La simulazione permette ai produttori di testare e valutare le prestazioni dei loro sistemi di produzione prima di implementarli sul campo, riducendo i costi e aumentando l’efficienza. In questo articolo, esploreremo l’importanza della simulazione nei processi di produzione industriale e come può essere utilizzata per ottimizzare le prestazioni dei sistemi di produzione.

Vantaggi della Simulazione nei Processi di Produzione Industriale

L’utilizzo della simulazione nei processi di produzione industriale offre numerosi vantaggi, tra cui:

Riduzione dei Costi

La simulazione consente ai produttori di testare diverse configurazioni di produzione in modo virtuale, riducendo la necessità di testare fisicamente il sistema di produzione. Ciò consente di risparmiare tempo e denaro sui costi di progettazione e produzione.

Identificazione dei Problemi

La simulazione consente ai produttori di identificare eventuali problemi o inefficienze nel sistema di produzione prima che vengano implementati sul campo. Ciò consente di correggere i problemi prima che causino costi elevati o ritardi nella produzione.

Aumento dell’Efficienza

La simulazione consente ai produttori di testare diverse strategie di produzione in modo virtuale, identificando la soluzione più efficiente. Ciò consente di massimizzare l’efficienza del sistema di produzione, riducendo i costi di produzione e aumentando i profitti.

Come Funziona la Simulazione dei Processi di Produzione Industriale

La simulazione dei processi di produzione industriale utilizza software di simulazione avanzati per creare modelli virtuali di un sistema di produzione. Il software utilizza algoritmi avanzati per simulare il comportamento del sistema di produzione in una varietà di scenari. Ciò consente ai produttori di testare diverse configurazioni e strategie di produzione in modo virtuale, identificando la soluzione più efficiente.

Utilizzo della Simulazione nei Processi di Produzione Industriale

La simulazione dei processi di produzione industriale può essere utilizzata in una varietà di settori industriali, tra cui l’automotive, l’aeronautica, la produzione di dispositivi medici e molti altri. La simulazione può essere utilizzata per testare diverse configurazioni.

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Oltre alla definizione delle varie fasi di lavoro che determinano il processo, dalla materia prima al prodotto finito, per ciascuna tipologia di prodotto, le variabili in ingresso per la realizzazione del processo di simulazione, sono molteplici.

Quali sono gli input e gli outcome di un servizio di simulazione di fabbrica, quando la key-4 è coinvolta?

Vediamoli più nello specifico:

1. Viene impostato periodo T di pianificazione e lancio del nuovo ordine, es. pianificazione settimanale.
2. Durata dell’intera simulazione, ad esempio 50 settimane per 5 giorni lavorativi e 1 turno da 8 ore;
3. Si ha la possibilità di implementare alcune regole di produzione. Come ad esempio la possibilità di poter impostare dei vincoli tra l’inizio di un’operazione, subordinata alla fine di una precedente, durante, ad esempio, un turno lavorativo.
4. Andando avanti con la scelta degli input per la simulazione di fabbrica, si passa alla scelta dei prodotti finali, di cui simularne l’intero processo.
5. Numero di trasporti e velocità alla quale avvengono, se questa è costante, variabile o accelerata.
6. Di ogni operazione, possiamo impostarne efficienza ed efficacia. Ogni stazione di lavoro avrà una sua percentuale in termini di pezzi di scarto, così come una percentuale di produzione reale di pezzi totali conformi su una base teorica totale.
7. Le celle robotizzate possono essere impostate con modelli di robot precisi in commercio, caricati da un database all’interno del modello di fabbrica per simularne le performance. Il software di simulazione riconosce le specifiche ogni volta diverse, in modo da simularne al meglio le performance.
8. Si possono impostare regole legate alla logistica, una volta completati i pezzi che ad esempio potrebbero essere spediti immediatamente o stoccati all’interno di un magazzino prodotti finiti.

