Un progetto di ricerca congiunto tra gli R&D di Fabio Perini e Casmatic S.p.A. ha portato alla creazione di ContROLL: un sistema di controllo, supervisione e gestione remota dell' intero impianto di trasformazione
ING. LUCA PAGANELLI, R&D FABIO PERINI S.p.A - ING. GABRIELE CAVALLOTTI, R&D CASMATIC S.p.A.
I fornitori di macchine per il converting cercano di concepire macchine con prestazioni sempre più avanzate che vanno poi a formare una linea di produzione in cui ogni gruppo deve funzionare al meglio. Normalmente è responsabilità degli operatori di impianto vedere le varie macchine nel loro insieme ed operare le scelte di conduzione che ne permettono la migliore interazione.Questa visione non integrata è conseguenza del fatto che spesso le varie macchine di una linea di trasformazione sono fornite da produttori diversi, tipicamente chi fornisce il converting puro non fornisce il packaging o i nastri di trasporto, con conseguenti problematiche di interazione tra architetture di impianto spesso differenti. Fino a poco tempo fa inoltre i clienti stessi consideravano l'integrazione delle macchine un surplus non strettamente necessario. Ma con l'avvento della tecnologia delle reti di campo, il consolidamento delle reti aziendali e la crescente sensibilità verso le problematiche di integrazione e globalizzazione si sono venute a creare sia le condizioni tecnologiche necessarie per la realizzazione di un sistema integrato che la domanda da parte del mercato. Fabio Perini e Casmatic hanno realizzato un progetto di ricerca che ha portato alla realizzazione di ContROLL, un sistema di controllo, supervisione e gestione remota delle linee di trasformazione e packaging Perini/Casmatic e di tutte le macchine componenti.
CONTROLL È SUDDIVISO IN 3 SISTEMI SEPARATI, MA PERFETTAMENTE INTEGRATI TRA loro per offrire 3 diverse tipologie di funzionalità.
Una funzionalità di controllo (sistema di Armonizzazione) che ha lo scopo di armonizzare e ottimizzare il funzionamento della linea comandando in tempo reale, tramite la rete, la velocità ottimale a tutte le macchine componenti. Una funzionalità di supervisione (sistema di Supervisione) per l'acquisizione dei dati di processo dalle varie macchine al fine di calcolare efficienza, disponibilità, statistiche e fornire una visione di insieme dell'impianto. Una funzionalità di gestione remota (sistema di Teleassistenza) che, tramite un'innovativa architettura di rete e di accesso remoto, permette un veloce e capillare controllo di tutte le unità programmabili presenti sulla linea da parte degli uffici assistenza clienti di Fabio Perini e di Casmatic. Ma passiamo ad analizzare in dettaglio ciascuno dei tre sistemi.
IL SISTEMA DI ARMONIZZAZIONE. È il sistema che si fa carico di quelle difficili scelte di conduzione volte all'ottimizzazione del funzionamento della linea di produzione. Scelte di conduzione che in una linea converting dove si ha un articolato insieme di macchine interconnesse tra loro si concretizzano nella scelta delle impostazioni di velocità di tutte le macchine componenti. Normalmente questo compito è delegato agli operatori di macchina che devono decidere, in base alla loro esperienza e buona volontà, le velocità ottimali da assegnare per bilanciare al meglio i flussi produttivi tra le varie macchine. Lo scopo è di ottenere un flusso produttivo continuo che sia il più elevato possibile e compatibile con i vincoli di velocità di tutte le macchine attraversate. Questa procedura viene ulteriormente complicata dal fatto che le velocità delle macchine sono quasi sempre espresse in unità di misura non omogenee, proprie dello stadio di trasformazione cui le macchine appartengono. Sono quindi necessarie operazioni di conversione da un'unità di misura all'altra per poter confrontare le diverse velocità. Così come si è obbligati a ricalcolare le velocità ottimali ogni qualvolta si viene a modificare il flusso produttivo tra due qualsiasi macchine (come in caso di arresto di una macchina, di cambio formato, di variazione del livello di accumulo del polmone). Per eseguire tutte queste operazioni è necessario poter disporre di operatori preparati ed attenti durante tutti i turni di produzione, condizione che non è certo facile veder realizzata nella realtà dei fatti. Questa impasse strutturale negli impianti di tissue converting viene superata grazie al Sistema di Armonizzazione che, svolgendo le mansioni di questo insieme teorico di operatori provetti e sempre vigili, si propone come un sistema automatico di ottimizzazione a tutto campo. La