La futuribile macchina per il packaging che supera i confini della tradizionale automazione? Nasce dall’integrazione di digital twin, Industrial IoT, edge e cloud. È la tecnologia che contribuisce alla sostenibilità economica e ambientale del settore. «I tempi in cui una linea doveva produrre ogni giorno lo stesso prodotto in grandi quantitativi sono ormai lontani. La nuova domanda del mercato richiede impianti dinamici e flessibili, che vanno interpretati con una digitalizzazione sempre più presente», afferma Simone Brisacani, Business Developer Manager Packaging – Digital Industries Siemens Italia. Gli oem si possono concentrare sulla parte più tecnologica della loro macchina, usufruendo delle funzionalità integrate della Packaging Toolbox, abbattendo il Total Cost of Ownership (Tco) attraverso funzioni come Intelligent Belt, per distanziare in maniera omogenea i prodotti ed Intelligent Infeed, per raggruppare prodotti che verranno poi prelevati e inscatolati. In ottica di flessibilità, con il Multi Carrier System, sistema di movimentazione lineare con carrelli indipendenti, è possibile realizzare un “microcosmo intralogistico” per una movimentazione sincronizzata e intelligente a supporto di produzioni diversificate e ad alta personalizzazione.
Una linea di produzione di shampoo in cui si possono riempiere più fragranze? Nulla di più semplice. Il carrello transiterà su un percorso che incrocia più stazioni, fermandosi in quelle che rilasciano l’essenza specificata dal consumatore in fase di ordine. La digitalizzazione di Siemens mette oem ed end user nella condizione di trarre vantaggio dalle potenzialità che possono nascere da macchine virtualizzate e sensorizzate. A ciascuna macchina il suo digital twin, per simulare il codice di controllo, innanzitutto. Questo è il metodo con cui poter verificare errori prima di andare in produzione, oppure, come step successivo, avere un digital twin delle prestazioni e implementare algoritmi di condition monitoring o anomaly detection. Innovazione, innovazione, innovazione. Nella macchina dedicata al Pharma, con il caso d’uso reale di Fps di Fiorenzuola d’Arda, Siemens propone l’interfaccia uomo-macchina completamente rinnovata: attraverso un assistente vocale abbatte i tempi morti e rende più fluida l’esecuzione delle varie operazioni che sono in carico all’operatore per gestire tutto il ciclo macchina.
Il focus di Siemens per il packaging è sull’efficienza della progettazione e della produzione. Si possono ottenere con elaborazione e analisi big data, per migliorare le performance di macchina o dell’intero ciclo produttivo. Per la progettazione dell’imballo, nuove tecnologie come Star-Ccm+ contribuiscono a utilizzare materiali a basso impatto ambientale. Centrale, in questo senso, l’approccio progettuale, che parte dal design e arriva alla validazione dell’imballo, nel rispetto delle nuove normative sui materiali da utilizzare. Insomma, la crescente varietà di imballaggi personalizzati, richiede impianti che possano offrire maggiore flessibilità, affidabilità nel flusso e nella lavorazione delle materie prime. Come afferma Brisacani, «Dalla produzione in serie fino alla produzione “lotto uno”, il portafoglio di soluzioni Siemens dedicato ad applicazioni di automazione per l’industria dell’imballaggio, riduce il time-to-market e aumenta la disponibilità degli impianti». Come dire, uno smart manufacturing declinato in ambito packaging, dove i dati servono a generare automaticamente informazioni a supporto di un’ottimizzazione della produzione.
Diversificare la produzione e personalizzare il prodotto
L’etichetta, il colore e il design di una qualsiasi confezione hanno oggi un ruolo determinante nella scelta del consumatore. La mass customization, ovvero la possibilità di realizzare su larga scala prodotti pensati per il singolo, è la sfida con cui si sta confrontando il mondo delle macchine per il packaging. Un settore, che riveste un’enorme importanza per la manifattura italiana, basti pensare che il fatturato aggregato delle macchine per il confezionamento e l’imballaggio supera ormai i dieci miliardi di euro. La produzione è per il 60% associata al comparto alimentare e per il 25% al farmaceutico e alla cosmetica; la parte restante si rivolge a settori diversi, tra i quali spiccano quello del tabacco, il comparto chimico e quello del tissue. Come riuscire a progettare sistemi in grado di lavorare con la massima efficienza in un mercato caratterizzato da un’estrema personalizzazione della domanda? «Servono innanzitutto macchine sensorizzate, sempre più predisposte a una diagnostica predittiva, che possano essere riconfigurate in tempi brevi e a costi bassi per riorganizzare le linee in funzione del tipo e della quantità del prodotto da realizzare», spiega Brisacani. Imperativo è poter contare su macchine altamente configurabili, modulabili in tutte le loro componenti, in grado di rilevare il flusso di dati raccolti da un’infinità di sensori e perché no, anche attuatori attraverso un’infrastruttura edge, quindi sulla macchina o sulla linea di produzione».
