L’automazione industriale è un sistema tecnico-organizzativo che impiega macchinari e sistemi di controllo in grado di automatizzare le diverse fasi produttive.
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Cos’è l’automazione industriale
L’automazione industriale è l’applicazione in fabbrica degli aspetti tecnici della cibernetica, la scienza che studia e realizza macchine capaci di “autoregolazione”, che possano aiutare o sostituire l’uomo in determinate operazioni o processi.
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L’automa per eccellenza è il robot, con le evoluzioni del cobot, il robot collaborativo, del bot, il software che comunica con gli esseri umani, degli AGV – Automated Guided Vehicle, i veicoli a guida automatizzata. Gli automi più antichi sono quelli meccanici, non elettronici.
Ma l’automazione industriale non comprende solo gli automi bensì tutti i mezzi e le tecnologie in grado di ridurre la necessità dell’intervento umano, come i sistemi di controllo e di calcolo distribuito, quindi i controllori a logica programmabile (PLC), le macchine a controllo numerico, i diversi software come MES – Manufacturing Execution System, SCADA – Supervisory Control and Data Acquisition, PLM – Product Lifecycle Management, ERP – Enterprise Resource Planning. Non ultime le diverse architetture computazionali: cloud, fog e edge computing, combinate a seconda delle esigenze per ottimizzare il caricamento, la gestione e l’archiviazione dei dati in tempo reale.
L’automazione industriale porta a governare i diversi flussi di energia e informazione minimizzando l’intervento umano e garantendo produttività e sicurezza anche in condizioni rischiose.
Differenza tra automazione e meccanizzazione
L’automazione oggi include e supera la meccanizzazione. Per molto tempo i due termini sono stati coincidenti: la meccanizzazione, infatti, è la sostituzione del lavoro fisico dell’uomo con quello delle macchine, un processo iniziato con la prima rivoluzione industriale.
L’automazione non è solo meccanizzazione ma implica l’integrazione delle stesse macchine in un sistema più ampio di regolazione e controllo che si autogoverni, come l’industria 4.0.
Oggi l’automazione non riguarda solo il lavoro umano ma la pianificazione, la supervisione e la gestione dei processi, con interventi di riconfigurazione della produzione.
Quando nasce l’automazione?
L’automazione nasce con lo scopo di sostituire l’uomo in compiti ripetitivi o nocivi, quindi come meccanizzazione. Un precursore dei sistemi di automazione moderna fu il regolatore di velocità di James Watt, alla fine del Settecento, pensato per mantenere la velocità costante delle locomotive a vapore, a prescindere dal peso o dalle pendenze della strada.
Un altro esempio è stata l’autonomazione prevista dal sistema just in time Toyota, nata negli anni Cinquanta in risposta al sistema produttivo a catena di montaggio.
Lo sviluppo dell’elettronica tra gli anni Settanta e Ottanta del ‘900, con i microcontrollori e i Distributed Control System per la regolazione dei processi chimici e termici e i PLC che hanno sostituito i quadri elettromeccanici, ha portato alla semplificazione nello scambio di informazioni tra reti di comunicazione e sensori intelligenti. La diffusione del World Wide Web negli anni ’90 ha aggiunto un altro tassello per la nascita dell’Internet of Things, che collega in rete sensori, attuatori, software di elaborazione e database di archiviazione per scambiare dati in tempo reale e rilasciare informazioni utili a prendere decisioni o, attraverso il confronto con lo storico, procedere autonomamente.
L’Industrial Internet of Things, ovvero l’applicazione industriale dell’IoT, ha inciso su tutte le forme di automazione industriale contemporanea, integrando le diverse tecnologie in un unico sistema che ottimizza la gestione delle diverse fasi produttive.
Come funziona un sistema di automazione industriale? La piramide CIM e il modello Purdue
Il Computer Integrated Manufacturing è un modello a piramide che illustra la logica di funzionamento di un sistema automatizzato a livello industriale.
