Come funziona l’Internet delle cose industriale (IIoT) per le aziende di medie dimensioni?

La strada verso la conversione delle informazioni in un formato digitale non è facile per le piccole e medie imprese. Per questo motivo, uno dei cinque centri di competenza IIoT per le aziende di medie dimensioni fondati dal Ministero federale dell’Economia tedesco è stato costituito presso l’Università tecnica (TU) di Darmstadt. Qui le aziende possono apprendere i metodi usati per raggiungere la digitalizzazione.

La Learning Factory IIoT a Darmstadt. Le immagini sono state fornite dalla TU di Darmstadt.

Il "Center for Industrial Production" (CiP), una Learning Factory  relativa ai processi, è situato sui confini del Lichtwiese Campus di Darmstadt TU. All’interno è molto simile a ciò che si vede nelle aziende manifatturiere reali: l’ambiente di produzione rappresenta molte aziende industriali che lavorano con i macchinari. Nella Learning Factory dell’Institute for Production Management, Technology and Machine Tools presso la TU, è consentito testare il sistema di produzione presente. L’obiettivo è quello di ricreare lo sviluppo di un sistema di produzione esistente nel modo dell’IIoT per migliorare i processi produttivi attuali.

"Rispetto ad altre Learning Factory simili, Darmstadt ha una caratteristica che la distingue dalle altre"

“Rispetto ad altre Learning Factory simili, la TU di Darmstadt ha una caratteristica che la distingue dalle altre”, spiega Andreas Wank, impiegato scientifico dell’Institute for Production Management, Technology and Machine Tools, responsabile del progetto. "Non abbiamo soltanto creato una Learning Factory da zero su un terreno erboso, ma la stiamo sviluppando in modo tale che il suo livello rispecchi quello di molte piccole e medie imprese”. In altre parole, la produzione moderna non sarà creata in forma ideale partendo da nulla. Piuttosto, saranno ottimizzati dispositivi e processi da uno stadio precedente. L’Unione Europea è tra gli sponsor del progetto “Fabbrica efficiente 4.0”.

Gli eventi che presentano l’Internet delle cose industriale semplificano l’approccio

L’uso delle tecnologie digitali in produzione e nei processi di lavoro offre opportunità promettenti per una maggiore competitività e consente di aprire nuovi mercati. Il centro di competenza IIoT di Darmstadt è quindi il contatto principale per le piccole e medie imprese.  Offre una gamma completa di training pratico a costo zero, da come iniziare con l’Internet delle cose industriale fino a soluzioni concrete di sostegno. L’obiettivo si estende a cinque aree: la sicurezza IT, il lavoro ai tempi dell’IIoT, nuovi modelli aziendali, efficienza energetica e processi efficienti di valore aggiunto.

"Non abbiamo soltanto creato una Learning Factory da zero, ma la stiamo sviluppando in modo tale che il suo livello rispecchi quello di molte piccole e medie imprese”. Questo perché la produzione moderna non sarà creata come un ideale partendo da nulla. Piuttosto, saranno ottimizzati dispositivi e processi da uno stadio precedente”.

Andreas Wank, collaboratore scientifico presso l’Università tecnica di Darmstadt e project manager

Tanto potenziale di miglioramento nelle interfacce uomo/macchina

 

C’è un grande potenziale di miglioramento nelle interfacce uomo/macchina. Spesso nei processi manifatturieri servono immissioni manuali di dati e la documentazione della qualità è ancora cartacea. Pertanto, il primo passo per la maggior parte delle aziende è l’acquisizione di dati automatici e digitali. Questa "digitalizzazione" costituisce lo stadio primario dell’implementazione della visione IIoT.

Alla base del miglioramento c’è sempre un’analisi delle condizioni attuali. Nel caso della Learning Factory  relativa ai processi alla TU di Darmstadt, questo corrisponde ad un parco macchine con un’unità di controllo che risale al 2005, senza compatibilità di interfaccia e senza sistema di sensori dedicato. Un aggiornamento dell’interfaccia potrebbe costare circa €20,000 per macchina – un investimento non da poco.

Ma anche senza questo aggiornamento, le macchine più vecchie possono essere parzialmente collegate in rete. Per esempio, è stato posizionato un adattatore su un tornio tra un sensore per la misurazione del livello di riempimento del refrigerante e l’unità di controllo dei macchinari per fornire un accesso bidirezionale tramite tablet. I comparatori per l’ispezione finale del prodotto per la truciolatura sono collegati in rete con un sistema di acquisizione dati centrale che rileva se il prodotto è conforme ai requisiti e invia messaggi d’errore automatici. I trasformatori attuali sono stati quindi collegati ad altri dispositivi e possono essere usati per determinare il carico con cui la macchina sta funzionando. I dati sono accessibili attraverso il sistema di controllo centrale.

