Elettrificazione dell’assemblaggio industriale in 8 punti: dall’avvitatura pneumatica a quella elettrica

L’ elettrificazione dell’assemblaggio industriale non consta in una semplice sostituzione di un utensile con un altro.

Si attua un cambiamento che coinvolge la postazione nel suo insieme: a partire dall’alimentazione, la gestione del processo, l’ergonomia, la qualità, fino a temi di attuale rilevanza come la tracciabilità, l’integrazione con altri sistemi e, naturalmente, anche i costi.

Per questo motivo quando si valuta uno switch il confronto corretto non può limitarsi a fattori come coppia o prezzo di acquisto. Questi parametri restano fondamentali, ma devono essere contestualizzati in una disamina più ampia che prenda in considerazione le condizioni reali di utilizzo e gli obiettivi produttivi nel medio e lungo periodo.

“Un sistema elettrico di avvitatura permetterebbe alla postazione di lavorare meglio, essere più controllabile, più efficiente e più pronta per le esigenze future?”

Per rispondere a questa domanda vediamo i principali punti da considerare.

1.Applicazione: partire sempre dalla fattibilità tecnica

Prima di valutare costi, consumi o tracciabilità, bisogna verificare che la soluzione elettrica sia tecnicamente adatta al serraggio da eseguire.

Occorre quindi conoscere con precisione:

• coppia richiesta;
• esigenze di controllo dell’angolo;
• tipologia di giunto;
• numero di serraggi per ciclo;
• frequenza di utilizzo;
• tempo ciclo;
• continuità richiesta;
• accessibilità al punto di serraggio;
• spazi disponibili;
• condizioni ambientali.

La tipologia di giunto, in particolare, è un elemento spesso sottovalutato. Un giunto rigido e uno elastico non si comportano allo stesso modo durante il serraggio e richiedono una corretta impostazione della strategia di controllo.

In maniera analoga, un utensile utilizzato pochi minuti al giorno e uno impiegato su più turni consecutivi non pongono le stesse esigenze in termini di dimensionamento, dissipazione termica, manutenzione e affidabilità.

Concretamente, la fattibilità tecnica non può ovviamente essere trascurata e viene quindi prima di qualsiasi altra valutazione: il cambiamento ha senso se la nuova soluzione garantisce le prestazioni richieste.

2.Energia e costo totale di utilizzo

Uno dei vantaggi più frequentemente associati all’ elettrificazione dell’assemblaggio industriale è l’efficienza energetica.

Un sistema di avvitatura pneumatico utilizza per funzionare l’aria compressa, che non è una fonte primaria di energia: deve essere prodotta attraverso compressori, trattata, distribuita e mantenuta alla pressione necessaria.

Si tratta di una trasformazione che comporta costi che vanno oltre il semplice consumo dell’utensile, e che si protraggono nel tempo, così come ulteriori costi di gestione che vedremo nei prossimi paragrafi.

Nel totale rientrano altre voci di costo, come energia assorbita dai compressori, cadute di pressione, trattamento dell’aria, manutenzione dei compressori, filtri, tubazioni, raccordi e eventuali altre inefficienze.

Un sistema di avvitatura elettrico, come i nuovi avvitatori elettrici con trasduttore di Leetx, invece utilizza direttamente energia elettrica per alimentare il motore e il controllo dell’utensile.

Questo può ridurre alcuni passaggi intermedi anche se non significa automaticamente che l’elettrico sia in ogni caso sempre la soluzione più conveniente.

Il confronto corretto deve essere fatto sul Total Cost of Ownership (TCO), cioè sul costo totale nel tempo. Per calcolarlo, oltre al prezzo di acquisto, occorre considerare:

• consumo energetico;
• manutenzione;
• ricambi;
• infrastruttura;
• eventuali licenze o software;
• fermate;
• durata attesa del sistema;
• frequenza di utilizzo;
• costi indiretti legati a rilavorazioni o controlli aggiuntivi.

È proprio nel medio-lungo periodo che emergono le differenze più importanti.

3.Livello di controllo di processo

Non tutte le applicazioni hanno bisogno dello stesso livello tecnologico: nei casi più semplici è sufficiente raggiungere una coppia prefissata. In altri invece si rende necessario anche il controllo di fattor aggiuntivi come angolo, sequenze e parametri.

Un sistema di avvitatura elettrico evoluto può consentire, tra le varie:

• controllo coppia e angolo;
• strategie di serraggio dedicate;
• programmi di serraggio personalizzati;
• selezione automatica del programma;
• gestione di sequenze;
• riconoscimento di errori;
• arresto o blocco in caso di anomalia.

