Numerosi fattori tecnici e commerciali devono essere valutati dai produttori di apparecchiature originali (OEM) nella progettazione di soluzioni di controllo del movimento per macchinari industriali. Molte tipologie di macchinari industriali utilizzano il controllo del movimento per svolgere le proprie funzioni, e alcune delle tecnologie più diffuse su cui gli OEM fanno affidamento per il controllo del movimento lineare sono gli attuatori lineari pneumatici ed elettrici. Il controllo del movimento può essere avviato manualmente dagli operatori o automaticamente da piattaforme di controllo avanzate.
Nella progettazione di sistemi di automazione, i produttori di apparecchiature originali (OEM) si sono storicamente trovati a dover scegliere tra diverse tecnologie di controllo del movimento. Il movimento pneumatico ed elettrico presentano ciascuno i propri punti di forza: il movimento pneumatico è considerato robusto, facile da usare e da manutenere, mentre il movimento elettrico è percepito come intelligente, veloce e preciso. Gli OEM hanno dovuto selezionare la tecnologia in base a quella che avrebbe fornito i maggiori vantaggi per una specifica applicazione, ma, in alcuni casi, esigenze fondamentali sono state sacrificate a favore di altre.
Nel corso del tempo, i processi e le priorità applicative si sono evoluti. La sostenibilità è oggi la massima priorità in quasi tutti i settori, mentre i processi sono diventati più complessi e richiedono movimenti più precisi ed efficienti. Le funzioni vengono consolidate in spazi più piccoli con un minor numero di componenti.
Anche un altro aspetto importante è cambiato. I produttori di apparecchiature originali (OEM) non devono più scegliere una sola tecnologia. Esistono sistemi di automazione ibridi che combinano i punti di forza delle tecnologie pneumatiche ed elettriche per offrire i maggiori vantaggi nelle applicazioni complesse di controllo del movimento.
Tendenze che guidano i sistemi di automazione ibrida
Alcuni produttori potrebbero chiedersi perché sia necessario il movimento lineare elettrico oltre a quello pneumatico. Riconoscendo le diverse tendenze che guidano l'evoluzione e l'utilizzo dei sistemi di automazione ibridi, possiamo comprendere meglio come sono emerse le soluzioni intertecnologiche. Sostenibilità, trasformazione digitale, progettazione delle macchine e pressioni competitive sono tutti fattori che ne influenzano la diffusione.
Sostenibilità
In ogni settore si registra una crescente attenzione al consumo energetico, alle emissioni di carbonio e al risparmio sui costi. Il senso di responsabilità personale, la domanda dei clienti, le normative governative e le pressioni degli stakeholder alimentano questa attenzione, e molte aziende si stanno impegnando e fissando obiettivi a lungo termine basati su ambiziose iniziative per il raggiungimento delle emissioni zero.
I sistemi di controllo del movimento che consumano meno energia e possono essere alimentati da fonti rinnovabili sono fondamentali per le apparecchiature a basso consumo energetico e fanno parte di una strategia aziendale sostenibile.
Trasformazione digitale
Oggi i produttori interagiscono quotidianamente con l'automazione digitale e interfacce utente dettagliate, e si aspettano le stesse capacità digitali dai sistemi industriali. Man mano che le aziende trasformano digitalmente le proprie attività, riscontrano vantaggi concreti e affidabili.
I sensori integrati nei dispositivi monitorano continuamente temperatura, posizione, carico e usura in tempo reale. Il monitoraggio, la configurazione automatica, la diagnostica e i dati di processo raccolti, presentati in dashboard, forniscono agli operatori le informazioni necessarie per prendere decisioni consapevoli e sicure. I sistemi di controllo del movimento connessi consentono agli operatori di analizzare le prestazioni di produzione, il consumo energetico e l'affidabilità.
L'accesso a queste informazioni tramite dashboard permette ai produttori di controllare meglio e migliorare continuamente le proprie attività e, in definitiva, la propria produzione.
Concorrenza di mercato
Tra carenza di manodopera e problemi della catena di approvvigionamento, per le aziende mantenere un vantaggio competitivo non è mai stato così difficile. Inoltre, la trasformazione digitale della produzione industriale e le tecnologie avanzate che la guidano hanno permesso alle aziende che vi investono di ottimizzare significativamente le proprie attività.
Oggi più che mai è fondamentale rimanere agili nel rispondere alle mutevoli esigenze del mercato e soddisfare in modo affidabile la domanda dei clienti per restare all'avanguardia. I produttori devono ridurre al minimo i tempi di inattività delle macchine e massimizzare la produzione, e l'integrazione di soluzioni di automazione ibrida connesse può contribuire a migliorare l'affidabilità e la disponibilità delle macchine.
