Gli OEM di sistemi di produzione e gli utenti finali di automazione di oggi sono costantemente alla ricerca di innovazioni tecnologiche che li aiutino a semplificare la vita. Le innovazioni dell'Industria 4.0 hanno dato vita a una nuova classe di tecnologie intelligenti che combinano elettronica digitale e interfacce di comunicazione per garantire maggiore sofisticatezza, funzionalità e facilità d'uso.

Con l'adozione da parte di sempre più aziende manifatturiere di tecnologie pronte per l'Industria 4.0, le tecnologie meccatroniche intelligenti emergenti stanno conferendo alle macchine maggiore intelligenza e versatilità. Questi sistemi avanzati sono anche più facili da specificare, ordinare e implementare rispetto alle opzioni precedenti, aumentandone il valore per OEM e utenti finali.

Comprendere le potenzialità della meccatronica intelligente può aiutare gli ingegneri progettisti di sistemi a valutare il modo migliore per sfruttare questa meccatronica per rendere le loro soluzioni produttive altamente competitive.

La meccatronica moderna è integrata e versatile

La meccatronica comprende sistemi e sottosistemi che combinano componenti meccanici ed elettronici eterogenei in soluzioni dedicate a compiti specifici. Nel mondo del movimento, due esempi sono l'assemblaggio e il trasporto dei prodotti, gestiti da sistemi di movimento lineare meccatronici e robot cartesiani. Il fulcro della meccatronica è la stretta integrazione di motori elettronici, controlli, sensori e componenti lineari. La meccatronica potrebbe essere considerata un precursore delle tecnologie dell'Industria 4.0.

La meccatronica intelligente sviluppa ulteriormente questo concetto, dando vita a soluzioni complete che integrano sensori avanzati e piattaforme di controllo intuitive. Questi sistemi offrono:

• Dati in tempo reale sulle prestazioni della macchina
• Dati in tempo reale sulla qualità della produzione, ove applicabile
• Controllo preciso ed esecuzione delle sequenze di movimento
• Monitoraggio automatizzato dei dati di produzione e della produttività
• Facile connettività con i sistemi di gestione a livello di macchina e di impianto

Meccatronica intelligente, primo passo: configurazione online

La meccatronica intelligente è più veloce e facile da progettare e mettere in servizio rispetto ai sistemi meccatronici precedenti. Questo è utile perché la meccatronica è per sua stessa natura piuttosto complessa, e richiede la valutazione e il dimensionamento simultanei di più componenti lineari, azionamenti, controllori e interfacce operatore... e poi la loro attenta combinazione.

Il primo passo per specificare, acquistare e mettere in servizio una macchina meccatronica intelligente è sfruttare gli strumenti online accessibili tramite i portali dei fornitori. Questi strumenti di configurazione consentono agli ingegneri di costruire sistemi intelligenti pronti all'uso "out of the box" con una programmazione minima... quindi sono forse più utili per gli ingegneri con una conoscenza di base dell'attuazione elettrica e fluidica (incluso il movimento lineare) e dei controlli di movimento. Gli utenti inseriscono parametri come la corsa, il peso del pezzo e il tempo di ciclo, che generano quindi un output che può essere verificato nell'ambiente CAD dello strumento online. Con le seguenti richieste di dimensionamento e configurazione, tutti i componenti per la soluzione meccatronica completa, come un robot cartesiano, una pressa o una macchina di giunzione, possono essere specificati in un'unica soluzione. È un'opzione che consente agli ingegneri di ottenere una soluzione completa da un unico fornitore, ricevendo un sistema integrato fornito con sequenze di movimento preprogrammate, pronto per l'implementazione "plug-and-produce".

Controllo operativo più intelligente e semplice

La meccatronica intelligente può aumentare la produttività e la flessibilità, solitamente con processi di produzione "trasparenti", ovvero con sensori per il monitoraggio delle condizioni in tempo reale.

Basti pensare a come alcuni produttori offrano kit di funzioni meccatroniche specifiche per supportare tale monitoraggio. Ad esempio, un kit di funzioni per una pressa potrebbe includere un cilindro elettromeccanico, un servoazionamento, un motore, un controller, sensori e un software operatore per supportare le operazioni di pressatura e assemblaggio. Le macchine realizzate utilizzando un kit di funzioni di questo tipo sono facili da implementare, poiché i componenti sono dotati di software operativo preinstallato... e di parametrizzazione automatica pronta per l'esecuzione sul servoazionamento, quindi non sono necessarie conoscenze di programmazione del motion control per mettere in funzione la macchina. Il software è dotato di un'interfaccia utente grafica (GUI) drag-and-drop che consente agli operatori di creare sequenze di produzione in modo intuitivo, come ad esempio la pressatura di cuscinetti a sfera in un alloggiamento.