Lo “switch” a sistemi elettrici ci permette di transitare da una logica in cui l’utensile “esegue” a una logica in cui il sistema “verifica”: questo, specialmente per impieghi in applicazioni critiche, si traduce in un vantaggio rilevante, perché aumenta la capacità di mantenere il processo sotto controllo e riduce la dipendenza da verifiche successive.

4.Tracciabilità e raccolta dei dati

Controllo e tracciabilità sono requisiti interconnessi: controllare significa gestire il serraggio in tempo reale, mentre tracciare significa conservare informazioni su ciò che è avvenuto durante il processo di assemblaggio.

A seconda del contesto produttivo, può essere utile registrare vari dati, tra i quali la coppia raggiunta, l’angolo, l’esito OK/NOK, il programma utilizzato, data e ora, il seriale del componente, l’identificativo della postazione, l’ID dell’operatore e la sequenza eseguita.

L’esigenza di tracciabilità è sempre più presente in realtà produttive orientate alle logiche dell’Industry 4.0, e dipende fortemente dal settore e dal livello di criticità del componente.

La raccolta strutturata delle informazioni permette di passare da una gestione reattiva a una gestione più preventiva, individuando problemi o deviazioni prima che diventino problemi più rilevanti.

5.Ergonomia e modalità di utilizzo

È usanza comune accostare l’ergonomia solamente al peso dell’utensile, in realtà è un insieme di parametri che comprende anche:

• bilanciamento dell’avvitatore;
• forma dell’impugnatura;
• posizione del punto di serraggio;
• frequenza e durata di utilizzo;
• postura;
• libertà di movimento;
• presenza di tubi o cavi.

In alcune applicazioni un utensile pneumatico potrebbe risultare più leggero, al contrario il tubo dell’aria potrebbe limitare i movimenti, creare trascinamenti o interferire con componenti e strutture della postazione.

Un test pratico è spesso utile per verificare comfort, maneggevolezza, bilanciamento e facilità di accesso.

6.Flessibilità della postazione

Le linee produttive devono spesso gestire più varianti, cambi modello, lotti di quantità diverse, modifiche frequenti oppure prodotti con specifiche differenti.

Un sistema elettrico risulta la scelta più indicata per la gestione di programmi diversi, parametri dedicati e logiche di selezione automatica, con il rischio ridotto di utilizzare impostazioni inadeguate e rendere la postazione più flessibile rispetto a cambi di produzione.

La flessibilità è una capacità dell’intero sistema di adattarsi al processo.

7.Integrazione con la linea e con i sistemi aziendali

A seconda della configurazione di un impianto, un sistema di avvitatura può essere integrato con PLC, sistemi MES, database, lettori barcode, sistemi di identificazione e software di varia natura, permettendo di coordinare il serraggio con il resto del processo produttivo.

Quando l’integrazione è un obiettivo strategico nel processo di assemblaggio è fondamentale fin dall’inizio la compatibilità tra protocolli, infrastruttura IT e sistemi già esistenti.

8.Manutenzione e gestione di sistemi di avvitatura e infrastrutture

Fare uno switch di tecnologia significa anche cambiare il modo in cui viene gestita la manutenzione: da un lato un sistema di avvitatura pneumatico richiede attenzione sia all’utensile stesso sia all’infrastruttura aria. Al contrario un sistema di avvitatura elettrico introduce fattori di valutazione diversi, come per esempio motori, elettronica, controller, cavi, eventuali batterie e software.

Questo significa attenzionare la manutenzione in maniera diversa.

Nel confronto è quindi utile valutare:

• competenze interne disponibili;
• tempi di assistenza;
• ricambi;
• strumenti sostitutivi;
• manutenzione preventiva;
• tarature;
• verifiche periodiche.

La continuità produttiva dipende anche dalla capacità di gestire rapidamente eventuali anomalie.

Elettrificazione dell’assemblaggio industriale – solo dove crea valore

La transizione ad un sistema di avvitatura elettrico diventa di valore quando nasce da un’esigenza concreta: frequenza d’utilizzo molto intensa, costi energetici che iniziano a incidere in modo significativo, una maggiore richiesta di controllo, la necessità di tracciare i dati, gestire più varianti o integrare la postazione con altri sistemi di linea.

La combinazione di alcuni o addirittura tutti questi fattori rende il passaggio dal pneumatico all’elettrico un progetto di miglioramento del processo.