La EMO 2017, conclusasi lo scorso settembre ad Hannover, ha avuto senza dubbio fra i suoi punti di interesse quello di mostrare le prime soluzioni concrete di Industria 4.0 applicate alle macchine utensili, e anche di evidenziare i primi elementi di criticità della cosiddetta Quarta Rivoluzione Industriale.
In molti stand degli espositori era quindi possibile toccare con mano le prime macchine veramente digitalizzate e osservarle in condizioni realmente operative, mentre “facevano pezzi”.
Fra i costruttori di macchine italiani che hanno portato un esempio concreto di sistema per produrre 4.0 c’era la bresciana Gnutti Transfer. Vale la pena ricordare che Gnutti Transfer ha da tempo creato, nell’ambito della sua struttura, un team tecnico interdisciplinare espressamente dedicato alla ricerca e allo sviluppo di soluzioni 4.0 per le sue macchine. Il transfer flessibile presentato ad Hannover, dotato del “pacchetto 4.0” messo a punto da Gnutti Transfer, è un esempio del lavoro del gruppo dedicato della casa bresciana. Vediamolo un po’ più da vicino.
La macchina
Quella esposta ad Hannover, era una macchina transfer flessibile a sei stazioni, tutte dotate di morse girevoli. La macchina era dotata di 12 unità, con corse sia da 125 mm sia da 150 mm, con cinque revolver a tre utensili e un’unità GT2.
Un esempio tipico della produzione Gnutti Transfer dunque, ma con la particolarità, come accennato, di essere dotata del “pacchetto 4.0“.
Il “pacchetto 4.0”: sei modalità diverse di approccio
È Stefano Buffoli del Software Department di Gnutti Transfer, nonché membro del gruppo 4.0 della casa bresciana, a illustrarci il “pacchetto 4.0” implementato sulla macchina esposta in fiera. “Per prima cosa – sottolinea Buffoli – bisogna sottolineare che tutto il ‘pacchetto 4.0’ è installato su un gateway esterno, per non penalizzare in alcun modo CNC/PLC e PC adibiti alla gestione della macchina; questo per ovvi motivi di affidabilità intrinseca: la macchina non deve assolutamente subire fermi per cause connesse al Pacchetto 4.0”. In altre parole, il software del “pacchetto 4.0” Gnutti Transfer è conforme a una delle principali regole di “robust design”: l’operatività di una macchina non deve essere affetta da problemi relativi ai sistemi accessori.
Ulteriore motivo per cui i progettisti Gnutti Transfer hanno optato per un hardware separato è rappresentato dalla possibilità di fare aggiornamenti anche su macchine di generazione precedente, allineandole così al nuovo standard 4.0.
Il “pacchetto 4.0” di Gnutti Transfer si presenta all’operatore con una chiara interfaccia grafica (compatibile con qualsiasi browser) che permette di dialogare con la macchina e gestirne le numerosissime funzioni. Buffoli spiega: “Una macchina produce un’enorme quantità di dati: stiamo parlando di circa 80.000 variabili. Poiché non è possibile mostrarle tutte contemporaneamente, è meglio che sia il cliente a decidere, attraverso l’interfaccia, quali dati sono di suo interesse: è l’utilizzatore infatti a decidere cosa monitorare e cosa no”.
In questo modo viene applicato un principio di gestione dei big data prodotti dalla macchina: classificare e gerarchizzare i dati, in modo da selezionare quelli utili alle finalità per cui si raccolgono e analizzano.
Ecco allora che l’interfaccia utente del “pacchetto 4.0” presenta sei aree di raccolta e gestione dei dati:
· Dati macchina
· Pianificazione produzione
· Manutenzione predittiva
· Diagnostica
· Funzioni adattive
· Consumi energetici
Secondo l’esperienza dei tecnici Gnutti Transfer, queste sei macro-categorie rappresentano le tematiche che più interessano un utilizzatore di una macchina transfer. Oltre a questo, la macchina equipaggiata con il “pacchetto 4.0” presenta la documentazione completa della macchina, sfogliabile online: la manualistica, gli schemi tecnici, la guida alla manutenzione e molte altre cose.
