Un sistema di acquisizione e controllo dei dati in tempo reale aiuta i costruttori a mantenere il peso e lo spessore dello scafo entro i limiti

Nel settore delle imbarcazioni per il tempo libero, altamente competitivo, è fondamentale fornire prodotti che rispettino rigorosamente le specifiche di legge, sia per la soddisfazione della clientela che per i costi di produzione. Una delle specifiche più importanti è il peso delle imbarcazioni. È anche importante che il peso sia distribuito in modo uniforme per evitare deficit strutturali. Alla Brunswick Boat Group’s Advanced Composites organization, gli ingegneri stanno sviluppando e affinando strumenti di acquisizione e controllo dei dati progettati per dare agli operai che si occupano della spruzzatura degli scafi in vetroresina e di altri componenti un riscontro costante, necessario per evitare di aggiungere peso inutile all’imbarcazione finita e affinché ogni zona abbia il giusto spessore di vetroresina.

Lo scafo in vetroresina

Per capire il sistema di monitoraggio materiale (Material Monitoring System - MMS) per l'acquisizione e il controllo dei dati sviluppato dal team degli ingegneri di Sea Ray, è necessario prima comprendere il processo che l'azienda usa per creare lo scafo o altri componenti in vetroresina. I componenti sono forgiati con uno stampo femmina; per gli yacht più grandi di Sea Ray, questo stampo può misurare anche 18 metri di lunghezza, 5 di larghezza e 3 di profondità; uno scafo finito per uno yacht deve pesare 6 tonnellate. La prima fase del processo prevede l’applicazione a mano di un sottile strato di agente distaccante che consente di estrarre lo scafo completo dallo stampo, come fosse un cubetto di ghiaccio. Un operaio spruzza una resina gel pigmentata all’interno dello stampo, che conferisce allo scafo una patina viscida, un colore profondo e un elevata lucentezza.

Successivamente si passa alla fase più critica: applicare la giusta quantità di “trefoli spruzzati” al componente, con una stratificazione ben precisa. Una pistola a spruzzo con coltello taglia i filamenti di vetroresina da una bobina, rendendoli trefoli pronti per la spruzzatura, con lunghezza compresa tra 10 e 40 millimetri, poi li miscela ad un vinilestere termoindurente o resina di poliestere da applicare al rivestimento in gel. Tuttavia, senza un concreto riscontro sulle quantità consumate di vetroresina e resina per ciascuna area, la qualità del processo di spruzzatura dei trefoli dipende per buona parte dall’abilità dell’operaio di calibrare visivamente la quantità di materiale applicato. Questo fattore complica la possibilità di garantire che ogni sezione dello scafo ottenga la giusta quantità di vetroresina necessaria. Una spruzzatura eccessiva non solo aggiunge peso allo scafo, ma comporta anche uno spreco di vetroresina e resina.

Figura 1. Il sistema amplificatore di misura modulare PMX è ampiamente impiegato nella produzione industriale e nei banchi prova che richiedono un’elevata precisione, perché offre una conversione 24-bit A/D a ridotta rumorosità.

La sfida: un nuovo sistema di monitoraggio materiale

Sean Minogue, ingegnere strutturista nel gruppo addetto allo sviluppo prodotto e all’ingegneria di Sea Ray, è stato assunto nel 2012 con l’incarico di aggiornare buona parte dei processi dell’officina presso i molteplici stabilimenti di costruzione di barche di Brunswick. L’obiettivo era risparmiare costi e peso, in modo da consentire la costruzione di imbarcazioni con tolleranze maggiori. I metodi precedentemente usati per monitorare il consumo di vetroresina e resina erano tutt’altro che ideali. Ad esempio, per tenere traccia del consumo di vetroresina, si monitoravano i giri di una ruota, attorno alla quale erano avvolti i filamenti di vetroresina; il consumo di resina veniva dunque calcolato in base ai risultati di un contatore di cicli collegato ad una pompa pneumatica. Anche se entrambi erano operativi, tendevano ed essere inefficienti e non particolarmente precisi.   

Avanzando la sua proposta di aggiornamento del sistema, Minogue ha spiegato che “il sistema terrà traccia dell’uso di resina, trefoli e di altro materiale sfuso per ogni area. Questo ci consentirà di avere un monitoraggio del nostro lavoro confrontando in tempo reale i dati da soddisfare e quelli reali. Il sistema è espandibile per tracciare dati sul peso trainato, SKU, ore di lavoro, cicli di polimerizzzazione, tempo di ciclo (tempo medio tra l’inizio della produzione di un’unità e l’inizio della produzione di quella successiva), dati storici sul peso e, soprattutto, fornisce dati target in tempo reale agli operatori.”

