L’officina digitale “fonde” tutti gli elementi chiave dalla progettazione alla produzione. L’uso di un unico sistema software integrato crea modelli e processi coerenti e collega l’attività di pianificazione dell’ufficio di progettazione con la produzione in fabbrica, snellendo il processo di produzione di ciascun pezzo, abbassando i costi e aumentando la velocità.
di Armin Gruenewald, Vice President Of Business Development Manufacturing Engineering di Siemens PLM Software, e Leonardo Cipollini, Business Development Director di Siemens PLM Software
Tutti i settori industriali, dall’automobile all’aerospaziale, dai macchinari all’energia, dipendono dai produttori di pezzi e dalle officine meccaniche. Spesso si tratta di piccoli reparti o piccole imprese che devono fronteggiare una concorrenza sempre più forte e lavorare con materiali e tecnologie nuovi, nel contesto di catene di fornitura complesse soggette a regolamenti sempre più severi, con tempistiche di sviluppo sempre più brevi.
Un costruttore di stampi deve essere competitivo con aziende che operano in mercati meno regolamentati oltre che con i concorrenti locali, consegnando prodotti in tempi più rapidi per inseguire cicli di sviluppo dei prodotti ormai dimezzati rispetto al passato. Ad esempio, l’industria automobilistica impiegava nove-dieci anni per sviluppare un nuovo veicolo, ora i tempi sono scesi a quattro anni, e questo significa che anche la rotazione dei componenti dei veicoli si è ridotta in proporzione.
Per aumentare l’efficienza in produzione, i costruttori di parti puntano spesso sull’automazione di alcune fasi del processo con software dedicati, fogli elettronici e documentazione cartacea. Questo approccio, se non viene gestito con cura, sfocia spesso in un processo disarticolato con informazioni frammentarie e uno sfruttamento inefficace del know-how essenziale. Le aziende produttrici non diventano così più efficienti o competitive.
Per fare un passo avanti in termini di efficienza e per restare al passo con la concorrenza, le officine hanno bisogno di un nuovo modello di business che consente loro di cogliere i benefici delle tecnologie più recenti. L’uso di un unico sistema software integrato crea modelli e processi coerenti e collega l’attività di pianificazione dell’ufficio di progettazione con la produzione in fabbrica, attraverso un “filo digitale” che si dipana attraverso tutta l’organizzazione, snellendo il processo di produzione di ciascun pezzo, abbassando i costi e aumentando la velocità.
Invece di costruire un modello CAD che deve essere esportato e importato da diversi software presenti nelle varie fasi della produzione, si crea un “gemello digitale”, una copia virtuale esatta del prodotto fisico che passa da un reparto all’altro senza perdere di accuratezza, contribuendo a realizzare un pezzo che coincida esattamente con quanto richiesto dal cliente.
Il processo manifatturiero digitalizzato rende anche le officine più piccole immediatamente più veloci ed efficienti, crescendo con loro per sviluppare l’attività. La digitalizzazione non evita solo di trasferire e “adattare” il modello manualmente da una fase all’altra del processo. Utilizzando un unico software e un modello preciso e omogeneo, i diversi team possono lavorare in parallelo e tutti gli operatori possono verificare il piano del processo mentre le parti sono ancora in programmazione nel modulo CAM. Questo approccio consente di automatizzare l’intero processo mantenendo flessibilità e adattabilità.
Qualora vengano apportate modifiche a un progetto, queste verranno diffuse automaticamente a tutti gli stadi del processo senza alcuna riprogrammazione. Il modello può essere confrontato con i pezzi finiti utilizzando macchine di misura a coordinate (CMM) che inviano le informazioni allo stesso software che programma i torni e le fresatrici. Diventa così più facile individuare e risolvere eventuali problemi di produzione, realizzando un circolo virtuoso di miglioramento della progettazione e del processo.
In questo modo si migliora la qualità oltre a ridurre i tempi di impostazione e aumentare la capacità; si possono inoltre realizzare pezzi più precisi in tempi più rapidi e passare più velocemente al lavoro successivo. Il lavoro successivo potrebbe inoltre fare affidamento su modelli già creati in passato, perfezionandoli per realizzare un nuovo progetto, invece di ripartire da zero ogni volta. Riutilizzare le best practice e il know-how dell’azienda è un modo molto efficace per migliorare l’efficienza e la qualità.
Ricorrere alla digitalizzazione per aumentare la precisione e l’automazione dell’officina consente anche alle imprese più piccole di sfruttare nuove tecnologie come la robotica e l’additive manufacturing, che si basano ancora di più su processi digitali.
