In un moderno stabilimento la presenza di sistemi in movimento automatizzato è massiccia: si muovono le materie prime verso le linee, i prodotti finiti verso i magazzini, ma anche le parti meccaniche dei macchinari e dei robot sono sempre in moto per tornire, fresare, saldare. Senza contare quelle macchine che si spostano fisicamente per muovere i materiali che abbiamo citato, come gli Agv (Autonomous Guided Vehicle). Tutti questi sistemi in movimento vanno tenuti sotto controllo, per evitare che nei loro spostamenti provochino danni, soprattutto agli operatori umani che condividono con essi gli spazi della fabbrica. Per questo motivo, i macchinari vengono equipaggiati con sistemi di monitoraggio e controllo basati su sensori e centraline, che si incaricano appunto di intervenire nelle situazioni a rischio. I sistemi tradizionali, però, per garantire la sicurezza introducevano pesanti perdite di produttività, in quanto erano programmati per fermare la macchina a ogni segnalazione di possibile problema.
E capite bene che un Agv che marcia in uno stabilimento affollato, e si ferma ogni volta che un operaio gli passa a meno di tre metri, non farà molta strada. Per non dover scegliere fra sicurezza e produttività si sono introdotte soluzioni più evolute, dette appunto di Safe Motion Control, che hanno l’obiettivo di mantenere la sicurezza senza sacrificare troppo la produttività. In pratica, consentono alla macchina di muoversi in sicurezza (magari più lentamente, o deviando dal percorso standard) anche quando un sistema tradizionale l’avrebbe messa in stop. Questo si ottiene, per esempio, adattando le zone di sicurezza intorno alla macchina in base al suo comportamento dinamico (movimento veloce, lento, sterzata eccetera) e agendo in modo intelligente sulla base delle informazioni disponibili sul movimento del veicolo, sulla sua posizione, e su posizione e movimento di eventuali ostacoli.
È chiaro che un risultato di questo tipo implica l’utilizzo di sistemi complessi: bisogna combinare sensori, sistemi di motor feedback e centraline di controllo dotate di software personalizzato, perché ogni applicazione richiede logiche ad hoc. La tedesca Sick produce soluzioni complete di Safe Motion Control mettendo insieme i prodotti delle divisioni che si occupano di encoder e di sicurezza, e confezionando il tutto con un approccio consulenziale e una serie di servizi dedicati al cliente, che è principalmente – ma non solo – il costruttore di macchine. Questo approccio consulenziale, in cui Sick fornisce soluzioni ma anche servizi, e agisce per certi versi come system integrator, potrebbe diventare il principale “modus operandi” della società.
Il Safe Motion Control secondo Sick
In Sick, multinazionale tedesca dell’automazione di oltre 10.000 dipendenti e 1,7 miliardi di euro di fatturato, i sistemi di Safe Motion Control sono il risultato della stretta collaborazione fra due diverse divisioni aziendali. «Noi siamo strutturati per divisioni di prodotto, abbiamo un portfolio molto ampio. Però con il tempo abbiamo visto che era opportuno creare una sinergia fra divisioni diverse, per fornire non solo prodotti ma piuttosto delle soluzioni che rispondano alle esigenze del cliente – spiega Marco Sordelli, Market Application Engineer – Industrial Safety – Nello specifico, per creare soluzioni di Safe Motion Control è stata unita la parte di encoder con la parte di sicurezza, in modo da poter creare dei pacchetti personalizzati capaci di rilevare in sicurezza la rotazione, il movimento o il posizionamento di determinati apparecchi». Ma oltre alle due divisioni di Sick possono essere coinvolte anche terze parti. Per esempio, per quanto riguarda i drive, che Sick non produce direttamente ma integra nella soluzione per offrire al cliente un pacchetto end to end.
«Sono soluzioni aperte – conferma Yuri Katsukawa, Market Product Manager Encoders, Linear Encoders & Inertial Sensors – Per esempio, le nostre centraline di sicurezza possono gestire sia i nostri encoder sia encoder della concorrenza. Il fatto che la centralina possa integrare la parte Motion non è strettamente vincolato all’utilizzo di un pacchetto unicamente Sick, essa rimane aperta al mondo esterno». Le soluzioni di Safe Motion Control, dunque, si inseriscono in un contesto di evoluzione per Sick, da tempo impegnata a trasformarsi da fornitore di prodotti a fornitore di soluzioni e servizi. A questo proposito, molti dei clienti di Sick sono produttori di macchinari, o anche integratori, che hanno poca esperienza specifica sul digitale, e magari non vogliono nemmeno crearsela: preferiscono che qualcuno studi per loro una soluzione completa. Per questi clienti, Sick provvede a fornire servizi personalizzati, caratterizzati da un approccio consulenziale.