Il cuore del nuovo sistema di monitoraggio materiale: il sistema dell’amplificatore di misura modulare PMX

Il nuovo MMS di Sea Ray, attualmente nelle ultime fasi di un beta test che è durato svariati anni nella linea di produzione degli yacht, è dotato di ruota e contatore di cicli. Minogue invece ha collegato un sistema di condizionamento del segnale PMX (figura 1) per caricare le celle da una bilancia ad alta precisione ad un pallet che sostiene le bobine di vetroresina e ad un trasmettitore di flusso collegato ad un flussimetro che controlla la quantità di resina convogliata a ciascuna delle due pistole a spruzzo. Un monitor di laminazione (figura 2), un sistema Power over Ethernet costruito su misura, con scanner di codici a barre Honeywell collegati, fornisce aggiornamenti costanti sui progressi agli operatori addetti alla spruzzatura. Ogni operatore scannerizza il codice a barre associato a ciascuna sezione dello scafo, che compare sullo schermo del monitor di laminazione. Man mano che l’operatore preme il grilletto della pistola a spruzzo, il monitor di laminazione visualizza l’uso del materiale e lo confronta con la quantità specificata in tempo reale.

Il sistema di monitoraggio della laminazione, sviluppato appositamente da DragonPoint Software, Inc., fornisce aggiornamenti sull’avanzamento del lavoro ai manager, aggiorna l’inventario, ecc., inviando i risultati al database di progettazione e qualità dello stabilimento (figura 3).

Figura 2. Questo monitor di laminazione per il sistema di spruzzatura della vetroresina è parte del sistema di monitoraggio del materiale di Brunswick (Material Monitoring System - MMS), ora nelle fasi finali del test beta.

Sono stati diversi i fattori che hanno portato Minogue a optare per una soluzione di condizionamento del segnale modulare come base per il proprio sistema di monitoraggio del materiale. Inizialmente ha considerato l’uso di condizionatori di segnale singoli per leggere i segnali da dispositivi analogici, soprattutto per la migliore disponibilità e convenienza. Successivamente però è stato portato a scegliere un sistema in grado di offrire la flessibilità necessaria per aggiungere facilmente più canali per i segnali destinati ad attrezzature aggiuntive per misurare l’uso del rivestimento in gel, la temperatura, l’umidità o altri fattori. Quando si misurano soltanto i segnali di peso e di flusso, un unico sistema PMX a 16 canali è in grado di far funzionare otto pistole a spruzzo. Minogue aggiunge “Per anni abbiamo usato i robusti apparecchi per l’acquisizione dati in mobilità di HBM, SoMat, nel nostro laboratorio di prova, quindi sapevo abbastanza bene che cosa potevano e non potevano fare. Mi sono interessato a PMX perché avevo bisogno di un dispositivo piuttosto avanzato e che avesse un’Application Programming Interface (API) incorporata in grado di consentire la costruzione di un database per leggere i segnali da tutti questi apparecchi”.

Il MMS di Minogue, nel corso di un anno di beta test, si è dimostrato insostituibile sulla linea di produzione degli yacht di Sea Ray presso lo stabilimento di Merritt Island, in quanto ha aiutato gli operatori a ridurre i costi di materiale, a lavorare con maggiore efficienza, migliorando il controllo del processo e rispettando i requisiti di peso per le parti finite. Per lo scafo Sea Ray 590, l’uso di questa tecnologia ha portato ad un risparmio di 1.000 sterline in trefoli di vetro e resina. Attualmente, il sistema MMS è candidato per l’uso sulle linee di produzione per Bayliner, Boston Whaler e altri modelli firmati Sea Ray in altri stabilimenti produttivi di Brunswick nei prossimi due anni.

Figura 3. Al cuore del sistema MMS di Sea Ray è presente un sistema amplificatore di misura modulare (#4) WGX002 PMX di HBM, Inc. Tra gli strumenti plug-in vi sono una scheda d’interfaccia Ethernet/IP PX01EP per integrare lo chassis PMX con le reti Ethernet/IP dello stabilimento e un modulo di misura a quattro canali PX401 da 4-20 mA per leggere i segnali d’ingresso analogici prodotti dalla bilancia digitale e dal trasmettitore di flusso.
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