L’integrazione del software è propria di qualsiasi sistema produttivo. I sistemi CAD/CAM, PLM, cloud e di simulazione sono elementi indispensabili per la fabbrica del futuro, sempre più affidabili e in grado di migliorare e aumentare la produttività.
di Patrizia Ricci
La quarta rivoluzione industriale ha radicalmente trasformato il paradigma produttivo. Per supportare i nuovi processi, è necessario ripensare profondamente la progettazione dei prodotti. in funzione di ciò, possiamo anche parlare di “quarta rivoluzione progettuale”, visto che alcuni elementi peculiari dell’Industria 4.0 ci guidano verso un nuovo modo di impostare e sviluppare la progettazione. In particolare, il software assume un ruolo sempre più importante ed è chiamato sempre più spesso a gestire le esigenze di programmazione, simulazione, studio di fattibilità, monitoraggio e molto altro ancora. La quarta rivoluzione industriale ha cambiato e sta tuttora cambiando il ruolo del software che sempre più spesso abbandona la tradizionale programmazione a bordo macchina per creare attraverso i CAM percorsi di lavorazione; ad oggi, la macchina utensile deve essere considerata a tutti gli effetti come un terminale. Le tecnologie del software industriale sono in continua evoluzione e, con esse, i benefici derivanti dalle infrastrutture IT nel percorso di digitalizzazione delle imprese. Attualmente, le tematiche di cui sempre più spesso si parla in ambito industriale sono quelli della Safety, Security, Manufacturing intelligence, gestione infrastrutture, produzione e Supply Chain, IT, Qualità, manutenzione e servizi, progettazione impianto e prodotto. Parliamo quindi di soluzioni per simulazione, modellazione 3D, progettazione CAD/CAM/CAE, IoT, gestione e coordinamento della produzione, sistemi di comunicazione, monitoraggio e controllo, sistemi di Industrial Artificial Intelligence e Machine learning, sistemi per la gestione della Realtà aumentata, Additive manufacturing, Virtual industrialization e Sicurezza informatica. Ovviamente, tutte le aziende fornitrici di beni tecnologici (macchinari, attrezzature, sistemi d’automazione, software, ecc.) si stanno adeguando e hanno cominciato già da tempo a proporre al mercato soluzioni nuove e in linea con l’Industry 4.0. In questo speciale, in particolare, cercheremo di capire in che modo sta evolvendo il settore del CAD/CAM e cosa caratterizza e distingue un CAM di ultima generazione. Prima di parlare delle peculiarità di questi sistemi, tuttavia, cerchiamo di chiarire, per quei pochi che non dovessero conoscerla, che cosa si intende per tecnologia CAD-CAM e qual è la differenza tra CAD e CAM.
Cos’è il CAD-CAM?
Con CAD-CAM non si intende un semplice programma che consente la programmazione delle macchine, ma l’unione di due software: il CAD (Computer Aided Design) e il CAM (Computer Aided Manufacturing). Il termine CAD rimanda all’uso di software specifici per la progettazione di componenti e lo sviluppo dei relativi disegni, utilizzabili da operai, architetti, progettisti, ecc. In particolare, l’origine del CAD, o progettazione assistita dal computer, viene attribuita all’informatico Patrick Hanratty, riconosciuto come il padre del CAD/CAM: nel 1957, mentre lavorava per General Electric, sviluppò PRONTO (Program for Numerical Tooling Operations), il primo sistema di programmazione CNC commerciale. Nel 1971, lo stesso Hanratty realizzò ADAM – Automated Drafting And Machine, un CAD grafico interattivo con funzioni completamente nuove in grado di aiutare realmente i progettisti, il cui sistema di progettazione e produzione era scritto in Fortran e progettato per funzionare praticamente su ogni macchina. Il programma, reso pubblico pochi anni dopo, si diffuse così tanto da avere un enorme successo e motivare altri sviluppatori e case produttrici a creare i loro programmi CAD. Oggi nell’80% dei programmi CAD è possibile risalire alle radici di ADAM. Una delle prime case produttrici fu Autodesk che agli inizi degli anni Ottanta lanciò sul mercato il proprio programma, AutoCAD, diffusosi in pochi anni soprattutto nel settore edile. Negli anni che seguirono si sviluppò anche in settori molto distanti dall’architettura come, per esempio, nel settore della progettazione meccanica. Oggigiorno si utilizza comunemente il termine CAD per indicare in senso generale i vari campi di impiego e funzionalità di tali programmi. Attualmente, i CAD vengono utilizzati sia da privati che da aziende per tutta una serie di applicazioni che li rendono indispensabili per dare forma ai propri progetti. Si utilizza il software CAD per creare gli oggetti o i componenti di altri apparati complessi, progettando e disegnando in 2D o in 3D, utilizzando delle forme geometriche per costruire un modello. Tuttavia, dato che non necessariamente non tutte le varie parti prodotte devono essere progettate con un modello 3D solido, i software CAD possono essere bidimensionali e tridimensionali.
