Prospettive della meccatronica

Una delle primissime applicazioni dell’oleodinamica in una macchina agricola riguarda un impianto che consente di regolare la profondità dell’aratro nel terreno. L’operatore agisce su un distributore a mano, mentre il cilindro idraulico connesso con levismi interviene sull’aratro. Un brevetto concesso cento anni fa allo statunitense Henry Ford.

Un nuovo libro di Tecniche Nuove analizza l’evoluzione della meccatronica, soprattutto nelle macchine agricole. Ne parliamo con l’autore, l’Ing, Hanno Speich.

Da sempre innamorato dell’oleodinamica, l’Ing. Hanno Speich ancora oggi, seppur in pensione dopo una lunga carriera iniziata nel 1960 in Ruhrital, divenuta poi nel `75 Rexroth Italiana (trasformata nel 2001 in Bosch Rexroth) frequenta ancora fiere di settore spinto dalla curiosità di vedere come la sua “amata” materia si evolve nel tempo e quali aspetti assume nello sviluppo da analogico in digitale. Un incontro a cui oggi nessun settore del manifatturiero può sottrarsi e che, per altro, risulta alquanto fecondo, tanto da poter essere definito una importante rivoluzione industriale per le trasformazioni e l’ampliarsi di possibilità che ne nascono. Si tratta di una trasformazione in chiave digitale, dove elettronica, informatica, microcomputer, software di controllo, sensori e sistemi di analisi dei dati si innestano su meccanica e idraulica, trasformando la meccanica in meccatronica e la manifattura in Industria 4.0. L’analisi di questa trasformazione è oggetto di un nuovo libro dedicato in particolare al mondo delle macchine agricole, edito da Tecniche Nuove con il titolo “La meccatronica nelle macchine agricole, dal digitale al Precision Farming”.

Perché e per chi questo libro

Il connubio tra meccanica, elettronica e digitalizzazione di processi che precedentemente erano solo ed esclusivamente meccanici, idraulici e elettrico-analogici porta al miglioramento delle prestazioni delle macchine, all’aumento degli standard di sicurezza e del confort di chi con esse lavora e di chi le mantiene, oltre a benefici in termini di efficienza energetica, di funzionamenti autonomi e di miglioramento dei consumi. Tra tutti i settori possibilmente interessati da questi cambiamenti, quello delle macchine agricole ha attratto l’attenzione dell’Ing. Speich per le enormi potenzialità ancora non sfruttate che in esso si nascondono: «Il mondo dei costruttori di macchine agricole viaggia a due velocità. Vi sono alcune grosse aziende che hanno già fatto proprio questo cambiamento in chiave digitale e le cui macchine già oggi sono testimoni della trasformazione dell’agricoltura in Precision Farming e delle possibilità che questa trasformazione offre. Ma vi sono ancora una miriade di aziende più piccole, che portano prodotti molto validi sul mercato ma che ancora non digitalizzano abbastanza. Se lo facessero con più coraggio, sicuramente potrebbero competere meglio e avere maggiore diffusione». Da qui l’idea di questo libro, nato specificatamente per il settore delle macchine agricole: non solo per progettisti e costruttori, ma anche per manutentori, venditori, contoterzisti. «Credo che ci sia la necessità di un libro che spieghi cosa significa la meccatronica applicata ad una macchina agricola o che descriva quali aspetti assume l’oleodinamica innovativa specificatamente in questo settore e in questa trasformazione», afferma Speich. Con questo manuale si vogliono, infatti, presentare le modernizzazioni introdotte dalla meccatronica nelle macchine agricole, analizzando le diverse tecnologie e le trasformazioni a cui vanno incontro i componenti tradizionali meccanici e oleodinamici, le migliorie introdotte da questa trasformazione tecnologica e i possibili sviluppi futuri. «Perché – come spiega Speichoggi l’innovazione meccatronica nelle macchine agricole non consiste più tanto nell’inventarsi nuovi componenti, ma nel saper sfruttare le nuove capacità che i componenti acquistano nel passaggio da analogico a digitale e nel saper realizzare il connubio migliore».

In principio c’è il CAN-BUS

Come si esprime il digitale nelle macchine agricole? Vi sono tecnologie che sono state una vera e propria rivoluzione e hanno predisposto le macchine per logiche di comunicazione avanzate grazie ad evoluti collegamenti elettronici di comando. «Ancora adesso molte aziende collegano i comandi all’interno della macchina con un doppio allacciamento elettrico, mentre il digitale prevede il cosiddetto CAN-BUS, un unico collegamento elettrico sul quale viaggiano una pluralità di comandi e di retroazioni raccolte spesso dai sensori -sottolinea Speich. L’introduzione di questo standard, la cui evoluzione è abbastanza recente e si basa su un brevetto della Robert Bosch degli anni Ottanta, è stata una innovazione fondamentale. Introdotto dapprima nell’automotive, il CAN-BUS ha permesso gli sviluppi odierni della digitalizzazione».

