In anteprima a MECSPE i componenti smart R+W

In anteprima a MECSPE i componenti smart R+W che migliorano l’efficienza

Si evolve l’IoT e anche la componentistica si adegua:  nel contesto di Industria 4.0 nascono i componenti intelligenti, che si inseriscono nell’IoT generando e condividendo dati  per ottimizzare l’uso delle risorse. Come il nuovo giunto smart AIC di R+W con sensoristica integrata, che sarà presentato in anteprima a Mecspe 2020 (pad. 5, stand G05).

L’industria 4.0 e i macchinari che ne costituiscono l’ossatura hanno spinto il mercato della componentistica ad adeguarsi in termini di digitalizzazione. Nascono così i componenti intelligenti in grado di monitorarsi e di controllare il funzionamento dell’intero impianto, trasformandosi in ulteriori preziosi tasselli nel mosaico dell’Internet of Things, composto da macchine, oggetti e ambienti in grado di ricevere e trasmettere informazioni critiche. Il mercato degli “oggetti connessi” è in costante espansione, come ha confermato una ricerca dell’Osservatorio Internet of Things della School of Management del Politecnico di Milano; in forte ascesa il segmento dei servizi, fra i quali quelli di remote e predictive maintenance.

Investimenti in IoT in crescita

Le applicazioni IoT integrano algoritmi di Intelligenza Artificiale che possono supportare, ad esempio, la gestione del traffico in una città o la logistica di una fabbrica. Si prevede che entro il 2020 i produttori globali investiranno 70 miliardi di dollari in soluzioni IoT basate su dispositivi collegati a Internet che utilizzano sensori e processori installati per comunicare tra loro e interagire con l’ambiente mentre raccolgono e condividono dati e informazioni. L’implementazione dell’IoT, secondo un reportage curato da Emc Elettronica, cambierà radicalmente, a partire dall’assemblaggio di singoli prodotti, passando poi per il process control. Sempre più aziende utilizzeranno hardware, software e servizi di realtà aumentata, inclusi visualizzatori, interfacce e applicazioni personalizzate, modificando processi produttivi, linee di assemblaggio, diagnostica e manutenzione industriale.

Le tecnologie smart nell’industria

Le industrie del settore manifatturiero costituiscono la base dell’economia di una nazione. Lo stile di vita quotidiano risulta fortemente influenzato dai beni  prodotti da tali aziende e dai servizi connessi all’impiego dei prodotti stessi. Le tecnologie chiave in esse impiegate, che attualmente soddisfano le prerogative dell’Industria 4.0, possono determinare impatti significativi nei modelli di produzione, nelle discipline coinvolte, nei modelli aziendali, nella logistica e nelle reti di approvvigionamento. Di seguito verranno esaminati gli aspetti legati all’impiego dei componenti smart negli ambiti produttivi.

Componenti smart e IoT

I componenti realizzati in contesti di produzione che fanno uso delle soluzioni fornite dall’Internet delle Cose (Internet of Thing, IoT), risultano essere trasformati in componenti smart. Tali componenti smart hanno funzionalità di percezione, di interazione e di interconnessione tra di loro, con la conseguenza prima incrementare ed estendere gli aspetti adattativi ed automatizzati delle funzioni di produzione.

Una delle caratteristiche principali degli ambienti di produzione abilitati all’IoT, all’interno dei quali ha luogo la realizzazione dei componenti smart, è la raccolta in tempo reali dei dati così come la loro condivisione tra le varie risorse (come il personale specializzato ed i materiali impiegati).

I componenti smart hanno funzionalità di percezione, di interazione e di interconnessione tra di loro, con la conseguenza prima incrementare ed estendere gli aspetti adattativi ed automatizzati delle funzioni di produzione.

Le tecnologie fondamentali, che supportano le attività di raccolta e condivisione dei dati in tempo reale, sono le tecnologie wireless e la tecnologia di identificazione RFID (Radio Frequency Identification).

L’industria manifatturiera intelligente

L’industria manifatturiera intelligente si pone l’obiettivo di conseguire l’ottimizzazione delle attività di produzione tramite l’impiego di tecnologie avanzate ed informazioni estese. L’approccio multidisciplinare a tale attività costituisce la base concettuale della produzione intelligente, che si concretizza nell’aggiornamento e nella gestione della produzione e degli aspetti progettuali, connessi ad una particolare tipologia di prodotto. Sulla base di queste osservazioni, vi è il sempre più crescente ricorso a materiali avanzati, a modelli decisionali adattativi, a sensori smart, all’analisi dei dati ed a dispositivi intelligenti, con lo scopo di facilitare la gestione dell’intero ciclo di vita di un prodotto. A seguito di queste considerazioni, risulta fondamentale l’approccio concettuale alla base del funzionamento dell’industria manifatturiera intelligente. Tale ecosistema di produzione viene realizzato attraverso l’adozione di nuovi modelli, forme e tecnologie il cui fine ultimo è la trasformazione dei componenti tradizionali in componenti smart. Un’ulteriore estensione di tali possibilità viene fornita dall’implementazione dell’ Intelligenza Artificiale, specie nelle attività di apprendimento e in quelle decisionali, riducendo il coinvolgimento umano, come nel caso della logistica, della composizione dei materiali costituenti il componente e del controllo e monitoraggio in tempo reale dei vari processi di produzione.

La sensoristica integrata

La sensoristica costituisce un settore scientifico, con relativo comparto tecnologico, che si occupa dello studio, della progettazione e della realizzazione di sensori. Il sensore può essere genericamente definito come un dispositivo che si trova in diretta interazione con il sistema misurato. In ambito industriale, tale definizione viene riferita all’ambito strettamente metrologico, per cui si definisce sensore quel componente che fisicamente effettua la trasformazione della grandezza in ingresso in un segnale di altra natura.

