Sistemi di dosaggio – Accuratezza e precisione sono le caratteristiche imprescindibili del dosaggio di piccoli ingredienti. In un’azienda produttrice di mescole di gomma e materie plastiche proprio il reparto di dosatura è il più complesso
di Giorgia Cantele e Alberto Pellichero per Color Service e Nicola Peloso per Service Group R&D
Tale dipartimento solitamente si avvale di sistemi di dosaggio che impiegano risorse umane addette alla dosatura manuale degli ingredienti con postazioni fisse; ciò comporta una difficile gestione sia dal punto di vista ambientale sia dal punto di vista della precisione della pesatura stessa.
Infatti, i “Raw Material” (materia prima) dosati manualmente dall’operatore non permettono di ottenere lo stesso livello di precisione ed affidabilità di un sistema automatico che al contempo comporta un notevole risparmio di manodopera, riducendo l’intervento umano e gli errori che ne conseguono.
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L’azienda
Color Service rappresenta la più importante realtà italiana nella produzione di sistemi automatici di dosaggio presente sul mercato mondiale: facendo della diversificazione la sua strategia aziendale si è imposta come leader in molteplici mercati vantando ad oggi oltre 2500 impianti installati in tutto il mondo.
L’azienda è quindi specializzata nei dosaggi di piccoli componenti, ambito nel quale il resto dei competitor trova grandi difficoltà legate all’affidabilità e customizzazione degli impianti. Color Service si pone infatti nel mercato come una tra le aziende con il migliore rapporto qualità-prezzo: è indiscutibilmente molto apprezzata per la capacità di esaudire tutte le richieste del cliente e per il notevole livello tecnologico raggiunto negli anni.
Progetto “Fabbrica Intelligente”
L’intensa attività di ricerca e sviluppo interna, coadiuvata dall’importante collaborazione con partner di sviluppo di eccezione quali Service Group R&D, hanno dato origine negli ultimi anni ad un progetto di ricerca orientato alla fabbrica intelligente e, più in verticale, declinato nella tematica dei processi produttivi ad alta efficienza e sostenibilità ambientale.
L’obiettivo è lo sviluppo di sistemi produttivi ad alta efficienza che consentano di minimizzare i costi di produzione e migliorare la produttività e la qualità del prodotto.
L’alta efficienza produttiva è condizione necessaria per la competitività di tutte le imprese, soprattutto quelle operanti nei settori con alti volumi di produzione e ridotta marginalità.
Le tematiche di ricerca prioritarie in quest’area dunque riguardano: soluzioni meccatroniche, sistemi di automazione avanzata, controlli in linea e modelli logistici orientati alla gestione efficiente, adattiva ed intelligente della filiera di produzione.
Nel contesto delle ultime attività di R&S si è dunque voluto condensare tali concetti in soluzioni pratiche operative per i settori di riferimento. Queste porteranno Color Service a ideare un nuovo impianto protipale, rispetto lo stato dell’arte, il quale vedrà installate soluzioni tecniche innovative, ovvero con l’integrazione di nuovi moduli tecnologici che definiranno la futura traiettoria di sviluppo dell’azienda ed un punto di riferimento per il settore.
Esso sarà dunque caratterizzato da una serie di prototipi preposti per differenti compiti nei quali la materia prima verrà condotta mediante “movimentazione intelligente”. L’obiettivo è dunque quello di migliorare notevolmente:
- la gestione dei flussi di materia prima nell’impianto, ossia agire sulla gestione dei contenitori in acciaio inox specificatamente progettati per contenere le varie polveri di chips additivati e miscelati per ottenere le miscele di polimero finali. Ciò è volto a valorizzare l’implementazione di soluzioni basate su strumenti ICT e sull’automazione i quali consentiranno di garantire luoghi di lavoro ad elevata accessibilità, usabilità, ergonomia, sicurezza e flessibilità. Si contestualizza in tale aspetto l’aumento di flessibilità del sistema nella gestione di commesse di tipo MTO/ETO (make to order / engineer to order) senza riduzione delle performance di produttività.
- le funzionalità del sistema di gestione dell’impianto sfruttando impetrazioni ICT nell’ottica della sostenibilità dei processi e dell’economia circolare, ossia implementare un sistema (software e hardware, sensoristica) atta a quantificare l’impronta di carbonio di processo. L’aumento delle potenzialità del sistema di gestione si evincerà anche dall’implementazione della manutenzione, la definizione delle pratiche di assemblaggio e training, nonché la gestione del sistema in remoto con la realtà aumentata.
- l’affidabilità del sistema, definendo soluzioni tecniche innovative per una produzione zero defects grazie a sistemi di recupero delle materie prime disperse durante il dosaggio (altrimenti sprecate) e grazie all’automazione totale del processo.
Una nuova logica di gestione del sistema
I settori di destinazione sono la produzione di gomma (nello specifico il mercato dello pneumatico) ed il settore della plastica in senso lato, ma le soluzioni sono utili a tutte le realtà industriali che debbano dosare e gestire polveri di dimensioni micrometriche (es: pharma, food).
Facendo riferimento al settore di produzione dello pneumatico e plastica, questi sono caratterizzati da un lungo ciclo produttivo a capo del quale si trova la produzione della materia prima ed il suo dosaggio, finalizzato all’ottenere le miscele adatte per il polimero finale. Questa si presenta in forma di polveri, chips e flakes di sostanze che possono essere prodotte in forma e granulometria differente dipendentemente dal produttore.
