Diapositiva 1

Automazione
Automazione negli
negli impianti
impianti
industriali
industriali
Bruna Di Silvio
E-mail: [email protected]
Caratteristiche del mercato odierno
•
•
•
•
Personalizzazione dei prodotti
Variabilità dei prodotti
Ridotto ciclo di vita dei prodotti
Ridotto time to market
Caratteristiche dei moderni sistemi
produttivi
• Innovazione di prodotto processo
• Flessibilità ed elasticità del processo produttivo
• Integrazione di tutte le attività del sistema
FLESSIBILITA’
•
Facoltà dell’impianto di essere utilizzato per ottener prodotti differenti tra loro
senza dover sostener costi di trasformazione, incompatibili con la situazione
economica e concorrenziale dell’impresa
•
La flessibilità è una caratteristica richiesta al sistema tecnico-produttivo nel
suo complesso, inteso come sistema costituito di macchinari e impianti,
tecnologie, personale, strutture organizzative, sistemi informativi
VERSATILITA’
La versatilità è una caratteristica che si riferisce di solito esclusivamente a
macchinari e impianti ed è una condizione necessaria ma non sufficiente per
ottenere flessibilità
– Riconfigurabilità: è relativa sia all’ampiezza del set di operazioni producibili a regime
sia alla difficoltà di passaggio fra le varie operazioni del set, espressa dai tempi e costi
di setup
– Convertibilità: relativa alla difficoltà di messa a punto dell’impianto in fase di
industrializzazione di nuovi prodotti quando possono essere richieste fra l’altro
modifiche impiantistiche o di layout
AUTOMAZIONE
•
Trae origine dalla meccanizzazione dei processi produttivi: sostituzione di attività
manuali mediante dispositivi azionati grazie ad opportuni impieghi di energia (ad.ex. torni
automatici).
•
Contributo all’automazione dato dallo sviluppo della microelettronica applicata
all’elaborazione dei dati.
•
Elaboratori con livelli di memoria, affidabilità elevatissimi con una gamma dimensionale
vastissima permettono il controllo dei parametri critici per la sicurezza e la conduzione
ottimale dei processi produttivi.
•
Gli elaboratori permettono quindi il controllo del processo industriale e di raccogliere dati,
elaborarli e dedurre le azioni necessarie e comandare l’avvio di tali azioni
AUTOMAZIONE
• AUTOMAZIONE NELLA PRODUZIONE
• AUTOMAZIONE NELLA PROGETTAZIONE
• AUTOMAZIONE NELLA LOGISTICA
AUTOMAZIONE PRODUZIONE
PROCESSO PRODUTTIVO
•
Flusso di materiali in lavorazione
•
Flusso di informazioni dal processo al sistema di controllo
FABBRICA AUTOMATICA
•
Automazione del flusso di materiali e delle attività di produzione
•
Automazione del controllo di processo
AUTOMAZIONE PRODUZIONE
FORME DI AUTOMAZIONE
• AUTOMAZIONE DI CONTROLLO
• AUTOMAZIONE RIGIDA
• AUTOMAZIONE FLESSIBILE
AUTOMAZIONE PRODUZIONE
Automazione di controllo
Impiega automatismi di flusso prevalentemente con funzioni di controllo di processi
continui a ciclo tecnicamente obbligato per un solo prodotto
– Applicata a processi che richiedono una trasformazione chimico fisica in seguito
all’azione congiunta di fattori quali temperatura, pressione, deformazione;
– Processi nei settori petroliferi, petrolchimici, metallurgici, cartari, alimentari;
– L’automazione è applicata al processo per mezzo di meccanismi di retroazione:
rilevazione delle condizioni effettive, confronto con le prescrizioni, rilevazione degli
scostamenti, interventi di correzione per mantenere il ciclo nelle condizioni previste;
AUTOMAZIONE DI CONTROLLO
RAPPORTI PRODOTTO – PROCESSO
• Processi continui
• Prodotti ripetitivi
• Alti volumi
VANTAGGI COMPETITIVI
• Qualità
• Affidabilità alta
• Elasticità bassa
• Versatilità bassa
AUTOMAZIONE PRODUZIONE
Automazione rigida
Impiega automatismi di flusso: la linea di produzione è costituita da macchine operatrici e
mezzi di manipolazione che eseguono automaticamente singole operazioni e/o
movimentazioni ripetute a tempo indeterminato. Sono disposti in sequenza secondo
un ciclo di lavorazione prefissato e immutabile.
–
–
–
–
–
Ha per obiettivo la realizzazione dell’unico ciclo di produzione per il quale il sistema è stato
costruito
Sono sistemi in grado di far ripetere costantemente e a tempo indeterminato singoli
movimenti, operazioni con la massima precisione
La parcellizzazione delle operazioni di trasformazione delle produzioni di massa consente la
ripetitività
A differenza dell’automazione di controllo, l’automazione rigida non è dotata di
autoregolazione
Essa non consente alcuna variante di prodotto – processo salvo che non si provveda alla
mutazione dell’intero ciclo processo
AUTOMAZIONE RIGIDA
RAPPORTI PRODOTTO – PROCESSO
• Processi continui
• Prodotti ripetitivi
• Altissimi volumi standardizzati
VANTAGGI COMPETITIVI
• Qualità altissima
• Affidabilità altissima
• Costi unitari i più bassi
• Elasticità, versatilità, adattabilità e convertibiltà le più basse
AUTOMAZIONE PRODUZIONE
Automazione flessibile
Impiega automatismi di operazione. Le macchine ammettono range di
variazione crescenti anche se finiti di varianti nelle operazioni e nei cicli
rispetto a quelli specifici delle funzioni di base. Scarsi o nulli i costi di
riconversione.
