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Digital Manufacturing

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Nell’attuale scenario economico e industriale le tecnologie di fabbricazione digitale e virtualizzazione sono al centro di nuovi modelli di impresa che rivoluzioneranno il mondo della produzione nei prossimi anni.

Il Controllo Numerico è una tecnica di automazione programmabile con la quale si realizza la conduzione di macchine utensili (MU) automatiche, trasmettendo ad esse informazioni codificate in un opportuno linguaggio di programmazione, sotto forma numerica. Vengono dette “macchine a controllo numerico” o macchine “CN”, le macchine utensili il cui movimento durante la lavorazione è diretto da un computer integrato che ne comanda gli spostamenti e le funzioni secondo un definito programma di lavoro. Le macchine CN non hanno funzionamento completamente autonomo, nel senso che devono comunque operare sotto la supervisione di un operatore. La macchina utensile è composta da parti fisse di sostegno (bancale, montante) e da parti mobili (tavole, torrette, contropunte). È dotata, in particolare, di servomotori, sensori e trasduttori, capaci di comunicare con l’unità di controllo. L’unità di controllo o di governo della macchina (MCU, Machine Control Unit) è un’apparecchiatura elettronica che legge e interpreta il programma (part program), trasformandolo in segnali elettrici che, amplificati, azionano i servomeccanismi della macchina determinando il movimento dell‘utensile e delle attrezzature ausiliarie. Le istruzioni del programma derivano da informazioni geometriche (movimenti e posizioni degli organi della macchina necessari per realizzare la forma geometrica del pezzo), tecnologiche (condizioni di lavoro che si traducono in velocità di rotazione e spostamento di appositi organi della macchina), ausiliarie (identificazione degli utensili da impiegare, selezione di funzioni della macchina quali la rotazione o l’arresto del mandrino, l’uso di flusso refrigerante ecc.).

Un sistema di controllo numerico è ottimale per realizzare produzioni di basso e medio volume e offre molteplici benefici quali la riduzione dei costi di manodopera, il miglioramento della qualità, legata alle caratteristiche strutturali della macchina e non più all’abilità dell’operatore, l’aumento della produttività dovuta alla minimizzazione dei tempi morti, la riduzione degli scarti grazie alla sicurezza dei posizionamenti e dei movimenti degli utensili, l’aumento della flessibilità produttiva garantita dai rapidi cambiamenti di lavorazione con la sostituzione del programma.

 

DNC e CNC

 

I primi controlli numerici (anni ‘50) erano a logica cablata, cioè basati su apparecchiature la cui logica di funzionamento era ottenuta collegando fisicamente tra loro un certo numero di elementi “logici” (relè elettromeccanici o funzioni elementari). A partire dagli anni ’60 il controllo numerico subìsce profonde trasformazioni con l’introduzione dei primi calcolatori. Compare sulla scena il DNC (Direct Numerical Control), ovvero una tecnica di controllo numerico in cui le macchine sono controllate direttamente da un calcolatore centrale, accessibile all’operatore da terminale remoto. Negli anni ’70 si affermano i primi sistemi CNC (Computer Numerical Control) che conferiscono alle macchine maggiore flessibilità. Si passa in sostanza a un controllo numerico altamente programmabile e personalizzabile grazie all’uso di microprocessori e ovviamente del software.

 

Programmazione

 

Le forme di programmazione di un sistema di controllo numerico sono fondamentalmente di quattro tipi: manuale, interattiva o conversazionale, automatica, mediante tecniche Cad/Cam. La programmazione manuale utilizza linguaggi semplici e a basso livello computazione che però variano da costruttore e a costruttore, nonostante il crescente orientamento verso standard riconosciuti (si parla comunemente di “codice ISO”), in particolare la normativa ISO 6983 di cui i costruttori di

Allo stato attuale il Digital Manufacturing è un approccio basato su soluzioni PLM e strumenti integrati di pianificazione, simulazione e gestione tridimensionale, con l’obiettivo di creare simultaneamente le definizioni del prodotto, del processo produttivo e di gestione del ciclo di vita.

