Applicazioni / Componentisca oleodinamica

DI FABRIZIO DALLE NOGARE

Come (e perché) automatizzare l’assemblaggio di un componente oleodinamico

È una linea piuttosto complessa dal punto di vista progettuale, nonché flessibile e in grado di garantire una produttività di 500 pezzi/ora, quella che A.Matic ha realizzato a beneficio di un cliente che aveva la necessità di automatizzare il processo di assemblaggio di un dosatore del grasso destinato a mezzi industriali o macchine movimento terra. Un componente la cui realizzazione prevede molti passaggi produttivi e un totale di 58 versioni, differenti l’una dall’altra per alcuni particolari interni o per il materiale con cui è fatta la struttura. Vi raccontiamo nel dettaglio il ciclo di lavoro dell’impianto.

Possono essere svariati i motivi che inducono un costruttore – l’azienda cliente, in questo caso – a decidere di effettuare in automatico la realizzazione di un prodotto tradizionalmente assemblato a mano. L’evoluzione tecnologica, innanzitutto, che consente di trovare soluzioni, meccaniche e non solo, a problematiche applicative che sembravano insormontabili. Oppure la ricerca di una maggiore efficienza e ripetibilità. O, ancora, la decisione di fare un passo avanti sulla strada della digitalizzazione.
In un quadro del genere, lavorare con un partner capace di ascoltare le esigenze e proporre la soluzione giusta è un aspetto cruciale. “Qui in A.Matic valutiamo la richiesta che arriva dal cliente, proponiamo un progetto e siamo in grado di occuparci internamente della parte pneumatica, elettrica e software, oltre all’assemblaggio dell’impianto”, racconta Luca Colombo, fondatore e amministratore dell’azienda con sede ad Annone di Brianza, in provincia di Lecco. “Collaudo, installazione della macchina e servizio di assistenza sono, naturalmente, gestiti da noi. L’unico passaggio che non facciamo internamente è la costruzione dei banchi, per la quale ci appoggiamo a fornitori selezionati”. Tutto ciò accade dal 2001, come Colombo ci racconta nel box alla pagina seguente.

Un pezzo realizzato ogni 8 secondi
Se il punto di partenza di un progetto è, dunque, l’ascolto delle esigenze del cliente, il punto di arrivo è la realizzazione dell’impianto. E quello che abbiamo potuto vedere con i nostri occhi, appena prima del collaudo e quindi della consegna, presso lo stabilimento di A.Matic è un impianto di assemblaggio caratterizzato da una concezione moderna e, soprattutto, da una notevole complessità progettuale e realizzativa, che ha reso possibile automatizzare per la prima volta il processo di produzione di un dosatore del grasso destinato a mezzi industriali o macchine movimento terra. “Un componente – spiega Paolo Goretti, responsabile della progettazione elettrica e software, che ci ha condotto alla scoperta della macchina – che serve a dosare una determinata quantità di grasso su un cuscinetto ogni volta che la lubrificazione si rende necessaria. La macchina è stata pensata per assemblare 58 versioni diverse del prodotto, che differiscono l’una dall’altra per alcuni particolari interni o per il materiale della struttura, che può essere in ottone o acciaio inox a seconda della variante”.
Il risultato finale è una linea automatica di assemblaggio che si articola su due lati: su quello anteriore si posiziona l’operatore addetto alla supervisione dell’impianto. La parte posteriore dell’impianto è di competenza dell’operatore addetto al carico dei materiali, differenti a seconda del codice prodotto impostato. La linea, progettata con una concezione modulare a pallet liberi e con una cura particolare per quanto riguarda il cablaggio, assicura una produttività di 500 pezzi/ora: un pezzo prodotto ogni 8 secondi.

La fase di assemblaggio del corpo esterno del dosatore è affidata a una tavola rotante.