– Sistemi che permettono in breve tempo e a basso costo di cambiare l’operazione
da fare su uno stesso pezzo o di fare l’operazione su prodotti differenti
AUTOMAZIONE FLESSIBILE
RAPPORTI PRODOTTO – PROCESSO
• Processi intermittenti a grandi lotti ed a piccoli lotti
• Job shop
• Processi continui flessibili
• Bassi volumi di pochi prodotti-base con molte varianti personalizzate
VANTAGGI COMPETITIVI
• Qualità alta
• Affidabilità alta
• Costi unitari bassi
• Elasticità, versatilità, adattabilità e convertibilità
SUPPORTI DI AUTOMAZIONE
AUTOMAZIONE DI CONTROLLO
• Computer, sensori, misuratori
AUTOMAZIONE RIGIDA
• Macchine CNC
• Robot multifunzione
• Linee transfer rigide
• Meccanizzazione
• Automazione di flussi
AUTOMAZIONE FLESSIBILE
• CNC
• Robot multifunzione
• Robot monofunzione
• Automazione delle operazioni
MACCHINA NC
•
Macchine operatrice dotata di un sistema di controllo che opera
secondo un programma prestabilito leggendolo su schede o
nastri perforati in linguaggio simbolico.
•
Il sistema di controllo sostituisce l’operatore che in base alla
scheda di controllo svolgeva le manovre sulla macchina.
•
La macchina è così in grado di eseguire le istruzioni lette sulla
scheda senza l’intervento di un lavoro diretto.
Esempi
MACCHINA CNC
Caratteristiche:
• Grande precisione
• Specializzazione
• Grande velocità
• Bassi costi unitari
• Programma immutabile
• Ripetitività
– Per mutare la sequenza di operazioni è necessario cambiare il
supporto perforato.
– Normalmente non possiede meccanismo di autoregolazione.
MACCHINA CNC
•
Macchina NC dotata di un computer autonomo (computer numerical control)
che agisce sul proprio sistema automatico di controllo.
•
La memoria del computer contiene i programmi specifici atti a far svolgere
una parte o tutte le funzioni base della macchina NC. La memorizzazione
dei programmi può essere effettuata da supporto magnetico, da scheda
perforata o manualmente.
•
L’input per far funzionare la macchina è fornito da programmi specifici : la
macchina applica a ciascun semilavorato il programma richiesto scegliendo
tra il range di variazione di programmi che possiede nella propria memoria.
MACCHINA CNC
•
Controlli numerici, CNC (Computerized Numerical Control), sono
essenzialmente dispositivi elettronici costituiti da una o più unità centrali (CPU)
che per il tramite di specifici software di elaborazione dati sono in grado di
automatizzare il funzionamento di macchine operatrici ed impianti produttivi.
•
Nati all'inizio degli anni '50 per l'automazione di semplici lavorazioni meccaniche,
i controlli numerici hanno progressivamente seguito lo sviluppo tecnologico
dell'elettronica e dell'informatica, arrivando oggi ad automatizzare i macchinari
più diversi, ivi compresi i più moderni e complessi sistemi flessibili di produzione.
MACCHINA CNC
•
Si intende un computer per il governo di macchine operatrici
•
La struttura è del tutto simile a quella di un computer (CPU, memorie, moduli di
interfaccia, periferiche..)
•
Anche per l’uso utente è molto simile ad un computer dotato di schermo,
tastiera, unità di lettura dei programmi predisposti off-line
•
Unità di lettura dipende dal supporto sul quale sono registrati i programmi:
scheda perforata, disco magnetico
MACCHINA CNC
CARATTERISTICHE:
•
Il tipo di CPU: numero di bit, monoprocessore, multi processore, che
condizionano la precisione delle interpolazioni e la possibilità di svolgere più
funzioni
•
il numero di assi controllabili
•
La capienza della memoria programmi: influenza l’autonomia del CNC nei
confronti dell’archivio programmi
•
Il numero di utensili gestibili, che condiziona l’ampiezza del magazzino utensili
installabili
•
L’interfacciabilità con unità periferiche, il modo di programmazione
MACCHINA CNC
Caratteristiche:
•
Stesse delle NC
•
Capacità di personalizzazione del ciclo semilavorato per semilavorato
•
Versatilità, adattabilità, convertibilità
•
Meccanismo di autoregolazione che consente di gestire passo per passo la
lavorazione in corso
Esempi
Torni CNC a testa fissa
Robot
•
Robot utilizzati adesso sono in realtà dei compute muniti di servomeccanismi; esistono
moltissime tipologie di Robot differenti sviluppate per assolvere i compiti più disparati.
Ormai è larghissimo l'impiego dei robot nell’industria metalmeccanica e non solo
•
Si possono catalogare i robot in due macro categorie:
–
"autonomi"
–
"non autonomi".
•
I robot "non autonomi" sono i classici robot utilizzati per adempiere a specifici compiti
che riescono ad assolvere in maniera più efficace dell'uomo; alcuni casi sono i robot
utilizzati nelle fabbriche con l'enorme vantaggio di poter ottenere una produzione più
precisa, veloce ed a costi ridotti;
•
I robot autonomi sono invece caraterizzati dal fatto che operano in totale autonomia ed
indipendenza dall'intervento umano e sono in grado di prendere decisioni anche a
fronte di eventi inaspettati.
ROBOT MONOFUNZIONE
•
•
•
•
Macchine in grado di manipolare semilavorati senza intervento di lavoro
diretto
Robot traslatori (trasferire pezzi)
Robot ribaltatori (modificare la posizione dei pezzi)
Robot posizionatori (posizionare pezzi)
Caratteristiche:
• Eseguono manipolazione ripetitive in base a programmi ripetitivi e immutabili.
• Per cambiare la sequenza di movimento è necessario cambiare il
programma.
ROBOT MULTIFUNZIONE
•
Macchine complesse che abbinano movimentazione e lavorazioni.
•
Dotate di automatismi in grado di spostare i pezzi e di eseguire tramite più teste di
lavorazione, numerose operazioni programmate.
La parti principali che costituiscono un robot sono:
•
Il corpo: è il basamento della macchina e contiene solitamente le movimentazioni
principali;
•
Il braccio: si compone normalmente di più elementi rigidi collegati fra loro mediante
cerniere manicotti controllati dall’elettronica di governo
•
La mano (gripper o end effector): può essere una pinza o un attrezzo (pinza di
saldatura, pistole per verniciatura, avvitatori)
Robot pallettizzatore di fardelli di lattine
Robot per transfer
Pressofusione
Pressofusione
Isole saldatura
Fonderia
pentole
Particolari auto
Manipolazione lamiera
profilati
Pannelli per
refrigerazione
LINEE TRANSFER RIGIDE
•
Sequenza di macchine NC collegate da sistemi automatici rigidi di
movimentazione che svolgono un ciclo di lavorazione complesso,
rigidamente predefinito ed immutabile.