Il Digital Manufacturing è anche un elemento chiave per l’integrazione fra il PLM e le applicazioni di fabbrica e per lo scambio di informazioni con le attività di progettazione. Grazie a questo coordinamento, le aziende manifatturiere possono ridurre il time-to-market e i costi di gestione, con ricadute positive anche in termini normativi, ambientali e di efficienza energetica.

Il Digital Manufacturing offre sia strumenti di simulazione, pianificazione e ottimizzazione prima che i prodotti vengano fabbricati, sia i feedback dalle attività di produzione, fornendo informazioni utili da utilizzare nel processo di progettazione.

In sintesi il Digital Manufacturing include elementi e funzionalità presenti nel PLM, pur concentrandosi sugli aspetti strettamente tecnologici e sulla gestione delle informazioni utili a velocizzare e snellire la produzione.

Ma il Digital Manufacturing sta anche accompagnando trasformazioni più profonde che interesseranno la manifattura nei prossimi anni. Le aziende si trovano a competere all’interno di mercati caratterizzati da una domanda sempre più frammentata e personalizzata. Ed è proprio in questo scenario che emerge la necessità di gestire non solo la produzione di beni materiali ma la produzione di soluzioni, in cui prodotti e servizi sono sempre più integrati.

Nel concetto di Digital Manufacturing rientrano anche tecnologie in grado di modificare in maniera sostanziale i modelli di business: stampa e scanning 3D, Internet of Things, social manufacturing, realtà aumentata, realtà virtuale, intelligenza artificiale, robotica adattativa, nanotecnologie e materiali avanzati, comunicazione wireless, prototipazione virtuale, cloud computing, gestione avanzata della Supply Chain.

L’insieme di queste tecnologie è in procinto di agire in modo così pervasivo sui prodotti e sul processi produttivi da innescare una nuova rivoluzione industriale.

Dal 2011 si parla infatti in modo sempre più diffuso e consapevole di Industry 4.0. Con questa “etichetta” si indica una strategia industriale hi-tech promossa in origine dal governo tedesco, che ha per obiettivo l’informatizzazione dell’industria manifatturiera ovvero la diffusione della fabbrica intelligente caratterizzata da capacità di adattamento, efficienza, ergonomia.

 

Evoluzione storica

 

Dagli anni ’60 del ventesimo secolo il modello preponderante di controllo della produzione nei processi discreti è quello denominato FMS (Flexible Manufacturing Systems), caratterizzato da risorse produttive condivisibili e multifunzionali.

Di contro l’automazione rigida impiega automatismi di flusso sequenziali che eseguono automaticamente singole operazioni e movimentazioni ripetute a tempo indeterminato. Si rivela perciò adatta a larghi volumi e alta qualità ai costi unitari più bassi.

Alla fine degli anni ’80 il modello CIM (Computer Integrated Manufacturing), la tecnologia Concurrent Engineering e la progettazione finalizzata alla fabbricabilità (Design for Manufacturability) esaltavano l’idea dell’integrazione dei processi di produzione e delle informazioni.

Oggi le imprese possono scegliere tra diversi sistemi tecnologici di produzione, ciascuno dei quali risulta essere conveniente in una particolare area operativa, delimitata da determinati livelli di capacità e flessibilità produttive.

I principali metodi che si riconducono ai criteri di flow control sono il Material Requirement Planning (MRP), il Just in Time e il Kanban.

In tempi più recenti sono diventati più popolari gli approcci basati sul miglioramento continuo di tipo Six Sigma e Lean Manufacturing (produzione snella).

Negli anni ’90 e 2000, le tecnologie di advanced manufacturing e le piattaforme PLM (Product Lifecycle Management) si sono ulteriormente affinate e si sono diffusi concetti Virtual Enterprise, Smart Factory e Fabbrica Automatica. Questa mutazione di scenario presuppone l’applicazione integrata di tecniche di simulazione, modellazione 3D, strumenti per migliorare la progettazione e le decisioni connesse al controllo globale della produzione, definendo i principali modelli della Fabbrica Digitale ovvero il Digital Manufacturing e l’Industry 4.0.

 

 


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