Ridurre fino al 50% i tempi di produzione di un quadro elettrico. Mission impossible? Non più. Lo dimostra il metodo Rittal basato sul digital twin. L’azienda del gruppo tedesco Friedhelm Loh lo utilizza nel reparto quadristi all’interno dello stabilimento di Valeggio sul Mincio dedicato alla produzione di sistemi di condizionamento. Un processo che integra le soluzioni e le competenze software di Eplan, anch’essa società del gruppo, per realizzare una fabbrica digitale completamente automatizzata.
Due componenti, hardware e software, Rittal ed Eplan, che danno vita al digital twin di prodotto e di processo. Si parte da un modello 3D che, attraverso un configuratore automatico, gli utenti possono popolare di tutti gli accessori. Trasferito in Eplan Propanel, l’ambiente di sviluppo dove avviene tutta la progettazione di layout, il digital twin viene preso in carico dal Ripanel Processing, il pianificatore della produzione, per essere traslato allo shop floor dove gli operatori supervisionano le macchine Rittal che si occupano di foratura (Perforex), taglio (Secarex) e predisposizione cavi (Terminal Wire) per poi procedere all’assemblaggio e cablaggio di tutti i componenti. Digital twin che rimane disponibile in e-Pocket, un repository cloud di tutte le repliche digitali dei singoli quadri, accessibile via Qr code, che sostituisce la tradizionale documentazione tecnica cartacea utilizzata per interventi post-vendita di manutenzione e service. Con l’archivio digitale, la documentazione dell’impianto e del sistema è sempre aggiornata e accessibile da qualsiasi dispositivo. Innovazione di processo e di servizio che Rittal vuole ora condividere con quadristi e system integrator del mondo machinery e industriale.
Ecco, quindi, che l’area di produzione di armadi elettrici presente all’interno dello stabilimento, diventa anche Application Center, una fabbrica digitale dove gli operatori del settore possono portare i propri progetti e testare l’efficienza del processo di produzione digitale. Un progetto che testimonia la volontà di Rittal di compiere la transizione da fornitore di prodotto a fornitore di soluzioni di processo. Un’iniziativa che nasce in Italia e sarà presto estesa in altre aree del mondo. «D’ora in poi, il gemello digitale accompagnerà il prodotto reale durante tutto il suo ciclo vita», afferma Marco Villa, amministratore delegato di Rittal Italia. Secondo le statistiche il tempo medio per la produzione di un quadro è tra le 30 e le 40 ore mentre nel reparto di Valeggio si è arrivati a 23 ore. «Possiamo spingerci oltre ma il limite è dovuto ai tempi di assemblaggio che potranno essere velocizzati solo quando i componenti delle varie Siemens, Abb e Rockwell saranno progettati per poter essere montati in logica robotica», spiega Uwe Sharf, executive vice president global business unit industry di Rittal.
Ecco quanto emerso da nostro incontro con il management del gruppo tedesco durante la visita al plant di Valeggio. «Il mondo dei panel builders ha ora la possibilità di avere un unico referente per una completa catena del valore in digital twin, aggiunge Villa. Dalla progettazione, sviluppata con le soluzioni Eplan, alla lavorazione dei prodotti Rittal con le macchine automatiche della divisione Automation Systems. Tutto da un unico fornitore che ha la conoscenza e l’esperienza per digitalizzare i processi produttivi di terzisti che lavorano a supporto dei costruttori di macchine, molti dei quali costruiscono ancora le cassette in modalità manuale».
Un impianto produttivo, quello di Valeggio, sempre più sostenibile. Il sito è dotato da qualche anno di un impianto fotovoltaico che copre il 40% del fabbisogno energetico. «In fase pre-covid il ritorno dell’investimento era previsto in 3 anni e mezzo. Oggi, a fronte dell’aumento dei costi energetici, il tempo di ammortamento è diventato inferiore ai due anni», dice il direttore di stabilimento Nicola Salandini.
Il picco massimo di produzione è di oltre 200 mila macchine all’anno ovvero 1.000 al giorno. Limite che, grazie a un’automazione sempre più spinta, potrà presto raggiungere un indice di produttività ancora maggiore.