Caratteristiche:
• eseguono manipolazioni ripetitive in base a programmi ripetitivi e
immutabili.
• per cambiare la sequenza dei movimenti è necessario cambiare
programma.
Linea automatica confezionamento profumi
Linea pallettizzazione e inscatolamento bobine
Linea transfer movimentazione delle sorprese e dei gusci di
cioccolata
FMS
Flexible manufacturing systems
•
Sistemi operativi composti da più macchine CNC e/o robot a loro
volta controllati da un computer centrale che fornisce ai computer –
macchina gli input per la scelta dei singoli programmi specifici di
ciascuna NC.
•
E’ possibile mutare i cicli di ciascuna macchina e quindi l’intero ciclo
di lavorazione del FMS.
FMS
Flexible manufacturing systems
Caratteristiche:
•
Precisione, rapidità, bassi costi unitari
•
Versatilità, adattabilità, convertibilità
Si distinguono a seconda della complessità in:
•
Celle flessibili di lavorazione (FMC)
•
Moduli flessibili di lavorazione (FMM)
•
Sistemi flessibili di produzione (FMS)
Macchine FMS per la costruzione di parti di aeroplani
FMS per la produzione di stampi
FLESSIBILITA’ PRODUTTIVA
Numero di
prodotti
diversi
100
MACCHINE UNIVERSALI
TRADIZIONALI
Aree di applicazione per volume e varietà
MACCHINE A
CONTROLLO
NUMERICO
INDIPENDENTI
50
CELLE DI
LAVORAZIONE
10
SISTEMI FLESSIBILI NON IN LINEA
5
LINEE TRANSFER FLESSIBILI
2
LINEE TRANSFER RIGIDE
25
50
500
5000
10000
CAPACITA’ PRODUTTIVA
20000
Numero di pezzi per
singolo prodotto
AUTOMAZIONE PROGETTAZIONE
Impiega automatismi di operazione (calcolo elaborazione di cicli, fasi,
operazione) nella progettazione del prodotto
–
–
–
–
Applicata a tutti i processi e tutti i prodotti
Qualità e affidabilità nella progettazione altissime
Costi di progettazione bassi
Possibilità di aumentare il grado di standardizzazione dei componenti
conservando la personalizzazione dei prodotti
AUTOMAZIONE PROGETTAZIONE
•
COMPUTER AIDED DESIGN (CAD)
– Applicazione delle capacità di memorizzazione e di elaborazione del computer alla
progettazione del prodotto a mezzo di software che consentono sia di risolvere i
problemi anche complessi di calcolo sia di considerare un numero elevato di
soluzioni alternative
– Non solo supporto informatico di tipo grafico ma permette anche dimensionamenti,
calcoli strutturali, verifiche di resistenza tecnica
•
COMPUTER AIDED ENGINEERING (CAE)
– Applicazione della filosofia CAD alla formulazione dei cicli di lavorazione, delle
distinte basi ed alla industrializzazione del prodotto
– Definizione di dettaglio dei cicli produttivi, degli utensili e attrezzature
– Analisi simulate di dettaglio di lavorabilità e/o montabilità di ciascuna fase
produttiva
– Indicazione dei tempi ciclo e assemblaggio
CIM Computer integrated Manufacturing
•
Definizione: impiego articolato e cooperante della tecnologia informatica nei
processi di
–
–
–
–
•
progettazione
produzione
distribuzione
per acquisire un durevole vantaggio competitivo
Ambito: tutte le funzioni nella Impresa che possono
– essere assistite dall’elaboratore
– essere automatizzate e quindi eseguite e controllate dall’elaboratore
– con un alto livello di integrazione
CIM
Funzioni coinvolte
funzioni di
progettazione
funzioni
amministrative
Sistemi informativi
di Produzione
Computer aided
design (CAD/CAE)
Computer aided
manufacturing
(CAM/CAPP)
Flexible
manufacturing
(FMS/FMC/...)
funzioni di
produzione
funzioni di
pianificazione &
controllo
produzione
CIM
LIVELLI
TECNOLOGIE
ORGANIZZATIVE
TECNOLOGIE
INFORMATICHE
Software
1
AZIENDA
2
STABILIMENTO
3
AREA
4
CELLA
5
PROCESSO
Master Production Scheduling
Principi contabili e valorizzazione
dei costi
Gestione finanziaria
Controllo di gestione
Standard di progettazione
TECNOLOGIE
DI PRODUZIONE
Hardware
Business Information System
(Bis)
Decision support
system (Dss)
Simulazioni
Mainframe
Minicomputer
Rete fisica/interfacce
Programmazione e
controllo di gestione
Gestione materiali
macchine e risorse
Controllo di gestione della
produzione
Cad
Capp
Cae
Cam
Sip (Siq, Mrp Jrt)
Lan
Minicomputer
Rete fisica/interfacce
Sistemi di trasporto
materiali
Minicomputer
Gestione lotti
Schedulazione produzione
Contabilità magazzino
Simulazione
produzione
Monitoring e controllo delle
linee
S.I. manutenzione
Lan
Fms
Linee robotizzate
Movimentazione materiali
Magazzini automatici
Sistemi operativi real
Time
Cnc/Dnc
Lan di cella
Minicomputer
Microprocessori
Plc
Fmd
Tratto di linea
Agv
Servo
Sensori
Terminali
Switch
Plc
Robot
Macchine utensili
Macchine dedicate
Avanzamento produzione
Movimentazione materiali
Scheduling e
dispatching
Microcodici
Microcomputer di
fabbrica
Rete fisica/interfacce
AUTOMAZIONE LOGISTICA
•
•
•
•
Sistemi tradizionali di trasporto
Sistemi di trasporto a guida automatica
Sistemi manuali di immagazzinamento e stoccaggio
Magazzini intensivi automatizzati
SISTEMI DI TRASPORTO
•
I sistemi di trasporto del materiale all’interno dell’impianto industriale si possono
classificare in relazione al GRADO DI AUTOMAZIONE e LIVELLO DI FLESSIBILITA’
BASSA FLESSIBILITA’
ALTA FLESSIBILITA’
TRANSPALLET
CARRELLI ELEVATORI
TRASPORTATORI RIGIDI
AUTOMATED GUIDED VEHICLE
AGV
BASSA AUTOMAZIONE
ALTA AUTOMAZIONE
SISTEMI TRADIZIONALI DI TRASPORTO
• Carrelli elevatori
• Sistemi rigidi di trasporto
