Cosa significa, oggi, Acciaio 4.0? Fino a ieri era anzitutto la convergenza tra il sistema informatico e quello operativo nel mondo dell’industria siderurgica, e quindi il controllo sistematico e puntuale sullo shopfloor. Ora si è verificato un upgrade del termine. Parliamo di interconnessione di tutte le linee, che significa questo: l’acciaio trattato in una linea viene misurato in tutte le sue caratteristiche meccaniche e microstrutturali; queste informazioni vengono trasmesse alle altre, che si settano automaticamente per realizzare la migliore lavorazione. In pratica, la fabbrica si adegua real time e in modo sistematico sulla scorta delle elaborazioni dell’Ai e del machine learning. Il sistema si ottimizza di continuo. È questo, in fondo, il più alto grado di automazione, quello che consente di liberare gran parte del personale da attività routinarie per destinarlo a quelle con alto valore aggiunto.
È successo a Ravenna, allo stabilimento di Marcegaglia – il colosso italiano leader nella trasformazione dell’acciaio che, con 6,2 milioni di tonnellate annue di prodotto finito, 6.600 dipendenti, 7,5 miliardi di euro di fatturato, oltre 15mila clienti e 29 impianti in giro per il mondo, è il primo produttore globale di tubi saldati in acciaio inox e il primo in Europa per quelli in acciaio al carbonio. Il gruppo è guidato dal presidente e ceo Antonio Marcegaglia, insieme alla sorella Emma, già presidente dell’Eni, che è al vertice della Holding. Ravenna è uno stabilimento bandiera per l’Acciaio 4.0. È anche il più importante del gruppo.
Con 540mila metri quadrati di superficie complessiva e 250mila coperti, tratta oltre 4 milioni di tonnellate di materiale (più della metà della produzione di Marcegaglia) che arriva sotto forma di coil neri, e cioè gigantesche bobine. Nel sito, due linee di decapaggio, quattro di laminazione a freddo, una di skinpassatura, quattro di zincatura (di cui una di zinco-verniciatura), 56 basi per forni, 32 forni di ricottura e un centro servizi. L’automazione a Ravenna riguarda altri ambiti, oltre a quello descritto. È pervasiva. Dal momento in cui il coil sbarca via nave nel molo del sito, questo viene preso in consegna da sistemi informatizzati, e trasportato all’interno da carroponti e Agv che conoscono in partenza il percorso. Anche la Safety è stata automatizzata, con sistemi intelligenti che definiscono delle aree interdette al personale nel corso degli spostamenti delle materie prime sui mezzi, e monitorano che nessun dipendente si introduca in queste zone. Di tutto questo, e del nuovo mondo della siderurgia, abbiamo parlato con il direttore dello stabilimento di Ravenna, Aldo Fiorini, e con il responsabile della qualità dell’impianto Michele Manaresi – nel corso di una visita all’impianto grazie alla quale sono stati prodotti due articoli approfonditi.
L’interconnessione di tutte le linee: master model per l’industria siderurgica
A Ravenna i coil neri, gigantesche bobine di acciaio, dopo essere stati trattati con acidi per rimuovere l’ossidazione, sono “svolti”, distesi e saldati in modo che la testa dell’uno sia connessa alla coda dell’altro. Si crea un nastro che scorre ad una velocità notevole, sino al km al minuto. In questa particolare situazione il controllo sui difetti diviene impossibile se svolto da operatori umani. Eppure, la qualità gioca un ruolo fondamentale per Ravenna. Secondo Manaresi, in termini di qualità, «le aziende clienti chiedono non solo la conformità alle loro aspettative, ma soprattutto la costanza di certe caratteristiche finali del prodotto, che non devono mai cambiare. Ad esempio, se l’impresa cliente si occupa di guide per i cassetti, la variazione dello spessore non può superare i 30 micron, e ciò si raggiunge solo con l’implementazione delle nuove tecnologie». I difetti non sono accettati dalla clientela. Ma se non sono percettibili ad occhio umano, come si fa? Si è dovuto automatizzare il processo.
Sulle linee sono operativi diversi sistemi (detti Sis: surface inspection system) che esaminano la superficie con particolari telecamere sensibili a diverse gradazioni di grigio per individuare – grazie ad algoritmi di machine learning – la benché minima differenza rispetto a modelli ideali. Si tratta di Parsytec, Cognex, Surcon. Inoltre c’è Tensil-Pro, che misura le qualità meccaniche e le caratteristiche microstrutturali dell’acciaio. Si considerano anche deformazioni indotte dalla tensione generata dai rulli tigrati, quelle elastiche a flessione, quelle prodotte dai rulli di lavoro, nonché gli effetti dovuti alla combinazione di tutti questi fattori. Ecco, sulla scorta dei dati raccolti da Tensil-Pro, si attiva Master Model, un sistema che consente, grazie all’intelligenza artificiale e alle reti neurali, la citata interconnessione di tutte le linee. Come si accennava, funziona così: se si conoscono le caratteristiche meccaniche del metallo passato in una linea (ad esempio, la risposta alle sollecitazioni e alle deformazioni) e queste conoscenze vengono trasmesse alla linea successiva, quest’ultima con Master Model può settarsi e regolarsi in automatico per ottenere la migliore qualità alla massima velocità.
