Il sistema di produzione flessibile si occupa della movimentazione di pallet e pezzi – SKF produce componenti per cuscinetti con un processo altamente automatizzato
Il RoboFMS di Fastems collega tutte le fasi del processo necessarie per la produzione in un unico sistema, gestendo sia i pezzi che i pallet.
La produzione di piccoli lotti fino a singoli pezzi non è un processo generalmente associato a sistemi altamente automatizzati, specialmente se la produzione comporta una lavorazione complessa, con fasi di processo aggiuntive, talvolta difficili, e ove è richiesto un controllo di qualità completo.
Tuttavia, SKF Aeroengine e Fastems hanno collaborato per creare una soluzione in grado di riuscire proprio in questo. La movimentazione individuale dei pezzi e dei loro pallet è combinata in un sistema di produzione flessibile (FMS).
Con sede a Rouvignies, SKF Aeroengine France fa parte di SKF Aerospace ed è una delle cinque filiali SKF d’Europa, specializzata nella produzione di cuscinetti per l’industria aerospaziale. Con una forza lavoro di 630 dipendenti, SKF Aeroengine produce tutti i tipi di cuscinetti a rulli per motori di aerei ed elicotteri. L’azienda è anche il centro di eccellenza per il trattamento termico dei cuscinetti a rulli e la produzione di rulli in Europa.
Un ordine di nuova generazione altamente esigente
“Circa due anni fa abbiamo ricevuto un ordine per la produzione di componenti speciali per cuscinetti a rulli per la nuova generazione di motori LEAP, il successore del motore CFM56. L’ordine è stato per noi unico in termini di volume, per un periodo di 20-30 anni, con lotti individuali che vanno da cinque a trenta pezzi per commessa”, spiega Cedric Vandevoir, Process Engineering Manager di SKF Aeroengine France.
“Si tratta di un motore turbofan all’avanguardia prodotto da CFM International utilizzando le più recenti tecnologie. La lavorazione dei complessi componenti dei cuscinetti a rulli di medie dimensioni è molto impegnativa e richiede nuove strategie di lavorazione e la massima precisione per soddisfare i requisiti di qualità”, spiega Marcus Jakob, Global Process Development Manager di SKF Aerospace.
Investire in prestazioni, precisione e produttività
Subito dopo la lavorazione iniziale dei pezzi, il robot trasporta i pezzi semilavorati alla lavatrice.
Data la richiesta di una produzione di alta qualità, tracciabile e soprattutto economica di piccole ma ricorrenti quantità per un periodo di tempo molto lungo, SKF Aero ha dovuto ripensare completamente la propria strategia di produzione esistente. Questo perché fino ad allora per specifici processi di produzione venivano impiegate quotidianamente tutta una serie di attività manuali. Il compito ora era quello di trovare macchinari potenti e precisi per la complessa produzione di componenti per cuscinetti e di aggiornarli con l’esperienza di SKF.
Inoltre, la lavorazione, compresi i necessari processi ausiliari, doveva essere completamente integrata in un’unica soluzione altamente produttiva. “Volevamo automatizzare il maggior numero possibile di fasi di processo e ridurre drasticamente al minimo l’intervento manuale. Ecco perché abbiamo iniziato a cercare dei partner, sia per i macchinari “Industria 4.0″ che per l’automazione di questo ambizioso progetto”, afferma Jakob.
La competenza e l’esperienza del software fanno la differenza
L’attrezzatura collegata al RoboFMS comprende due centri di tornitura/fresatura.
Dopo un esame approfondito dei potenziali integratori di sistemi, SKF Aeroengine ha infine scelto Fastems, e per ottime ragioni, come riferisce Marcus Jakob:
“Per noi era importante che il nostro partner potesse rispondere in modo flessibile alle esigenze molto diverse del progetto complessivo, che verrà esteso anche ad altri stabilimenti SKF Aero, oltre a rispondere alle richieste individuali. Il software svolge un ruolo cruciale in questo contesto. I robot sono oggi standard e sono facili da reperire.