• Impianti di trasporto multifase
Carrelli elevatori
•
Sono veicoli a ruote impiegati per la movimentazione di materiale di qualsiasi genere
con l’intervento degli operatori a terra o a bordo
•
Transpallet: carrelli a ruote piccole per piccoli sollevamenti che sollevano il carico
solamente per poterlo trasportare
•
Carrelli accatastatori: muniti di idonee attrezzature per sollevare il carico ad altezze
superiori compatibili con l’esigenza di impilaggio
–
–
–
–
–
Frontali
A forche retrattili
A presa laterale
A presa bilaterale
Con posto di guida sollevabile
Carrelli elevatori
CARRELLO
ACCATASTATORE
TRANSPALLET
Sistemi rigidi di trasporto
•
TRASPORTATORI A RULLI: consistono in una serie di rulli montati su
apposite strutture portanti;sono impiegati per il trasferimento e accumulo di
colli rigidi
•
TRSPORTATORI A NASTRO: sono impiegati per il trasporto continuo in
orizzontale o in pendenza dei materiali alla rinfusa o di carichi concentrati
leggeri
•
ELEVATORI: consentono il sollevamento di materiali sfusi su grandi
pendenze
TRAPORTATORI A RULLI
•
•
•
serie di rulli montati su apposite strutture montanti impiegati
per il trasferimento e l’accumulo di colli rigidi tali da evitare
impuntamenti con i rulli sottostanti
sui materiali movimentati con un trasportatore a rulli
possono essere effettuate operazioni di vario genere quali
montaggi, lavorazioni, imballaggi, pesature, ecc.
i rulli possono essere anche utilizzati come elementi di
sostegno e di scorrimento nei trasportatori a nastro.
TRASPORTATORI A NASTRO
Sono impiegati per il trasporto continuo in
orizzontale o in pendenza, di materiali alla
rinfusa e di carichi leggeri
–
–
–
–
un nastro trasportatore
serie di rulli superiori e inferiori di supporto
una puleggia motrice e una di rinvio
una struttura metallica di sostegno
Nastri trasportatori
–
–
–
–
Tela e gomma
Fibre naturali e sintetiche
Acciaio
Rete metallica
NASTRI TRASPORTATORI DI TELA E GOMMA
•
•
•
•
•
Struttura di tela e gomma a forma di nastro chiuso ed anello con giunzione vulcanizzata e
metallica utilizzata per il trasporto di materiali vari (UNI 8721-84)
Nucleo tele: nucleo per sopportare lo sforzo di trazione conseguente al trasporto
Copertura: per protegger il nucleo dall’azione chimica e meccanica del materiale
Il numero e le caratteristiche dinamometriche delle tele costituenti il nucleo, la qualità e e lo
spessore delle coperture di gomma sono scelti in base alle sollecitazione del nastro e al materiale
trasportato
Sono adatti per il trasporto di materiale alla rinfusa
NASTRI TRASPORTATORI IN ACCIAIO
E RETE METALLICA
•
•
•
I nastri in acciaio sono adatti per temperature superiori a 100 – 120° C e per il trasporto
di materiali abrasivi
Sono costituiti in acciaio inossidabile e carbonio e presentano un elevato carico di
rottura e allungamenti trascurabili
Si prestano alla movimentazione in essiccatoi e raffreddatori poiché consentono il
passaggio di aria e realizzano un’efficace trasmissione termo-convettiva
NASTRI PIANI E A CONCA
•
•
Sono PIANI i nastri destinati a trasportare colli singoli o materiali alla rinfusa in
piccole quantità
Sono CONCAVI i nastri destinati a portare elevate quantità di materiali alla rinfusa
(angolo di inclinazione 20°)
Parametri principali
–
–
–
–
–
Lunghezza del nastro
Larghezza del nastro
Inclinazione del nastro
Velocità (fino a 1 m/s per nastri piani e fino a 2-3 m/s per nastri a conca)
Diametro pulegge, rulli, cuscinetti
Sistemi rigidi di trasporto
TRASPORTATORE
A RULLO
TRASPORTATORE
A NASTRO
ELEVATORE
A TAZZE
Automatic guided vehicles (AGV)
•
•
•
Il sistema di trasporto automatico più
flessibile ed innovativo è quello che usa
carrelli a guida automatica AGV lungo una
serie complessa di percorsi
Il primo fu costruito da Barrett Electronics nel
1950
In campo industriale trovano impiego
principalmente negli FMS
Si compongono di:
1.
2.
3.
4.
Carrelli a guida automatica
Impianto che provvede a guidare i carrelli
lungo tragitti
Impianto per la trasmissione di informazioni
Sistema di gestione per la programmazione e
ottimizzazione missioni e controllo del traffico
Carrelli a guida automatica (AGV)
I veicoli, o carrelli, che provvedono al
trasporto dei materiali sono costituiti da:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Telaio montato su ruote;
Motori di trazione e sterzatura;
Microprocessori;
Tastatori di guida;
Lettori di codici;
Dispositivi antiurto e sicurezza;
Elementi di supporto e bloccaggio dei carichi
trasportati;
Dispositivi di carico e scarico (se non sono a
terra);
Eventuali attrezzature per la movimentazione
dei materiali trasportati.
Carrelli a guida automatica (AGV)
I carrelli di più corrente impiego sono in grado di fornire le seguenti
prestazioni:
• Massa del carico trasportato: fino a 2000kg/carrello;
• Velocità massima in entrambi i sensi di marcia: 1,2 m/s;
• Accelerazione/decelerazione media: 0,5-0,7 m/s2;
• Tempo minimo di presa o di rilascio del carico: 20s;
• Tempo medio richiesto per organizzare le missioni ed effettuare le
comunicazioni: 10s per ogni missione;
• Tempo minimo di attesa agli incroci: 5 s/incrocio;
• Raggio minimo di curvatura: 1500mm;
• Precisione di avvicinamento alle postazioni di carico/scarico: 5mm.