«Alcuni clienti, soprattutto quelli più grandi e strutturati, hanno al loro interno persone che si occupano full time di gestione della sicurezza – dice Sordelli – Altre aziende, più piccole e flessibili, cercano di esternalizzare questo tipo di servizio. Sick, negli ultimi anni, ha ampliato l’organico del Service per poter fornire al cliente questo tipo di supporto. Quindi oltre a prodotti e soluzioni, forniamo anche una parte di consulenza. Possiamo supportare il cliente nell’analisi del rischio, nella preparazione del fascicolo tecnico della macchina e anche nell’installazione meccanica. A chi ne ha bisogno, possiamo fornire una soluzione chiavi in mano». La prospettiva, insomma, è da una parte allargare la parte di supporto consulenziale sulla sicurezza nella divisione Service e dall’altra di avere persone che si occupano di mettere insieme prodotti di diverse divisioni per creare sistemi e soluzioni. In pratica, Sick sarà in grado di rapportarsi con il cliente non solo come produttore di componenti e fornitore di soluzioni, ma anche, per certi versi, quasi come un system integrator. Senza contare la capacità di fornire, oltre ai servizi di consulenza sulla safety, anche servizi di supporto da remoto.
Del resto, i clienti di Sick per questo tipo di soluzioni sono molto eterogenei. «Si parte dal costruttore dell’Agv, che ha dei requisiti di sicurezza da mantenere e che deve implementare, quindi ci chiede con quali prodotti e come farlo, e si prosegue con tutta una parte di retrofit, clienti che vogliono inserire la sicurezza in macchinari che non la prevedevano, o che seguono normative vecchie e vanno aggiornati». Questo sembra confermare il recente rapporto di Ucimu che parla dell’invecchiamento del parco macchine nelle industrie italiane: le aziende preferiscono ammodernare l’esistente, digitalizzandolo e inserendolo in contesti 4.0, invece di comprare macchine nuove, percepite come “non critiche” per il successo dell’azienda.
Perché usare il Safe Motion Control
Ma perché il Safe Motion Control è così importante? Secondo Katsukawa, «sul mercato ci sono tanti dispositivi di protezione che bloccano il funzionamento della macchina quando si arriva a una situazione di pericolo. Il Smc (Safe Motion Control) permette di avere un monitoraggio sicuro della posizione della macchina, abilitando sostanzialmente una maggiore interazione fra l’uomo e la macchina stessa. Se non si ha il Smc e ci si avvicina alla macchina, questa deve fermarsi per sicurezza. Se invece si sa esattamente la posizione della macchina, come si sta muovendo e a che velocità, si potrebbe, ad esempio, farla rallentare, avendo sempre la possibilità di fermarla, con la collaborazione uomo-macchina, senza doverla per forza bloccare. Si ha quindi un’ottimizzazione del lavoro della macchina e dell’efficienza in generale».
Quello delle macchine Agv è un esempio tipico. Esse sono normalmente equipaggiate con un laser scanner che blocca la macchina ogni volta che qualcuno entra nella sua area di monitoraggio. Ma con un sistema Smc spesso la macchina deve solo rallentare, perché lo scanner può cambiare la sua zona di copertura a seconda dell’andatura e della posizione del veicolo. Una cosa implementata di recente grazie alla collaborazione fra Sick e i produttori di Agv è il controllo della posizione dello sterzo: sapendo dove la macchina deve girare, il laser scanner può controllare che sia libera l’area realmente interessata al movimento.
I prodotti alla base della soluzione
Ma scendendo nel concreto, cosa serve a livello di prodotti per implementare un sistema di motion control sicuro? Ce lo spiega Katsukawa. «Per implementare le funzioni di sicurezza, è importante che l’informazione sul movimento sia sempre attendibile, in modo che venga segnalata ogni sua anomalia. Per fare ciò si possono usare due encoder separati che analizzano lo stesso movimento, o un encoder già certificato per la sicurezza. Ed è proprio in questa categoria che Sick ha investito in questi anni. Possiamo fornire due tipologie di prodotto, encoder e motor feedback. Per gli encoder abbiamo un’ulteriore suddivisione fra encoder incrementali e assoluti. Gli incrementali con certificazione di sicurezza sono della famiglia DFS60s e sono certificati fino a SIL2 PL D e solitamente, a differenza degli encoder assoluti, vengono usati per il controllo di velocità o di albero fermo. L’altra famiglia è quella degli encoder assoluti, nello specifico abbiamo la famiglia AFS/AFM60S. In questo caso la certificazione arriva fino a SIL3 PL E, e permettono il monitoraggio della posizione, non soltanto della velocità. Possiamo fornire queste famiglie di dispositivi con diverse interfacce meccaniche, semplificando la fase di integrazione per il costruttore della macchina». Il secondo prodotto utilizzabile è dunque il sensore che rileva il “motor feedback”. «È quello che va a verificare la velocità e il posizionamento del motore – prosegue Katsukawa – In questo caso abbiamo altre famiglie che possono integrare funzionalità di sicurezza e sono certificate. Sui motor feedback distinguiamo due categorie in base al protocollo di comunicazione, l’Hiperface e l’Hiperface Dsl, che sono entrambi protocolli sviluppati da Sick che permettono di implementare funzionalità di sicurezza».
