Un flusso produttivo davvero ottimizzato

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Il tormentone tecnologico nel settore automobilistico è la ‘multipiattaforma’ e Lenze da anni partecipa attivamente alla soluzione tecnologica per soddisfare questa aspettativa.

La produzione automobilistica è sempre più condizionata dall’elevata efficienza degli impianti; questa efficienza si misura in termini di commissioning degli impianti (poiché i semilavorati dell’impianto giungono da differenti e lontani siti produttivi), in termini di consumi energetici durante il funzionamento, in termini di manutenzione predittiva e preventiva. Di qui la necessità di lavorare con i fornitori così detti ‘strategici’ in un’attività di co-design per le soluzioni di impianto e di tecnologia.

Un partner avanzato. Lenze si è rivelata un ottimo partner, confermando la propria scelta di essere sempre meno un fornitore di componenti e sempre più attore propositivo nelle definizioni di architetture ‘motion centric automation’. La scelta di sistema condivisa con i clienti  è di tipo ‘drive based’, proprio per soddisfare un primo requisito di impianto: grande modularità nei segmenti e facile duplicabilità della soluzione.

Entrano quindi in campo i seguenti prodotti del catalogo Lenze: azionamenti serie 8400-Motec,  inverter decentrato con potenza fino a 7,5kW in grado non solo di comunicare attraverso i vari bus di campo, ma anche di consentire la gestione di I/O direttamente in locale; azionamenti serie 8400-Protec: inverter decentrato in grado di soddisfare funzionalità di positioning, speed and torque control e con le 100 function blocks integrate capace di gestire direttamente le funzioni tipiche di uno skid e di una power roller table a elevata dinamica (velocità superiori ai 100m/min). Nella versione ‘EMS’ è perfetto per la gestione completa dell’automotore o dello AGV; azionamenti da quadro serie 8400 TopLine e 9400 (con potenze fino a 400kW) che con i blocchi funzione strutturati e la possibilità di lavorare su DC-Bus hanno consentito la gestione di elevatori e pantografi a elevate prestazioni.

Per tutta la famiglia degli azionamenti Lenze, la facile duplicabilità delle motorizzazione è stata assicurata dalla ‘memory module’: un solo hardware nel quale scaricare l’applicazione specifica (anche a scrivania) e quindi la certezza di poter duplicare in modo sicuro e veloce quanto sviluppato in fase di progetto.

Lay-out innovativi. Le linee di produzione auto sono state realizzate con un lay-out innovativo: per ridurre gli spazi nel sito, la linea di produzione è a due piani (lavorazione e ritorno) e quindi è stata obbligatoria la riduzione sensibile degli spazi occupati dai quadri elettrici. Target di progetto: riduzione di oltre il 20% degli spazi. La soluzione quindi: adozione di drive da campo, alloggiati nelle aree disponibili, con impatto zero sulle linee di montaggio. Decentrare sarebbe stato facile anche con alcuni nostri competitor ma, con Lenze, inverter decentrato ha significato anche gestione di I/O direttamente sul campo senza dover ricorrere a concentratori di segnale aggiuntivi. Insomma, tutto in un’unica drive box Lenze.

L’8400 Protec è stato quindi utilizzato in tutti i segmenti ove necessitasse eliminare quadri elettrici di controllo e di automazione. L’elevato numero di I/O gestibili direttamente su Protec e la possibilità di utilizzare funzioni integrate ha reso il PLC un semplice ‘gestore di missioni e supervisore’ semplificandone quindi sensibilmente la programmazione.

Il nodo sicurezza. Grande attenzione viene oggi dedicata all’argomento safety: non basta garantire la funzione STO, ma, poiché la produzione di autovetture vede una integrazione sempre più elevata uomo-macchina, i processi debbono essere necessariamente sorvegliati e gestiti ‘in sicurezza’.