Alla base della piramide si trova il livello “campo”, cioè il luogo dei processi da controllare, dove sono posizionati tutti i sensori per la misurazione dei dati di esecuzione; il livello superiore è il “controllo”, con dispositivi come regolatori, controllori, attuatori, che elaborano i dati dai sensori e li combinano con i parametri degli obiettivi da raggiungere; il livello successivo è la “supervisione” tramite computer e sistemi di monitoraggio da remoto; in cima alla piramide il livello “impresa”, dove si trovano le altre attività aziendali.
Il modello Purdue dell’ISA 95, lo standard internazionale dell’International Society of Automation prevede invece, dopo il livello zero-campo: un livello uno “cella-campo” con i dispositivi intelligenti come sensori e attuatori; un livello due “cella” con i sistemi di controllo come PLC, DCS e SCADA; un livello tre “Area” con i Manufacturing Operating Systems, quindi i sistemi MES e ERP; un livello quattro di “Management/Area” con i Business Logistic Systems.
Quanti sistemi di automazione industriale esistono?
L’automazione industriale può essere “rigida” o “flessibile”. L’automazione “rigida” riguarda le operazioni di processo, assemblaggio e verifica. Operazioni in cui la sequenza delle operazioni è rigida, con compiti ripetitivi e ad alta frequenza.
L’automazione “flessibile” riguarda invece la gestione di materiali e prodotti, quindi la logistica e le macchine che possono muoversi liberamente nello spazio.
Automazione rigida
Le operazioni di processo possono essere espletate da una singola macchina o da una cella di lavorazione composta da più macchine con sistemi di alimentazione di parti gestiti da un software di elaborazione. Il machine tending, l’asservimento macchina, è applicabile a diverse tipologie di macchine industriali, programmate per essere usate per una singola operazione ripetitiva: dalle macchine a controllo numerico alle piegatrici ai macchinari impiegati nei processi di pressofusione.
Ogni operazione di processo può essere gestita secondo il modello Purdue: dai sensori vicino al campo alla cella con i sistemi di controllo fino alle aree dei software che monitorano l’intero processo produttivo, logistica compresa.
Automazione flessibile
La gestione di prodotti e servizi rientra nell’automazione flessibile: viene espletata dalle navette con motore elettrico, dagli AGV – Automated Guided Vehicle, dai cobot che sono programmati per condividere lo spazio con gli esseri umani ma anche da etichette RFID per identificare in modo univoco le merci in entrata, da centralini telefonici integrati all’ERP che monitorano in video gli arrivi dei camion, dal picking vocale, dai trasloelevatori per pallet.
Quando diversi tipi di produzione sono trattati in modo automatizzato contemporaneamente, si parla di sistema manifatturiero flessibile, Flexible Manufacturing System: in tempo reale ogni macchina del sistema può effettuare lavorazioni per parti diverse. Un FMS, che utilizza i cobot anche sulle linee di produzione, è composto dalle macchine di lavorazione, un sistema di trasporto materiale, un calcolatore centrale.
Automazione industriale: vantaggi
L’automazione industriale consente di aumentare la velocità e i volumi di produzione e ottimizzare le risorse. Infatti, il monitoraggio IIOT comprende non solo le prestazioni e lo stato delle attrezzature ma anche l’impiego di risorse umane e ambientali nel ciclo produttivo, nonché le condizioni di sicurezza del lavoratore e del consumatore finale.
L’automazione industriale migliora i processi produttivi, la qualità dei prodotti e le previsioni della domanda, riduce gli errori e i costi, aumenta la flessibilità operativa, supporta le decisioni. Un esempio è la manutenzione predittiva: i dati forniti dai sensori posti sul macchinario o sulla linea dell’impianto vengono elaborati da appositi software che consentono di “predire” un guasto, quindi intervenire prima che questo si verifichi.
L’automazione industriale riduce i sovraccarichi, di produzione e di lavoro, minimizza i fermi macchine e la congestione dati IT, aumenta l’affidabilità aziendale.
Immagine fornita da Shutterstock
Articolo originariamente pubblicato il 22 Lug 2021
