Impianti di Automazione Industriale

sistemi di automazione industriali

 

Gli impianti di automazione industriale sono il cuore dell’industria 4.0, realtà innovativa ormai consolidata.
Per un’azienda che punta all’efficienza e alla produttività è molto importante capire, oltre a cos’è l’automazione, cosa sono gli impianti, i sistemi di automazione industriale e in cosa consiste la progettazione dell’impiantistica automatizzata.

 

Cos’è l’automazione


Prima di approfondire la tematica, è indispensabile porre l’attenzione su cos’è l’automazione.

Butera (1990) la definisce come “un fenomeno che ha – insieme – natura tecnologica economica, organizzativa e sociale, e ha per oggetto la gestione e l’evoluzione di complessi sistemi tecnico-organizzativi che realizzano processi produttivi di prodotti e/o servizi”.

L’automazione fa riferimento alla tecnologia che usa sistemi di controllo (ad esempio: sistema MES, software gestione produzione industriale, software logistica trasporti, software ERP logistica, sistema MRP) per gestire macchine e processi, riducendo la necessità dell’intervento umano.

Essa può anche essere letta come integrazione tra le macchine stesse, tra i diversi strati della produzione, tra le funzioni aziendali, tra fabbricazione e processi informativi gestionali e tra le forme di controllo economico e gestionale.

L’automazione nasce con lo scopo di sostituire l’uomo in compiti ripetitivi o nocivi, quindi come meccanizzazione.

Tuttavia, essa non si riduce a ciò ma va ben oltre, comprendendo l’integrazione delle macchine in un sistema più ampio di regolazione e controllo che si autogoverna, come avviene nell’industria 4.0.

Non si tratta quindi solo della capacità di sostituire il lavoro umano, ma più che altro si riferisce alla pianificazione, alla supervisione e alla gestione dei processi, con interventi di riconfigurazione della produzione.

Un tassello fondamentale in questo sviluppo è rappresentato dalla nascita del World Wide Web negli anni ’90.
Esso ha consentito la nascita dell’Internet of Things, che collega in rete sensori, attuatori, software di elaborazione e database di archiviazione per scambiare dati in tempo reale e rilasciare informazioni utili a prendere decisioni (o, attraverso il confronto con lo storico, procedere autonomamente).

Un esempio è la manutenzione predittiva: i dati forniti dai sensori posti sul macchinario o sulla linea dell’impianto vengono elaborati da appositi software che consentono di “predire” un guasto, quindi intervenire prima che questo si verifichi.

 


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Cosa sono gli impianti di automazione industriale


A questo punto è utile specificare cosa sono gli impianti.

Essi sono rappresentati dall’insieme complessivo di capitali, macchine, mezzi e addetti atti a sfruttare le risorse materiali ed energetiche per trasformarle in prodotti finiti a maggior valore aggiunto attraverso processi chimico fisici o processi di fabbricazione e/o montaggio.

L’impianto si inserisce nel sistema produttivo complesso rappresentato dall’impresa o azienda, rivolta in generale al perseguimento di obiettivi economici, ottenendo in uscita beni (merci o servizi) di maggior valore delle materie prime o merci in ingresso, in modo da produrre un utile, compensati tutti i costi di produzione.

Gli impianti industriali si suddividono in:

  1. Tecnologici.
    Essi sono composti dalle macchine che diversamente operano nella produzione.
    Ogni apparecchiatura o sistema svolge un preciso compito e assicura un determinato servizio.
    Vi rientrano, ad esempio, le macchine fustellatrici, il pallettizzatore, la linea di movimentazione pallets, l’ avvolgipallet, i nastri trasportatori e le etichettatrici industriali.
  2. Di servizio.
    Questi impianti sono quelli complementari, costituiti da tutte quelle strutture che, pur non apportando direttamente valore aggiunto al prodotto, creano quella condizione necessaria per garantire un corretto funzionamento degli impianti tecnologici.
    Si tratta, ad esempio, di macchine lavapezzi, trasduttore, trasloelevatore magazzini automatici, impianti di aspirazione o ventilatori industriali.