L’acronimo CAM, invece, sta per produzione assistita da un computer, tramite software specifici dedicati alla produzione effettiva piuttosto che alla resa a video (rendering), con i quali ci si interfaccia con i macchinari produttivi che realizzano i prodotti desiderati. Tantissime – per non dire quasi tutte – le macchine utensili possono essere programmate direttamente dal loro software interno ma il CAM può diventare una sorta di assistente esecutivo davvero potente perché un software CAM permette di programmare la produzione di un dato pezzo in anticipo, studiarla nei minimi particolari e ridurre considerevolmente le tempistiche di lavoro. In tal senso, il software CAM è una sorta di ausilio potente, competente e pieno di possibilità. Se fino a qualche anno fa, le aziende acquistavano un software CAM per raggiungere un livello di produttività maggiore e l’innovazione era legata al raggiungimento di un limite superiore prestabilito nella produzione, ora i tempi e le esigenze dei mercati sono cambiati e gli imprenditori più innovativi sono portati a credere maggiormente nelle possibilità della propria azienda. L’investimento nell’acquisto del CAM viene fatto per ottimizzare la produzione. E per farlo al meglio delle proprie possibilità. Essere o tendere ad una Industria 4.0 significa avere un approccio data-driven nel processo decisionale finalizzato e guidato da quella risorsa inestimabile che sono i Big data. Quindi utilizzare nelle imprese in modo sempre più efficace i dati, contemplare nell’analisi l’aspetto gestionale, l’analisi dei costi, l’analisi della produzione e voglia di fare le cose sempre meglio, assumere decisioni sulla base dei dati, con meno dispersione di forza e denaro. In tutto senso, un atteggiamento data-driven rappresenta una scelta vincente.
I sistemi CAD-CAM inoltre sono collegati sia con i software per la gestione dei dati di prodotto per le attività di prevendita, manuali d’uso e manutenzione, sia ai sistemi di Internet of Things per la realizzazione dei Modelli Digitali, Digital Twin per un continuo miglioramento del prodotto e alle stampanti 3D per la manifattura additiva sia per la produzione che per la prototipazione. Secondo Autodesk, il futuro del CAD è collaborativo, on demand e sul cloud. Da questa evoluzione derivano l’accelerazione del ciclo produttivo e un nuovo approccio collaborativo.
CAM di ultima generazione
Potendo incidere sulla produzione, come abbiamo già visto, il sistema CAM è un elemento determinante per un’impresa manifatturiera che può giocare un ruolo importante per la sua competitività. La continua evoluzione delle macchine, sempre più complesse e il continuo miglioramento delle prestazioni degli utensili, rendono il CAM l’unico strumento per stare al passo coi tempi nel settore delle lavorazioni meccaniche.
Allora cosa distingue un CAM di ultima generazione? Secondo quanto riportato da Reiner Schmid, Responsabile del Product Management di Tebis AG, in una pubblicazione sull’argomento (“Cosa distingue un sistema CAM di ultima generazione?”), ad un CAM di ultima generazione vengono richiesti risultati di alta qualità, processi automatizzati, procedure operative efficienti e massima affidabilità nella produzione. Per soddisfare queste richieste, il software CAM deve avere caratteristiche ben precise, in base alle quali effettuare la scelta più appropriata. In primo luogo, una soluzione CAM al passo con i tempi si caratterizza anche per la sua versatilità d’impiego. Un singolo sistema software, infatti, dovrebbe permettere la gestione di quasi tutti i processi di lavoro, “dalla progettazione (CAD) alla produzione (CAM) fino al controllo di qualità (CAQ), indipendentemente dalla dimensione dei componenti, dalla complessità delle geometrie o dal fatto che si producano pezzi unici o componenti in serie” insieme al maggior numero di tecnologie produttive, dalla fresatura, alla tornitura, foratura e indurimento, le cinematiche delle macchine a più assi o multitasking e gli impianti robotizzati. Grazie ad un software CAD/CAM di ultima generazione dovrebbero essere possibile progettare modelli CAD 3D per i settori produttivi più diversi e predisporre i programmi CNC per i successivi processi di produzione e il controllo di qualità. Questa ottimizzazione consente il pieno rispetto delle tempistiche di consegna dei vari componenti, semplici o complessi. La produzione diventa più fluida, veloce e trasparente. Il sistema singolo, dalla progettazione alla macchina, permette che i dati rimangano sempre in un unico sistema CAD/CAM favorendo la diminuzione degli errori e la standardizzazione della produzione. La possibilità di interazione con i digital twin e la rappresentazione virtuale di utensili, sistemi di bloccaggio e accessori macchine mediante template e librerie in cui viene memorizzato il know-how di produzione specifico di ogni azienda, consente ai programmatori CNC di scegliere le macchine più adatte e definire i posizionamenti ottimali a cui fa seguito la simulazione dei programmi CNC calcolati nell’ambiente CAM virtuale. I sistemi CAM che hanno accesso ai gemelli digitali riconoscono le potenziali collisioni e i possibili problemi di fine corsa già durante il calcolo dei percorsi CNC e sono in grado di evitarli automaticamente. Le nuove soluzioni conoscono in modo dettagliato tutto l’ambiente di produzione dell’azienda e i processi di programmazione e produzione risultano più affidabili, standardizzati e automatizzati. Infine, nel settore produttivo, i processi delle PMI si differenziano in larga misura da quelli dei grandi player, per cui una soluzione software moderna non può prescindere perciò da un’offerta modulare, che consenta di aumentare gli utenti con costi contenuti e in modo flessibile in base all’espansione delle esigenze. Nel contesto della digitalizzazione, il collegamento in rete dei sistemi svolge un ruolo sempre più importante ed è una funzione offerta sempre più spesso dai moderni sistemi CAM. Le soluzioni particolarmente orientate all’utente si contraddistinguono per l’apertura verso altri sistemi.
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Ingegnere civile e PhD in Meccanica delle Strutture, ha svolto attività di ricerca nel campo della Meccanica della Frattura presso l’Università di Bologna e l’Imperial College di Londra. Appassionata di tecnologia e meccanica, con circa 15 anni di esperienza come redattrice e responsabile di redazione di riviste tecniche, da alcuni anni collabora con le riviste di Quine Business Publisher del settore Industry e Building, come autrice di articoli e approfondimenti tecnici.