Ma ciò che è cruciale in questo caso sono la competenza, l’integrazione e l’implementazione flessibile nell’applicazione stessa. Ciò che ci ha impressionato di Fastems sono state le dimensioni dell’azienda, il numero di sviluppatori di software interni e soprattutto la loro esperienza in soluzioni software flessibili per l’automazione”.
Una soluzione completa e complessa che include il controllo qualità
La complessa geometria del pezzo richiede tempi di lavorazione piuttosto lunghi. Per tale motivo, due pezzi grezzi vengono solitamente lavorati in parallelo sui due centri di tornitura/fresatura.
Le idee iniziali di SKF Aeroengine sono state affinate nel corso del progetto con Fastems fino al sistema attuale noto come “RoboFMS” (Robotic Flexible Manufacturing System, sistema di produzione flessibile robotico). “Grazie all’eccellente collaborazione tra SKF e Fastems, siamo stati in grado di trovare rapidamente soluzioni nuove e innovative e di raggiungere importanti pietre miliari nel progetto”, afferma Jakob.
Le macchine e i sistemi collegati al sistema di produzione flessibile forniscono un’idea della complessità della soluzione complessiva, costituita da:
- due centri di tornitura/fresatura
- centro di rettifica
- macchina lappatrice
- macchina di misura a coordinate 3D
- sistema di pulizia dei pezzi
- sistema di marcatura laser
Il RoboFMS comprende anche una stazione di carico e scarico per veicoli a guida automatica (AGV) e un’unità di stoccaggio per i pezzi grezzi, i semilavorati e i pezzi finiti.
Un FMS per una gestione altamente flessibile
Specifici processi di lavorazione come nella rettificatrice sono possibili solo senza bloccaggio, ciò significa che il pezzo in lavorazione alla stazione di carico deve essere prima rimosso dal pallet in modo che il robot possa caricare la macchina.
Il RoboFMS collega tutte le fasi del processo in un unico FMS: dalla lavorazione iniziale dei pezzi precedentemente bloccati su sistemi di bloccaggio a punto zero nella stazione di carico ai due centri di tornitura/fresatura, alla lavorazione sulla lappatrice e rettificatrice, alla marcatura laser e al controllo qualità, tenendo conto delle fasi di processo precedenti.
Il robot spostandosi su un binario è in grado di gestire sia pallet di pezzi che pezzi senza pallet. Vandevoir afferma: “Per ragioni di precisione, i processi di lavorazione sulla lappatrice e sulla rettificatrice possono essere eseguiti solo senza bloccaggio, quindi a questo punto un dipendente deve sbloccare il pezzo alla stazione di carico in modo che il robot possa caricare prima la lappatrice e poi la rettificatrice con un pezzo semilavorato”.
La tempistica dei movimenti di trasporto nel RoboFMS determina la cronologia del processo complessivo e ciò dipende dallo stato dei pezzi, degli utensili, delle macchine e delle altre stazioni del sistema. Talvolta un pezzo semilavorato può essere collocato prima nell’unità di stoccaggio del sistema, ad esempio, se un pezzo si trova già in una macchina o in una stazione di misura o di marcatura.
Tempi di messa a punto delle macchine quasi nulli
Una delle parti integranti del RoboFMS è un’unita di stoccaggio per pezzi grezzi, semilavorati e pezzi finiti. Se il materiale disponibile è sufficiente, la produzione può avvenire in modo autonomo per un lungo periodo di tempo.
Una volta che gli utensili sono stati preparati e il materiale in magazzino è sufficiente, il RoboFMS è progettato per un livello di produzione autonoma elevato per un lungo periodo di tempo.