Inoltre, l’impiantistica può essere:

  • Meccanica
  • Elettrica
  • Idraulica
  • Elettromeccanica

Gli impianti di produzione possono anche essere classificati in base ad alcune unità di analisi come:

  1. La natura delle trasformazioni e del prodotto finito.
  2. Le dimensioni dell’impianto stesso.
  3. Il rapporto tra capitale e lavoro.
  4. Il processo produttivo o diagramma tecnologico.
  5. La continuità del processo produttivo stesso.

Sistemi di automazione industriale


I sistemi di automazione industriale possono essere descritti come una piramide.

Su questa base, il modello CIM (Computer Integrated Manufacturing) illustra la logica di funzionamento di un sistema automatizzato a livello industriale.

Questa piramide si compone di diversi livelli che, partendo dalla base del sistema, arrivano alle strutture aziendali generali.
Questi sono:

  1. Il livello “campo”, che si trova alla base della piramide; esso rappresenta il luogo dove si trovano i processi da controllare e in cui sono posizionati tutti i sensori per la misurazione dei dati di esecuzione.
  2. Il livello superiore è il “controllo”, dove si trovano i dispositivi di automazione come regolatori, controllori, attuatori, HMI locali, tecnologie RFID ecc.; essi si occupano di elaborare informazioni e dati dai sensori, che vengono poi combinati con i parametri degli obiettivi da raggiungere.
  3. Il livello successivo è la “supervisione”, che avviene tramite computer e sistemi di monitoraggio da remoto (ad esempio i radiocomandi per carriponte, gru a cavalletto, semovente ecc.).
  4. Infine, vi è il livello “impresa”, che comprende tutte le ulteriori attività aziendali.

In base alle funzioni svolte nei sistemi di produzione, si possono individuare tre tipi fondamentali di componenti di un sistema di automazione

  • I sensori, che hanno come obiettivo la misurazione di grandezze di interesse per valutare lo stato di avanzamento e/o il corretto svolgimento del lavoro in esecuzione;
  • Gli elaboratori, i quali, sulla base delle misure fornite dai sensori e degli obiettivi del lavoro in esecuzione, decidono le azioni da intraprendere;
  • Gli attuatori, che eseguono le azioni comandate dagli organi di elaborazione.

Un esempio di sistema automatizzato in ambito logistico è offerto dal magazzino automatico verticale.

 


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Progettazione impianti di automazione industriale


La progettazione degli impianti di automazione industriale rappresenta una delle fasi più importanti e complicate.
Il progetto deve essere realizzato con estrema professionalità, prevedendo tutte le evenienze di funzionamento e tutte le casistiche che possono verificarsi.

La pianificazione si articola in tre momenti:

  1. Studio della fattibilità tecnico/economica.
    Qui rientra il product and process design, la definizione di ciò che è necessario al funzionamento dell’impianto, la scelta della potenzialità produttiva in base al rapporto tra costi e budget.
  2. Progettazione degli impianti di automazione industriale.
    Qui rientra la realizzazione del progetto di layout generale e di quello dettagliato, cui segue la progettazione esecutiva.
  3. Realizzazione del progetto.
    Include la definizione di tempi e metodi di realizzazione dell’impianto di automazione industriale, nonché lo sviluppo e il controllo delle varie fasi di realizzazione.

Nel ciclo di vita dell’impiantistica automatica, questi momenti saranno succeduti da varie fasi di modifica e aggiornamento.

La progettazione di impianti di automazione industriale può essere considerata come un processo che coinvolge diverse figure, che devono comunicare tra loro:

  • Il cliente che, con gli altri, definisce le specifiche.
  • Ingegneri industriali che definiscono il layout di impianto, delle strutture e dei componenti hardware in generale.

Informatici e controllisti che operano sulla definizione e sullo sviluppo dei sistemi software e di controllo.

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