MACCHINE AUTOMATICHE E IMPIANTI HIGH TECH

Nella moderne applicazioni ingegneristiche, la Meccatronica è la fusione di varie discipline inerenti la meccanica e l’elettronica. Costituisce un approccio nuovo nella progettazione di sistemi e dispositivi complessi realizzati con lo scopo di ottimizzare il bilancio fra struttura meccanica e le relative modalità di controllo.

Una più specifica definizione di Meccatronica che ADVICE & TECHNOLOGY srl ritiene molto vicina alla specifica attività aziendale delle Macchine Automatiche ed Impianti High-Tech (Meccatronica) che espleta da diversi anni e che caratterizza professionalmente l’azienda è la seguente:

la Meccatronica è un’integrazione sinergica di particolari sistemi meccanici complessi, di tecnologia meccaniche, elettriche, elettroniche e informatiche con le tecnologie della comunicazione e con le metodologie tipiche dei processi decisionali nella progettazione, gestione e manutenzione di apparati ed impianti industriali.

Uno schema molto semplice e significativo che riassume tale crescita tecnologia è il seguente:

Come esempio: rientrano in questa settore di ricerca, progettazione e sviluppo applicazioni in autoveicoli, robot, macchine utensili, impianti e celle di produzione industriale.

In particolare, il settore Macchine Automatiche, ADVICE & TECHNOLOGY srl  si occupa di progettare e realizzare sistemi da inserire nella Produzione Industriale in modo da ottenere che un insieme finito di interventi singoli consenta di raggiungere le finalità desiderate. In tali macchine, la movimentazione controllata risulta di fondamentale importanza in quando condiziona la qualità delle prestazioni e di conseguenza l’efficienza del ciclo produttivo.

L’innovazione ottenuta con l’inserimento di dispositivi elettronici (microcalcolatori e PLC) in un sistema meccanico al posto di azionamenti elettromeccanici permette di ottenere sostanziali miglioramenti nella qualità delle prestazioni senza incidere in modo significativo sul costo complessivo della macchina automatica, e questo è già un concreto esempio di “realizzazione meccatronica”.

La formazione professionale e l’esperienza

Una formazione professionale in Meccatronica richiede preventivamente la conoscenza dei problemi che devono essere affrontati e risolti nel contesto innovativo offerto da questa nuova “meta-tecnologia”.

L’acquisizione di una professionalità specifica rafforzata dalla esperienza maturata “sul campo” per affrontare e risolvere i problemi di carattere applicativo è indispensabile in quanto i componenti utilizzati per rendere funzionante un sistema di meccanico, caratterizzato da elevate prestazioni, richiede in genere l’applicazione di componenti tecnologicamente avanzati e a volte anche molto avanzati.

Per una formazione finalizzata alla realizzazione, alla messa in esercizio e alla conduzione di un sistema di movimentazione controllata per quando riguarda le tecnologie meccaniche dovrebbe essere approfondita la conoscenza:

• della componentistica meccanica da utilizzare per rendere operativa la movimentazione;
• delle nozioni collegate alla realizzazione dei cinematismi e della struttura meccanica di supporto;
• delle metodologie di progettazione delle parti meccaniche;
• delle modalità di analisi del comportamento dei cinematismi e delle strutture di supporto finalizzate alla realizzazione della movimentazione.

La conoscenza delle tecnologie elettriche ed elettroniche deve comprendere la conoscenza:

• delle modalità di funzionamento e delle prestazioni degli azionamenti elettrici e idraulici nonché degli attuatori pneumatici da utilizzare nella movimentazione;
• delle modalità di misura delle grandezze meccaniche ed elettriche coinvolte nella movimentazione nonché delle prestazioni dei dispositivi commerciali;
• delle modalità di elaborazione e di archiviazione dei valori misurati delle grandezze meccaniche ed elettriche;
• dei dispositivi elettronici per l’elaborazione delle modalità di controllo e per l’interconnessione della strumentazione di misura con i dispositivi di controllo e la rete di comunicazione.

