Come progettare il layout di una linea ad alta flessibilità per una produzione “high mix – low volume” caratterizzata dalla presenza simultanea di macchine, operatori, amr e cobot? Se volete un risultato ottimale, che risponda alle aspettative, semplifichi la progettazione e riduca i tempi di sviluppo non vi è altra soluzione che il virtual twin, il modello digitale per la simulazione dei flussi e processi di linea in tutte le fasi del ciclo di vita degli asset di fabbrica.
Virtual twin e flexible manufacturing, due concetti che prendono forma nelle soluzioni presentate congiuntamente da Dassault Systèmes e Omron in occasione di Sps Italia 2024. Quali le attività che possono essere eseguite da cobot e veicoli mobili a guida autonoma (amr)? Quali quelle che ha senso rimangano di pertinenza dell’operatore? Come definire la movimentazione in un’area di lavoro a produzione variabile? Ecco come il virtual twin di Dassault Systèmes, leader globale del software 3D e interprete del “virtual twin of everything”, supporta la progettazione del flexible manufacturing di Omron, il gigante giapponese dell’automazione e della sensoristica industriale.
Per l’occasione le due aziende hanno presentato funzionalità all’avanguardia, come la simulazione dei percorsi del robot e la progettazione di nuovi flussi di lavoro, realizzate con la piattaforma 3DExperience di Dassault Systèmes. Collaudare ogni singolo componente di un impianto o di una linea, creando scenari illimitati per verificare il disegno prima di entrare in produzione. «Nella fase di progettazione il virtual twin permette di inserire le componenti produttive e collaborative in ciascuna stazione di lavoro valutando le performance in termini di velocità e qualità di esecuzione», afferma Chiara Bogo, senior director marketing and strategy di Dassault Systèmes.
Virtual twin di progettazione che può anche assumere ruoli operazionali, offrendo capacità di risoluzione dei problemi allo shop floor. Come dice Bogo, «Utilizzando dati in tempo reale, provenienti da sensori, attuatori e altri sistemi di controllo, simula il comportamento della linea e monitora le prestazioni, identificando potenziali problemi e opportunità di ottimizzazione». Virtual twin, dunque, come strumento di progettazione “simulation driven” per l’intero ciclo di vita di una linea, in grado di sostenere evoluzioni coerenti con i cambiamenti produttivi.
Progettazione e virtual commissioning in virtual twin per il green field e il brown field di fabbrica
Non sempre si parte dalla progettazione di una nuova linea. Nel caso di linee esistenti si fa una scannerizzazione dell’ambiente fisico e la si porta nel mondo virtuale per poi aggiungere nuovi macchinari, robot mobili e collaborativi. La fase di design è poi la premessa per la simulazione del flusso di produzione, per capire dove sono i colli di bottiglia. Quale il numero di machine e la posizione che soddisfano un particolare ciclo di lavorazione? Quale l’assetto e la composizione ottimale di robot e veicoli autonomi per raggiungere la capacità produttiva attesa? Come dice Bogo, «Si ipotizzano diversi scenari attraverso una simulazione iterativa e alla luce dei risultati e delle possibili alternative si definisce la configurazione da implementare». Insomma, il virtual twin è lo strumento per individuare il corretto bilanciamento tra capacità produttiva, asservimento macchine e attività uomo-robot. «Non ha importanza se si tratta di assemblaggio, di una linea di confezionamento, alimentare o altro, la logica è sempre la stessa. Il virtual twin permette di sperimentare diverse configurazioni, identificando la più efficiente in termini di flusso di materiali, tempi di ciclo e utilizzo dello spazio», spiega Bogo. Segue poi il virtual commissioning, ovvero la parte esecutiva di validazione e messa in produzione della linea. «In questa fase il virtual twin minimizza i tempi della messa in opera e semplifica tutti gli step preparativi alla partenza della produzione», afferma Bogo.
Flessibilità per lavorare in una logica “high mix – low volume”
La simulazione è essenziale per valutare cicli di lavorazione multipli. Cambia il mix produttivo? Posso simulare l’impatto e decidere delle eventuali azioni correttive. Virtual twin, quindi, come processo iterativo per raffinare il modello e renderlo più performante in funzione della variabilità produttiva. Una logica conseguenza di quanto avvenuto sui mercati. In ambito b2b e b2c le aziende mettono ormai a disposizione configuratori di prodotto attraverso i quali gli utenti fanno ordini customizzati, la cui esecuzione necessita di un ambiente di fabbrica altamente digitalizzato.