realizzazione di questo sistema è stata resa possibile da due fattori: l'avvento delle reti di campo che permettono una semplice interazione delle varie macchine con il sistema centralizzato di controllo e l'ideazione di una logica di gestione che si basa su di una teoria di controllo sviluppata e brevettata da Perini. Tale teoria di controllo, indipendentemente dalla complessità dell'impianto, è in grado di armonizzare la conduzione di tutte le macchine ed ottenere la massima produttività possibile. Il sistema raccoglie da tutte le macchine le informazioni di stato che sono rilevanti per la logica di ottimizzazione e reagisce immediatamente ad ogni variazione calcolando e comunicando alle macchine la velocità ottimale più adeguata alle mutate condizioni. I vantaggi che si possono ottenere con il sistema di armonizzazione sono principalmente due. Innanzitutto consente il funzionamento continuo di tutte le macchine della linea le quali, non essendo soggette a fermate e partenze inutili, presentano una minor usura degli organi meccanici ed un minore stress degli attuatori elettrici con una conseguente maggiore tolleranza ai guasti ed una vita più lunga. Inoltre la linea di produzione risulta controllata dinamicamente in modo tale da ottenere sempre il massimo flusso produttivo raggiungibile compatibilmente con i vincoli e lo stato delle varie macchine, sfruttando al meglio le capacità di accumulo del polmone e ridistribuendo, in caso di bisogno, i flussi sui percorsi disponibili. A complemento del Sistema di Armonizzazione c'è il Sistema di Supervisione, il quale monitorando continuamente i dati di processo può, tra le altre cose, verificare e quantificare l'efficacia della logica di controllo del Sistema di Armonizzazione.
IL SISTEMA DI SUPERVISIONE. Questo sistema, basandosi su piattaforme software conosciute e universalmente accettate, fornisce la possibilità di gestione e monitoraggio di un intero impianto produttivo. In particolare fornisce le informazioni necessarie per individuare le eventuali inefficienze e per verificare la produttività complessiva del sistema. Le principali funzionalità del Sistema di Supervisione sono: Sinottico di impianto: rivolta al responsabile ed agli operatori di linea, che, da un punto centralizzato, possono individuare eventuali situazioni d'allarme e monitorare in tempo reale i parametri che controllano il corretto funzionamento delle singole unità. All'interno del sinottico di impianto si distinguono due ulteriori funzioni: Sinottico linea: riporta il layout dell'intero sistema. Viene evidenziato lo stato di funzionamento delle unità presenti. Sono riportate, in formato sintetico, le informazioni sulle produzioni in corso nelle linee (codice lotto, prodotto). Sinottico macchina: riporta la sezione della macchina singola con maggiore grado di dettaglio (rispetto a quanto riportato nel sinottico linea) e tutti gli elementi che si ritengono indispensabili per analizzare e controllare le modalità operative. Gestione allarmi e stati macchina: in questa sezione vengono monitorati gli allarmi che si presentano nel sistema: sono evidenziati quelli correntemente presenti che vengono inoltre memorizzati in un archivio storico, al fine di permettere la loro elaborazione statistica. Gestione produzione: questa funzionalità permette di gestire e pianificare la produzione, in quanto memorizza i dati dei prodotti realizzati e calcola l'efficienza della linea. È pertanto rivolta ai responsabili di produzione in quanto fornisce gli elementi per valutare il funzionamento di una linea (come ha prodotto) ed avere tutti i dati delle produzioni effettuate (cosa e quanto ha prodotto). Gestione manutenzione: questa funzionalità gestisce le manutenzioni richieste nel sistema. È rivolta al reparto manutenzione: in particolare genera le chiamate per gli interventi periodici richiesti sulle singole parti ed è completamente configurabile dall'utente. Il sistema supervisiona tutte le manutenzioni definite e genera le chiamate di intervento in prossimità delle scadenze previste (o nel caso in cui siano stati superati i limiti previsti). Al momento dell'attivazione di una nuova produzione, evidenzia gli oggetti che devono essere revisionati e/o che supererebbero il limite massimo consentito nelle prossime x ore. Gli avvisi sono generati in automatico e trasmessi tramite e-mail al reparto manutenzione. Il sistema fornisce il calendario completo delle manutenzioni da effettuare, al fine di ottimizzare gli interventi, rendendo minimi i tempi di fermo-macchina.