La macchina è stata pensata per assemblare
58 versioni diverse del prodotto, differenti
per composizione e materiali

La linea è a pallet liberi con una gestione sovrapposta
“Il processo di assemblaggio inizia con un sistema di depalletizzazione”, racconta Goretti. “Le caratteristiche peculiari del prodotto hanno reso necessario utilizzare un depalletizzatore che consente di caricare in macchina singolarmente ogni pezzo su un nastro a passo. La macchina vera e propria è suddivisa in varie aree, ognuna delle quali assembla alcuni dei particolari. Ogni pallet ha una codifica RFID per la gestione e la tracciabilità del prodotto. La linea ha una gestione sovrapposta, nel senso che i pallet vuoti ritornano all’inizio del ciclo tramite un nastro collocato nella parte inferiore della macchina. Una scelta costruttiva, alternativa alla più tradizionale linea ad anello, che ci ha permesso di ottimizzare lo spazio e di poter lavorare, appunto, su entrambi i lati della linea. Il cuore della macchina, cioè il pallet, è stato studiato appositamente, prevedendo i due posaggi intercambiabili sulla base dello specifico prodotto da assemblare”.
La prima stazione processa una bussola con accoppiamento centesimale. Il componente viene orientato, viene dosato il grasso per la lubrificazione di un cursore interno e quindi viene appoggiato su un posaggio intermedio. Quando arriva il pallet, un manipolatore passo-passo prende il componente dal posaggio e lo carica sul pallet stesso. C’è un controllo di presenza per ogni pezzo caricato, che sia diretto o indiretto.

Vista frontale della linea automatica di assemblaggio progettata e realizzata da A.Matic.

Il sistema per l’inserimento degli O-ring
“Successivamente si procede al caricamento di un O-ring con un sistema che ricorre più volte nella macchina che abbiamo progettato”, aggiunge Paolo Goretti. “Il sistema è composto da un alimentatore circolare e lineare e da un cassetto di selezione, da cui viene prelevato l’O-ring col suo diametro originario. Questo viene quindi depositato su una stazione intermedia dove viene dilatato. Un secondo manipolatore, dal diametro maggiore, lo preleva e lo calza sul prodotto. Il passaggio successivo prevede un’unità di controllo che verifica che la spola sia effettivamente presente all’interno del cursore processato nella prima stazione. Un sistema speciale prende quello denominato come ‘componente tappo’, carica un O-ring per poi, tramite un manipolatore passo-passo, inserire il tappo nella spola”.
Finora il sotto-componente processato era il nucleo interno del dosatore.
La fase di assemblaggio del corpo esterno è affidata a una tavola rotante. Occorre tenere presente che esistono 16 versioni del corpo esterno, che può essere realizzato sia in acciaio inox che in ottone. Sulla tavola viene effettuata una pre-lavorazione per montare i vari componenti, che vengono orientati prima di essere caricati.

Il “matrimonio” tra la spola e il corpo
Il pezzo scaricato dalla tavola viene posizionato su un pallet e trasportato alla successiva stazione, di fondamentale importanza perché è quella dove avviene il “matrimonio” tra la spola e il corpo, un’operazione preceduta dalla necessaria lubrificazione dei componenti.
“La spola – prosegue il responsabile della progettazione in A.Matic – viene prelevata dal posaggio posteriore del pallet, ruotata e inserita all’interno del corpo. Da due componenti separati si ottiene, quindi, il prodotto principale. In un’altra stazione viene caricato il cosiddetto distanziale, un elemento che serve a creare la camera necessaria per la dosatura del grasso. Il distanziale viene sollevato e un sistema di misura composto da una telecamera controlla se tipologia del distanziale (ce ne sono 13 diverse) è coerente con il codice impostato in macchina. Se è così, lo passa al manipolatore successivo, che lo orienta nel giusto verso e lo deposita su un sistema di assi brushless che portano in quota il pezzo per l’inserimento dell’O-ring interno”.
Sul distanziale, infatti, devono essere montati un O-ring interno e uno esterno. Ogni tipologia di distanziale ha una quota differente di montaggio dell’O-ring, gestita proprio tramite il sistema brushless.
“Per inserire l’O-ring interno – spiega Goretti, entrando ancor più nel dettaglio degli sforzi di progettazione che la linea ha richiesto – è stata creata una pinza speciale, che preleva l’O-ring da un sistema di alimentazione circolare e lineare, lo dilata, lo stringe all’interno e quindi lo calza nella parte interna del prodotto. In una stazione successiva una telecamera controlla che l’O-ring sia entrato nella corretta sede, mentre un altro sistema di assi brushless gestisce l’inserimento dell’O-ring esterno, con procedimento del tutto simile: una pinza lo prende, lo dilata e lo calza all’esterno del distanziale. Viene fatto un nuovo controllo di presenza e si arriva a un’altra stazione che inserisce il componente all’interno del prodotto”.

