Automazione negli impianti industriali - ELIS

Automazione negli impianti industriali

Automazione negli impianti Automazione negli impianti industrialiindustriali

Bruna Di Silvio

E-mail: [email protected]

Caratteristiche del mercato odiernoCaratteristiche del mercato odierno

• Personalizzazione dei prodotti• Variabilità dei prodotti• Ridotto ciclo di vita dei prodotti• Ridotto time to market

Caratteristiche dei moderni sistemi Caratteristiche dei moderni sistemi produttiviproduttivi

• Innovazione di prodotto processo• Flessibilità ed elasticità del processo produttivo• Integrazione di tutte le attività del sistema

FLESSIBILITA’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’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

AUTOMAZIONEAUTOMAZIONE

• 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 NELLA PRODUZIONE

• AUTOMAZIONE NELLA PROGETTAZIONE

• AUTOMAZIONE NELLA LOGISTICA

AUTOMAZIONE PRODUZIONEAUTOMAZIONE 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 PRODUZIONEAUTOMAZIONE PRODUZIONE

FORME DI AUTOMAZIONE

• AUTOMAZIONE DI CONTROLLO• AUTOMAZIONE RIGIDA• AUTOMAZIONE FLESSIBILE

AUTOMAZIONE PRODUZIONEAUTOMAZIONE PRODUZIONEAutomazione di controlloAutomazione 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 CONTROLLOAUTOMAZIONE DI CONTROLLO

RAPPORTI PRODOTTO – PROCESSO • Processi continui• Prodotti ripetitivi• Alti volumi

VANTAGGI COMPETITIVI• Qualità• Affidabilità alta• Elasticità bassa• Versatilità bassa

AUTOMAZIONE PRODUZIONEAUTOMAZIONE PRODUZIONEAutomazione rigidaAutomazione 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 RIGIDAAUTOMAZIONE 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 PRODUZIONEAUTOMAZIONE PRODUZIONEAutomazione flessibileAutomazione 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 FLESSIBILEAUTOMAZIONE 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 AUTOMAZIONESUPPORTI 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 NCMACCHINA 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 allascheda 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.

EsempiEsempi

MACCHINA CNCMACCHINA 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 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.


• 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.


• 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 CNCMACCHINA CNCCARATTERISTICHE:

• 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


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

EsempiEsempi

Torni CNC a testa fissa

RobotRobot

• 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 MONOFUNZIONEROBOT 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 MULTIFUNZIONEROBOT 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

PressofusionePressofusione

Isole saldaturaIsole saldatura

FonderiaFonderia

pentole

Particolari auto

Manipolazione lamieraManipolazione lamiera

profilati

Pannelli per refrigerazione

LINEE TRANSFER RIGIDELINEE 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 FMS FlexibleFlexible manufacturing manufacturing systemssystems

• 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 FMS FlexibleFlexible manufacturing manufacturing systemssystems

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

Aree di applicazione per volume e varietàAree di applicazione per volume e varietàNumero di prodotti diversi

FLE

SS

IBIL

ITA

’ PR

OD

UTT

IVA

50

100

MA

CC

HIN

E U

NIV

ERS

TRA

DIZ

ION

ALI

MACCHINE A CONTROLLO NUMERICO

INDIPENDENTI

ALI

CELLE DI LAVORAZIONE

10SISTEMI FLESSIBILI NON IN LINEA

5LINEE TRANSFER FLESSIBILI

2

CAPACITA’ PRODUTTIVA Numero di pezzi per singolo prodotto

2000025 50 500 5000 10000

LINEE TRANSFER RIGIDE

AUTOMAZIONE PROGETTAZIONEAUTOMAZIONE 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 PROGETTAZIONEAUTOMAZIONE 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 CIM Computer integratedintegrated ManufacturingManufacturing

• 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

CIMCIMfunzioni amministrative

Sistemi informativi di Produzione

Computer aideddesign (CAD/CAE)

Computer aidedmanufacturing (CAM/CAPP)

Flexiblemanufacturing (FMS/FMC/...)