Per ottimizzare il consumo energetico, migliorare le operazioni e rimanere competitive nel proprio settore, le aziende sono alla ricerca di una soluzione completa per il controllo del movimento. I principali fornitori di tecnologia lo sanno bene e hanno sviluppato una gamma di soluzioni avanzate e integrate che combinano servomotori, motori, attuatori elettrici e sistemi pneumatici.
I produttori di apparecchiature originali (OEM) hanno una significativa opportunità di integrare sistemi di automazione ibrida nella progettazione di macchine che meglio si allineino alle esigenze e alle preoccupazioni principali dei loro clienti.
Automazione e progettazione di macchine contemporanee
Un modo in cui le aziende stanno superando le difficoltà e aumentando la produzione è quello di integrare macchinari più piccoli e sofisticati nelle proprie linee di produzione. Ingombri ridotti consentono di installare un maggior numero di macchine nello stesso spazio produttivo, e le tecnologie avanzate di controllo del movimento permettono di automatizzare operazioni di alta precisione, dall'assemblaggio al controllo finale del prodotto.
I produttori sono inoltre alla ricerca di tecnologie di controllo del movimento che offrano: maggiore precisione per prevenire gli sprechi; tempi di ciclo più brevi per aumentare la produzione; e maggiore flessibilità di posizionamento per consentire agli operatori di cambiare i programmi della macchina con la semplice pressione di un pulsante. L'utilizzo di macchine con queste caratteristiche può tradursi in una maggiore produzione in meno tempo, migliorare la sostenibilità e ridurre i costi.
Come scegliere un sistema di controllo del movimento pneumatico, elettrico o ibrido
Sono disponibili numerose soluzioni per il controllo del movimento, e scegliere quella più adatta può risultare complicato. Quando i produttori di apparecchiature originali (OEM) utilizzano il controllo elettrico, quando quello pneumatico e quando entrambi?
Nella scelta delle soluzioni per la gestione del movimento, è necessario considerare numerosi fattori e aspetti:
1. Soddisfano i requisiti di prestazioni, flessibilità e precisione dell'applicazione?
2. Quali sono i costi iniziali di esercizio e di manutenzione ordinaria?
3. In che modo influiscono sull'efficienza energetica della macchina?
4. In che modo i prodotti per il rilevamento del movimento si integreranno con altri dispositivi?
5. Possono raccogliere dati e analizzare lo stato di salute del dispositivo?
6. Renderanno più facile e veloce la progettazione di una macchina?
7. Qual è la curva di apprendimento per le nuove tecnologie?
Il controllo del movimento pneumatico ed elettrico presentano vantaggi distinti, a seconda delle esigenze dell'applicazione, e un'applicazione può trarre beneficio dall'uno o dall'altro, o da entrambi. Per alcune applicazioni, è abbastanza chiaro quale sia la soluzione migliore. Per un semplice meccanismo per spingere le scatole fuori da un nastro trasportatore, un cilindro pneumatico è la scelta più sensata. Tuttavia, se queste scatole devono essere smistate su linee o posizioni diverse del nastro trasportatore, è necessario un attuatore elettrico multiposizione.
Nelle applicazioni più complesse, la scelta potrebbe non essere chiara. Questo è un segnale che le applicazioni potrebbero trarre il massimo vantaggio dall'utilizzo di entrambi. I cilindri elettromeccanici possono utilizzare aria compressa tramite un connettore pneumatico per sigillare l'aria nelle applicazioni di riempimento. Nei sistemi di assemblaggio, un sistema elettrico lineare multiasse può utilizzare una pinza pneumatica. E un asse lineare elettrico che opera in direzione verticale può utilizzare un cilindro pneumatico per la compensazione del peso.
L'automazione intertecnologica consente ai produttori di apparecchiature originali (OEM) di sfruttare i punti di forza complementari delle tecnologie di controllo del movimento pneumatiche ed elettriche nella stessa applicazione e di trasferire i vantaggi ai propri clienti.
Analizziamo i punti di forza di ciascuna tecnologia per comprendere meglio come possono collaborare:
Controllo del movimento pneumatico
Il movimento pneumatico si ottiene utilizzando un gas compresso che agisce fisicamente su un meccanismo per produrre il movimento desiderato. Le soluzioni pneumatiche si sono dimostrate affidabili in termini di hardware, progettazione e installazione, e in genere, rispetto a un sistema servoassistito, presentano un numero inferiore di componenti da sostituire o cambiare durante l'aggiornamento.