Il mercato richiede sistemi affidabili, flessibili e sicuri che permettano di massimizzare la flessibilità di layout del sistema, ridurre i costi legati a possibili errori degli operatori e ridurre i rischi per l’operatore. Le soluzioni che si andranno a validare in quanto a sistemi di trasporto sono dunque mirate alla riduzione totale dell’errore dell’operatore, al fine di ottenere processi ripetibili, affidabili ed estremamente flessibili: le navette permetteranno di collocare i vari moduli dell’impianto dipendentemente dallo spazio nell’area produttiva, coordinando le stesse in modo da metterli in contatto senza necessità di grandi spazi dedicati per tutta l’isola. Ciò definisce una grande potenzialità per il cliente che, a fronte di spazi ridotti o non del tutto sgombri potrà installare moduli anche disgiunti rispetto l’attuale realtà tecnica.
La gestione dei flussi mediante navetta, robot e buffer di accumulo, permetteranno ai clienti di Color Service di poter effettuare cicli di dosaggio su piccoli lotti durante la produzione di una commessa più grande in volume.
Poter gestire facilmente produzioni ETO andrà a vantaggio del cliente finale, il quale potrà facilmente rispondere ad esigenze improvvise rispetto alla programmazione aziendale in produzione, garantendo lead time indotto rispetto alla concorrenza.
Ciò andrà inoltre a vantaggio anche dell’attività di ricerca e sviluppo del produttore, il quale sarà facilitato nella sperimentazione di composizioni differenti senza l’ausilio di macchine dedicate di laboratorio. Il software verrà integrato con nuove applicazioni, tra cui la realtà aumentata per manutenzione ed avvio impianto: ciò definirà una soluzione molto vantaggiosa per il cliente, riducendo notevolmente i costi di intervento per manutenzione straordinaria ed aumentando la competenza specifica del personale interno, il quale sarà formato per la risoluzione del problema in loco dal cliente.
Come ultima voce, la sostenibilità darà un contributo aggiuntivo alla qualità delle produzioni operate dai futuri impianti. Il nuovo dato generato dal software di gestione permetterà ai clienti finali di valorizzare le produzioni sul lato degli impatti, in accordo con i trend di mercato odierni. Ad oggi, infatti, il green marketing rappresenta un elemento molto importante per l’immagine globale dei maggiori player mondiali nel settore gomma e nel settore pneumatici.
Si otterrà dunque una notevole riduzione dei costi legati a possibili errori degli operatori con l’automazione spinta delle fasi di dosaggio e movimentazione. Si definirà una soluzione che potrà massimizzare la flessibilità del layout degli impianti, permettendo di slegare i moduli dell’isola di dosaggio altrimenti uniti da soluzioni fisiche quali ad esempio assi cartesiani, e rulliere migliorando la gestione dei flussi grazie a navette indipendenti.
L’automazione ridurrà a zero, inoltre, il rischio chimico per gli operatori i quali, altrimenti, sono esposti in certe realtà industriali al contatto diretto con sostanze altamente pericolose (polveri polimeriche additivate). Il concetto di integrazione definisce, nelle finalità di progetto, una complicata condivisione del dato tra sistemi che finora non hanno mai comunicato insieme nel modo proposto.
La gestione del dosaggio, unita alle successive fasi del processo, porta Color Service a validare un prodotto-servizio non ancora presente nel mercato odierno, ossia la possibilità di fornire un impianto completo dalla preparazione alla distribuzione del dosato ai macchinari successivi, nel processo produttivo (mixer). Ad oggi l’azienda affronta già problematiche legate alla connessione di sistemi di trasporto, connessione e di storing successivi al dosaggio: problematiche sempre differenti data la diversità dei fornitori scelti dal cliente finale.
Sviluppando invece una soluzione che sia come quella proposta, ossia flessibile, facilmente customizzabile e completamente autonoma, l’azienda sarà in grado di proporre impianti completi senza doversi interfacciare con altre aziende per: customizzazioni strutturali di layout e no, ingegnerizzazioni spinte dei meccanismi di dosaggio e gestione dei sistemi e dei flussi nelle fabbriche dei clienti. Si ridurranno quindi da un lato i costi di avvio impianto e dall’altro i costi ed il rischio di investimento per il cliente finale.
Avendo inoltre una panoramica completa delle fasi di processo le nuove integrazioni ICT, ossia la sensoristica di controllo di vario genere (posizioni, manutenzione, fermi e rallentamenti impianto, dimensioni del buffer di accumulo, errori etc.) e le logiche di controllo software, saranno ottimizzate al fine di ottenere un sistema più affidabile ed efficiente. Richiamando la carbon footprint di processo e valutando l’impianto di dosaggio come parte di un sistema fabbrica più esteso, si nota inoltre l’utilità di avere un impianto totalmente di produzione propria, ossia avere a disposizione una mole di dati e di informazioni, tra cui quella ambientale, complementari e che permetteranno di caratterizzare nel completo la fase di dosaggio. Questa è la prima e tra le più complesse del processo di creazione del polimero in senso lato.
Una linea di dosaggio tale non è presente nel mercato e segna un notevole progredimento nell’integrazione ed ottimizzazione di sistemi e tecnologie finora slegate. Si definisce quindi un prodotto nuovo per lo stato dell’arte ed altamente competitivo nei confronti della concorrenza mondiale, in primis quella cinese e tedesca.
Il progetto di Color Service è stato sovvenzionato dagli Accordi per l’innovazione, agevolazione nazionale atta a promuovere grandi progetti di ricerca industriale e di sviluppo sperimentale nei settori applicativi coerenti con la Strategia nazionale di specializzazione intelligente “Fabbrica intelligente”, “Agrifood” e “Scienze della vita”. Il piano di sviluppo, co-ideato da Color Service e Service Group R&D, è finanziato dal Ministero dello Sviluppo Economico e Regione Veneto per spese complessive di 5.202.362 €.
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