E qui entra in scena la flotta robotica di Omron che, supervisionata e coordinata dalla piattaforma di automazione, diventa la task force per realizzare la nuova logica industriale a supporto di una produzione a volumi personalizzata. Robot mobili e fissi nuova generazione eseguono funzioni ispettive di controllo qualità e possono essere addestrati all’asservimento macchine e a una molteplicità di altre attività come assemblaggio, pallettizzazione e imballaggio. Durante ogni fase, di produzione o assemblaggio, sensori e strumenti visivi garantiscono una qualità costante del prodotto ed eventuali errori vengono rilevati in tempo reale, riuscendo così a mantenere il ritmo di produzione. Un assetto di linea complesso e diversificato che per essere progettato in modo corretto deve poter essere simulato.
Scalabilità delle soluzioni virtual twin e progettazione simulata per singole stazioni di lavoro, o linee produttive
«Le soluzioni di virtual twin possono essere scalabili, si può iniziare con la simulazione di una singola area o postazione di lavoro, per poi passare alla linea di produzione completa o addirittura l’intera fabbrica, afferma Bogo. Il virtual twin è quindi uno strumento che porta valore sin dall’inizio e che si può estendere con il passare del tempo». Ipotizzare delle modifiche, simularle, capire se portano effettivamente dei benefici. Ha senso nella produzione seriale, ma ancora di più nella produzione variabile, che richiede maggior flessibilità nella produzione. «Nel primo caso si andavano a digitalizzare le modifiche una volta l’anno, nel secondo lo si fa con una frequenza maggiore, mensile, settimanale o addirittura quotidiana», dice Bogo. Il virtual twin della produzione diventa anche importante per quei produttori che necessitano di gestire siti di produzione a livello globale e siti produttivi standardizzati, che possono essere replicati in diverse aree geografiche per garantire ai clienti uno stesso prodotto indipendentemente dal luogo in cui viene realizzato.
Flexible manufacturing e la fabbrica del futuro di Omron progettate con tecnologia virtual twin di Dassault Systèmes
«Il virtual twin è lo strumento che realizza la nostra idea di fabbrica del futuro, dice Chiara Rovetta, communication manager di Omron. Macchine non più collegate da rulliere rigide e inamovibili ma asservite da amr che si occupano del trasporto dei materiali nelle diverse stazioni di una linea o cella di lavoro». Linee e stazioni di lavoro che devono essere progettate per gestire una produzione high mix – low volume, tanti prodotti diversi in piccola quantità. «In termini di layout significa per esempio progettare una linea con 10 macchinari diversi, che vengono utilizzati in numero e modalità differenti a seconda dell’ordine che deve essere soddisfatto. Può essere che un ciclo di lavoro preveda l’utilizzo di soli 5 di questi macchinari o di una combinazione di essi.
«Difficile riuscire a definire il layout di linee di questo tipo senza un supporto digitale che possa simulare performance e capacità produttive», dice Rovetta. Insomma, per il flexible manufacturing di una produzione high mix-low volume il virtual twin diventa indispensabile per fare in modo che l’operatore possa svolgere una funzione di controllo e supervisione delegando alla robotica collaborativa quei compiti a basso valore aggiunto, sollevando così l’uomo da attività ripetitive e contribuendo ad aumentare produttività e qualità della produzione.
Dal virtual twin per la progettazione al virtual twin operazionale
Dassault Systèmes sta mettendo le basi per un nuovo paradigma industriale. Non solo virtual twin per la progettazione e acquisizione dati da macchine interconnesse, ma twin operazionali in grado di replicare i modelli comportamentali. Secondo analisti del settore, la previsione è che nel giro di 5 anni macchine, impianti e linee di produzione saranno consegnati al cliente insieme a una replica virtuale che integrerà tutte le informazioni di prodotto, semplificando tutte le ordinarie e straordinarie operazioni di manutenzione. Fine tuning dell’asset e condition monitoring per una manutenzione predittiva saranno quindi funzioni codificate in digital twin operazionali.
Questi ultimi si aggiorneranno nel tempo e costituiranno il documento d’identità digitale del prodotto, una base dati univoca accessibile dalla progettazione, dalla produzione e dal service. In gioco non è più la sola progettazione di prodotto o di linee produttive, ma la capacità di entrare nel merito di quelle che sono le opportunità di miglioramento dei processi. Vantaggi? Visibilità end-to-end e un’unica fonte dati per supportare un decision making più preciso e accurato, rendendo disponibili informazioni cruciali per pianificare una costante evoluzione dell’asset produttivo in funzione della domanda del mercato. Virtual twin, quindi, come soluzione simulation-driven che aiuta ad abbreviare il ciclo di progettazione del flexible manufacturing.