“Il nostro obiettivo è quello di poter produrre per un intero fine settimana senza la presenza di operatori, anche in lotti da 1. Il presupposto è che nel magazzino del sistema sia presente un numero sufficiente di pezzi bloccati e di semilavorati non bloccati, in modo che tutte le stazioni del RoboFMS possano essere utilizzate in qualsiasi momento. Attualmente stiamo lavorando per consentire al sistema di produrre tutti i componenti dei cuscinetti a rulli in un processo altamente automatizzato, senza l’impostazione manuale da parte degli operatori”, afferma Jakob.
Oltre la pianificazione, il controllo e il monitoraggio centrali
Il controllo degli utensili si trova direttamente accanto al RoboFMS.
Uno dei componenti essenziali del progetto, secondo Cédric Vandevoir, è il software Manufacturing Management Software (MMS) di Fastems:
“Presto collegheremo l’MMS al nostro sistema ERP in modo da poter pianificare direttamente la produzione su di esso. Il software controllerà e monitorerà anche l’intera produzione automatizzata.
L’MMS ci consente inoltre di mappare l’efficienza complessiva del RoboFMS in modo da poter reagire rapidamente quando necessario, ad esempio ottimizzando in modo specifico i singoli processi. Il software offre tutti i presupposti per riuscire in tutto”.
Una parte essenziale della produzione
La collaborazione tra SKF Aeroengine e Fastems può già essere considerata un successo, come afferma Vandevoir:
Gilles Ofcard, Factory Manager di SKF Aeroengine France (a sinistra): “Come parte del cambiamento culturale, dobbiamo dimostrare che la tecnologia ci aiuta a migliorare ulteriormente il nostro livello di qualità, ad aumentare la nostra flessibilità, a stabilizzare i nostri processi e a rendere la nostra produzione più sicura”. Cédric Vandevoir, Process Engineering Manager di SKF Aeroengine France: “L’FMS è diventato una parte essenziale della nostra produzione e contribuisce alla nostra competitività e al nostro successo”.
“Con il RoboFMS siamo in grado di produrre anche i componenti dei cuscinetti più sofisticati nelle quantità richieste e con la massima qualità e quindi di fornire ai nostri clienti cuscinetti a rulli personalizzati entro i termini concordati. Il sistema di automazione fornisce un contributo fondamentale in questo senso. L’FMS è diventato una parte essenziale della nostra produzione e quindi della nostra competitività e del nostro successo.”
Gilles Ofcard, Factory Manager di SKF Aeroengine France, aggiunge:
“Con questo progetto di automazione, siamo idealmente preparati per i grandi cambiamenti del nostro settore. Il nostro settore è caratterizzato infatti da una crescente varietà di prodotti con lotti di produzione sempre più piccoli. Naturalmente, alcuni di noi hanno delle riserve su tali cambiamenti, dovuti al livello molto elevato di competenze tecniche e ai requisiti di qualità e prestazioni in un mercato competitivo. Tuttavia, non possiamo resistere a questo cambiamento fondamentale, a maggior ragione per dimostrare che la tecnologia ci aiuta a migliorare ulteriormente il nostro livello di qualità, ad aumentare la nostra flessibilità, a stabilizzare i nostri processi e a rendere la nostra produzione più sicura”.
Marcus Jakob è d’accordo con queste affermazioni:
Marcus Jakob, Global Process Development Manager di SKF Aerospace: “La digitalizzazione dell’Industria 4.0, l’integrazione e l’automazione delle fasi del processo sono priorità fondamentali, in modo che i dipendenti possano concentrarsi sulla qualità e sulla competenza”.
“Con questo progetto, stiamo segnando la traccia in diverse sedi all’interno del Gruppo SKF. Abbiamo già installato un secondo RoboFMS identico presso la SKF Aeroengine di New York, integrandolo con un ulteriore centro di tornitura e rettifica.
Un sistema simile viene utilizzato nel nostro stabilimento in Pennsylvania, dove produciamo guarnizioni speciali per l’industria aerospaziale. Tale sistema utilizza esclusivamente il bloccaggio dei pallet ed è pertanto meno complesso, tuttavia, la collaborazione con il nostro partner per l’automazione Fastems sta dando i suoi frutti anche in questo caso”.