Vediamo più da vicino alcuni aspetti di queste sei macro-categorie.
Un elemento di sicuro interesse, per garantire la continuità della produzione e gestire al meglio i fermi macchina è rappresentato dalle funzioni di manutenzione predittiva: infatti, la macchina Gnutti Transfer fornisce informazioni su aspetti quali lo stato dei motori con informazioni sulla corrente e sulla potenza assorbite (istantanea e cumulativa), le condizioni di isolamento, la temperatura di esercizio, la temperatura dell’encoder e i tempi di lavoro totali.
Parimenti, sono visibili tutti gli assi della macchina, e lo stato dei mandrini. Ancora una volta, il sistema di raccolta dei dati è stato pensato per non pesare eccessivamente sull’affidabilità della macchina: i dati sono presi direttamente dai CNC Fanuc, senza ricorrere a sensori aggiuntivi perché, come precisa Buffoli: “Più hardware si va ad aggiungere più ci saranno probabilità di guasti e di fermi macchina”.
Una delle poche deroghe a questa economia di sensori, è rappresentata da due accelerometri, posti uno in posizione frontale e uno in posizione posteriore, che misurano le vibrazioni della macchina consentendone così il controllo, stabilendo un range di valori entro i quali la macchina lavora correttamente. Se le vibrazioni escono da questo range, il sistema di controllo lancerà un allarme e starà poi agli addetti alla produzione decidere se e quando fermare la produzione per verificare l’origine delle vibrazioni anomale.
Sempre in tema di allarmi, il “pacchetto 4.0” permette alla macchina di fornire un elenco degli ultimi allarmi, in genere degli ultimi venti, anche se il cliente può decidere di estendere questo numero.
Un database NoSQL (quindi non relazionale) tiene poi una registrazione cronologica di tutti gli allarmi e di altre informazioni statistiche di rilievo. Questa è un’altra importante fonte di dati per l’utilizzatore, che può compiere un’analisi, per esempio mediante un diagramma di Pareto, per indagare quali siano gli allarmi più frequenti, o quelli che danno origine a problemi di maggiore entità.
Tutte le cause di allarme e di conseguente blocco della macchina sono infine racchiuse in un manuale di troubleshooting, accessibile e sfogliabile a video.
Produrre col “pacchetto 4.0”
Con il “pacchetto 4.0“, la macchina transfer opera e interagisce in tempo reale con tutto l’ambiente di produzione. Attraverso le funzioni di Dati Macchina e Pianificazione produzione, l’operatore, o il supervisore, possono vedere, in tempo reale e da qualsiasi punto o dispositivo di accesso, se la macchina è in produzione oppure no, e in caso negativo, le ragioni di un eventuale stop.
È inoltre possibile avere tutte le informazioni sul lotto in produzione: la quantità di pezzi prodotta, il numero di pezzi rimanenti per ultimare il lotto, la presenza e la quantità di eventuali scarti. Il tutto riportato con una comoda infografica a torta.
Attraverso un’apposita funzionalità è infine possibile mandare messaggi all’operatore direttamente sull’interfaccia della macchina, utilizzando il sistema di messaggistica interno al “pacchetto 4.0“.
Restando ancora in tema di raccolta e analisi dei dati, con la funzione Consumi energetici è possibile conoscere in tempo reale i consumi di energia elettrica, il consumo attuale istantaneo e il kWh totali consumati nonché il valore di Cosϕ attuale dell’impianto.