Una volta terminata la prima fase di definizione dei parametri di produzione si passa alla definizione del mix produttivo all’interno del periodo T.

Considerando per esempio la produzione di 4 prodotti diversi: A, B, C, D si potrebbero lanciare delle simulazioni di fabbrica differenti.

La prima con 100% A, l’altra 100% B, un’altra ancora suddivisa perfettamente al 50% tra A e B.

Grazie al nostro software per la simulazione aziendale, si possono lanciare piani di produzione più complessi come ad esempio un mix produttivo che potrebbe ricadere casualmente all’interno di un range tra 50% e 90% di A, B, C, D, mentre la restante percentuale sarebbe suddivisa equamente al 50% tra due prodotti A e B.

Le combinazioni, in definitiva, sono infinite e dalla complessità variabile.

Nella tabella di seguito è riportato un esempio di outcome riferito alla simulazione di un mix produttivo di 70% A e 30% B per un processo produttivo avente 7 stazioni di lavoro.

Come si può notare, il sistema è in grado di tirare fuori una barchart che indica le stazioni di lavoro più critiche in cui si andranno a creare dei colli di bottiglia.

Ulteriori dati che saranno forniti al termine della simulazione,  sono sintetizzati nello specchietto qui di seguito:

Come si nota dalla tabella, la simulazione di fabbrica, permetterà di sapere, per il mix produttivo scelto, il numero totale di prodotti finiti in uscita per settimana, con relativa media giornaliera, fino ad arrivare al fatturato. Il servizio è molto interessante in caso di progettazione o riprogettazione di intere linee di produzione in quanto permette di avere vari prospetti di tutte le possibili scelte future.

Dimensionamento del magazzino e software di simulazione

Un altro aspetto importante che fa della simulazione di fabbrica un ottimo strumento di supporto alla progettazione di layout, è il dimensionamento di un magazzino. La simulazione potrà permettere di avere visione, a seconda del mix produttivo prescelto, di quelli che saranno i picchi di magazzino maggiori.

Come facilmente prevedibile, ciascun piano di produzione è variato di molto a seconda del mix produttivo preso in considerazione. È facile quindi dedurre che la fase di progettazione del prodotto impatta molto sull’efficienza produttiva di fabbrica. Inserire un nuovo prodotto all’interno di una linea di produzione, significa quindi non solo, che questo venga prodotto in maniera efficiente, ma che il suo inserimento non vada ad impattare sull’efficienza degli altri prodotti già presenti in linea di produzione.

In fase di progettazione, infatti, molte parti di design dovrebbero passare al vaglio dei team di produzione, per capire come alcune scelte in fase di progetto possano impattare sui costi di produzione e valutarne la necessità anche in relazione alle esigenze della domanda di mercato. È proprio nell’ottica di permettere una migliore comunicazione tra i team di progettazione del prodotto ed i responsabili di produzione, che nasce l’esigenza di una simulazione di fabbrica.

Il software di manufacturing simulation di Key4 è costruito ad hoc per tutti i professionisti che necessitano di progettare, simulare e mettere in comunicazione interi processi produttivi. Il software facilita la comunicazione interna dei team di produzione, aiutando contemporaneamente i team di sviluppo prodotto a controllare l’impatto che la progettazione ha sulle decisioni di produzione.

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Un nuovo approccio alla programmazione dei robot prende sempre maggiore piede nell’ambito dell’Industry 4.0 in ottica di simulazione della cella di lavoro robotizzata e miglioramento della linea di produzione. Sono sempre maggiori i software di simulazione che consentono di riprodurre robot, utensili e intere celle di lavoro unitamente alla possibilità di movimentare il robot, l’azionare i tool ed implementare logiche di funzionamento.