L'esempio più comune di controllo del movimento pneumatico è un cilindro con pistone interno, che produce un movimento lineare. Questo potrebbe spiegare perché la pneumatica è spesso considerata una tecnologia di movimento discreto, adatta solo all'estensione o alla retrazione completa di un meccanismo.
Tuttavia, la continua innovazione promossa dai fornitori di tecnologie per il controllo del movimento ha ampliato le possibilità. Ad esempio, è possibile ottenere un movimento rotatorio continuo utilizzando attuatori a quarto di giro.
Sono inoltre disponibili sensori e regolatori di flusso per monitorare e ottimizzare il funzionamento, mentre il controllo della pressione differenziale consente alle apparecchiature di ottenere un posizionamento pneumatico continuo. Utilizzando elettrovalvole on/off o valvole di posizionamento modulanti di dimensioni relativamente ridotte, viene applicata una pressione controllata contro una contropressione costante.
Gli operatori possono controllare la posizione manualmente tramite pulsanti e interruttori, oppure automaticamente tramite un controllore logico programmabile (PLC) o un controllore ad anello chiuso.
Controllo del movimento elettrico
Gli attuatori elettrici combinati con i servomotori sono noti per l'elevata velocità, la precisione millimetrica e l'efficienza, e generano il movimento convertendo l'energia elettrica in movimento rotatorio o lineare. Questi sistemi a circuito chiuso includono in genere componenti più complessi, come un controllore di movimento, un servoazionamento, un motore e un sensore di feedback, nonché pratiche di progettazione più articolate rispetto alle soluzioni di movimento pneumatico.
Ogni servomotore è associato a un azionamento che esegue i segnali di comando, garantendo la funzione desiderata e consentendo un posizionamento accurato, velocità angolari precise e profili di accelerazione variabili. Grazie a questa versatilità, i sistemi servoassistiti possono fornire il controllo del movimento posizionale per diverse applicazioni, da un braccio robotico a nastri trasportatori a rotazione continua.
Poiché i servoazionamenti e i controllori sono dispositivi a microprocessore, possiedono un elevato livello intrinseco di funzionalità integrate e possono offrire direttamente funzioni di diagnostica e registrazione dati, sia locali che remote, per i pannelli di controllo.
Il collegamento di PLC e altri controllori a sistemi di movimentazione servoassistiti può aiutare gli OEM a realizzare un controllo e una sincronizzazione del movimento ancora più avanzati. Le funzioni specializzate includono un posizionamento di altissima precisione con ripetibilità sub-micronica, camme elettroniche e ingranaggi elettronici, e possono risultare vantaggiose per le applicazioni più complesse, come quelle di lavorazione meccanica, robotica e macchinari per la produzione industriale.
Ad esempio, una linea di confezionamento può passare da dischi a camme meccanici a un sistema servoassistito con dischi a camme elettrici. Mentre il cambio di formato con dischi meccanici è complesso, richiede tempo ed è soggetto a errori, la conversione della macchina con dischi a camme elettrici avviene con la semplice pressione di un pulsante. Ciò consente di risparmiare tempo, migliorare la precisione, ridurre al minimo gli scarti e contenere i costi.
Controllo del movimento ibrido
Un sistema di automazione ibrido elettropneumatico può aiutare i produttori ad applicare le tecnologie più adatte a ciascuna specifica funzione. Quando sostenibilità, flessibilità di posizionamento, precisione, stabilità, silenziosità, connettività e monitoraggio sono i fattori più importanti, il movimento elettrico offre grandi vantaggi. Quando le applicazioni presentano limitazioni di spazio, richiedono un funzionamento robusto o necessitano di progettazione, installazione e messa in servizio rapide, il controllo del movimento pneumatico è la scelta migliore.
Nella maggior parte degli stabilimenti produttivi, le linee di produzione includono diverse tipologie di apparecchiature OEM, con i prodotti che si spostano tra le macchine lungo nastri trasportatori di trasporto e accumulo. Queste linee offrono numerose opportunità per integrare sia il movimento lineare pneumatico che quello elettrico.
Ad esempio, una tipica linea di produzione di imballaggi per bevande include le seguenti funzioni: stampaggio a soffiaggio delle bottiglie, riempimento e tappatura delle bottiglie, trasporto e accumulo, etichettatura delle bottiglie, ispezione del riempimento e dell'etichettatura, confezionamento delle bottiglie in scatole e pallettizzazione e termoretrazione delle scatole. Lo stampaggio a soffiaggio, la piegatura delle scatole e l'applicazione della colla beneficiano tutte del movimento pneumatico, mentre il trasporto e il posizionamento delle bottiglie all'interno delle macchine di riempimento ed etichettatura beneficiano del movimento servoassistito.