Nel mondo delle macchine agricole il CAN-BUS è entrato a partire dall’inizio di questo secolo. Le prime introduzioni sono state fatte sui trattorie e mietitrebbie, le più diffuse tra tutte le macchine agricole, quindi in grado di supportare i costi di sviluppo ed evoluzione del digitale. In generale, per le macchine dell’Agricoltura 4.0, la tendenza di sviluppo è verso soluzioni più complesse, in grado di gestire un numero sempre maggiore di funzioni. Per il loro controllo si impiegano unità elettroniche decentralizzate, connesse tra di loro attraverso il protocollo CAN-BUS, caratterizzato da una certa robustezza, che permette di trasmettere i segnali tra i nodi anche negli ambienti contraddistinti da forti disturbi. L’utilizzo di questo protocollo è dunque abilitante all’introduzione di microcomputer e software per l’automazione delle funzioni, la raccolta dati, la gestione a distanza. Inoltre, diminuendo il numero delle connessioni, permette una migliore affidabilità e semplifica la gestione di tutto il sistema macchina. «Tengo però a specificare – prosegue Speichche l’evoluzione verso il digitale non è costituita dalla sola introduzione del CAN-BUS. Questo deve essere accompagnato da microcomputer, software, sistemi di trasporto dati, sensori. Sono tutti questi elementi insieme che permettono la trasformazione delle macchine agricole in chiave digitale».

Il ruolo dell’oleodinamica

«L’oleodinamica nelle macchine di oggi è ancora fondamentale perché la trasmissione di potenza è ancora idraulica – continua Speich. Ciò che invece non è più idraulico è la trasmissione dei comandi e i comandi stessi che nelle macchine moderne sono elettrificati. Il comando è stato sostituito dal digitale e dall’elettrificazione». La trasformazione subita dai comandi è esemplare dell’evoluzione dell’oleodinamica quando incontra informatica ed elettronica digitale: il suo campo d’azione si riduce e diventa un elemento di una catena di elementi della meccatronica e degli elettrodistributori. Ne nascono sistemi misti che permettono di affrontare funzioni prima non possibili. L’oleodinamica rimane comunque un elemento importantissimo in quanto fornisce la potenza idraulica necessaria al sistema, ma il sistema ibrido introduce le possibilità di automazione necessarie oggi alle macchine agricole, la precisione della trasmissione e la flessibilità necessaria per ampliare gli usi della macchina stessa. Anche la realizzazione delle pompe, degli elettrodistributori, delle valvole proporzionali, che sono elementi ricorrenti della oleodinamica indipendentemente dalla sua applicazione, subiscono cambiamenti con l’aggiunta del digitale.

Incremento di temperatura che subisce una bollicina di aria libera sottoposta a un incremento di pressione molto rapido, con effetto di carbonizzare delle porzioni d’olio confinanti.

La protezione del fluido idraulico

Il fluido idraulico rimane un elemento chiave per trasmettere l’energia necessaria per compiere il lavoro. L’olio va considerato come un componente di essenziale importanza anche nelle macchine più moderne e preservarne lo stato è fondamentale al fine di allungare la vita utile dei componenti e ridurre gli sprechi. Anche questa è una via verso la sostenibilità. «Per l’importanza che questo componente mantiene, nel libro si dedica una particolare attenzione ad alcuni fatti fisici a cui può andare incontro durante la vita utile di una macchina agricola che, se non riceve una attenzione adeguata, può comportare gravi guasti e sensibili perdite di rendimento – informa Speich. Questi sono la presenza di aria libera e di acqua nell’olio». Vengono analizzati i danni che ne possono derivare e possibili strategie per prevenire od ovviare ad essi. Si intendono qui una serie di tecnologie e soluzioni che comprendono sistemi di filtraggio innovativi o l’ottimizzazione nella progettazione del serbatoio per un dimensionamento basato sulle reali necessità del sistema, in modo da ridurre i volumi di olio in gioco.

La trasformazione digitale delle macchine agricole

L’evoluzione delle macchine agricole si manifesta in varie forme: le macchine non solo diventano più efficienti e sicure, più facili da gestire anche senza operatore a bordo e veloci nell’operare, ma sono in grado, tramite opportuni sensori, di raccogliere continuamente dati sia dal campo e dalle proprie operazioni, trasmetterli alla centrale operativa dell’agricoltore e al cloud dove poi essi potranno essere elaborati e analizzati a seconda delle necessità. La spinta trasformativa arriva oggi alla realizzazione di macchine così evolute da potersi muovere autonomamente sul campo, macchine in grado di decidere dove e come irrorare, dove e quanto irrigare, seminare, erogare anticrittogamici o fertilizzanti. Interconnessione tra sistemi è la parola chiave che guida lo sviluppo verso il cosiddetto “smart farming” o Agricoltura 4.0: sistemi dove le funzioni della macchina sono perfettamente integrate all’interno di un insieme di controllo, gestibile anche da remoto. Si tratta di una trasformazione resa possibile in primis dalla digitalizzazione evoluta dei sistemi meccatronici a bordo macchina. Per poter digitalizzare occorrono però componenti meccatronici abilitanti, in grado di supportare questo processo di digitalizzazione molto avanzata.

Uno sguardo al futuro

Il volume si conclude con un accenno ad alcune evoluzioni più recenti, che riguardano l’urban farming, la raccolta e la robotizzazione dell’agricoltura. Le soluzioni più innovative sono spesso macchine nate a titolo sperimentale e contengono poca elettronica e molti azionamenti oleodinamici analogici. Solo in fasi di sviluppo successive e a maggior ragione se la macchina diventa un prodotto per il mercato, si aggiunge un maggior grado di meccatronica digitale ed elettronica.

di Maria Luisa Doldi

www.semprepresenti.it

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