funzioni di pianificazione & controllo produzione

funzioni di progettazione

Funzioni coinvolte

funzioni di produzione

CIMCIM

Master Production SchedulingPrincipi contabili e valorizzazione dei costi Gestione finanziariaControllo di gestioneStandard di progettazione

Programmazione e controllo di gestioneGestione materiali macchine e risorseControllo di gestione della produzione

Gestione lottiSchedulazione produzioneContabilità magazzino

Avanzamento produzioneMovimentazione materialiScheduling e dispatching

Business Information System(Bis)Decision support system (Dss)Simulazioni

CadCappCaeCamSip (Siq, Mrp Jrt)Lan

Simulazione produzioneMonitoring e controllo delle lineeS.I. manutenzioneLan

Sistemi operativi realTimeCnc/DncLan di cella

MainframeMinicomputerRete fisica/interfacce

MinicomputerRete fisica/interfacce

Minicomputer

Microcomputer di fabbrica

Rete fisica/interfacce

MinicomputerMicroprocessoriPlc

Sistemi di trasporto materiali

FmsLinee robotizzateMovimentazione materialiMagazzini automatici

FmdTratto di lineaAgv

Microcodici ServoSensoriTerminaliSwitchPlc

RobotMacchine utensiliMacchine dedicate

LIVELLI

1AZIENDA

2STABILIMENTO

3AREA

4CELLA

5PROCESSO

TECNOLOGIEORGANIZZATIVE

TECNOLOGIEINFORMATICHE

Software Hardware

TECNOLOGIEDI PRODUZIONE

AUTOMAZIONE LOGISTICAAUTOMAZIONE LOGISTICA

• Sistemi tradizionali di trasporto• Sistemi di trasporto a guida automatica • Sistemi manuali di immagazzinamento e stoccaggio• Magazzini intensivi automatizzati

SISTEMI DI TRASPORTOSISTEMI 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’

AUTOMATED GUIDED VEHICLE AGV

TRASPORTATORI RIGIDI

ALTA AUTOMAZIONE

CARRELLI ELEVATORITRANSPALLET

BASSA AUTOMAZIONE

ALTA FLESSIBILITA’BASSA FLESSIBILITA’

SISTEMI TRADIZIONALI DI TRASPORTOSISTEMI TRADIZIONALI DI TRASPORTO

• Carrelli elevatori• Sistemi rigidi di trasporto• Impianti di trasporto multifase

Carrelli elevatoriCarrelli 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 elevatoriCarrelli elevatori

CARRELLO ACCATASTATORE TRANSPALLET

Sistemi rigidi di trasportoSistemi 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 RULLITRAPORTATORI 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 NASTROTRASPORTATORI 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 GOMMANASTRI 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 NASTRI TRASPORTATORI IN ACCIAIO E RETE METALLICAE 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 CONCANASTRI 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 trasportoSistemi rigidi di trasportoELEVATORE

A TAZZETRASPORTATORE A RULLO

TRASPORTATORE A NASTRO

AutomaticAutomatic guidedguided vehiclesvehicles (AGV)(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. Carrelli a guida automatica2. Impianto che provvede a guidare i carrelli

lungo tragitti3. Impianto per la trasmissione di informazioni4. Sistema di gestione per la programmazione e

ottimizzazione missioni e controllo del traffico

Carrelli a guida automatica (AGV)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)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 AGVSistema 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 Trasmissione dei comandi e delle informazioni (AGV)(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)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.

-Calcolatore di bordo più intelligente-Se cade il calcolatore dedicato l’impianto si ferma

-Situazione impianto nota solo in punti predeterminati-Tanti microcalcolatori quanti sono i carrelli

-Scambio dati molto intenso-Molti loop-Calcolatore sofisticato

SVANTAGGISVANTAGGI

-Calcolatore meno potente-Nota la situazione dell’impianto

-Minor numero di scambi fra carrelli e impianto- Calcolatore dedicato meno sofisticato

-Situazione nota al calcolatore dedicato completamente-Elettronica sui carrelli limitata

VANTAGGIVANTAGGI

MISTOMISTODECENTRALIZZATODECENTRALIZZATOCENTRALIZZATOCENTRALIZZATO

CENTRALIZZATO DECENTRALIZZATO

Sicurezza dei sistemi AGVSicurezza dei sistemi AGV

•• Pulsanti di arresto ed emergenzaPulsanti di arresto ed emergenza in punti accessibili del carrello•• Segnalatori ottici a bordo carrelloSegnalatori ottici a bordo carrello: entrano in funzione alla partenza dei

veicoli e ne evidenziano la marcia fino alla fine della missione•• Paraurti Paraurti dotati di sensori di contatto che provocano l’arresto del carrello a

contatto con un ostacolo•• Distanziatori di sicurezzaDistanziatori 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.