I semplici nastri trasportatori e i sistemi di pallettizzazione traggono vantaggio da entrambe le forme di movimento: i nastri trasportatori possono essere azionati da motori elettrici, mentre i fermi prodotto e i cancelli possono funzionare tramite attuazione pneumatica. La movimentazione di casse di grandi dimensioni può essere realizzata con la pneumatica, mentre l'interpolazione e le regolazioni di precisione della posizione possono essere controllate tramite servomotori.
Vantaggi dei sistemi di automazione ibridi
I principali fornitori di tecnologie per il controllo del movimento offrono ora pacchetti integrati e completi che includono il controllo del movimento elettrico, pneumatico o ibrido. Queste soluzioni complete comprendono dispositivi intelligenti a livello di campo, controllo del movimento, controllo della macchina e analisi dei dati.
Le opzioni pneumatiche prevedono un cilindro pneumatico, un sistema di valvole, un controllore, un sistema di analisi e una dashboard tramite gateway, mentre quelle elettriche includono un attuatore lineare elettrico, un servomotore e un azionamento, un controllore e una dashboard tramite gateway. Sebbene entrambe le tecnologie offrano dashboard, i dati sono disponibili direttamente dal servoazionamento, mentre i sistemi pneumatici richiedono l'aggiunta di sensori.
Soluzioni complete e integrate come questa offrono numerosi vantaggi sia per i produttori di apparecchiature originali (OEM) che per i loro clienti. Essendo già progettate e assemblate, le soluzioni di automazione ibride possono semplificare le fasi di approvvigionamento, sviluppo e messa in servizio. In caso contrario, gli OEM dovrebbero reperire i componenti separatamente e progettarli e assemblarli autonomamente. Questo non solo richiede più tempo e complica la catena di fornitura, ma può anche comportare problemi di dimensionamento.
I sistemi di automazione ibridi offrono inoltre una flessibilità che consente ai produttori di realizzare macchine in grado di produrre una vasta gamma di tipologie di prodotto, ridurre al minimo i tempi di cambio formato e soddisfare le esigenze in continua evoluzione. Poiché molte aziende sono sottoposte a una pressione costante per aumentare la produttività e al contempo ridurre i costi operativi, questo può contribuire ad accorciare i cicli di produzione, incrementare l'utilizzo delle macchine e prolungare la durata utile delle apparecchiature.
Grazie alla riconfigurazione elettronica del controllo del movimento, gli operatori possono modificare i profili di movimento in tempo reale, e alcuni sistemi offrono un design a prova di futuro e sono dotati di funzionalità implementabili ora o nelle future generazioni di macchine. Per offrire ai clienti il massimo livello di flessibilità, è consigliabile ricercare sistemi con attuatori elettrici estremamente versatili, in grado di soddisfare un'ampia gamma di esigenze applicative.
Oltre a rimanere competitivi, i sistemi di automazione ibridi possono migliorare la sostenibilità delle aziende manifatturiere. Questi sistemi possono garantire una maggiore efficienza delle macchine e ridurre gli scarti, con conseguente diminuzione del consumo di risorse e dei costi. L'efficienza energetica consente di raggiungere più facilmente gli obiettivi di sostenibilità, mentre il risparmio sui costi può ridurre il costo totale di proprietà. Per una maggiore ripetibilità e uniformità, è importante optare per un sistema con movimento lineare elettrico che offra i massimi livelli di affidabilità e precisione.
Maggiore flessibilità, efficienza e prestazioni
I produttori di apparecchiature originali (OEM) possono determinare se un sistema di automazione ibrido apporterà benefici a un'applicazione valutando i principali fattori applicativi, tra cui:
1. consumo energetico,
2. costi operativi,
3. flessibilità di posizione,
4. accuratezza,
5. vibrazioni e rumore,
6. CAP-EX,
7. connettività,
8. dimensione,
9. installazione e
10. Tempi di messa in servizio e durata.
Per selezionare le soluzioni più appropriate che consentano di raggiungere i risultati desiderati, è fondamentale collaborare con un partner esperto in controllo del movimento e trasformazione digitale, dotato di un portafoglio completo di tecnologie e opzioni di dimensionamento. Un partner di questo tipo può aiutare gli OEM a mettere in funzione le soluzioni e offrire supporto a lungo termine.
Grazie ai sistemi di automazione ibridi, le aziende non devono più scegliere tra prestazioni, flessibilità, sostenibilità, connettività e costi. Possono avere tutto: movimenti lineari precisi e potenti, la flessibilità necessaria per soddisfare le mutevoli esigenze di produzione, dati e informazioni per massimizzare la produzione, un consumo energetico ottimizzato e un costo totale di proprietà inferiore.
Data di pubblicazione: 05-12-2023