Ma il discorso non riguarda solo la qualità, pur importante. Con questo sistema, si possono realizzare prodotti in acciaio con eccezionale uniformità delle proprietà tenso-strutturali, aumentando la produttività e ottimizzando l’efficienza energetica dell’intero processo. La zincatura riceverà in ingresso le particolari proprietà di quel coil e il forno si auto-regolerà. Grazie al machine learning, il sistema apprende in modo permanente, e tende al miglioramento continuo. «Ormai – afferma Fiorini – gli operatori svolgono più un ruolo di controllo sul funzionamento di questi sistemi». Master Model è un progetto dal valore di quasi 15 milioni di euro e che per la sua innovatività e per il suo avanzato contenuto tecnologico, ha ottenuto dal Mise un finanziamento triennale. Master Model, peraltro, è stato oggetto di studio da parte dei ricercatori dell’università di Padova (“An artificial intelligence approach for the in-line evaluation of steels mechanical properties in rolling”, di Magro, Ghiotti, Bruschi e Ferraiuolo; Cirp Design 2021). Soprattutto i controlli di qualità, ovviamente, hanno comportato lo sviluppo di tecnologie legate ai Big Data. «Nella linea di zincatura ci sono 3mila sensori che raccolgono 3 misurazioni al secondo. È davvero un’immensità di dati, quella da esaminare. Ma in Marcegaglia disponiamo di un reparto It all’avanguardia» – afferma Manaresi.
L’automazione della logistica interna
«Tre anni fa abbiamo lanciato l’idea di un carroponte automatizzato ed in grado di movimentare coil diversi per dimensioni e peso. Ora macchine di questo tipo realizzano gli spostamenti che prima dovevano essere svolti dagli operatori con i muletti» – afferma Fiorini. A Ravenna ci sono già diversi carroponti, dotati di sistemi di controllo programmabile (Plc), che gestiscono tutte le funzioni della macchina, interfacciandosi con la rete wireless che consente la comunicazione tra gli stessi carroponti e i vari sistemi di gestione dell’impianto, oltre che con il Pc di supervisione. «L’idea è quella di sbarcare il coil dalla nave, metterlo grazie a carroponti su una navetta automatica (Agv) che lo porta in un magazzino automatizzato; di qui il metallo è portato, sempre in automatico, lungo tutti i passaggi della produzione, dal decapaggio sino alla zincatura, per poi essere depositato in un deposito in vista della spedizione» – continua Fiorini. In questa prospettiva, però, Marcegaglia è solo al primo step a Ravenna: «Al momento disponiamo di 10 carroponti; ne occorrono altri 60 e dobbiamo collegarli agli Agv per realizzare il flusso continuo e automatizzato». Secondo Fiorini, occorrono altri quattro anni per vedere il disegno terminato.
Una volta sbarcati nell’impianto siderurgico di Ravenna i coil sono taggati con un codice a barre; in questo sono inserite tutte le informazioni sulla lavorazione e sulla movimentazione: gli Agv sono in grado di leggerli, e di conseguenza sanno quale percorso i coil devono effettuare. Per quanto riguarda la rete, Cisco ha messo a disposizione una soluzione affidabile (switch Cisco Ie2000, access point Cisco 1600 e 2700, controller wireless 5500, e altro). Inoltre la rete è stata messa in sicurezza con strumenti adeguati (firewall 5500 e altro). Quanto alla comunicazione dei dati da parte del carroponte, questa deve avvenire senza soluzione di continuità, per evidenti questioni di sicurezza, e non solo. Per Cisco, infatti, i carriponte sono impostati in modo da avere un continuo scambio in millisecondi per rilevare i rispettivi posizionamenti. Se la comunicazione non è all’altezza i carriponte rallentano e si fermano, con forti conseguenze per la produzione.
Mes e Erp per la siderurgia
Il Mes (Manufacturing Execution System) è un sistema informatizzato che gestisce e controlla la funzione produttiva di un’azienda: dal dispaccio degli ordini, agli avanzamenti in quantità e tempo, al versamento a magazzino; realizza inoltre il collegamento diretto ai macchinari (plc e scada), e ciò peraltro consente agli operatori una visione completa dell’iter degli ordini, dello stato fisico delle risorse e dei materiali impiegati. Infine, trasmette i dati al sistema gestionale già presente in azienda. Lo stabilimento di Ravenna dispone di un Mes «che si occupa sia della produzione dei grandi impianti che delle attività di servizio» – afferma Fiorini. È operativo un altro particolare gestionale, il Gamp. Quanto all’Erp – “pianificazione delle risorse d’impresa” un software di gestione che integra tutti i processi di business rilevanti di un’azienda e tutte le funzioni, ad esempio vendite, acquisti, gestione magazzino, finanza, contabilità – è quello più noto al mondo, quello di Sap.
