Autore: metodo

Flessibilità e produttività sono temi che stanno a cuore a tutte le aziende del settore manifatturiero, in particolare ora che il costo dell’energia e la reperibilità delle materie prime rappresentano variabili complesse da gestire.
È un tema che in Ficep è stato affrontato più volte, con soluzioni diverse in base alle necessità dei clienti: terzisti, produttori di macchine movimento terra, armatori, operatori nel mondo dell’edilizia e delle strutture ecc.

Gemini, ad esempio, è una macchina per la foratura e il taglio di lamiere d’acciaio che può ospitare diverse tecnologie per la lavorazione, come:

• taglio termico (plasma con teste dritte o orientabili “bevel” e ossitaglio);
• marcatura;
• foratura;
• filettatura e fresatura.

Vi è però il tema del posizionamento delle lamiere sul piano (eseguito tipicamente con un carroponte) ma, soprattutto, quello della rimozione dei pezzi tagliati. Un’operazione che viene effettuata a mano direttamente dal piano di lavoro o, tramite un magnete di grandi dimensioni, asportando i pezzi in gruppi numerosi da ordinare (sempre a mano) una volta posizionati a terra a fianco della macchina.
Migliorare, velocizzare e rendere più sicura questa attività è da sempre oggetto di richieste da parte del mercato e di analisi di costruttori come Ficep.

Un robot per lo scarico automatizzato

Poiché i particolari tagliati con Gemini hanno dimensioni e pesi spesso molto diversi tra loro (nella stessa lamiera così come tra una lamiera e la successiva) è imperativo utilizzare una soluzione efficiente ma allo stesso tempo flessibile. E proprio dalla richiesta di un cliente è nato il primo prototipo di sistema robotizzato di scarico per pezzi tagliati.

Gemini è composta da un piano di lavoro e due binari paralleli sui quali scorre la macchina vera e propria. Spesso l’impianto viene configurato con due unità operatrici diverse: a una Gemini può essere affiancata una Kronos. La prima si occupa di tutte le lavorazioni meccaniche di foratura, fresatura, filettatura, cianfrinatura ecc., mentre alla seconda è affidato il taglio termico dei pezzi.
Sugli stessi binari, in alternativa a una Kronos, si può dunque installare un sistema robotizzato di scarico dei pezzi.

Una volta che Gemini ha terminato il proprio ciclo di lavoro su una specifica lamiera, si sposta sulla successiva lasciando campo libero al robot che può iniziare l’attività di scarico. Per evitare che l’attività del robot interferisca con le operazioni della Gemini, è necessario che quest’ultima termini il proprio lavoro su una lamiera e passi sulla successiva prima che il robot possa cominciare la fase di scarico. Per tale motivo è chiaro che le stazioni di lavoro debbano essere almeno due (una impegnata nella lavorazione e l’altra nello scarico) o più, fino a un massimo di otto.

L’organo di presa è costituito da due sistemi magneto-pneumatici che possono convergere o divergere in maniera simmetrica rispetto al centro del polso per modificare la dimensione del punto di presa. In questo modo può prelevare sia i pezzi di piccole dimensioni, sia quelli più grandi e pesanti: è possibile anche modificare il livello di magnetizzazione degli organi di presa in modo da regolarli in base alle caratteristiche del pezzo da movimentare.

Il software di comando

Pur essendo due macchine distinte, Gemini e il sistema robotizzato di scarico scambiano dati tra loro per ottimizzare le rispettive attività: l’informazione relativa alla posizione del pezzo all’interno del piano di lavoro non deve essere recuperata da zero, poiché è già presente nel software. Gemini infatti effettua una verifica preventiva della posizione della piastra, che difficilmente sarà posizionata in linea con il piano di lavoro, e il software provvederà a roto-traslare opportunamente il programma. Queste informazioni sono utili anche al software del robot per la programmazione del proprio ciclo di lavoro.

Il tutto è dunque pilotato sulla base delle informazioni provenienti dal nesting realizzato con il software distribuito da Steel Project, consociata Ficep, che utilizza i dati del nesting per la programmazione dello scarico automatico tramite robot.
Tipologia di pezzi, posizione sul piano, peso, baricentro e altri attributi vengono ripresi da un software opportunamente sviluppato per generare il programma dello scarico dei pezzi.
Il software prende in considerazione anche la forma e le dimensioni del particolare per stabilire quale sia il miglior punto di presa.