Andreas Wank dimostra come i tablet possono supportare l’ispezione prodotto. Le immagini sono state fornite dalla TU di Darmstadt.
Il funzionamento remoto tramite dispositivi mobili è un aspetto importante di IIoT. Le immagini sono state fornite dalla TU di Darmstadt.
I chip RFID sono usati per tenere traccia dei prodotti e dei componenti e queste informazioni possono essere raggiunte in remoto dai dipendenti responsabili o persino dai clienti. Le immagini sono state fornite dalla TU di Darmstadt.
La postazione di lavoro in fabbrica del futuro è dotata di dispositivi smart, come i tablet, che sostituiscono le istruzioni su carta. Le immagini sono state fornite dalla TU di Darmstadt.

I ruoli dei dipendenti stanno cambiando

 

I tablet con interfaccia di controllo, parzialmente sviluppati internamente presso la TU, sono usati anche in diverse postazioni nella Learning Factorye anche per l'accesso remoto. Questo dimostra come le interfacce uomo-macchina possono essere ottimizzate anche negli ambienti produttivi preesistenti.

"I dati della fabbricazione son registrati e inoltrati verticalmente nell’azienda ai dipendenti responsabili".

spiega Andreas Wank. Se ci sono problemi con i controlli di qualità, per esempio, il responsabile di produzione riceve un messaggio sul tablet o sullo smartphone e può arrestare il processo. Il lavoratore responsabile nella produzione può fare clic sul tablet per avviare una videoconferenza e individuare il problema.

L’esempio dimostra già come le competenze dei dipendenti dovranno spostarsi nel corso della configurazione dell’Internet delle cose industriale. Man mano che le macchine assumono mansioni di routine e si controllano autonomamente, l’uomo sarà sempre più necessario per intervenire in caso di problemi. I dipendenti assumeranno quindi ruoli decisionali e di problem solving.

I dipendenti possono accedere a informazioni su misura per le loro mansioni attuali. Le immagini sono state fornite dalla TU di Darmstadt.

Le informazioni necessarie

Per i produttori che incorporano l’Internet delle cose industriale, i dipendenti accedono e ricevono le informazioni di cui hanno bisogno. Anche un numero di lotto di uno non sarà più un caso speciale laborioso, come già dimostrato dalla Learning Factorydella TU. Diversi video di assemblaggio sono accessibili e possono essere proiettati sui tavoli di lavoro bianchi per ciascun dipendente a seconda delle qualifiche.  I video vengono registrati per produzioni  altamente variabili con prodotti reali e possono essere variati con un sistema modulare. L’obiettivo dell’IIoT è semplificare il processo per il dipendente, non il contrario. Ciò consente di accelerare i processi e semplificare il lavoro.

Collegamento in rete di macchine e sistemi

Oltre a collegare in rete uomo e macchine, l’IIoT comprende anche il collegamento dei dispositivi tra loro. Una parola chiave è "comunicazione M2M" (da macchina a macchina). Per prima cosa, i prodotti vengono dotati di un transponder, un chip o un codice letto su ogni macchina e che può essere arricchito di informazioni aggiuntive. Nella Learning Factory di Darmstadt un sistema RFID per il trasferimento senza fili dei dati tra macchinari e prodotti è già in uso – con qualche piccola eccezione. Ad esempio, il materiale grezzo all’inizio non ha un proprio transponder, perché questo non sopporterebbe la fresatura. Ciò che può essere rintracciato invece è il piccolo trasportatore in cui si muove attraverso lo stabilimento. In questo modo, il percorso dei componenti attraverso la fabbricazione può già essere mappato, creando la base per un sistema di controllo della qualità integrato. Combinando le informazioni aggiuntive raccolte, consente di calcolare il consumo di energia per prodotto. Il potenziale di risparmio sarà quindi più facile da riconoscere.

Un esempio pratico: controllo intelligente di una catena di misura

Un elemento chiave di questa produzione interconnessa è il controllo della catena di misura, nella quale vengono raccolti ed elaborati i dati di tutti i sensori in uso. Per capire che aspetto avrà si può usare l'esempio dell’amplificatore industriale PMX di HBM. L’amplificatore industriale è uno dei tanti dispositivi di diversi produttori che portano in vita la produzione digitalizzata nei campus universitari ed è particolarmente adatto a migliorare le catene di produzione preesistenti.

Il sistema intelligente per l’acquisizione di dati monitora e controlla l’intera catena di misura produttiva (con il "monitoraggio delle condizioni"), garantendo che importanti processi di sostegno, come la gestione della qualità e la manutenzione, siano ottimizzati. PMX è anche dotato di software basato sul web, con un’interfaccia utente moderna.

I sistemi di produzione possono essere collegati in tempo reale con PMX tramite un collegamento Ethernet industriale integrato. PMX utilizza anche schede di dati elettroniche, o prospetti dati elettronici del trasduttore (TEDS) per rilevare il sensore nella catena di misura ed è in grado di parametrizzarli di modo che tutto sia nuovamente pronto all’uso. I guasti, le deviazioni e le ridondanze sono quindi rilevati, riferiti o bypassati. I processi e l’uso di risorse dello staff diventano più efficienti. Il sistema ha anche la capacità di “apprendere” e adattarsi. L’obiettivo è l’auto-ottimizzazione basata su cifre chiave assegnate. L’uso dei sistemi moderni in questo modo consente di ridurre i costi di fabbricazione aumentando qualità e velocità.