L’automazione della safety
Una forma di automazione adottata in Marcegaglia riguarda anche la safety. Stabilimenti siderurgici di una certa dimensione e complessità, come quello di Ravenna, sono intrinsecamente a rischio. Si pensi alla movimentazione dei coil, delle materie prime, dei pezzi di lavorazione o dei prodotti finiti; alle complessità del settore della logistica, nel quale si utilizzano, per esempio, carrelli elevatori (muletti) per il carico di autotreni, aerei cargo, navi, treni per il trasporto di merci pesanti. Per questo motivo Marcegaglia ha deciso di investire nell’automazione della logistica completando già il primo step di magazzini totalmente automatici. L’obiettivo è realizzare entro 4 anni la completa automazione di tutti i magazzini e della logistica in una logica di totale integrazione con i processi produttivi. Inoltre, Marcegaglia sta anche sviluppando il sistema Icoy – acronimo di “I Care Of You”, “Mi prendo cura di te” – sviluppato da Itway, società quotata al segmento Mta di Borsa Italiana, attiva nel settore dell’IT, cyber security ed artificial intelligence (AI). In sintesi, il sistema è in grado di riconoscere in millisecondi (con speciali telecamere intelligenti) la presenza di esseri umani nell’area di lavoro dei mezzi di trasporto interdetta alle persone ed in caso di pericolo fa scattare allarmi acustici e luminosi che consentono all’operatore di arrestare il movimento del mezzo ed alla persona di uscire dall’area di pericolo con rapidità.
Gli eventi di allarme vengo automaticamente registrati e sono utili anche per eventuali richieste di analisi forensi in caso di incidenti. Il sistema – concepito come prodotto da inserire in “retrofit” per rendere sicuro il parco mezzi già installato – fa ampio uso di intelligenza artificiale e machine learning. In Marcegaglia perseguire e promuovere la cultura della sicurezza è un obiettivo primario. Per questo già dal 2013 si è portato avanti con forza un progetto (“Zero Infortuni”), partito proprio da Ravenna, che non riguarda solo l’automazione, ma anche i comportamenti e la cultura in fatto di safety da parte degli operatori. I risultati conseguiti sono molto rilevanti. Si pensi che nel 2013 l’indice di gravità (giornate di infortunio superiori a tre giorni moltiplicate per mille e divise dal monte delle ore lavorative) era pari a 1,58; ora (2021) è 0,14. L’indice di frequenza (numero di infortuni maggiori a tre giorni moltiplicati per un milione e divisi dalle ore lavorate) era 61,01, mentre ora è 10,27. L’indice di incidenza (numero di infortuni maggiori di tre giorni per mille diviso il numero dei lavoratori) è invece passato da 103,03 a 17,58. «L’andamento dimostra che gli sforzi e gli investimenti che facciamo per ridurre i rischi al minimo livello raggiungibile, stanno portando risultati importanti: proseguiremo su questa strada con il massimo dell’impegno» – spiega Fiorini.
La nuova linea di laminazione automatizzata
È stata realizzata dal gruppo Sms, multinazionale di Düsseldorf operativa nel campo della tecnologia metallurgica e dei laminatoi. Fattura 2,7 miliardi e appartiene al gruppo Sms Holding GmbH, di proprietà della famiglia di Heinrich Weiss. Si tratta di un laminatoio a freddo reversibile a due gabbie e ad alte prestazioni. È progettato per elaborare una gamma di materiali molto ampia, inclusi acciai ad alto tenore di carbonio e dual phase, acciai legati al cromo-manganese e acciai al silicio. La capacità annuale è di circa 550mila tonnellate. A seconda del prodotto, l’impianto può lavorare nastri di larghezza compresa tra 750 e 1.570 millimetri e spessori di entrata compresi tra 0,60 e 6 millimetri. Lo spessore finale minimo raggiungibile è 0,23 millimetri.
Quanto all’automazione, questa viene garantita dall’implementazione del pacchetto X-Pact, che realizza il collegamento tra la tecnologia operativa (Ot) e informatica (It). X-Pact consente il controllo sia degli azionamenti (convertitori, motori) che dei processi, con sistemi che si basano su modelli matematici e fisici – che sono gli stessi utilizzati per la progettazione dell’impianto. Sempre X-Pact, si occupa dell’alimentazione coordinata dell’energia e della pianificazione della produzione. Anche qui, ci sono controlli automatici sulla qualità realizzati dai sistemi Sis.