Lo scarico può essere gestito e ordinato in vari modi, ad esempio scegliendo di pallettizzare opportunamente i componenti sulla base di criteri prestabiliti.
I pallet, posizionati in punti definiti e gestiti da sensori, possono poi essere movimentati tramite muletto man mano che vengono completati, oppure possono essere utilizzati degli AGV. È prevista inoltre l’opzione di impilamento: possono cioè essere posizionati più pallet vuoti uno sopra all’altro. Una volta completato e spostato il primo pallet, si libera quello sottostante e in automatico il software terrà conto della variazione di altezza del nuovo punto di deposito.

Poiché recuperare i pezzi da sopra un banco di taglio comporta dei rischi, utilizzare un dispositivo robotizzato risulta più sicuro rispetto allo scarico manuale con operatore perché sono sufficienti semplici sistemi anticollisione e relative fotocellule.

The traditional method to fabricate bridge girders can be described as follows:

• Manual layout of the holes.
• Use magnetic drills to generate holes at one end of the girder.
• Bolt up the connection plates.
• Bring the next girder in the line and manually position it to the girder that now has the connection holes drilled and connection plate bolted into position.
• Once the two girders are properly aligned, manually drill the connection holes at the one end of the second girder.
• Once the connection holes are made in the one end of girder #2, remove girder #1.
• Move girder #2 to the previous position of girder #1.
• Proceed to manually layout the second end of girder #2.
• After drilling the second end of girder #2 and bolting on the connection plates, manually position girder #3.
• Continue the process described above for the remainder of the girders in the bridge.

As one can imagine, the above process commits tremendous shop space and up to 50+ man-hours for each connection. This traditional method of bridge girder fabrication has historically represented the universal practice in bridge shops around the world.

No machine tool builder had even considered to attack this process with a more productive solution until FICEP accepted the challenge in 2009. This challenge to implement new technology is indicative of FICEP’s commitment to drive innovation. Currently, FICEP offers the only solution to automate this process and eliminate the manual labor associated with girder fabrication.

How did FICEP do it?

FICEP pulled from existing developments and integrated this with leading edge technology to address the challenges and created NEW processes as follows:

• As part of the task was to reduce the shop space required and girders can extend up to 50meters (150+ ft.), they engineered a gantry solution. As the girder remains stationary and the drill moves, this approach reduced the total length of the CNC system to essentially the length of the maximum girder to be processed.
• Girders are engineered typically with extensive camber and sweep plus they are not always dimensioned as drawn.
• The FICEP girder gantry drill does not have a machine datum so it is not necessary to try to manually position a 50 meter (150 ft.) long girder up to some mechanical zero points.
• Once the CNC process is initiated, laser technology is used to probe the physical locations of the entire girder so the software can establish the required zero points. As there is a tolerance associated with the girder after welding the zero points that are established are unique to each specific girder that is to be processed.
• After the laser scanning cycle is completed, the three-spindle gantry drill starts to drill the required holes based upon the physical locations of the established zero points of the specific girder that is being processed.
• More often than not, holes in the flanges and the web do not share the same length coordinates as the web holes are generally skewed, for example, so each web hole has a different length coordinate. Even if holes share the same length coordinate in two of the surfaces, the girder is probably not positioned parallel to the travel of the gantry.

In order to increase the productivity of the Endeavor girder gantry drill, FICEP’s unique solution was for each spindle to have its own sub axis. This design permits the gantry drill to generate holes in all three faces of the girder even if the holes are not aligned.

The web spindle of the FICEP girder gantry can also rotate up to 90° in each direction to be able to perform end milling.

Since the girder is stationary and the spindles have their own independent sub axis, they can also perform the milling of weld preparation at aggressive rates as each spindle is driven by a 31 KW (41 HP) “Direct Drive” so the full motors power is what is being delivered to the tool. There is no loss of power as this is “Direct Drive” and it does not require a gearbox that diminishes the power delivered to the tool.

The extremely large processing envelop, in conjunction with not having a fixed datum, permits large unique weldments to be laser probed and processed.

The Endeavor Girder Gantry drill represents another innovative FICEP first to assist our business partners compete with alternative materials such as concrete.

