, progettazione dei processi, delle attrezzature e degli utensili. Ci occupiamo di ogni procedura fino all’avvio della linea di produzione, per garantire che i clienti possano iniziare a produrre senza problemi. Grazie al nostro personale specializzato nelle soluzioni chiavi in mano abbiamo introdotto presso i nostri clienti molteplici soluzioni di automazione, che vanno da linee di produzione di massa per l’industria automobilistica a sistemi Fms per la produzione a mix elevato e bassi volumi di parti per il settore aeronautico».
Soluzioni di automazione evoluta riducono il costo lavoro degli operatori
Autentico pioniere della tecnologia a 5 assi, Mazak è in grado di costruire centri di lavoro con logica Fms in funzione di specifici processi di produzione, elementi di lavorazione e numero di lotti. Essenziale è il concetto di integrazione “done-in-one”. Tutte le fasi di lavorazione, dall’inserimento del materiale grezzo sino al pezzo finito, vengono realizzate impiegando una sola macchina utensile. I vantaggi? Tempi di produzione e consegna più veloci, precisione di lavorazione migliorata, spazi d’ingombro ridotti, diminuzione del carico di lavoro dell’operatore. Soluzioni di automazione ad hoc vengono progettate per ogni tipo di macchina e applicazione. Dalla semplice macchina con asservimento robotizzato a sistemi complessi per componenti e attrezzature multiassi. Esempio di automazione evoluta è la soluzione Palletech, progettata per fornire la flessibilità necessaria per cicli di vita prodotto sempre più brevi, scorte di magazzino ridotte e produzione just-in-time. Secondo quanto dichiara Mazak, con questo tipo di automazione, il costo di lavoro associato al singolo operatore si riduce di circa il 25%.
Intelligenza artificiale per lavorazioni “high mix – low volume”
Mazak ha iniziato a muovere i primi passi nell’intelligenza artificiale riuscendo ad adeguare il macchinario in funzione dello specifico processo. Smooth Ai Spindle, per esempio, ottimizza le condizioni di taglio monitorando le vibrazioni del mandrino, regolando avanzamenti e velocità del processo. Ai Thermal shield compensa invece automaticamente la macchina durante le variazioni di temperatura. Algoritmi determinano l’entità di compensazione da applicare in base alle variazioni di temperatura in modo da aumentare la stabilità dei processi e migliorare la precisione di lavorazione. E in termini di automazione l’intelligenza artificiale gestisce la robotica collaborativa. Smooth Robot Cell Controller (RCC) pianifica il carico di lavoro della macchina, gestisce i robot per il carico e lo scarico di utensili, mandrino e materiali. Questo software di gestione per la cella robotizzata è sviluppato specificamente sia per la produzione di massa, sia per volumi ridotti. Robot setup assist consente invece all’operatore di programmare i robot direttamente dal controllo macchina con un’interfaccia parametrica, fornendo informazioni come il diametro del materiale, la lunghezza e le posizioni di bloccaggio.
Digital twin per la creazione, simulazione e analisi dei programmi di lavorazione
Una fabbricazione digitale a elevata efficienza, che coniuga il sistema cnc con la tecnologia digital twin. E’ questa l’idea attorno alla quale è stata sviluppata la suite software Mazatrol Twins, soluzione dedicata a produrre macchine utensili virtuali che vengono sincronizzate con quelle reali in base ai dati trasmessi in rete da queste ultime. I programmi di lavorazione creati con l’ausilio del software vengono ottimizzati attraverso simulazioni sofisticate. Ad esempio, i tempi di lavorazione possono essere ridotti analizzando la velocità di asportazione del materiale di ogni utensile impiegato, rivedendo così il processo di lavorazione con l’ausilio di utensili caratterizzati da una velocità di asportazione superiore. Gli operatori possono inoltre eseguire da remoto il setup digitale. In questo modo si individuano problemi in anticipo creando le condizioni per eventuali azioni correttive. I dati effettivi relativi al carico di lavorazione e alla lunghezza utensile sono trasmessi al software, che ottimizza automaticamente i parametri operativi. I vantaggi del digital twin associato alla macchina utensile? Riduzione delle produzioni di prova e dei tempi di lavorazione, semplificazione del setup, miglioramento continuo del processo di lavorazione.
