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Servomotori più piccoli possono essere fondamentali per macchine adattive per la personalizzazione di massa

29 Set 2021
Esperti di Kollmorgen

 

beverage mass customization

Tendenze di settore e del mercato

Oggi bastano pochi clic e qualche pulsante per ordinare bicchieri personalizzati, maglie su misura da una macchina per maglieria 3D e scarpe create a partire da un modello ottenuto con un'app per fotocamera. È la personalizzazione di massa e sta cambiando non solo il modo in cui i consumatori fanno gli acquisti, ma anche il modo in cui sono realizzati i prodotti. Per i produttori che intendano offrire opportunità di personalizzazione, la vera e propria personalizzazione di massa a lotto singolo richiederà però molto di più che il semplice acquisto dell'ultimo modello di stampante 3D. È essenziale comprendere l'intera catena di fornitura coinvolta, dall'ideazione e progettazione dei prodotti alla produzione e logistica.

Tecnologia nuova a supporto di idee vecchie

Auto mass customization La personalizzazione di massa non è un'idea del tutto nuova. Toyota ha giocherellato con questo concetto verso la fine degli anni '80 e Nike l'ha immessa sul mercato alla fine dei '90. Le nuove tecnologie stanno tuttavia spostando e spingendo i comportamenti dei consumatori verso esperienze più interattive e personalizzate. Quello che era la personalizzazione con qualche opzione in più aggiunta sulla scheda di vendita si è trasformata in un'esperienza più coinvolgente e individuale, che si tratti di cibi e bevande, prodotti farmaceutici, autoveicoli o abbigliamento.

Il fattore alla base di questo cambiamento è stata l'evoluzione nelle tecnologie legate ai consumatori e alla produzione. I consumatori utilizzano tecnologie mobili per personalizzare le esperienze di acquisto e modificano le tradizionali catene di fornitura (oltre a tutto il discorso sulla sostenibilità). Gli OEM a loro volta creano macchinari sempre più avanzati, in grado di eseguire movimenti più precisi e complessi che adattano singoli prodotti e spedizioni alle esigenze dei consumatori. A questo punto però i consumatori sono gli attori in primo piano nello spingere OEM e produttori verso la personalizzazione di massa. È stata una manna per i consumatori, con ripercussioni sull'efficacia globale per i produttori, e se continuerà, può rappresentare un guadagno inaspettato per gli OEM.

Gli OEM tentano di recuperare sui consumatori

Ora tocca agli OEM reagire. Ma non è semplice come accendere un interruttore. Storicamente, i produttori si organizzerebbero in modo da ottimizzare cicli produttivi a lungo termine, generando numeri elevati. Una transizione richiede la messa fuori servizio di una linea, la sua pulizia e modifica completa. È un'operazione lunga e costosa che rallenta i tempi di commercializzazione. Nel settore della stampa, dell'imballaggio, del riempimento e della pallettizzazione, le aziende ricevono sempre più spesso richieste di personalizzazione di massa per adeguarsi alle esigenze di altre aziende all'interno della catena di fornitura. Poter apportare modifiche immediate senza dover arrestare una linea migliorerebbe notevolmente l'efficienza globale e permetterebbe di reagire più rapidamente alle richieste del mercato.

Ad esempio, un produttore è alle prese con la realizzazione di 20.000 bottiglie con una confezione standard. C'è però un rivenditore che desidera sfruttare l'evento e ordina 5.000 bottiglie con confezione personalizzata da consegnare a punti vendita selezionati. Dalla stampa alla spedizione tutti i produttori della catena di fornitore dovrebbero produrre su richiesta. Idealmente i produttori dovrebbero poter mettere in pausa le linee interessate, collegarsi direttamente al sistema di gestione del cliente e apportare le modifiche seduta stante. Se non devono arrestare la produzione, i produttori possono beneficiare di un aumento immediato dell'efficienza globale per tutti gli ordini in corso.