Inoltre, la macchina può essere dotata di un sensore di forza integrato per misurare e tracciare le operazioni. Ad esempio, tali sensori in un'applicazione di pressatura per cuscinetti potrebbero tracciare l'attuatore lineare per garantire che applichi la forza esatta necessaria per inserire le sfere nell'alloggiamento del cuscinetto. Nel frattempo, i controlli di sistema possono anche eseguire il controllo di qualità assicurando che gli attuatori eseguano correttamente le sequenze controllate con precisione. Poiché tali sequenze su una pressa si ripetono in genere centinaia o addirittura migliaia di volte all'ora, il controller di sistema registra e quindi inoltra per la memorizzazione le misurazioni di ogni ciclo di movimento. Gli operatori possono quindi utilizzare gli strumenti inclusi nel pacchetto del controller per creare visualizzazioni dei risultati del processo. Queste potrebbero mappare se le forze di pressatura hanno superato o meno le soglie di processo... e consentire agli operatori di analizzare le curve forza-spostamento in tempo reale presso le loro postazioni di lavoro. Questi dati consentono agli operatori di macchine esperti di mantenere la massima qualità di produzione e produttività senza la necessità di programmazione specializzata o di sviluppo di analisi della qualità da parte di ingegneri software esperti.

Inoltre, i dati possono essere esportati tramite interfacce di sistema verso sistemi di analisi della produzione a livello di stabilimento o basati su cloud, rendendo il sistema meccatronico intelligente una componente integrante della piattaforma Industria 4.0 di un'azienda.

Funzionalità simili vengono implementate anche per altri scenari di automazione industriale, inclusi sistemi di movimentazione lineare come robot cartesiani per operazioni di pick-and-place o trasporto. Utilizzano strumenti di configurazione online simili per dimensionare e specificare tutti i moduli lineari, gli attuatori e gli end effector, i cablaggi, i sensori, gli azionamenti elettrici e il controller necessari per sistemi di movimentazione completi.

Applicazioni meccatroniche intelligenti in azione

La meccatronica intelligente dimostra come una tecnologia sofisticata possa risolvere problemi ingegneristici complessi in modo più semplice. In uno scenario industriale comune, i costruttori di macchine hanno tipicamente cercato di sviluppare i propri assemblaggi meccatronici ordinando e integrando componenti separati: attuatori lineari, controllori, alimentatori, dispositivi di estremità e altro ancora. Questo processo è spesso macchinoso e dispendioso in termini di tempo.

In molte aziende o integratori di sistemi, è comune che il team di ingegneria meccanica sia responsabile della specifica e dell'ordine di un set di componenti, mentre il team elettrico ne ordina i componenti. Tali accordi risultano più complessi per l'ufficio acquisti, e il personale tecnico ha il compito di assemblare fisicamente il tutto e programmarlo per garantirne il funzionamento secondo le specifiche.

Il concetto di meccatronica intelligente cambia questo paradigma e, nel processo, libera gli ingegneri, consentendo loro di dedicare tempo e risorse a problematiche progettuali più complesse e impegnative. Non c'è dubbio: i benefici e i vantaggi offerti dalla tecnologia meccatronica intelligente aiuteranno i produttori a realizzare sistemi più pronti per la produzione, dotati di intelligenza e sensori integrati per supportare i requisiti dell'Industria 4.0.

Sebbene il concetto di meccatronica intelligente sia molto intuitivo, è comunque importante collaborare con fornitori di meccatronica i cui portafogli e competenze ingegneristiche comprendano l'intera gamma di componenti – prodotti per il movimento lineare, controllori, servoazionamenti e software operatore – necessari per realizzare soluzioni meccatroniche complete e ad alte prestazioni. È inoltre fondamentale valutare la qualità e la facilità d'uso dei loro strumenti di configurazione, per garantire che la facilità d'uso promessa dai movimenti meccatronici intelligenti, dall'inizio alla fine, venga pienamente garantita. Questo contribuisce a garantire che i costruttori di macchine e gli utenti finali possano sfruttare appieno i vantaggi "plug-and-produce" della meccatronica intelligente nelle loro attività.