L’8400 Protec si è rivelato assolutamente all’altezza della situazione: l’impiego di Profinet Safety ha consentito di soddisfare i più elevati standard di sicurezza nella gestione di arresti sicuri e ‘safety limit speed’. Il vantaggio per l’impianto e il commissioning? Assenza di moduli esterni, tutte le funzioni sono state predisposte nella memory module e quindi trasferibili a tutti i drive in pochi secondi.

E veniamo al commissioning: la fase più delicata per impianti di oltre 10.000 m² con centinaia di azionamenti e concatenamento di funzioni quali handling di semilavorati, saldatura, montaggio e collaudo. Laptop e L-Force Engineer sono stati gli unici ‘tool’ necessari, assieme alla alta professionalità dei nostri tecnici che hanno lavorato sul campo con una totale integrazione con i tecnici del cliente.

Aver progettato tutti gli impianti con DSD (Drive solution designer) ha permesso di affrontare il commissioning con le idee molto chiare in termini di configurazione dei prodotti: L-Force Engineer ha fatto la sua parte consentendo con pochi clic del mouse di creare perfetti e affidabili cloni.

Aspetti della progettazione. Gli aspetti che abbiamo considerato in fase di progettazione di questi impianti, che devono garantire alta affidabilità e cadenza, sono i seguenti.

Dimensionamento corretto delle apparecchiature, tarato sull’effettiva necessità di potenza del carico, infatti, anche utilizzando apparecchiature in grado di regolare le coppie e le velocità, più ci si allontana dal punto di funzionamento nominale, più il rendimento diminuisce, abbiamo quindi analizzato con precisione le necessità del carico, tenendo conto dell’intera  catena cinematica prevista.

Corretta gestione delle condizioni variabili del carico, quanto visto al punto precedente deve tenere conto anche della variabilità del carico che dipende dalle diverse lavorazioni che la  macchina o l’impianto sono chiamate a svolgere, è stato necessario stimare le condizioni di funzionamento massime e minime e utilizzare apparecchiature ottimizzate dal punto di vista energetico, quindi in grado di fornire i necessari sovraccarichi.

Selezione dei corretti profili di moto: nelle applicazioni dinamiche la scelta delle accelerazioni e dei profili di moto ha un fortissimo impatto sui consumi. La scelta dei profili giusti permette di ridurre grandemente l’ assorbimento.

Corretta progettazione della catena del moto: la scelta dei componenti della catena (azionamento, motore, riduttore, giunto ecc.) impatta naturalmente sull’efficienza, a parità di prestazioni. Il corretto accoppiamento tra l’inerzia del carico e del motore, la scelta ottimale del rapporto di riduzione dei riduttori, la scelta della tipologia e della velocità ottimale del motore hanno un forte impatto, anche a parità di rendimento nominale  dei componenti sull’efficienza energetica.

Obiettivi centrati. Oggi questi siti stanno producendo secondo gli obiettivi e con prospettive di incremento della produzione tramite la semplice aggiunta di moduli collaudati.

Lenze ha consentito di realizzare un sistema per produrre auto sempre più affidabili e a costi contenuti con i seguenti vantaggi operativi anche per lo stabilimento produttivo. Riduzione dell’ingombro superiore al 40% in confronto a un quadro tradizionale, grazie agli azionamenti decentralizzati. Riduzione della lunghezza cavi che devono essere stesi nel plant superiore al 25%, grazie alla soluzione decentralizzata. Riduzione dei componenti di sicurezza  grazie ai drive dotati di moduli di  sicurezza integrata approvati dal TUV. Riduzione dei componenti per il posizionamento nelle linee di montaggio e di handling,  grazie alle funzioni di posizionamento integrate nel drive.

Riduzione dei consumi energetici grazie ai riduttori che hanno rendimenti del 94-96%, ai motori (IE2) ad alta efficienza e alla funzione ECO-Function integrata nel drive. Il modo di funzionamento VFC_ECO adatta automaticamente la corrente di magnetizzazione al carico  consentendo una riduzione di assorbimento fino al 30%. Comunicazione molto veloce grazie all’utilizzo di  profinet-profisafe integrato.

Giuseppe Testa, sales director Lenze Italia.

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