Macchina a 5 assi, come semplificare la complessità di produzione
La componente di fatturato a maggior valore di Mazak è determinata dalle macchine a 5 assi. «Tutti desiderano avere in produzione macchine di questo tipo poiché consentono di gestire lavorazioni ad elevata complessità», dice Casanova. Insomma, le macchine a 5 assi, sono la Ferrari della macchina utensile. A livello globale si stima che nel 2020 il fatturato generato da questa categoria di macchine abbia raggiunto una cifra di circa 3,5 miliardi di dollari. E’ un segmento di mercato che presenta grandi opportunità, tanto è vero che il tasso di crescita medio annuo previsto nei prossimi 5 anni è superiore al 6%. Poter lavorare sui 5 lati del pezzo è una marcia in più poiché consente di creare forme complesse partendo da un unico setup. Significa poter ridurre i tempi attrezzaggio e aumentare la produttività, ottenendo pezzi più precisi e superficialmente molto ben rifiniti. Quindi, più opportunità e meni vincoli progettuali, con possibilità di creare pezzi che altrimenti non sarebbe possibile ottenere con macchine a 3 assi. Si risparmia tempo e denaro. Secondo Mazak, l’elevata automazione della tecnologia a 5 assi riduce fino al 70% delle attività che non richiedono particolari competenze, come il carico e lo scarico di attrezzature, pezzi e componenti finiti. Caratteristica che rende queste macchine particolarmente utili nel caso di produzioni diversificate in piccoli lotti.
Don’t worry be happy. Setup automatico e manutenzione predittiva
Da parte degli end user si avverte spesso preoccupazione riguardo alla nuova automazione robotica. Si pensa che richieda una complessa configurazione e programmazione. Una recente ricerca Mazak ha per esempio evidenziato che un utente su dieci ha paura di utilizzarla perché pensa di non avere le competenze necessarie. Tuttavia, vi sono ormai opzioni software che rendono tutto molto semplice. «Le competenze interne non sono più un prerequisito per adottare l’automazione avanzata, dice Casanova. Il setup del robot può essere completato inserendo dati minimi, come la forma dei materiali e la quantità dei pezzi. E’ possibile, inoltre, gestire e preparare in anticipo i materiali e gli utensili. E applicazioni basate sull’intelligenza artificiale e sul digital twin consentono di fare della manutenzione predittiva: rilevano la durata residua in base alla simulazione di periodi prolungati di funzionamento evitando fermi di produzione».
L’automazione può contribuire ad abbattere del 50% i costi di lavorazione
Fino al 70% del tempo operatore è dedicato ad attività che non richiedono grandi competenze. Automazione di carico e scarico, azzeramento dell’utensile e del pezzo. Sono attività che portano via tanto tempo. Come dice Casanova, «Immaginiamo che una serie di cicli di lavoro contemplino l’utilizzo di 100 utensili diversi e che ciascun singolo azzeramento richieda un minuto. Ebbene, in totale sono 100 minuti, quasi due ore di lavoro perse». Secondo le analisi di Mazak, automatizzare queste attività può portare a un abbattimento dei tempi di lavorazione del 50%. Ed è questa la finalità dell’evoluzione del software. Eliminare le attività manuali più ripetitive e a meno alto valore. La robotica collaborativa è l’elemento che contribuisce a raggiungere questo obiettivo. Con un robot totalmente dedicato alla macchina, è possibile ottimizzare la produttività riducendo drasticamente i tempi di inefficienza.
Ripubblicazione dell’articolo pubblicato il 23 novembre 2021