Friedhelm Loh, una struttura verticale e una produzione autonoma e indipendente per creare valore per il cliente. Le macchine Perforex, Secarex e Wire Terminal
Rittal, società da 2,6 miliardi di ricavi, creata nel 1961 da Rudolph Loh per produrre armadi elettrici costruiti in serie, opera in tutto il mondo con 94 filiali e 12 siti produttivi attraverso 5 business unit: Industrial Enclosures, Information Technology, Cooling Systems (di cui fa parte il sito di Valeggio), Energy and Power Solutions e, ultima, la Service Business, trasversale a tutte le aree. Ancora oggi è di proprietà della famiglia Loh. «Siamo un’azienda padronale e questo fa la differenza, dice Villa. Il profitto non è mai fine a sé stesso, serve a progettare il futuro. Non siamo né quotati in borsa né partecipati da fondi di investimento. I nostri azionisti sono i clienti. È a loro che dobbiamo rendere conto». Un assetto verticale e autosufficiente, un’impostazione che permette di definire con maggiore libertà piani di sviluppo di breve, medio e lungo termine. «È il nostro dna. La proprietà ha sempre cercato di essere autonoma e indipendente». Ecco, quindi la possibilità di avere una fornitura in-house per gli elementi core del business degli armadi industriali, come l’acciaio e la plastica. Elcat, per esempio, produce componenti in plastica sia per il fabbisogno produttivo della capogruppo sia per il mercato automotive. Stalo è invece uno dei più importanti player per la lavorazione dell’acciaio dei sistemi di contenimento, presente in tutto il mondo con 64 filiali. Le controllate del Gruppo lavorano con Rittal in termini di subfornitura. «Sono aziende che vendono anche ad altre aziende, ma che sono nate e cresciute con l’idea di fare sinergia nel gruppo», spiega Villa.
Una filosofia che è stata applicata al mercato dei costruttori di quadri per avere un approccio integrato e autosufficiente alla progettazione e alla produzione. Eplan è infatti la componente software che complementa la strategia e visione di Rittal, rendendo possibile la transizione da venditore di prodotto a solution provider in funzione delle logiche di sviluppo Industry 4.0. Una visione che viene affiancata da hardware di nuova generazione per sostenere l’automazione di processo e le performance di produttività. Ecco, quindi, tutta la gamma di macchine per la produzione di quadri elettrici. Sono 72 le macchine Perforex installate in Italia. A queste si aggiungono le Secarex, macchine dedicate al taglio delle canaline e guide linea (una quindicina l’attuale installato) e quelle di ultimissima generazione le Wire Terminal, che eseguono in automatico taglio, spelatura, crimpatura ed etichettatura dei fili. «Il vantaggio produttivo è enorme, dice Villa. Forare con il trapano allunga i tempi di produzione e come ogni attività manuale è a rischio di errore. La foratura e filettatura della piastra di montaggio è una delle fasi di lavorazione che tutti indicano come prioritaria per acquisire nuova produttività della produzione di quadri. Altrettanto sta avvenendo con l’utilizzo delle altre due macchine».
Il centro applicativo di Valeggio. Uno spazio aperto dove apprendere nuove tecniche di produzione
L’Application Center da modo a operatori, progettisti e costruttori di quadri di avere un’esperienza diretta di tutta la catena del valore che Rittal è in grado di offrire nei processi di progettazione-produzione. La nuova area rappresenta l’evoluzione dell’Innovation Center creato a partire dal 2016 presso la fabbrica di Haiger, in Germania. Da allora più di 20.000 i visitatori si sono potuti confrontare con l’innovazione di processo che deriva dall’ecosistema tecnologico Rittal-Eplan che governa l’intera value chain. «Un’esperienza che ha fatto nascere l’idea di avere uno spazio dove i clienti si possano confrontare con un impianto reale, rendendo possibile scoprire i vantaggi di efficienza che possono essere acquisiti con una più ampia automazione di processo», racconta Salandini. Un mercato quello dei panel builders, molto eterogeneo, dove sono presenti piccole aziende, che hanno ancora in essere un’attività prevalentemente manuale, e grandi aziende con un alto livello di automazione e volumi di produzione che possono arrivare a 40 mila sistemi l’anno. Una produzione molto diversificata, quindi, dove i tempi di lavoro possono variare da 60 a 30 ore. «Per tutti esiste la possibilità di migliorare le performance. Se si arriverà ad automatizzare la fase di assemblaggio è verosimile immaginare di poter ridurre i tempi ciclo fino a 15 ore, dice Sharf. Il problema è la disponibilità di componenti che possono essere montati secondo una logica robotica. E’ una sfida per le aziende dell’automazione che devono pensare a componenti prodotti in un formato adatto alla nuova produzione»
Acquisizione dati in tutto il ciclo di vita del prodotto, dalla sua progettazione alla sua dismissione. Il portadocumenti digitale e-Pocket