Per quando riguarda le tecnologie dell’informazione, la conoscenza deve comprendere:

• le modalità di controllo necessarie per ottenere il raggiungimento delle prestazioni desiderate, ossia i fondamenti della teoria del controllo, della modellazione e della simulazione, delle tecnologie dell’automazione;
• i software specialistici per la simulazione delle singole movimentazioni, per la pianificazione del moto, per il loro coordinamento, per la gestione dell’intero sistema di movimentazione e per la realizzazione dell’interfaccia uomo/macchina;
• le metodologie da utilizzare per realizzare procedure inquadrabili nella intelligenza artificiale.
• Al fine di poter inserire correttamente il sistema di movimentazione nella Macchina Automatica o Impianto High-Tech occorre inoltre:
• analizzare nel punto di installazione della macchina automatica le potenze disponibili nelle reti di distribuzione dell’energia elettrica, in quella dell’aria in pressione e in quella dell’olio in pressione;
• valutare alcune grandezze (temperatura interna ed esterna, disturbi tipici degli ambienti industriali, spazi minimi richiesti dalle normative) riscontrabili nel punto nel quale verrà installato la macchina automatica.

Una tale formazione, in parte tecnologica e in parte metodologica, è necessaria quando si vogliono ottenere prestazioni che non potrebbero essere raggiunte applicando approcci empirici e aggiustamenti messi in atto durante il funzionamento della movimentazione controllata, come evidenziato nella figura che segue.

Esempi nel campo dell’automotive

Un elegante esempio del ruolo della meccatronica nello sviluppo dei sistemi moderni è offerto dall’ambiente automobilistico il quale si è sviluppato negli ultimi trent’anni per un crescente numero di componenti elettroniche che sono state integrate. L’uso di queste componenti permette infatti non solo di raggiungere prestazioni sempre più spinte ma anche di verificare il corretto funzionamento delle parti secondo il principio dei sistemi esperti cioè senza richiedere ad un intervento esterno di aprire la “scatola” per comprendere cosa non funziona dentro al meccanismo e riferendosi al computer di bordo anche come elemento terminale di interfaccia verso l’uomo.

L’elettronica dentro i veicoli si sono aperti la strada prima tramite l’adozione di dispositivi in grado di controllare in maniera completamente elettronica i meccanismi elettrici interni del motore: sostituito lo spinterogeno con una centralina elettronica di accensione; poi si è implementato il sistema di iniezione elettronica che ha dimostrato ben presto un progresso notevole rispetto l’approccio classico, la riduzione di parti meccaniche in movimento, soggette ad usura, depositi, vibrazioni, ha ridotto notevolmente sia i guasti dei dispositivi che semplificato le tecniche di manutenzione. L’iniezione elettronica era realizzata tramite una serie di sensori di posizione per l’albero a camme, i pistoni, il flusso d’aria, e l’acceleratore, mentre un microcontrollore dedicato determina il tempo di apertura delle valvole.

Pressapoco negli stessi anni, le aziende automobilistiche compresero le enormi potenzialità che potevano risolvere questo tipo di sistemi e investirono in un gran numero di ricerche su sistemi meccatronici.

I risultati conseguiti con l’iniezione elettronica dimostrarono infatti come opportuni sistemi di controllo digitale poteva di un colpo superare quelle barriere costituite dalle limitazioni tecniche delle progettazioni meccaniche. La sfida, si parla della metà degli anni settanta, era quindi quella di determinare quali componenti della vettura potevano avere una maggiore prestazione quando alcune componenti meccaniche fossero sostituite da opportune componenti meccatroniche.

I primi sistemi che ne risultarono furono i sistemi per il controllo elettronico della frenata (Automatic Braking System, ABS) ed il sistema per il controllo elettronico della accelerazione (Traction Control System, TCS). Il primo in grado di relazionare le velocità di relazione dei pneumatici con l’accelerazione rilevata da sensori a bordo, e quindi in grado di modulare la pressione del circuito idraulico in maniera da evitare il bloccaggio delle ruote, il secondo (introdotto all’inizio degli anni 90) in maniera opposta regolava l’iniezione elettronica per evitare lo slittamento delle gomme durante fasi di accelerazione troppo spinta.

Di più recente introduzione è il controllo dinamico del veicolo (VDC) in grado di controllare anche la rotazione angolare e le conseguenti accelerazioni centrifughe.