OEM: la generazione futura

L'implementazione di una personalizzazione di massa a lotto singolo può introdurre flessibilità e reattività da parte del consumatore nell'ambito del processo produttivo, ma crea anche uno stress enorme a livello di ciclo produttivo in termini di efficienza, prestazioni e qualità. Questa quantificazione di efficienza, prestazioni e qualità è alla base dell'OEE o efficienza globale:

  • è necessario che le macchine riducano il tempo perso in ore di produzione pianificate quando occorre un nuovo lotto.
  • Gli OEM devono essere consci dell'effettiva velocità e produttività delle macchine e garantire che le prestazioni siano quelle previste.
  • Con il passaggio da un lotto all'altro è essenziale che il numero di prodotti realizzati raggiunga la quota indicata e che tali prodotti siano conformi alla qualità richiesta.

Occorre una nuova generazione di macchine, dette adattive, per adeguarsi ai prodotti lasciando da parte il processo rigidamente sequenziale di adattamento dei prodotti alle macchine. Le macchine dovranno allinearsi ai modelli di business digitali prevalenti, quali ad es. realizzazione su misura, e-commerce e vendita diretta, pur con un buon rapporto qualità/prezzo nella produzione in lotto singolo. Una macchina adattiva si basa sul movimento sincronizzato e controllato in maniera indipendente di ciascun prodotto o kit su una linea di produzione. Per questo occorre scardinare la nozione tradizionale di macchine e iniziare a pensarle come applicazioni meccatroniche che mescolano componenti meccanici, elettrici, elettronici e software creando moduli pronti all'uso.

Tutto inizia dai dati (o dai big data)

I consumatori stanno spingendo verso la personalizzazione di massa e questa spinta si basa sulla notevole quantità di dati prodotti. L'idea alla base di Industria 4.0 e del concetto di macchina adattiva è la standardizzazione dei dati e il modo in cui vengono scambiati in un sistema (anche all'interno della catena di fornitura). Non sono solo i dati vengono dall'esterno (cioè dai consumatori), ma anche quelli creati durante la produzione. L'analisi approfondita dei dati permette ai produttori di valutare e regolare le prestazioni della macchina nell'ambito di un processo interno o da un'altra macchina in tempo reale. La tecnologia dell'edge analytics è in grado di elaborare i dati senza doverli inviare nel cloud, permettendo di integrarli in un sistema di pianificazione delle risorse per migliorare programmazione e flessibilità.

Come costruire una macchina adattiva

L'utente finale rappresenta il fattore chiave quando gli OEM programmano le macchine e il valore aggiunto che devono apportare. Per una personalizzazione a lotto singolo la macchina deve creare un prodotto su misura mediante riempimento, stampa, imballaggio o pallettizzazione. Anche se le attuali configurazioni possono rendere difficile la personalizzazione immediata, gli OEM possono progettare le macchine con un motion avanzato per tenere il passo con il numero crescente di unità a magazzino necessarie in conseguenza della personalizzazione di massa. Possono incrementare la flessibilità produttiva pur mantenendo fede agli obiettivi di efficienza globale.

I servomotori si rimpiccioliscono

Se parliamo di motori, la tendenza è verso servomotori più piccoli. Fino a quindici anni fa una macchina incartonatrice media poteva avere quattro assi di asservimento. Oggi un'incartonatrice può avere da 16 a 20 assi e permette il comando asservito di funzioni come piegatura dei lembi, squadratura, compressione e cambi di formato. Servomotori più piccoli aggiungono nuove funzionalità e aumentano l'automazione del processo, permettendo agli OEM di differenziare i propri prodotti.

Con tutte queste differenze a livello di retroazione, funzioni, requisiti di potenza e schemi di comando, non esiste più una soluzione di servoazionamento universale. Gli OEM potrebbero pensare di mescolare e abbinare dispositivi di retroazione, protocolli di comunicazione e funzionalità dei motori. Ad esempio, un motore frameless può integrare il movimento direttamente nel punto di articolazione, alleggerendo peso ed ingombro ed eliminando componenti inutili quali riduttori, cinghie e pulegge. Tuttavia, per garantire una produzione di qualità elevata occorre la sincronizzazione in tempo reale tra servoassi, CNC e sistemi robotici.

Controllo avanzato

Oltre agli aspetti meccanici di un sistema di motion differenziato, la capacità di ottenere la personalizzazione di massa risiede nella connettività. Un sistema connesso garantisce che tutti i dispositivi possano interconnettersi tra loro. Ad esempio, mentre il controller del sistema raccoglie dati, può utilizzarli per comandare il sistema e condividerli con i dispositivi a monte.