Ultima caratteristica da sottolineare del “pacchetto 4.0” è la gestione della bi-direzionalità delle funzionalità: il sistema è infatti già predisposto per permettere a sistemi sempre più intelligenti ed evoluti di interagire anche da remoto con la macchina; ad oggi, solo con funzioni di pianificazione e trasferimento dati necessari alla messa in produzione e prossimamente addirittura con funzioni adattive di processo mediante algoritmi di controllo e correzione automatica in tempo reale.
Un primo esempio concreto di questa bi-direzionalità riguarda l’organizzazione e la pianificazione della produzione, con la possibilità di inviare alla macchina i piani produttivi con i vari lotti pezzo programmati, e di poter controllare e tracciare in qualsiasi momento l’andamento produttivo esecutivo reale.
Interessante è anche l’interconnessione diretta con i maggiori sistemi di presetting utensili dai quali la macchina ottiene in tempo rapido ed immediato i dati geometrici richiesti.
Lavorare in sicurezza…anzi, in cybersecurity
Come abbiamo visto, con il “pacchetto 4.0” una macchina Gnutti Transfer non si limita a produrre pezzi, ma, parallelamente produce anche grossi flussi di dati sulla produzione e su tutti gli aspetti relativi allo stato della macchina.
Dati che ovviamente hanno un valore e che quindi devono essere custoditi in modo accurato. Ecco perché non è mancato, nell’elaborazione del “pacchetto 4.0“, un occhio di riguardo alla cybersecurity.
In particolare, Gnutti Transfer propone per le sue macchine due diversi approcci alla sicurezza dei dati: una soluzione locale, quindi sicura al 100%, con un cavo di rete che rimane all’interno dell’infrastruttura aziendale dell’utilizzatore; oppure soluzioni di interscambio dove i big data provenienti dalle macchine sono gestiti su una piattaforma cloud di tipo PAAS (Platform as a service) dove il provider del cloud si occupa anche di tutte le questioni relative alla cybersecurity.
In questo secondo caso, il cliente può collegarsi mediante username e password e vedere lo stato di tutte le sue macchine e – naturalmente – solo delle sue, in quanto i dati delle macchine di altri utilizzatori saranno certamente depositati sul cloud, ma a loro volta protetti da altrettante credenziali di accesso.
In questo modo Gnutti Transfer si fa carico di tutte le problematiche di gestione dei dati, mettendo a disposizione del cliente una piattaforma di storage di dati accessibile, affidabile e sicura, che permette al cliente di evitare investimenti in sistemi di data storage locali e autonomi.
Il fattore umano
Quali sono gli obiettivi di un cliente, quando si approccia a una macchina 4.0 ready? È questa la domanda che abbiamo rivolto a Benedetta Gnutti, marketing manager della casa bresciana: “Industria 4.0 apre tali e tanti scenari che è forse prematuro parlare già di obiettivi. Tuttavia è già emersa chiaramente, oltre alla volontà di capirne di più e di assimilare al meglio i tanti concetti di Industria 4.0, l’aspirazione a usare le grandi masse di dati rese disponibili dalla digitalizzazione per gestire al meglio la produzione, in modo da fare pezzi di elevatissima qualità a costi il più possibile contenuti”.
“Per fare questo però – prosegue Gnutti – non basta raccogliere dati; bisogna sapere analizzare questi dati e saper poi prendere le decisioni giuste. Ecco, secondo noi di Gnutti Transfer, il fattore umano non viene sminuito in Industria 4.0, anzi, all’uomo saranno affidate le funzioni di analisi critica e di decisione, che da sempre sono quelle più nobili e nelle quali nessuna macchina potrà mai sostituire la mente umana”.
Come spesso abbiamo scritto su queste pagine, Industria 4.0 non escluderà l’uomo dalla produzione, ma, anzi, lo rimetterà in posizione centrale.
di Marco Lombardi (da Macchine Utensili di novembre 2017)
Per saperne di più su Industria 4.0, è disponibile in formato digitale e cartaceo il libro di Michele Rossi e Marco Lombardi “La Fabbrica Digitale – Guida all’Industria 4.0“.