I robot vengono già impiegati principalmente per attività di preparazione e asservimento, incluso il carico e scarico di macchine utensili. Ora vengo sempre più utilizzati anche per la lavorazione vera e propria, poiché un robot può effettuare le centinaia di migliaia di fori richiesti per le ali degli aerei con grande precisione, partendo direttamente dal modello digitale. Questa operazione è infattibile se il modello non avanza senza soluzione di continuità dalla progettazione, alla programmazione dei controlli numerici e dei robot, fino all’officina.
La stampa 3D e altri strumenti di fabbricazione additiva consentono alle aziende di produrre pezzi che in passato erano semplicemente impossibili da realizzare, o utilizzare nuovi materiali e stili di progettazione che migliorano le prestazioni, riducono il peso e semplificano l’assemblaggio dei pezzi; ma per cogliere questi vantaggi bisogna implementare tecniche di progettazione molto diverse da quelle utilizzate per pezzi che dovranno essere torniti o fresati. Ad esempio, le parti progettate per poter essere stampate efficacemente in 3D, utilizzando la quantità minima di materiale, non hanno nulla a che spartire con le parti progettate tradizionalmente.
Con la progettazione generativa, i progettisti possono creare strutture molto più leggere a parità di prestazioni, che possono contenere ampie cavità o avere strutture estremamente organiche; ma devono anche imparare a evitare inutili strutture di supporto che rallentano la produzione perché devono essere rimosse dopo la lavorazione. È fondamentale utilizzare un software di progettazione che effettua l’ottimizzazione topologica di parti progettate con tecniche tradizionali. Le tecniche di fabbricazione additiva consentono di sviluppare prodotti di nuova generazione con passaggi minimi di preparazione e attrezzaggio.
L’officina digitale “fonde” tutti gli elementi chiave dalla progettazione alla produzione. Questo processo basato sui dati che collega persone, dati e apparecchiature garantisce la realizzazione dei prodotti che i clienti desiderano, l’incremento dei profitti e dell’efficienza.
L’officina digitale in azione. L’esperienza di HAIDLMAIR
Non bisogna essere un gigante industriale per cogliere i benefici del flusso manifatturiero digitalizzato. Il costruttore di stampi austriaco HAIDLMAIR ha cominciato la sua attività come piccolo fabbro, adottando continuament
e nuove tecnologie. Quando l’attuale amministratore delegato Mario Haidlmair ha rilevato l’attività dal padre, si è reso subito conto delle inefficienze legate all’utilizzo di software diversi e a volte incompatibili per progettare parti e controllare le macchine utensili. Implementando il software di Siemens, l’azienda ha realizzato un processo snello che crea un gemello digitale di ogni parte prodotta. “Nel reparto CAM stiamo riproducendo esattamente la stessa situazione che abbiamo in macchina,” afferma Haidlmair.
La costruzione di stampi coinvolge molti reparti che utilizzando tutti lo stesso modello per ogni attività, dalla progettazione di parti e stampi, alla simulazione del pezzo prima che venga prodotto per verificarne le prestazioni, al controllo di torni e centri di lavoro a 3 e 5 assi con il software NX CAM di Siemens, fino all’assemblaggio finale. Poiché i modelli, i dati degli utensili, i piani di processo e i programmi dei controlli numerici sono tutti conservati in Teamcenter di Siemens, tutti i reparti hanno accesso a un’unica fonte di informazioni. Questo filo digitale consente a tutto il team di collaborare efficacemente. Un operatore di macchina può verificare il modello CAD programmato e collaborare con il progettista e il programmatore di CN per risolvere velocemente eventuali problemi prima di avviare una lavorazione.
Disponendo di un software integrato per progettare le parti, controllare i macchinari e gestire il processo, si abbassano i costi (del 15-20 percento secondo le stime di Haidlmair) con risparmi che ammontano a centinaia di migliaia di euro all’anno. Un altro vantaggio nel loro settore estremamente competitivo sono i tempi di consegna più rapidi ai nostri clienti.
Per automatizzare ulteriormente il processo e aumentare l’efficienza in produzione, Haidlmair sfrutta le lavorazioni basate su feature del software NX CAM. “Vogliamo produrre circa l’80 percento dei nostri elettrodi per lavorare in maniera completamente automatizzata senza intervento di operatori umani,” afferma Stefan Pendl, responsabile CAM. Non è solo una questione di costi: l’ambizione di questa piccola officina è “diventare il miglior costruttore di stampi del mondo” e Haidlmair vuole che l’azienda possa eccellere per la qualità dei suoi prodotti. “Sono molto ottimista sulla possibilità di abbassare i prezzi in futuro, con una qualità addirittura superiore a quella attuale. Penso che sia questo che i nostri clienti si aspettano.”