Hiperface è un protocollo di comunicazione ibrido digitale/analogico, che ha una parte di RS485 e una parte di segnale seno/coseno. Sick ha certificato la parte seno/coseno, in modo da poter usare questo segnale per inoltrarlo a un eventuale Plc esterno per introdurre dei controlli di sicurezza. Hiperface DSL invece ha l’interfaccia completamente digitale, e si basa su soli due fili che portano il segnale e l’alimentazione dall’encoder al controllore, che in questo caso è il drive. «Abbiamo in questo caso dispositivi certificati fino a SIL2 PL D per il controllo della velocità e della posizione sicura. In questo specifico caso, sull’Hiperface Dsl non c’è un controllo esterno che va a implementare le funzionalità di sicurezza, perché solitamente è posto all’interno del drive». Per completare il sistema manca ancora un componente: la centralina di gestione. «La centralina di sicurezza che gestisce la parte di encoder si chiama Flexi Soft – spiega Sordelli – è una centralina con una struttura modulare, che si va a comporre in maniera personalizzata a seconda del numero di ingressi e uscite di cui il cliente ha bisogno e delle funzionalità che vuole attivare. Il tutto è programmato con un software che Sick mette a disposizione gratuitamente, per cui il cliente lo può scaricare prima per fare delle simulazioni e poi quando tutto funziona come richiesto può acquistare la centralina e programmarsela autonomamente».
Sicurezza, costo o investimento?
Parlando di sicurezza con le aziende, spesso si ha la sensazione che essa sia vista come una sorta di “male necessario”: si implementano soluzioni di sicurezza perché è obbligatorio, ci sono normative e multe per chi non si adegua alle regole. Ma se le aziende potessero, installerebbero sistemi di sicurezza molto più limitati. Il fatto è che la sicurezza è vista come un costo, sia in termini di spesa (apparecchiature, burocrazia) sia in termini di perdita di efficienza e produttività (l’Agv che si ferma a ogni piè sospinto). Ebbene, i sistemi di Safe Motion Control potrebbero sfuggire a questa percezione negativa. Per cominciare, la loro capacità di mantenere in movimento una macchina anche in situazioni che con i sistemi tradizionali l’avrebbero mandata in stop, consente di contenere al minimo indispensabile le perdite di produttività – ovvero a quei casi che davvero avrebbero potuto portare a un incidente. Secondariamente, il costo di implementazione della soluzione non è significativamente più alto di quello di un sistema di sicurezza tradizionale. Per esempio, se su una navetta è presente un encoder con livello di sicurezza sufficiente, non è necessario aggiungerne un altro per il Smc: un segnale solo può essere usato sia per l’automazione che per la sicurezza. Lo stesso per il laser scanner: se quello montato per la navigazione ha le funzionalità per gestire il cambio area in base alla segnalazione della velocità, potrà probabilmente essere usato sia per la navigazione sia per la sicurezza. Quindi si potranno implementare le funzioni di sicurezza aggiuntive senza extra costo sulla navetta.
E ancora, gli encoder di motor feedback possono fornire letture di altri dati. Sick produce dei Hiperface Dsl sHub (per esempio la famiglia EDS/EDM35) dotati anche di accelerometro e capaci di rilevare, per esempio, le vibrazioni. Tramite l’analisi dei dati che fornisce Hiperface Dsl sHub, è possibile ottimizzare l’utilizzo del motore, o implementare la manutenzione predittiva, perché andando ad analizzare la frequenza si può scoprire se magari un cuscinetto si sta degradando. Così, implementando una soluzione di Smc, si ottiene senza costi aggiuntivi gli strumenti di base per gestire meglio ii motori, e viceversa se si predispone l’Agv per la manutenzione predittiva, sarà già equipaggiato per il Safe Motion Control senza maggiorazioni di costo. La spesa per implementare la soluzione di sicurezza Smc potrebbe quindi essere minima, e comunque essere ripagata dal miglioramento di produttività che ne consegue – rispetto ai sistemi di sicurezza convenzionali.