Multi-Carrier-Sytem, la movimentazione intelligente a carrelli indipendenti
È in questo scenario iper-personalizzato che si calano le tecnologie Siemens per gli oem e gli end user del settore. A partire dal Multi-Carrier-System, un sistema di movimentazione a carrelli indipendenti, dove è possibile effettuare su più zone le più diverse lavorazioni. È una tecnologia presente da tempo e che continua ad aprire nuove possibilità nel confezionamento: consente di accelerare, spostare e posizionare con precisione diversi prodotti, in maniera indipendente l’uno dall’altro. I vantaggi? Realizzare diversi formati di prodotto su un’unica linea di produzione, riducendo i tempi di ciclo e mantenendo sostenibili i volumi di produzione. Nell’impianto, contenitori da riempire – come bottiglie, barattoli o flaconi – si spostano uno ad uno su un carrello, controllabile individualmente, in grado di trattare diversi formati. I prodotti viaggiano senza problemi da un sistema all’altro, con carico e scarico senza interruzioni, mentre i motori lineari garantiscono un movimento libero e dinamico nonché un posizionamento preciso. Inoltre, in termini di adattabilità, il Multi Carrier System è un sistema di trasporto intelligente e camaleontico, in quanto la varietà di sistemi meccanici e modalità di installazione è tale da potersi adattare con facilità a qualsiasi struttura. Come spiega Brisacani, «Agendo sul software di controllo, è possibile avere carrelli che interagiscono con stazioni indipendenti. Insomma, si può creare all’interno della macchina un microcosmo intralogistico e produttivo, dove, per esempio, un contenitore viene caricato con prodotti provenienti da sorgenti diverse».
Intelligent Belt, Form Fill Seal e Intelligent Infeed. Una suite di librerie dedicate al settore, per dedicarsi al cuore pulsante delle macchine
La libreria Intelligent Belt può essere utilizzata per accogliere prodotti in arrivo in sequenza e fornirli raggruppati in una posizione di prelievo. La caratteristica più importante è che il carico e lo scarico vengono eseguiti in modo indipendente. «Ciascun nastro può essere movimentato indipendentemente da un azionamento separato. Il modulo può essere costituito da uno o più gruppi che preparano i prodotti per il successivo modulo macchina», spiega Brisacani. Ciò significa che un gruppo può essere caricato mentre un altro gruppo si sta spostando nella zona di prelievo. La libreria “Form, Fill and Seal” contiene le funzionalità per il coordinamento generale di alimentatori a foglio, unità di dosaggio e unità di saldatura per macchine sia orizzontali che verticali, con un occhio attento ai consumi di materiale, quindi sostenibile, come il “no product no bag”. L’Intelligent Infeed viene invece utilizzata per ricevere i prodotti che arrivano in un flusso continuo ma irregolare e renderli disponibili alla stazione a valle distanziati tra loro in modo omogeneo e definito dall’utente. Su questa funzione, in particolare, Siemens sta studiando degli algoritmi di reinforcement learning, che possano distanziare i prodotti impostando le velocità dei nastri in maniera autonoma grazie all’intelligenza artificiale.
Simulazione, simulazione, simulazione. Di prodotto, di processo e di linea
Siemens rende disponibili diversi building block funzionali e applicativi che permettono di simulare singoli componenti o addirittura, con Plant Simulation, l’intera linea di produzione o impianto. In alternativa, grazie a Process Simulate, è inoltre possibile simulare il passaggio di un fluido attraverso una stazione di riscaldamento o di raffreddamento. Come suggerisce Brisacani, un digital twin consente di rispondere a domande essenziali. Come ottimizzare la pianificazione? Che impatto potrà avere l’introduzione di una nuova macchina in linea? Come adattare il sistema per nuove varianti di prodotto. E ancora, come migliorare le prestazioni senza compromettere produttività e costi di produzione? Quali le migliori configurazioni di macchine e stazioni di lavoro per massimizzare i flussi di lavoro? Può essere necessaria la riconfigurazione fisica del sistema e l’aggiunta di moduli macchina. Tutti aspetti che, se non testati a sufficienza, possono causare un degrado della produttività e della qualità.
Il digital twin per simulare gli imballi e validare l’utilizzo di materiali sostenibili
Per prevedere con precisione le prestazioni reali di un imballo occorrono strumenti di simulazione in grado di catturare tutti i parametri fisici che ne influenzano le prestazioni durante la vita operativa, inclusi quelli che superano i confini delle discipline di progettazione tradizionali. Per migliorare l’imballo è altresì necessario essere in grado di valutare come cambiano le prestazioni in risposta a sollecitazioni meccaniche, termo e fluidodinamiche ed in ultimo alla capacità di conservazione del prodotto che l’imballo contiene. Simcenter Star-Ccm+ è un tool di simulazione multifisica utile a testare il completo funzionamento degli imballi. «In un momento in cui il settore del packaging sta ricercando nuovi materiali innovativi, in ottica riciclabile, avere a disposizione strumenti di simulazione così dettagliati, permette di accelerare la trasformazione sostenibile che i consumatori stanno richiedendo», dice il manager di Siemens.
Team e competenze dedicate per la sostenibilità del packaging
Come emerso nel corso di Ipack-Ima, le priorità del mercato dei costruttori di macchine di produzione nel packaging sono cambiate, e stanno sempre più evolvendo in ottica di IoT sostenibile. Di fatto, stiamo andando incontro a un futuro personalizzato, connesso e automatizzato. Siemens – grazie a un team dedicato e al centro di competenze packaging di Bologna – risponde a queste esigenze puntando sia su efficienza e progettazioni sostenibili, sia sulla trasformazione dei processi, sempre più digitali. La sostenibilità è la finalità ultima. Tre i livelli su cui Siemens è impegnata per centrare questo obiettivo: efficienza dei tool di sviluppo, che grazie al packaging toolbox permettono di rendere sempre più flessibili e adattabili le macchine; efficienza nella progettazione, anticipando tutto ciò che verrà implementato realmente attraverso una molteplicità di tool di simulazione; infine, efficienza nella produzione, con l’uso di tecnologie IoT e piattaforme di industrial edge che, partendo dai dati, creano valore migliorando le performance di macchina, permettendo così meno scarti e una conseguente maggiore sostenibilità dell’intero ciclo produttivo.