Nel 1988 FICEP ha inventato ed installato la prima linea per lavorazione dell’acciaio integrata con un sistema di movimentazione del materiale completamente automatico. Questo è stato solo l’inizio: FICEP è infatti il leader assoluto per la fornitura di impianti automatici con centinaia di installazioni in tutto il mondo! Negli ultimi 30 anni FICEP ha notevolmente ampliato la produttività di questa tecnologia, risultato della costante dedizione agli sviluppi dell’industria sia in campo software che hardware.

La sfida
Da quando FICEP ha inventato la prima linea automatica di foratura multi-mandrino nel 1965, ci sono state importanti migliorie sia nelle velocità di avanzamento mandrino che nel posizionamento del materiale da lavorare, nonchè nelle prestazioni dell’asse mandrino. Il processo di miglioramento dell’efficienza delle linee di foratura e dell’eliminazione di cicli non produttivi si è stabilizzato grazie all’extra asse di posizionamento del mandrino che permette di migliorare il tempo tra foro e foro.

Linea di foratura e taglio FICEP con extra asse di posizionamento mandrino
L’obiettivo di FICEP, sin dall’introduzione del primo impianto automatico nel 1988, è sempre stato quello di migliorare l’efficienza del flusso di materiale lungo l’impianto.

La sfida consisteva nell’aumentare la percentuale di tempo durante il quale i centri di lavoro (taglio, foratura, tracciatura, scantonatura, fresatura, taglio termico e sabbiatura) erano impegnati attivamente nella produzione, e non fermi ad aspettare di iniziare la lavorazione del profilo successivo.

Come si determina il layout ottimale?
Non esistono nemmeno due aziende nel settore della carpenteria metallica che siano uguali. La combinazione di layout del capannone, mix di produzione, lavorazioni richieste e tipo di pezzo finito rendono la sfida di stabilire quale sia il layout ottimale ancora più dura. Normalmente i dati di produzione di commesse già chiuse vengono scaricati per generare dei report di produttività basati sul tipo di contratto.

Fino a quando FICEP non ha sviluppato il Sistema di Simulazione, la definizione del layout veniva fatta con un intervista al cliente. L’obiettivo era di definire il miglior layout in base a delle supposizioni. Oggi, FICEP utilizza il suo software di proprietà per simulare diverse commesse e diverse soluzioni di layout, e generare un’analisi di produttività dettagliata.

La scelta tra centri di lavoro separati versus impianti combinati, le caratteristiche dei banchi di trasferimento ed il dimensionamento delle zone di stoccaggio dei materiali sono solo alcune delle variabili che necessitano di una valutazione.

Il “Sistema di Simulazione” è un processo durante il quale ipotetici layout vengono valutati in base alla necessità di manodopera, funzionalità, pezzo finito e colli di bottiglia. Commesse e/o sequenze di lavorazione vengono importate nel software PLM che inizia l’analisi a partire dal nesting del materiale, ed utilizza potenti algoritmi per organizzare la produzione nel modo più efficiente possibile. Quando il processo ottimizzato viene scaricato, Il “Sistema di Simulazione” lo rappresenta in un video 3D che rispecchia i tempi reali di produzione richiesti per realizzare questa specifica commessa. Il simulatore mostra anche dove possono crearsi dei colli di bottiglia e quali centri di lavoro potrebbero risultare sottoutilizzati in attesa del materiale da lavorare. Questo processo innovativo permette di comparare diverse proposte di layout e modificarle per identificare quale soluzione offre la maggior flessibilità e produttività.

Come il “Sistema di Simulazione” può potenziare la produttività giornaliera?
Una volta definito il carico di lavoro preliminare dell’impianto, l’algoritmo del software sviluppa le sequenze ottimali della produzione selezionata. Prima di iniziare la lavorazione, il simulatore può identificare eventuali colli di bottiglia e centri di lavoro sottoutilizzati, suggerendo come modificare il flusso per aumentare la produttività.

Come funziona l’Intelligent Steel Fabrication?
Quando un gruppo di profili viene caricato sulla linea, l’operatore scansiona ed importa a sistema i bar code dalla distinta.