La linea è studiata nell’ottica di un’integrazione con il sistema MES/ERP del cliente, in modo da garantire la bidirezionalità delle informazioni

La gestione intelligente degli scarti: evitare che il ciclo si arresti
Il montaggio del componente è completato nelle stazioni che seguono tramite l’inserimento e il controllo di presenza di altri sotto-componenti, dotati a loro volta di O-ring. L’ultimo di questi sotto-componenti è un tappo di protezione, il cui montaggio è gestito da un apposito manipolatore. L’inserimento dei vari O-ring segue una logica simile a quanto raccontato in precedenza, cioè l’utilizzo di un dilatatore per allargare l’O-ring prima che sia calzato.
Ogni passaggio è oggettivato per mezzo di una fotocellula o di un sensore ottico che verifica che sia stato effettuato il carico.
Nella stazione finale della linea vengono scaricati eventuali scarti in delle apposite cassette rosse. “Qualora si verificassero errori durante il ciclo di lavoro – puntualizza Paolo Goretti – la macchina non si ferma, ma continua nel suo processo fino allo stadio conclusivo e allo scarico. Il pallet, insomma, va avanti senza bloccare la produzione, anche se naturalmente non vengono effettuati montaggi di componenti sui pezzi identificati come scarti”.
I pezzi “buoni” vengono quindi appositamente orientati all’interno del posaggio e predisposti alla marcatura.
“Il cliente ha richiesto che fosse marcata, oltre al logo dell’azienda e al part number del prodotto, anche la taglia del dosatore, vale a dire la quantità di grasso che è possibile dosare. La marcatura va effettuata, nello specifico, su 3 delle 6 facce dell’esagono e per questo è fondamentale che il pezzo sia orientato nella maniera corretta. La cabina di marcatura, totalmente mascherata e dotata di un sistema di aspirazione, è equipaggiata con un sistema laser in fibra. Infine, il pezzo viene scaricato su uno scivolo”, conclude Goretti.

La prima stazione processa una bussola con accoppiamento centesimale.
In primo piano, l’alimentatore circolare contenente gli O-ring.

La macchina comunica direttamente con il gestionale dell’utilizzatore
Inevitabilmente, la linea è studiata nell’ottica di un’integrazione con il sistema MES/ERP del cliente, in modo da garantire la bidirezionalità delle informazioni tra la macchina di produzione, appunto, e il sistema gestionale dell’utilizzatore. L’operatore viene abilitato a effettuare il log in col suo badge e l’ordine di produzione è processato da un PC a bordo macchina.
Questo consente di visualizzare i lotti da produrre e, in real time, controllare lo stato della macchina e l’avanzamento della commessa. Il sistema, inoltre, registra tutti i downtime o gli eventuali guasti, per successive analisi.
“Nel caso in questione, abbiamo fatto un passo in più rispetto alla fornitura di una linea ‘4.0-Ready’ – afferma Luca Colombo – sviluppando anche un’ulteriore interfaccia per comunicare direttamente con il MES dell’utilizzatore. Quella verso la digitalizzazione è stata per noi un’evoluzione naturale, che ha preso avvio dalla necessità di pensare a un sistema informativo finalizzato alla gestione dell’impianto e alla sua manutenzione e si è concretizzata in modo più definito e specifico, in questi ultimi anni, sugli aspetti di gestione della macchina a livello di commessa, di ordine di lavorazione. Siamo anche in grado di garantire la possibilità di un controllo remoto della produzione su device periferici, quindi smartphone o tablet. Credo che essere preparati in ambito 4.0 sia oggi assolutamente imprescindibile”.