Pneumatica intelligente: 3 passi principali verso una produzione sostenibile.

Industria 4.0, monitoraggio delle condizioni e manutenzione predittiva sono la tendenza nel settore industriale al giorno d'oggi. Quando vi chiedo di parlarne, cosa immaginate? La risposta a questa domanda si trova probabilmente tra i sistemi cyber-fisici e la realtà aumentata che combina il mondo reale della produzione con il mondo virtuale della tecnologia dell'informazione e della comunicazione.

E se chiedo dell'Industria 4.0 in applicazione ai sistemi pneumatici? La risposta probabilmente dubiterà dell'uso di tecnologie e sensori avanzati per componenti così semplici e a basso costo.

Per la maggior parte dei produttori, il costo di un sensore aggiuntivo su un sistema pneumatico può aumentare drasticamente il costo totale della macchina. Ma quali sono i benefici che fornisce in cambio?

I sistemi pneumatici si distinguono per essere una tecnologia affidabile ampiamente utilizzata con un basso costo di investimento.

L'elevata durata dei sistemi ad aria compressa spesso nasconde perdite e cadute di pressione crescenti evitando una possibile manutenzione predittiva. Questo porta non solo a un aumento della bolletta energetica e a un maggiore impatto sul clima, ma influenza direttamente le condizioni di lavoro e di sicurezza (la nota assicura dalle applicazioni ad alta pressione e dal livello di rumore). Tutto sommato, l'implementazione di tecnologie intelligenti in conformità con Industry 4.0 non è solo un passo di tendenza verso la digitalizzazione, ma una misura necessaria. Le aziende che hanno implementato le tecnologie Industry 4.0 ottengono i seguenti risultati negli aspetti valore-rischio-costi:

Aumento del valore:

• Ambiente di lavoro più sicuro e di qualità superiore
• Maggiore capacità di produzione
• Linea di prodotti con meno carbonio
• Migliore qualità e consistenza del prodotto.

Riduzione dei costi:

• Costi energetici ridotti
• Costi di manutenzione ridotti
• Minori costi di assicurazione contro gli infortuni

Minori rischi:

• Riduzione dei rischi di lesioni durante il funzionamento delle macchine
• Ridotto rischio di non conformità con l'ordinanza sul rumore
• Riduzione del rischio climatico
• Riduzione del rischio di non conformità alle normative/standard (direttive sul rumore)

Come iniziare una transizione digitale senza intoppi con il più breve periodo di ritorno delle misure implementate?

Per iniziare l'implementazione della pneumatica intelligente, sono necessari 3 passi principali:

Il primo passoè un sistema cyber-fisico che rappresenta sensori incorporati e semplici protocolli di comunicazione che inviano segnali su spie LED. Questi tipi di allarmi sono solitamente implementati a livello di componenti o sistemi ad asse singolo. È importante ricordare che un avviso visivo è fondamentale nella risoluzione dei problemi. Anche se il segnale di errore viene inviato via software a sistemi di gestione di livello superiore, la capacità dei tecnici della manutenzione di vedere immediatamente cosa sta succedendo, e dove, fa risparmiare molto tempo.

Figura 1: Un'architettura del concetto di pneumatica intelligente

Laseconda faseprevede la simulazione, la modellazione e la virtualizzazione dei sistemi ad aria compressa e dei parametri fisici. Questo livello di diagnostica comprende anche un insieme di algoritmi che permettono al software di controllare il funzionamento di un sistema.

Non dobbiamo dimenticare che l'analisi del funzionamento dei componenti pneumatici, normalmente può essere fatta con finecorsa e sensori di pressione.

Le informazioni sulla distanza percorsa e le variazioni di velocità potrebbero, per esempio, essere dovute a un aumento dell'attrito, a perdite o a cambiamenti dei carichi applicati.

Un calo inaspettato della velocità può causare un calo della produttività, mentre un aumento improvviso può causare la rottura di attuatori o parti meccaniche della macchina.

Queste informazioni possono essere utilizzate per la manutenzione predittiva del sistema, ad esempio, per ordinare pezzi di ricambio, una migliore pianificazione del tempo di manutenzione per ridurre i tempi di fermo della macchina. Queste informazioni possono essere lette da qualsiasi dispositivo remoto, come uno smartphone, semplicemente leggendo il codice QR del sistema in questione.

La seconda fase può essere implementata a livello di macchina, così come per un intero impianto consentendo il monitoraggio dei sistemi di aria compressa.

Il sistema di allarme integrato e i rapporti per il responsabile della manutenzione forniscono informazioni complete sui principali KPI del sistema e assicurano una manutenzione senza stress.

Figura 2: Esempio di un gemello digitale del sistema pneumatico.

Laterza fasedel monitoraggio comporta la raccolta di grandi quantità di dati, e la loro analisi e sfruttamento, sia immediatamente in fabbrica, sia attraverso l'analisi dei big data e il cloud computing. Può essere realizzato inviando i dati in remoto a un sistema di gestione centralizzato, o tramite il cloud utilizzando un gateway, agli operatori che possono vedere cosa sta succedendo in qualsiasi momento e fornire supporto remoto.

Le comunicazioni in rete, comprese le tecnologie wireless e internet che servono a collegare macchine, prodotti di lavoro, sistemi e persone, sia all'interno dell'impianto di produzione che con i fornitori e i distributori, aprono un nuovo orizzonte per nuovi modelli di business verso un futuro sostenibile.