Alcuni di voi, quelli che hanno autovetture di più recente costruzione si saranno resi conto dell’introduzione ormai in tutti i veicoli di un “computer di bordo”, una sorta di visualizzatore di molte delle componenti di stato del veicolo: dalla velocità corrente al consumo istantaneo, dal limitatore di velocità, al contachilometri elettronico. Il motivo di questo cambiamento è dovuto soprattutto al fatto che in questi ultimi venti anni, di pari passo al processo di generazione di nuovi servizi controllati elettronicamente all’interno della vettura, vi è stata una spinta di “accentramento ed integrazione” dell’elettronica di modo che gli stessi sensori possano essere utili a più di un servizio contemporaneamente.

In figura solo alcuni dei sensori che sono ad oggi contemporaneamente presenti in un veicolo. L’uso combinato di questi sensori/attuatori, insieme alla ricerca nei fenomeni fisici che essi controllano ed ai meccanismi di ottimizzazione ha permesso oggi di ottenere da questi veicoli prestazioni estreme, come per il più recente “common rail”, che consente ai motori diesel di consumare circa la metà dei motori a benzina offrendo ad oggi le stesse prestazioni in termini di potenza, l’ASR che consente di integrare in uno controllo di trazione, frenata e stabilità garantendo l’intervento elettronico per limitare al minimo le condizioni di instabilità del veicolo,…

Esempi nel campo della Domotica e Building Automation

Altri esempi significativi si trovano nel campo della Domotica e Building Automation con uso di miniPLC programmabili e di una rete locale (sistema BUS) che permettono di “cablare” una residenza o fabbricato ad uffici/terziario integrando nel contempo le varie funzionalità dei vari utilizzatori in ottica di semplificazione distributiva del sistema elettrico di potenza e con enormi opportunità offerte in termini di comfort d’uso per la creazione di scenari (combinazioni di eventi secondo particolari momenti della giornata e nell’uso delle varie funzionalità) con obiettivo NON meno secondario del risparmio ed efficienza energetica.

Sempre nel campo della meccatronica si possono osservare applicazione specifiche nei singoli elettrodomestici (e.g.: lavabiancheria e lavastoviglie) nei quali ogni funzionalità è sotto il controllo di una centralina elettronica che effettua una programmazione intelligente dosando quantità di acqua, temperature, durate di lavaggio etc in risposta a particolari condizioni di lavoro che vengono estemporaneamente acquisite da opportuni sensori.

Esempi nel campo della Produzione Industriale in Macchine Automatiche e Impianti HighTech

Diverse sono state le applicazioni di ADVICE & TECHNOLOGY srl nell’area Artigianale e Industriale per costruzione di azionamenti su Macchine Automatiche nella lavorazione del legno e del metallo con CNC e Confezionatrici, Palletizzatori, etc...

Una specifica applicazione è stata di recente realizzata per sostituire un sistema elettromeccanico con un sistema meccatronico ed intelligente nella miscelazione ed impasto delle farine di cereali e patate in una nota azienda di produzione di gnocchi di patate.

La specifica particolarità del sistema effettua un controllo ed elaborazione delle informazioni in feedback rilevate da sistemi di erogazione e pesatura e comanda conseguentemente il sistema di impastatura.

Innumerevoli altri esempi di implementazioni meccatroniche si possono riscontrare nei contesti che viviamo ogni giorno e che ADVICE & TECHNOLOGY srl ha realizzato e che può realizzare in risposta a specifica problematica della propria clientela, ma lasciamo ora l’argomento auspicando almeno di avere fatto comprendere la vastità delle possibili applicazioni in ogni ambito tecnologico e settore merceologico.

ADVICE & TECHNOLOGY srl aiuta le aziende Clienti a gestire tutte le attività di ingegneria meccatronica, partendo dalle specifiche di progetto per arrivare fino alla pianificazione iniziale del prodotto. La realizzazione mette a disposizione in un’unica soluzione i dati di elaborazione in risposta alle specifiche di prodotto, dai risultati delle analisi ai requisiti di produzione, in modo che i dati meccatronici siano disponibili su sistemi di supervisione e gestione in tempo reale ed in modo sicuro a tutti i responsabili coinvolti nei processi produttivi.