Il SISTEMA DI TELEASSISTENZA. Questo sistema è nato dalla ricerca di un'alternativa veloce, efficiente ed economica al tradizionale servizio di assistenza tecnica fornito dai costruttori di macchinari. In passato i tentativi di offrire un servizio di teleassistenza efficace si sono scontrati con l'inadeguatezza dei mezzi tecnologici a disposizione. Basti pensare che fino a pochi anni fa la maggioranza dei controllori logici programmabili (plc), dei sistemi di controllo assi e dei pannelli di interfaccia operatore presenti sulle macchine delle linee converting, tipici destinatari degli interventi di assistenza a distanza, disponevano di scarse e poco affidabili possibilità di comunicazione persino con i rispettivi dispositivi di programmazione e che solo recentemente con l'avvento delle reti di campo le cose hanno iniziato a cambiare. Il panorama attuale dei sistemi di teleassistenza offre, ancor oggi, soluzioni limitate che sono adeguate solo se riferite a particolari contesti di intervento. In un contesto, ad esempio, in cui si abbia la necessità di controllare a distanza un numero molto limitato di unità programmabili (2 o 3) anche di natura diversa tra loro, si utilizza la cosiddetta soluzione punto-punto in cui ogni unità è collegata ad un modem dedicato. In un contesto invece in cui si abbia la necessità di controllare a distanza anche un numero molto elevato di unità programmabili, ma tutte di stessa natura (tipicamente PLC) può efficacemente utilizzare la soluzione con un PC dotato di modem e di un programma di controllo remoto (ad esempio PCAnywhere) che sia collegato alle unità tramite una rete di campo. Ma oggi Fabio Perini e Casmatic hanno sviluppato un sistema di teleassistenza di nuova concezione che permette il controllo completo di tutte le unità programmabili presenti sulla linea. L'architettura di questo sistema di teleassistenza è costituita da una rete ethernet TCP/IP cui sono connesse tutte le unità programmabili (PLC, Robox, PC, Webcam, ...) presenti sulla linea e da un dispositivo di accesso remoto centralizzato il quale, tramite linee di comunicazione ISDN ad alta velocità, permette agli uffici assistenza clienti di Fabio Perini e di Casmatic di collegarsi, anche contemporaneamente, alla rete ed accedere, così, in modo trasparente a tutte le unità che vi sono connesse. L'aver adottato tecnologie basate su Internet ha permesso di offrire, oltre al classico controllo remoto di tutte le unità programmabili tipico dei sistemi di teleassistenza tradizionali, una serie di servizi aggiuntivi che, aumentando il grado e le modalità di interazione dell'utente remoto con il sistema, ha diminuito il divario esistente in termini di efficacia ed applicabilità tra un intervento di teleassistenza ed un intervento di assistenza diretta. L'utilizzo, ad esempio, di telecamere quali le Webcam permette all'utente remoto di esaminare visivamente le macchine ed il loro funzionamento, di capire meglio la natura dell'eventuale problema da risolvere e di prendere, quindi, le decisioni di intervento più idonee. Un altro esempio di tecnologia internet applicato a questo sistema di teleassistenza è il servizio di e-mail. Unità programmabili presenti sulla linea, quali PLC di ultima generazione, Robox e Personal Computer, possono decidere, in base a logiche pre-impostate, di inviare e-mail di allerta sia agli uffici di assistenza di Fabio Perini e di Casmatic tramite collegamento temporaneo ad internet del dispositivo di accesso remoto, sia all'ufficio assistenza interno alla fabbrica del cliente tramite collegamento diretto alla rete aziendale. Ciò permette ai vari uffici interessati, qualora autorizzati, di usufruire dei servizi resi disponibili dal sistema di teleassistenza quali: il controllo remoto delle unità programmabili presenti sulla linea, l'accesso ai dati forniti dal sistema di supervisione, l'accesso alle telecamere ed il servizio di e-mail. Questo servizio di teleassistenza risulta uno strumento aperto e flessibile sulla cui architettura si integrano perfettamente gli altri due componenti di ContROLL: il Sistema di Armonizzazione e il Sistema di Supervisione