Sistema di guida AGV
•
•
Fa seguire ai veicoli, in modo automatico, i percorsi richiesti dalle esigenze di
movimentazione proprie dello stabilimento.
I veicoli non seguono un percorso unico, ma devono compiere tragitti diversi ed
effettuare delle deviazioni: il carrello individua il percorso da seguire attraverso i
segnali ricevuti dalle guide e dal calcolatore dedicato.
•
Guida fissa
–
–
Guida induttiva – magnetica
Guida ottica
•
•
•
•
Guida ottica a luce riflessa
Guida ottica mediante telecamera
Guida ottica mediante laser
Guida libera
Trasmissione dei comandi e delle informazioni
(AGV)
•
•
•
•
Tastiera alfanumerica che trasmette messaggi codificati al microprocessore di
bordo che attivano programmi memorizzati comprendenti il percorso da seguire, le
destinazioni da raggiungere, le operazioni di carico e scarico da eseguire Via
induttiva
Via induttiva attraverso apposito cavo posto sotto il piano di calpestio e percorso
da corrente alternata.
Raggi infrarossi che mettono in contatto i sensori collegati al calcolatore dedicato
ed i carrelli mediante impulsi ottici nella gamma dell’infrarosso
Onde radio: il carrello e la centrale di controllo comunicano continuamente
attraverso onde radio nella gamma UHF.
Gestione dell’impianto (AGV)
La gestione dell’impianto è affidata ad un calcolatore dedicato che:
• riceve le richieste di trasporto provenienti dalle aree produttive e dai magazzini interoperativi,
attraverso segnali analogici o digitali di fotocellule, pulsanti, interfacce di posti di lavoro o di
magazzini ecc.;
• memorizza ed assegna ai carrelli le missioni da compiere;
• segue direttamente lo svolgimento delle missioni da parte dei carrelli.
CENTRALIZZATO
DECENTRALIZZATO
MISTO
VANTAGGI
-Situazione nota al
calcolatore dedicato
completamente
-Elettronica sui carrelli
limitata
-Minor numero di scambi fra
carrelli e impianto
- Calcolatore dedicato meno
sofisticato
-Calcolatore meno
potente
-Nota la situazione
dell’impianto
SVANTAGGI
-Scambio dati molto
intenso
-Molti loop
-Calcolatore sofisticato
-Situazione impianto nota
solo in punti predeterminati
-Tanti microcalcolatori quanti
sono i carrelli
-Calcolatore di bordo più
intelligente
-Se cade il calcolatore
dedicato l’impianto si
ferma
CENTRALIZZATO
DECENTRALIZZATO
Sicurezza dei sistemi AGV
•
•
•
•
Pulsanti di arresto ed emergenza in punti accessibili del carrello
Segnalatori ottici a bordo carrello:
carrello entrano in funzione alla partenza dei
veicoli e ne evidenziano la marcia fino alla fine della missione
Paraurti dotati di sensori di contatto che provocano l’arresto del carrello a
contatto con un ostacolo
Distanziatori di sicurezza basati su sensori fotoelettrici, ad ultrasuoni,
ecc.: eventuali ostacoli che si presentino davanti al carrello, riflettono o
modificano il flusso luminoso o sonoro proveniente dal veicolo, di
conseguenza il carrello può rilevarli e decelerare ed arrestarsi evitando di
venirne a contatto.
AGV
Punti di forza
– Consentono di trasportare materiali lungo percorsi complessi, con punti di carico e
scarico lungo il percorso modificabili secondo le esigenze;
– L’organizzazione dei trasporti può essere programmata e non richiede personale;
– Si può ottimizzare il percorso dei veicoli (by-pass, sorpassi o missioni speciali);
– Sono possibili modifiche ed ampliamenti dei percorsi;
– La potenzialità di trasporto può essere adeguata in maniera sensibile;
– Sono facilmente integrabili con altri sistemi di movimentazione;
– Il livello di automazione può essere esteso dalla produzione ai trasporti interni.
Punti di debolezza
–
–
–
–
Elevati investimenti;
Elevati costi di gestione;
Velocità necessariamente limitata;
Criticità legate all’affidabilità (il guasto di un carrello può provocare problemi all’intero
sistema di movimentazione AGV);
– Fragilità del sistema.
SISTEMI DI TRASPORTO AEREI CON
CARRELLI AUTOMOTORI (AEM)
•
consistono in carrelli motorizzati che, scorrendo su vie
di corsa sopraelevate, sono in grado di svolgere
operazioni di trasporto completamente automatizzate
da uno o più punti di partenza ad uno o più punti di
arrivo
I principali componenti di tali sistemi sono:
1.
2.
3.
4.
5.
Carrelli che provvedono al trasporto di materiale;
Vie di corsa aeree che sostengono i carrelli e li guidano lungo il
percorso;
Sistema di gestione e controllo delle missioni dei carrelli;
Dispositivi automatici di carico e scarico dei carrelli;
Sicurezze antinfortunistiche (simili per AGV).
Carrelli (AEM)
•
Sono costituiti da un elemento
motore collegato con più elementi
non motorizzati mediante barre di
accoppiamento atte a sostenere il
carico da trasportare e
comprendono un gruppo di
codificazione e comando delle
destinazioni (costituito solitamente
da sistemi di trasmissione dei
segnali di comando e controllo
analoghi a quelli visti per gli AGV)
ed un elemento di sospensione del
carico.
Vie di corsa aeree (AEM)
•
•
Sono generalmente costituite da
rotaie in leghe leggere, il cui
profilo è definito in modo da
assicurare
contemporaneamente funzioni
di sostegno e di guida. Infatti la
parte superiore della via di
corsa sopporta il carico, mentre
le facce laterali fungono da
guida
Lungo le rotaie corrono i
conduttori di alimentazione
elettrica e di trasmissione dei
segnali di comando ai carrelli e
di ricevimento delle informazioni
riguardanti la loro posizione, lo
stato di carico, ecc.