Tra i principali esempi di sensoristica integrata (di fatto precursori della sensoristica smart), vi è l’impiego dei giunti di monitoraggio continuo della coppia, come parte integrante di molti programmi di manutenzione predittiva nel settore petrolchimico e nelle industrie di trasformazione.

Tali giunti torsiometrici misuravano fisicamente la potenza trasmessa tra le due macchine a cui erano connessi. La potenza veniva rilevata tramite la misurazione contemporanea della coppia (Nm) e della velocità angolare (rad/s); nel caso, ad esempio, dell’istallazione tra una turbina a gas ed un compressore, il giunto consentiva all’operatore di ottimizzare il funzionamento della turbina, al fine di ottenere la massima potenza in uscita con un consumo contenuto di carburante. Tali componenti venivano così collegati direttamente alle macchine motrici principali, per conseguire funzionalità specifiche come l’ottimizzazione del bilanciamento del carico tra motori multipli, la gestione dei sistemi di controllo anti-picco, la determinazione delle incrostazioni nelle turbine a gas e nei compressori e dei depositi sulle pale della turbina. Le metodologie di misurazione impiegate da questi componenti erano principalmente due:

  1. misurazione della deformazione torsionale localizzata;
  2. misurazione della deflessione torsionale complessiva.

Un tipico setup di tali sensori viene mostrato nella figura 1; si trattava, in pratica, di un sistema di misurazione della coppia tramite l’impiego di estensimetri.

Fig. 1 – Setup tipico di un misuratore di coppia ad estensimetri.

Dal momento che lo spaziatore del giunto veniva esposto a carichi assiali, centrifughi e da disallineamento, oltre che alla coppia, gli estensimetri componenti gli elementi circuitali del ponte di Wheatstone, mostrato in figura 1, dovevano essere montati precisamente ad una inclinazione di 45° rispetto all’asse del giunto, in modo da minimizzare le deformazioni da questi carichi ulteriori.

L’esempio considerato di sensoristica integrata, concepito verso la fine del ventesimo secolo, presentava diversi aspetti interessanti, che precorrevano quelli dei sistemi di sensori impiegati nella trasformazione dei componenti classici in componenti smart.

In settori industriali come quello energetico, delle attrezzature industriali e della movimentazione dei materiali, vi è la primaria esigenza di estendere il ciclo di vita di tutti i componenti critici dei macchinari e delle attrezzature impiegate. A tale scopo risulta opportuno avvalersi delle possibilità e delle funzionalità fornite nei contesti di applicazione dell’IoT.

Ulteriori funzionalità consentono l’accesso immediato all’identificazione accurata ed aggiornata del seriale del prodotto e dell’identificazione del modello, tramite sistemi barcode, QRcode o RFID, al fine di visualizzare l’inventario a disposizione in tempo reale. Integrando il tutto alle soluzioni fornita in ambito di IoT, anche l’utente finale potrà ricevere aggiornamenti in tempo reale su eventuali upgrade o sulle prestazioni attuali di un determinato componente.

Tra i principali esempi di sensoristica integrata (di fatto precursori della sensoristica smart), vi è l’impiego dei giunti di monitoraggio continuo della coppia, come parte integrante di molti programmi di manutenzione predittiva

Il ruolo del fornitore di componenti

I fornitori di componenti più evoluti stanno implementando nuove tecnologie di sensoristica di coppie e vibrazioni per adeguarsi alle prerogative dell’industria 4.0, specie per quanto riguardo l’integrazione dei sistemi che consentiranno il monitoraggio del componente smart sia in condizioni operative, sia per le esigenze di manutenzione predittiva ordinaria e straordinaria. All’avanguardia in tal senso R+W, azienda tra i leader nella produzione di giunti e alberi di trasmissione, che da sempre mette la sua esperienza a disposizione del progettista.

R+W è stata una delle prime realtà industriali ad avvertire la richiesta di componenti intelligenti da parte del mercato e ha saputo rispondere prontamente progettando il primo giunto smart: AIC, acronimo di Artificial intelligence Coupling che verrà presentato in occasione di MECSPE 2020 (Parma, 29-31 ottobre 2020). «Ci siamo resi conto che l’industria 4.0 per raggiungere il massimo dell’efficienza deve avere sempre più componenti in grado di auto-monitorarsi e di monitorare il funzionamento della macchina dalla manutenzione a un controllo delle prestazioni continuo, senza dimenticare la capacità di prevedere guasti e rotture delle varie parti del motore», spiega Davide Fusari, Country manager di R+W Italia.

La tecnologia sviluppata da R+W permette di registrare alcuni parametri di esercizio (temperatura, vibrazioni, disallineamento della coppia che sta trasmettendo e altro) grazie alla sensoristica integrata nel giunto stesso. Diversi giunti R+W sono già disponibili in versione Smart; la gamma di giunti che possono integrare questa tecnologia è in fase di ampliamento. Il risultato, che rappresenta il più evoluto esempio di componentistica smart attualmente disponibile, permette di realizzare macchine sempre più efficienti, precise e in grado di controllarsi continuamente per prevedere eventuali guasti che andrebbero a impattare negativamente sulla produttività.

L’innovativa soluzione di R+W, visibile in anteprima a Mecspe allo stand G05, pad. 5, fornisce la flessibilità sempre crescente richiesta dalle aziende clienti, che in misura sempre maggiore sono orientate all’acquisizione dati in ottica di Industry 4.0.

 

 

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