AGVAGV

Punti di forzaPunti 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 debolezzaPunti 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 SISTEMI DI TRASPORTO AEREI CON CARRELLI AUTOMOTORI (AEM)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. Carrelli che provvedono al trasporto di materiale;2. Vie di corsa aeree che sostengono i carrelli e li guidano lungo il

percorso;3. Sistema di gestione e controllo delle missioni dei carrelli;4. Dispositivi automatici di carico e scarico dei carrelli;5. Sicurezze antinfortunistiche (simili per AGV).

Carrelli (AEM)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)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)Sistema di gestione e controllo (AEM)

• Negli impianti tradizionaliimpianti 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 complessiimpianti 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)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 AEMPrestazioni 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 automotorisono:

– 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

TRASLOELEVATORITRASLOELEVATORI• I trasloelevatori rappresentano l’unico mezzo di trasporto atto a consentire la

realizzazione di magazzini intensivi, aventi cioè altezze superiori a 12 m

TRASLOELEVATORITRASLOELEVATORI

• 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 Prestazioni TrasloelevatoriTrasloelevatori

Vantaggi:• Possibilità di sviluppare il magazzinosviluppare il magazzino ad altezze maggiori di quelle raggiungibili impiegando

altri mezzi di movimentazione, con conseguente risparmio di aree•• Rapidità di movimentazioneRapidità di movimentazione dei materiali immagazzinati• Facilità di attuazione dei criteri FIFO e LIFO e di automatizzazione della gestione del automatizzazione della gestione del

magazzino.magazzino.


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 meccanicoRischio 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 meccanicoRischio meccanicoCICLO PRODUTTIVO STAMPERIA TESSUTI


INTERVENTI• 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 impedirel’accesso alle zone pericolose.

• Oppure impedire l’accesso di persone con protezioni secondariequali pedane sensibili o fotocellule che circondano la zona operazione.

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 D – Cattura da parte di organi di trasmissione quali cinghie e catene

di


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.

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


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

CICLO PRODUTTIVO STAMPERIA TESSUTI

INTERVENTIInstallare:• Impiego solo di sistemi di blocco non

agevolmente rimovibili dall’operatore della macchina, quali: viti, bulloni

• Dispositivi per impedire la caduta

accidentale del coperchio.


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

INTERVENTIInstallare:• 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.


B – Contatti con organi di trasmissione.

C - Contatto con materiale

CICLO PRODUTTIVO STAMPERIA TESSUTI

INTERVENTI

• Installare ripari fissi o mobili interbloccati e/o segregare completamente le parti della macchina interessata .

CICLO PRODUTTIVO FONDERIE ALLUMINIO

INTERVENTI

• Utilizzo dei DPI come visiera, guanti e scarpe inforntunistiche .


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.


• 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 macchineDirettiva 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 macchineDirettiva 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 automazioneScelta 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:


• 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:


• 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:


• 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:


• Pertanto, il costo totale di produzione degli N pezzi considerati, che tiene conto di tutte le componenti considerate è:

EsercizioEsercizio

• 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.

EsercizioEsercizio

• Processo di produzione carta : fasi 1) di lavorazione

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EsercizioEsercizio

• Processo di produzione carta : fasi 2) di lavorazione

Caratteristiche di produzione:- 5 tipologie di prodotti- alti volumi produttivi

Si richiede di caratterizzare ciascuna fasein termini di • Macchinari: caratteristiche di automazione• Macchinari: caratteristiche prestazionali/tecniche• Macchinari: caratteristiche di sicurezza• Macchinari: attività dell’eventuale operatore

a bordo macchina

Automazione negli impianti industriali - ELIS

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