Sistema di gestione e controllo (AEM)
•
Negli impianti tradizionali le missioni dei carrelli possono essere comandate dalle
stazioni di partenza o da quelle di arrivo oppure da un calcolatore di processo
•
Negli impianti più complessi si installano due o più calcolatori per la gestione delle
missioni e dei percorsi dei carrelli, questi calcolatori sono eventualmente sottesi ad un
supervisore interfacciato con un calcolatore dedicato
•
In tutti i casi, l’intero circuito dell’AEM è suddiviso in tratti collegati direttamente con il
calcolatore dedicato (e livello superiore). E’ così possibile:
– Gestire le missioni dei carrelli (tipo di materiale da trasportare, destinazione secondo il
percorso ottimale, cambi di velocità, arresti, ecc.)
– Aggiornare ed eventualmente visualizzare la situazione dell’impianto (materiali
movimentati, avarie ai vari livelli, fermate od emergenza, ecc.)
Dispositivi automatici (AEM)
•
I dispositivi automatici di carico e scarico dei
carrelli devono consentire prelievi e depositi
rapidi e sicuri dei materiali da movimentare
oppure il loro trasferimento da o su altri
trasportatori (rulliere, AGV, ecc.), macchine
operatrici, magazzini.
•
Il carico e lo scarico automatico dei carrelli
automotori hanno via via sostituito le rispettive
operazioni di tipo manuale, ormai adottate solo
negli impianti leggeri e a bassa movimentazione.
Prestazioni AEM
•
•
•
Massa del carico trasportato: da 500 a 2500kg/carrello;
Velocità massima in entrambi i sensi di marcia: da 1 a 2 m/s (al diminuire del carico);
Pendenza massima superabile: alcuni gradi (fino a 45° per applicazioni particolari a basse
velocità 0,5m/s);
I principali vantaggi conseguibili con un sistema di trasporto aereo a carrelli automotori
sono:
–
–
–
–
–
–
–
L’installazione aerea libera da intralci il pavimento;
Limitati ingombri dei carrelli;
Elevate potenzialità di trasporto adeguabili alle esigenze operative;
Attuazione di percorsi complessi, su diversi piani e livelli, con possibilità di ampliamento;
Possibilità di accumulo lungo il percorso di carrelli carichi o scarichi;
Rapidità di montaggio;
Funzionamento silenzioso
TRASLOELEVATORI
•
I trasloelevatori rappresentano l’unico mezzo di trasporto atto a consentire la
realizzazione di magazzini intensivi, aventi cioè altezze superiori a 12 m
TRASLOELEVATORI
•
•
•
•
•
•
•
Montante/i costituenti la struttura portante,
unitamente alle travi di base (con le ruote di
scorrimento) e superiore
Telaio mobile scorrevole lungo una colonna
verticale (asse y), che a sua volta può traslare
lungo il corridoio posto tra le scaffalature (asse
x)
Contrappesi per la riduzione degli sforzi di
sollevamento
Dispositivo per il prelievo ed il deposito dei
carichi (spesso una piastra porta forche di tipo
telescopico)
La cabina per il manovratore o per le operazioni
di emergenza
Il sistema di automazione e di coordinamento
dei cicli operativi
La linea elettrica di alimentazione.
Prestazioni Trasloelevatori
Vantaggi:
•
Possibilità di sviluppare il magazzino ad altezze maggiori di quelle raggiungibili impiegando
altri mezzi di movimentazione, con conseguente risparmio di aree
•
Rapidità di movimentazione dei materiali immagazzinati
•
Facilità di attuazione dei criteri FIFO e LIFO e di automatizzazione della gestione del
magazzino.
AUTOMAZIONE
VANTAGGI
•
Eliminazione mansioni che richiedono sforzo fisico
•
Efficienza nel controllo di qualità
•
Miglioramento procedure di programmazione e controllo della produzione
•
Rapidità nell’introduzione di nuovi prodotti
•
Incremento della flessibilità produttiva ai volumi ed al mix
•
Riduzione dei tempi di consegna (time-to-market)
•
Miglioramento della qualità
•
Riduzione dei costi
•
Miglioramento del servizio al cliente
•
Sopravvivenza dell’impresa in un ambiente altamente competitivo
BARRIERE ALL’AUTOMAZIONE
•
•
•
•
•
Barriere finanziarie: costi acquisizione strumenti e costi formazione risorse specializzate
Barriere conoscitive
Barriere di tipo innovativo – organizzativo
Rischio obsolescenza
Elevata scala di produzione per saturare la capacità produttiva delle macchine
Rischio meccanico
I rischi di tipo meccanico cui ci si riferisce sono riconducibili ad alcune situazioni tipo quali:
•
entrare in contatto con la macchina, o trovarsi intrappolati tra la macchina e le parti
collegate alla macchina o ad altre strutture fisse: convogliamento, trascinamento,
impigliamento, intrappolamento;
•
essere colpiti da un qualunque organo in movimento della macchina: schiacciamento,
cesoiamento;
•
essere colpiti da eventuali materiali proiettati dalla macchina.
Rischio meccanico
CICLO PRODUTTIVO STAMPERIA TESSUTI
Rischio meccanico
CICLO PRODUTTIVO STAMPERIA TESSUTI
Fase: Cucitura testate: impianti in automatico che hanno lo scopo di creare grandi rotoli per le
successive lavorazioni di continuo. E’ un impianto utilizzato solo per grandi metrature in lavorazione. Nel
caso specifico, “l’apparecchiatura automatica” è costituita dalla presenza dell’unità di cucitura (macchina
da cucire) che si muove automaticamente seguendo un percorso longitudinale.
Rischio : Infortuni dovuti a cattura da parte di cilindri accoppiati che possono afferrare e trascinare mani o
altre parti – infortuni dovuti all’unità di cucitura
Danni attesi:
A – Urti e/o perforazione da parte della macchina per cucire in movimento continuo
B – Cattura da parte di rulli accoppiati
C – Caduta dall’alto per la presenza di postazioni di lavoro su passerelle
INTERVENTI
D – Cattura da parte di organi di trasmissione quali cinghie e catene
• Prevedere per le macchine mobili
dispositivi di sicurezza o recinzioni.
