Nelle fabbriche di oggi, per prevenire danni alle macchine, i sensori spesso attivano un allarme non appena l'apparecchiatura inizia a mostrare comportamenti sospetti, ma raramente questi dati del sensore vengono sfruttati appieno. All'anteprima di Hannover Messe il 12 febbraio, 2020, i ricercatori dell'Istituto Fraunhofer per i sistemi di produzione e la tecnologia di progettazione IPK mostreranno cosa è possibile quando la tecnologia dei sensori è collegata a una piattaforma cloud:gestione del flusso di lavoro perfettamente coordinata e ottimizzazione di intere flotte di macchine utensili.

Le macchine utensili sono apparecchi di precisione. essi macinano, tornire e rettificare i pezzi con precisione micrometrica. Questa precisione può essere raggiunta solo quando le parti meccaniche lavorano perfettamente insieme e nulla vibra. Dopotutto, le vibrazioni possono essere trasmesse agli utensili e alla fine portare a errori e imprecisioni nel pezzo finito. Quando le cose vanno male, i reclami seguono e colpiscono il produttore nel portafoglio. Ecco perché è importante riconoscere tempestivamente i danni o l'usura delle macchine. Per questa ragione, molte macchine sono monitorate da sensori in grado di riconoscere, in base a leggere vibrazioni, per esempio, che un componente si sta lentamente consumando. I sensori possono emettere un segnale di avvertimento che la parte deve essere sostituita prima che si verifichi un danno. Questo è ciò che è noto come manutenzione predittiva, e ora ci sono numerosi sistemi di manutenzione predittiva sul mercato.

Ciclo di vita delle macchine utensili salvato nel cloud

In genere, però, i sistemi di manutenzione predittiva rimangono soluzioni autonome. Sebbene emettano un avviso in modo che un componente possa essere sostituito, queste preziose informazioni raramente vengono utilizzate ulteriormente. Gli esperti del Fraunhofer IPK di Berlino hanno ora sviluppato un sistema che fa molto di più con la manutenzione predittiva. Integrano la tecnologia dei sensori in una piattaforma Internet che memorizza l'intero ciclo di vita di una o più macchine utensili. Ciò apre la strada a un'analisi completa dei dati, che può essere utilizzato per ottimizzare macchine o interi processi di lavoro. In un'interessante dimostrazione, la squadra capitanata da Claudio Geisert, vice capo del dipartimento Macchine di produzione e gestione dei sistemi presso Fraunhofer IPK, mostrerà come funziona durante l'anteprima di Hannover Messe il 12 febbraio, 2020 nel padiglione 19 e durante la fiera stessa dal 20 al 24 aprile, 2020 presso lo stand comune Fraunhofer nel padiglione 6, Stand A26. Per la loro dimostrazione, i ricercatori hanno scelto un componente chiave di una macchina utensile:una vite a ricircolo di sfere, che muove un portapezzo nella macchina in modo estremamente preciso avanti e indietro su un mandrino.

Tali mandrini possono usurarsi nel tempo, che porta a vibrazioni indesiderate che possono creare difetti nel pezzo e che dovrebbero essere rilevate il prima possibile. Il sistema di manutenzione intelligente sviluppato da Fraunhofer IPK fa proprio questo. Il cuore del sistema è un circuito del sensore che contiene un chip sensore disponibile in commercio noto come sistema microelettromeccanico (MEMS). Questi MEMS sono piccoli componenti in silicio che ospitano sulla loro superficie vari moduli tecnologici interconnessi. In questo modo possono, ad esempio, misurare gli stimoli ambientali, come vibrazioni, e analizzarli con un processore collegato. Il MEMS e il processore insieme formano un nodo sensore. "Milioni di MEMS come questi sono installati oggi nelle auto e negli smartphone. Sono convenienti e tuttavia sufficientemente precisi per i nostri scopi, " afferma Claudio Geisert. Un elemento importante è che l'elaborazione dei segnali del sensore avviene direttamente sul nodo del sensore. Di conseguenza, il processore riconosce da solo un guasto e può trasmettere queste informazioni.

Gemello digitale della macchina utensile integrato nella piattaforma IoT

Le informazioni vengono trasmesse a una piattaforma Internet of Things (IoT), che invia un allarme alla sede del servizio, che poi decide cosa fare. Per esempio, potrebbe fissare una data opportuna per la sostituzione del mandrino per evitare fermi di produzione dovuti a fermi macchina. Inoltre, questa piattaforma IoT contiene un cosiddetto gemello digitale della macchina utensile, una copia digitale che contiene la storia della macchina e tutte le condizioni e i parametri operativi.

Richiama e analizza la cronologia della flotta

Se, alla fine, il mandrino difettoso viene sostituito, il gemello digitale riceve anche l'informazione che ora include un nuovo componente. "Replicare le condizioni reali delle macchine utensili facilita un'analisi completa, " spiega Claudio Geisert. Gli operatori delle macchine sarebbero in grado di riconoscere, Per esempio, se determinati processi sulle macchine aumentano significativamente l'usura, consentendo di adattare di conseguenza i processi di lavoro. E i produttori di macchine utensili possono trarre preziose indicazioni per ottimizzare ulteriormente i propri sistemi. "In definitiva, questo permette di richiamare e analizzare la storia di un intero parco macchine per individuare eventuali punti deboli, "dice Geisert.

Monitoraggio del parco macchine in tutte le sedi

Ma connettere la macchina reale con la piattaforma IoT presenta vantaggi anche per il personale in loco che esegue la manutenzione della macchina. Nella soluzione IPK, i tecnici scansionano prima un codice QR sulla macchina per verificare che stiano lavorando sulla macchina giusta. Ciò è particolarmente importante nelle aziende che dispongono di interi parchi macchine. Il componente può anche essere scansionato e confrontato con i dati nel gemello digitale, per garantire che un altro componente non venga sostituito accidentalmente. Inoltre, i dipendenti possono utilizzare un tablet per richiamare le istruzioni per il montaggio e lo smontaggio di un componente. Una volta effettuata la riparazione, possono avviare una corsa di prova direttamente dalla macchina. Se tutto è andato bene, they press an OK button to give the signal to update the component in the digital twin as well. "By connecting the machine and the sensors to the IoT platform, we now get, per la prima volta, a holistic picture of a machine or an entire fleet, " says Claudio Geisert. "This will enable large companies to monitor their full fleet of machines across individual locations." The IPK solution, which is being presented at the Hannover Messe Preview, is already so far developed that it can be used in industrial applications. It offers the possibility to adapt these technologies to the specific needs of various customers.