Carenza di personale qualificato, richiesta di consegna in tempi più brevi, inefficienze produttive, errori conseguenti lavorazioni manuali ripetitive. Il digitale serve per un’automazione più avanzata, end-to-end, dall’engineering alla consegna del quadro e relativa documentazione. Il digital twin diventa sinonimo di produzione. Nell’Application Center le macchine Rittal eseguono la foratura delle piastre, il taglio delle canaline, l’allestimento dei cavi per il cablaggio, per poi assistere gli operatori nell’assemblaggio. In ultimo il digital twin sostituisce il faldone cartaceo contenente tutti i dati di progetto che solitamente viene messo nella tasca porta schema dell’armadio insieme a un cd o a una chiavetta elettronica. «Oggi basta invece inquadrare un qr code e si ha accesso immediato al cloud e a tutte le informazioni utili per manutenzione e service», dice Stefano Casazza country manager di Eplan Italia. Tutto questo grazie al portadocumenti digitale e-Pocket che dà la possibilità al manutentore di accedere a documentazione tecnica in tempo reale. Si effettua una modifica, una sostituzione di un componente? Il digital twin viene subito aggiornato in modo tale che tutti possano fare sempre riferimento alla versione conseguente l’ultima modifica. «Il modello digitale fa sì che tutte le informazioni dell’ingegneria tecnica diventino utili per la produzione e il post-vendita, aggiunge Casazza. Si abilita l’acquisizione dati in tutto il ciclo di vita del prodotto dalla sua progettazione alla sua dismisssione».
Il portadocumenti digitale e-Pocket è un archivio digitale che contiene tutta la documentazione tecnica
Il modello 3D permette inoltre di ottenere benefici in termini di posizionamento degli elementi interni all’armadio, verificare e ottimizzare gli spazi disponibili ed eseguire un controllo automatico del cablaggio. «Introdurre delle modifiche in fase di progettazione costa poco, sicuramente molto meno di quanto si dovrebbe fare una volta realizzato il quadro, aggiunge Casazza. Nell’Application Center dimostriamo come le informazioni contenute nel gemello digitale possano essere trasferite alle macchine per poi essere utilizzato in fase di assemblaggio, dove l’operatore non deve più ricorrere al libretto di istruzioni, ma confrontarsi direttamente con quelle che vengono riportate nella replica digitale».
Il processo digitale end-to-end. Dal configuratore automatico all’ambiente di sviluppo Propanel al pianificatore di produzione Ripanel Processing Center
Il viaggio del digital twin ha origine dal configuratore automatico Rittal: si seleziona il codice dell’armadio oppure si individua lo stesso in base alle dimensioni che sono richieste e, una volta compiuta la selezione, compare il modello 3D sul quale è possibile iniziare a inserire tutta la gamma di accessori di cui si ha bisogno, dalle pareti laterali, agli zoccoli, dalle cerniere ai sistemi di chiusura, dagli allestimenti interni al sistema di guida cavi, alle soluzioni per la ventilazione e il condizionamento. «Una volta completati questi passaggi il digital twin, ancora in fase embrionale, viene importato in Eplan Propanel dove il progettista può iniziare a fare il suo lavoro inserendo i dispositivi elettrici, determinando in automatico uno schema di foratura ottimale per il fissaggio dei componenti e i punti di attacco dove vanno posizionati i morsetti dei vari componenti da cablare», spiega Alberto Gironi, responsabile Rittal Automation Systems. Propanel legge quindi lo schema elettrico creando tutti i collegamenti e la disposizione delle canaline, individuando i passaggi ottimali, semplificando il posizionamento dei sistemi di raffreddamento, poiché vengono indicati gli spazi dove esistono le sacche di calore più importanti da dissipare. E’ il momento in cui l’ufficio tecnico può trasferire il digital twin in Ripanel Processing Center, l’applicazione per la pianificazione di produzione. Il digital twin viene quindi smistato all’officina dove l’operatore prende in carico uno specifico ciclo di lavoro, supervisionando l’operatività delle macchine, dalla Perforex, alla Secarex alla Wire Terminal, che si occuperanno rispettivamente di foratura, taglio e fornitura cavi in base a sezione, colore, lunghezza e finitura definite in fase progettuale. Fine linea è la fase di assemblaggio. «Anche in questa attività l’operatore può beneficiare delle informazioni che sono contenute nel digital twin, dice Gironi. Ogni componente contiene infatti l’identificativo che permette all’operatore di sapere esattamente il punto di montaggio. E per il layout dei cavi non si ha più la necessità di avere sottomano uno schema elettrico cartaceo. Ogni volta che viene completato un collegamento, il digital twin acquisisce in real time l’informazione, rendendo visibile lo stato di avanzamento del lavoro»