Devono parimenti essere previsti
dispositivi di sicurezza o chiusure
di protezione per i dispositivi in
movimentazione o gli elementi
operativi allo scopo di impedire
l’accesso alle zone pericolose.
• Oppure
impedire
l’accesso
di
persone con protezioni secondarie
quali pedane sensibili o fotocellule
che
circondano
la
zona
di
operazione.
Rischio meccanico
CICLO PRODUTTIVO STAMPERIA TESSUTI
Fase: Cucitura testate:
impianti in automatico che hanno lo scopo di creare grandi rotoli per le
successive lavorazioni di continuo. E’ un impianto utilizzato solo per grandi metrature in lavorazione. Nel
caso specifico, “l’apparecchiatura automatica” è costituita dalla presenza dell’unità di cucitura (macchina
da cucire) che si muove automaticamente seguendo un percorso longitudinale.
Rischio : Infortuni dovuti a cattura da parte di cilindri accoppiati che possono afferrare e trascinare mani o
altre parti.
Danni attesi:
A – Urti e/o perforazione da parte della macchina per cucire in movimento continuo
B – Cattura da parte di rulli accoppiati
C – Caduta dall’alto per la presenza di postazioni di lavoro su passerelle
D – Cattura da parte di organi di trasmissione quali cinghie e catene
INTERVENTI
• Installare ripari fissi o mobili interbloccati.
• Prevedere un distanziamento fra cilindri controrotanti e/o fra
cilindri e parti fisse compreso fra 120 – 150 mm o maggiore di
500 mm, o dispositivi di protezione fotoelettrici (“fotocellule”)
che coprano l’intera larghezza del punto di trascinamento, o
dispositivi di tipo sensibile (ad esempio “fune a strappo”) che
coprano l’intera larghezza del punto di trascinamento.
Rischio meccanico
CICLO PRODUTTIVO STAMPERIA TESSUTI
Fase: Centrifughe: eliminare l’eccesso di acqua di lavaggio dai tessuti proveniente dagli impianti di
tintura. (Norma tecnica UNI EN n° 12547 del 30/06/2001 - Centrifughe - Requisiti comuni di sicurezza)
Rischio : Possibilità di urto, schiacciamento, cesoiamento, cattura degli arti superiori da parte del cestello
in rotazione all’interno della macchina in seguito all’apertura del coperchio di accesso durante il
funzionamento.
Danni attesi: Lesioni arti superiori/inferiori da trascinamento e torsione anche con esito mortale
INTERVENTI
Installare:
• Impiego solo di sistemi di blocco non
agevolmente rimovibili dall’operatore
della macchina, quali: viti, bulloni
• Dispositivi per impedire la caduta
accidentale del coperchio.
Rischio meccanico
CICLO PRODUTTIVO STAMPERIA TESSUTI
Fase: Calandratura del tessuto: passaggio su due o più cilindri riscaldati e che ruotano alla stessa
velocità o a velocità differenti, serve a conseguire diversi effetti. Normalmente è effettuata per
ammorbidire il tessuto, o per avere un effetto lucido o semi-lucido permanente.
Rischio : Presenza di rulli girevoli contro rotanti a coppie / blocchi e adiacenti a elementi fissi collocati sia
nella zona di ingresso sia in quella di uscita con possibilità di impigliamento e cattura.
Danni attesi: lesioni mani e arti superiori
INTERVENTI
Installare:
• Ripari fissi o mobili interbloccati
• Dispositivi di protezione fotoelettrici (“fotocellule”)
che coprano l’intera larghezza del punto di
trascinamento
• Dispositivi di tipo sensibile (ad esempio “fune a
strappo”) che coprano l’intera larghezza del punto
di trascinamento.
Rischio meccanico
B – Contatti con organi di trasmissione.
CICLO PRODUTTIVO STAMPERIA TESSUTI
INTERVENTI
• Installare ripari fissi o mobili interbloccati
e/o segregare completamente le parti della
macchina interessata .
C - Contatto con materiale
CICLO PRODUTTIVO FONDERIE ALLUMINIO
INTERVENTI
• Utilizzo dei DPI come visiera, guanti e
scarpe inforntunistiche .
Rischio meccanico
Tipologie di protezioni sono così classificabili:
•
Protezioni fisse assicurano che all’operatore venga
impedito l’accesso alle parti pericolose delle
macchine.
•
Protezioni asservite sono collegate ai comandi della
macchina e consentono di accedere all’area
pericolosa in condizioni di sicurezza consentendo di
eseguire operazioni che si rendessero necessarie
durante lo svolgimento della lavorazione. Sono
concepite ed allestite in modo tale da:
–
permettere di avviare la macchina solo quando la
protezione si trova in posizione di chiusura;
–
permettere l'apertura della protezione solo a macchina
ferma.
Rischio meccanico
•
Gli obiettivi conseguibili con i dispositivi di protezione sono molteplici e così
riassumibili:
– durante il normale funzionamento l’operatore non deve mai poter venire a contatto
con organi o parti pericolose della macchina;
– durante l’esecuzione di manovre che possono portare a situazioni pericolose, deve
sussistere una adeguata segnalazione fra una manovra e la successiva;
– le parti pericolose della macchina devono poter essere accessibili solamente con
l’impianto messo in sicurezza (organi in movimento fermi);
– eventuali guasti ed anomalie, prevedibili sulla base dell’esperienza, non devono
poter arrecare danni agli operatori;
– in caso di emergenza, le macchine devono poter essere messe in sicurezza in
modo agevole e rapido.
Direttiva macchine
•
La Direttiva Macchine (direttiva 89/392/CEE) è stata recepita dalla nostra legislazione
mediante il D.P.R. 459/96 il cui titolo è: “Regolamento per l’attuazione delle direttive
89/392/CEE, 91/368/CEE, 93/44/CEE e 93/68/CEE
Obiettivo:
•
creare le condizioni necessarie affinché le industrie che
operano nell’ambito dell’Unione Europea possano
realizzare prodotti rispondenti ai medesimi requisiti di
sicurezza per le persone e l’ambiente;
•
riavvicinare ed uniformare le attuali disposizioni
nazionali in materia di sicurezza;
•
a libera circolazione delle macchine senza abbassare i
livelli di protezione esistenti.