La stessa simulazione assume un ruolo importante nella programmazione permettendo di evitare collisioni verificando i limiti dei giunti sia in posizione che in velocità ed accelerazione. Grazie ai software di simulazione sarà quindi possibile studiare molteplici scenari prima che un qualsiasi componente della cella robotica sia realizzato o acquistato, individuando errori di progettazione in anticipo con l’annessa possibilità di offrire anche agli utenti finali, strumenti grafici di supporto agli studi di fattibilità.

La programmazione offline e la robotica industriale: una nuova opportunità per le fabbriche

La programmazione offline (OLP) è un metodo di programmazione che consente di generare percorsi di movimentazione del robot, e quindi dell’utensile da essi utilizzato, senza la necessità di scrivere esplicitamente istruzioni e non interferendo con la produzione grazie al fatto che, il programma, viene realizzato su un PC esterno. Lì dove un robot è parte di una linea di produzione, questo tipo di approccio consente di non bloccare tutto il processo riducendo così i costi di fermo. Anche se la programmazione offline di un robot non genera uno stop della linea di produzione ci sono casi in cui può essere comunque preferibile rispetto ad una programmazione manuale. Il programma realizzato può essere processato e scaricato sul robot, così come avviene per le macchine CNC con i software CAM. Uno stesso software di programmazione offline può supportare un’ampia gamma di brand di robot dando piena libertà di scelta alle aziende che vogliono investire in questo ambito.

I software di simulazione robot e OLP sono strumenti potenti a supporto dell’attività degli integratori e degli utenti finali consentendo di risparmiare tempo e denaro nella progettazione di una cella di lavoro.  Inoltre grazie a questa tecnologia avanzata, vi è la possibilità di sviluppare analisi degli elementi costitutivi di una cella di lavoro, monitorando la maniera nella quale quest’ultimi interagiscono, il tutto prima ancora di investire in risorse dedite alla realizzazione del prodotto finale. Questa tecnologia permette quindi di ottenere una transizione più fluida tra la progettazione e la realizzazione.

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La crescente richiesta di flessibilità in impianti produttivi complessi, sta spingendo le imprese verso un nuovo livello di automazione, promuovendo l’era del Virtual commissioning. Una delle più grandi sfide nel panorama industriale è riuscire a soddisfare certe esigenze del mercato, che, con l’avvento dell’industria 4.0, non ci si può permettere più di ignorare. Quando parliamo di esigenze, facciamo essenzialmente riferimento a: flessibilità, integrazione o verifica delle funzionalità degli impianti produttivi.

A supporto di quest’ultimo concetto, entra in gioco il Virtual Commissioning, ovvero l’utilizzo di una simulazione 2D e 3D (Digital Twin)  dei sistemi meccanici, elettrici, oleodinamici, pneumatici e del software di controllo, al fine di validare l’operatività di un sistema di produzione prima della sua implementazione fisica. Tale emulazione è in grado di rimuovere eventuali errori del sistema prima ancora di attivare l’intero processo manifatturiero. Da questo processo ottimizzato, derivano una serie di condizioni che permettono un commissiong finale di qualità, una delle maggiori promesse per le imprese che ricorrono a strumenti per la gestione integrata

Quali sono i vantaggi tangibili derivanti dall’utilizzo del Virtual commissioning?

Colli di bottiglia? Errori di scheduling? Bene, sono solo alcune delle problematiche che potranno essere evitate, grazie alle nuove applicazioni intelligenti come il virtualcommissioning e l’implementazione di simulazioni di eventi, utili alla verifica di un sistema di produzione.

Una delle caratteristiche più impattanti sulla redditività di un prodotto è il costo di produzione, quindi il suo abbattimento è fondamentale in un’impresa.  Queste tecnologie permettono al produttore di ridurre i costi di produzione, migliorando il sistema produttivo nel suo insieme, con l’obiettivo di favorire la qualità della produzione e il time to market del prodotto.

Competere in un mercato dinamico e veloce è possibile anche nelle piccole e medie imprese e le tecnologie come il virtual commissioning lo permettono.

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