Convenzionalmente le macchine hanno utilizzato controllori logici programmabili (PLC) per elaborare varie informazioni ed emettere segnali seguiti da programmi sequenziali. Un controller di motion separato collegato al PLC tramite bus di campo comandava i servoazionamenti. Questa configurazione era ottimale per cicli di produzione su larga scala. La produzione digitale agile richiede però controller in grado di eseguire task più complessi in parallelo. Questo ha portato allo sviluppo di controller di automazione programmabili (PAC), permettendo agli OEM di preparare i loro macchinari per Industria 4.0. Una singola piattaforma hardware ad anello chiuso che integra controllo logico e di processo, motion control, visualizzazione, linguaggi di programmazione di alto livello e strumenti di sviluppo software, può eliminare i problemi di interfacciamento e semplificare i principi di progettazione modulare, inclusa la personalizzazione di massa a lotto singolo. Quando scegli una piattaforma di controllo di nuova generazione, mitiga il rischio cercando la conformità con standard del settore quali IEC61131-3 e PLCopen e sistemi di controllo in grado di comunicare e fungere da gateway per Ethernet TCP/IP (HTTP API), Profinet, EtherNet/IP e EtherCAT.

Per i produttori questa connettività aperta all'interno del sistema permette ai loro software di pianificazione delle risorse aziendali (ERP) di comunicare direttamente con il sistema di motion e adattare la produzione su richiesta a livello di singola macchina o di sistema di produzione nel suo complesso. Le possibilità di errore sono ridotte poiché i dati vengono trasmessi automaticamente dal sistema e non scritti a mano o a macchina. Non è possibile scrivere male un numero o premere più tasti sulla tastiera. È un sistema stabile e connesso che aumenta la qualità, riduce gli errori, incrementa la produttività e quindi migliora l'efficienza globale.

Non sacrificare la qualità sull'altare della velocità

La sfida della produzione personalizzata è mantenere la qualità nel ciclo di realizzazione del prodotto. È fantastico essere rapidi e flessibili, ma questo non significa sacrificare la qualità. Un'elevata varietà nei prodotti richiede sistemi di ispezione e tracciamento avanzati che sono flessibili e integrati. Ad esempio si possono utilizzare sistemi di visione avanzati, serializzazione e tracciamento per ottimizzare i processi di stampa, riempimento, imballaggio e pallettizzazione man mano che diventano più complessi. Con i big data, servomotori avanzati e protocolli di comunicazione aperta possono creare coerenza nel processo produttivo con una ripetibilità elevata, e il sistema è in grado di segnalare la presenza di un errore nella linea.

Da lotti grandi al lotto singolo

Può sembrare audace, ma i produttori possono rimanere competitivi senza dover rivoluzionare la fabbrica con costi esorbitanti. Possono collaborare con altri OEM per iniziare a trasformare le proprie attività nell'ottica della personalizzazione di massa ed infine passare alla produzione a lotto singolo.

  • Identifica le aree di produzione che trarrebbero vantaggio dal passaggio ad un sistema più automatizzato
  • Pianifica strategicamente le attrezzature prossime al "fine vita" e aggiornale o aggiungine ove necessario
  • Coopera con un fornitore di motion, ad es. Kollmorgen, per scoprire come personalizzare in maniera ottimale, rapidamente e con efficienza, sistemi di motion differenziati.

Gli OEM si trovano di fronte ad un numero sempre maggiore di richieste di personalizzazione da parte di produttori (e di conseguenza consumatori), ma ritengono che i prodotti di motion commerciali (COMTS) siano insufficienti. È a questo punto che occorre collaborare con un leader nella progettazione. Gli OEM possono sfruttare gli esperti di progettazione condivisa di Kollmorgen per ottenere motion e automazione semplici e potenti. Grazie a strumenti avanzati, corsi di formazione e assistenza, Kollmorgen dispone di mezzi senza rivali per contribuire a rendere più snella e semplice la personalizzazione di massa nell'ambito dell'intera catena di fornitura.

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Questo blog è il risultato della collaborazione di un team di esperti di motion & automation in Kollmorgen, tra cui ingegneri, addetti al servizio clienti ed esperti di progettazione. In qualsiasi fase del vostro progetto vi troviate, noi siamo qui per aiutarvi.

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