Direttiva macchine
I principali requisiti sono nel seguito elencati.
Il costruttore deve:
• svolgere un'accurata Analisi dei Rischi effettivamente presenti sulla macchina e
identificare i requisiti essenziali ad essa applicabili;
• applicare il principio di integrazione della sicurezza: eliminare i rischi al momento
della progettazione, di installare i dispositivi di sicurezza necessari e di dare esplicita
indicazione dei rischi residui non eliminabili;
• allegare alla macchina il Manuale di Istruzione per l'uso e la manutenzione
(ALLEGATO I);
• costituire il Fascicolo Tecnico della costruzione, che documenta che tutti i requisiti
essenziali applicabili sono soddisfatti (ALLEGATO V);
• se la macchina rientra tra quelle elencate nell'Allegato IV, sottoporre la macchina
all'esame da parte di un Organismo Notificato;
• allegare alla macchina la dichiarazione di pertinenza (CE di conformità o del
fabbricante) secondo le indicazioni dell'ALLEGATO II;
• se tutti i requisiti applicabili sono soddisfatti, apporre la marcatura CE sulla macchina
(Allegato III e dalla Direttiva 93/68/CEE).
Scelta livello di automazione
•
•
•
•
Un criterio per la scelta del livello di automazione ottimale per un sistema produttivo,
che ci si riferisca ad esempio ad una linea o ad una singola stazione di lavoro, può
basarsi sulla massimizzazione dell’utile conseguente.
Considerando di operare scelte e confronti a parità di volumi produttivi realizzati, tale
criterio può riformularsi in termini di minimizzazione del costo totale per la produzione
di quanto richiesto al sistema produttivo.
Allo scopo quindi di poter confrontare soluzioni che prevedano un differente livello di
automazione è possibile trascurare i costi di produzione non direttamente dipendenti in
maniera sostanziale da livello di automazione stesso.
In questa analisi, con riferimento ad una stazione di lavoro generica destinata alla
realizzazione di un volume produttivo di N pezzi (relativi ad esempio ad una grossa
commessa o alla stima della domanda futura) per mezzo di una componente di lavoro
umana, una componente di lavoro realizzata da macchinari automatici flessibili ed una
componente di lavoro realizzata da componenti automatici rigidi, assumeremo di poter
esprimere il costo di produzione come la somma dei costi totali relativi alle tre
componenti:
Scelta livello di automazione
• Per quanto riguarda la componente manuale, dato il costo
orario della manodopera cm e il tempo ciclo relativo alla
componente manuale della lavorazione necessaria per la
realizzazione del pezzo tCM, il costo della manodopera
totale per la realizzazione degli N pezzi è dato da:
Scelta livello di automazione
• Per quanto riguarda la componente automatizzata rigida,
il costo totale da attribuire alla realizzazione degli N pezzi,
non potendo i macchinari essere riutilizzati in seguito per
lavorazione di nuovi prodotti, è dato dall’intero importo IR
dell’investimento effettuato in macchinari automatici non
convertibili:
Scelta livello di automazione
•
Per quanto riguarda la componente automatizzata flessibile, il costo totale da
attribuire alla realizzazione degli N pezzi, potendo i macchinari essere
riutilizzati in seguito per lavorazione di nuovi prodotti, è dato dalla quota
dell’investimento IF effettuato in macchinari automatici convertibili attribuibile
alla produzione di N pezzi. Tale quota può essere determinata come la
frazione della vita utile VF 1 dei macchinari flessibili dedicata alla produzione
degli N pezzi.
•
Considerando che il tempo dedicato alla produzione degli N pezzi può essere
ottenuto moltiplicando tale numero per il tempo ciclo tCA della componente
della lavorazione effettuata dai macchinari flessibili si ha:
Scelta livello di automazione
• Pertanto, il costo totale di produzione degli N pezzi
considerati, che tiene conto di tutte le componenti
considerate è:
Esercizio
•
Un’azienda ha intenzione di avviare la produzione di un nuovo prodotto per un totale
previsto di prodotti da realizzare pari a 50.000 unità.
•
L’azienda intende realizzare direttamente l’assemblaggio finale dei componenti, affidando
ai suoi fornitori la produzione degli stessi. Per effettuare l’operazione di assemblaggio è
possibile scegliere tra due strutture produttive alternative in grado di realizzare il volume
produttivo richiesto:
–
assemblaggio manuale : l’operazione è completamente manuale, richiede un tempo ciclo effettivo
pari a 100 min/u ed è affidata ad operatori a basso grado di specializzazione dal costo di 15 €/h;
–
assemblaggio automatizzato: l’operazione è affidata ad una linea completamente automatizzata e
richiede un tempo ciclo pari a 30 min/u. La linea richiede manodopera specializzata, dal costo di 30
€/h, esclusivamente per le funzioni di presidio e controllo per un tempo complessivo di 5 min/u. La
linea è costituita da macchinari che possono eventualmente essere convertiti alla realizzazione di
altri prodotti aziendali, per un valore totale di 1,5 mln€. Su tali macchinari sono montati una serie di
componenti dedicati, per un valore totale di 0,5 mln€, che non possono essere convertiti in maniera
economicamente conveniente. La linea (compresi tutti i suoi componenti) è caratterizzata da una
vita utile di 50.000 ore di lavoro. Assumendo gli altri costi di produzione non direttamente dipendenti
in maniera sostanziale da livello di automazione stesso, si individui la struttura produttiva
economicamente ottimale per l’azienda.
Esercizio
• Processo di produzione carta : fasi 1) di lavorazione
1
2
3
4
5
Esercizio
• Processo di produzione carta :
fasi 2) di lavorazione
Caratteristiche di produzione:
- 5 tipologie di prodotti
- alti volumi produttivi
6
7
8
9
10
Si richiede di caratterizzare ciascuna fase
in termini di
• Macchinari: caratteristiche di automazione
• Macchinari: caratteristiche prestazionali/tecniche
• Macchinari: caratteristiche di sicurezza
• Macchinari: attività dell’eventuale operatore
a bordo macchina
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