I profili vengono automaticamente posizionati lungo l’impianto senza l’invervento dell’operatore. Il percorso del materiale lungo l’impianto o il suo trasferimento al centro di lavoro vengono definiti in base alla lavorazioni richieste e all’utilizzo ottimale delle capacità delle macchine. Quando un profilo entra in ciascun centro di lavoro, viene verificata la sua lunghezza reale, ed il relativo programma CNC viene automaticamente selezionato per iniziare la lavorazione.

Riassunto dei benefici
Sequenze di lavorazione:

• I profili vengono automaticamente nestati per ottimizzarne l’utilizzo.
• Il data entry ed il caricamento del materiale sono realizzati con il bar code eliminando possibili errori.
• Non serve l’intervento dell’operatore per selezionare il programma e iniziare la lavorazione del profilo caricato sulla rulliera in entrata.
• La lunghezza reale dei profili viene rilevata in automatico.
• Il percorso del materiale viene definito nel modo più efficiente e senza l’invervento umano.
• Viene eliminato il tempo necessario all’operatore per organizzare lo spostamento del materiale lungo l’impianto.
• Tutte le operazioni di movimentazione del materiale avvengono in tempo mascherato mentre i centri di lavoro sono già in produzione.
• Efficienza e produttività sono la priorità del sistema. Ad esempio, profili multipli sono caricati sulla rulliera in entrata alla sabbiatrice con il giusto spazio tra essi per permettere il miglior schema di sabbiatura.
• Un unico operatore sostituisce tutti gli addetti precedentemente necessari per gestire la movimentazione manuale del materiale.
• Mentre la lavorazione procede, l’Intelligent Steel Fabrication è in grado di caricare il processo di produzione su un modello 3D e mostrare quindi graficamente lo stato attuale di ogni singolo profilo del modello.
• I dati di produzione possono anche essere visualizzati in tempo reale su uno Smart Phone.

La foratura dell’acciaio da costruzioni prevedeva tipicamente un riduttore del mandrino per ridurre gli RPM ed aumentare la coppia per far fronte a specifiche richieste. Su alcuni mandrini idraulici, veniva utilizzato anche per sviluppare un range diverso di RPM per ciascuno dei tre mandrini.

Ad oggi, la configurazione a tre mandrini viene ancora proposta da alcuni costruttori per permettere di realizzare fino a tre diametri diversi. Purtroppo, il range di velocità di ciascun mandrino non è in grado di coprire dal minimo al massimo. Il risultato finale è che alcuni utensili non possono essere utilizzati agli RPM dichiarati dal costruttore dell’utensile, proprio a causa di questa limitazione.

Oggi gli utensili possono richiedere fino a 5.000 RPM per ottenere le massime prestazioni. I mandrini con riduttore, per raggiungere alti giri, normalmente necessitano di un sistema di raffreddamento interno per disperdere il calore generato dall’alto livello di rotazione.

Con il migliorare delle capacità degli azionamenti mandrino, FICEP è stata in grado di progettare un unico mandrino dotato di un dispositivo di cambio utensili automatico, per realizzare diversi diametri. Questo mandrino poteva sfruttare tutto il range di RPM per soddisfare le specifiche dei diversi tipi di utensili.

Nel 1998 FICEP ha introdotto, sugli impianti della divisione forgia e stampaggio, un motore ad azionamento diretto completamente programmabile. Nel 2009 la stessa tecnologia “Direct Drive” è stata adottata su tutte le linee di foratura della gamma FICEP.

Questa novità assoluta firmata FICEP ha comportato straordinari vantaggi per i costruttori:

1. Grazie all’eliminazione dei riduttori, RPM fino a 5.000 potevano essere raggiunti senza rischi di generazione di calore e senza necessità pertanto di raffreddamento ad acqua.
2. L’eliminazione di riduttori, cuscinetti e guarnizioni hanno permesso di eliminare quasi del tutto la manutenzione.
3. Efficienza straordinaria: il 100% della potenza del motore viene trasmesso all’utensile. Non succede infatti come sulle automobili, dove una trasmissione meccanica riduce sensibilmente la potenza trasmessa alle ruote.

L’aver reso disponibile sul mercato il primo mandrino ad azionamento diretto “Direct Drive” è solo un esempio dell’impegno che il team di ingegneri FICEP mette a disposizione dei suoi clienti!