Swap-IT, l’architettura del Fraunhofer che consente di creare ambienti di produzione flessibili e autonomi

I ricercatori di dieci istituti Fraunhofer stanno sviluppando Swap-IT, un sistema di produzione che, sfruttando un linguaggio di descrizione uniforme e semanticamente semplificato per macchine, processi e prodotti, permette di pianificare ed eseguire in maniera automatica diversi ordini di produzione. Le lavorazioni vengono assegnate alla macchina al momento disponibile ed è anche possibile specificare le priorità di cui tenere conto nell’assegnazione dei task (es. più efficienza o più velocità).

Pubblicato il 03 Apr 2023

Il sistema di produzione SWAP-IT decide come eseguire un ordine e distribuisce i compiti alle macchine o ai robot attualmente disponibili.

Adattare in modo flessibile i processi in fabbrica ai target di produzione: è questo lo scopo di Swap-IT, un’architettura di produzione sviluppata nell’ambito di un nuovo progetto faro dell’Istituto Fraunhofer-Gesellschaft.

L’architettura permetterà alle aziende manifatturiere di affrontare le sfide attuali come mercati volatili, crisi di approvvigionamento e aumento dei prezzi dell’energia, grazie a un sistema di produzione cyber-fisico scalabile e flessibile.

Il progetto Swap per creare ambienti industriali scalabili e adattabili

Le crisi attuali e l’aumento dei costi pongono infatti sfide enormi per l’industria manifatturiera. Alla luce di queste sfide, pre restare competitive, le aziende dovrebbero produrre regolarmente grandi quantità di prodotti con un’elevata qualità e tempi di consegna ridotti, oppure singoli prodotti personalizzati o piccole serie su richiesta.

A causa dei processi tipicamente rigidi, gli ambienti di produzione classici non sono adeguatamente attrezzati per tutti questi requisiti, anche se sono stati modernizzati negli ultimi anni sotto la spinta della digitalizzazione.

Lo scopo del progetto Swap-IT è proprio quello di superare questi limiti. Il progetto, che coinvolge dieci istituti Fraunhofer dei gruppi Fraunhofer Production, Light & Surfaces e ICT, si basa su un concetto per “team di robot e architetture di produzione eterogenei e ottimizzati per l’utilizzo”.

L’idea di base della soluzione di architettura “Swap-IT” è mirata a implementare un sistema di produzione cyber-fisico scalabile che sia molto snello e possa essere applicato in modo flessibile a un’ampia varietà di processi di produzione.

Con la sua struttura modulare, l’architettura di produzione Swap-IT rompe le strutture statiche e i processi schematici degli impianti di produzione classici e rende le fasi di lavoro più flessibili.

Un linguaggio di descrizione uniforme e semanticamente semplificato per macchine, processi e prodotti consente l’integrazione di risorse come macchine, robot o sistemi di trasporto autonomi. Il risultato è un ambiente di produzione intelligente e adattabile.

Il linguaggio di descrizione formula l’ordine

Un componente centrale di Swap-IT è il linguaggio descrittivo “PFDL” (Production Flow Description Language), sviluppato dai ricercatori Fraunhofer nell’ambito del progetto.

Include sia il prodotto finale da fabbricare che la tecnologia della macchina necessaria per la produzione. Il PFDL viene utilizzato per definire il rispettivo prodotto finale o componente prima dell’inizio della produzione e quindi per aggiungere le caratteristiche speciali desiderate.

“Ad esempio, quando si tratta di una portiera per auto, vengono prima descritte le dimensioni di base o la geometria della portiera e poi le sue singole proprietà come la verniciatura o la colorazione dei finestrini. Per semplificare il processo, il PFDL può caricare un modello CAD, che deve solo essere adattato individualmente”, spiega Peter Detzner, esperto in sistemi di produzione ciberfisici e ricercatore del Fraunhofer Institute for Material Flow and Logistics.

Di conseguenza, è possibile impostare autonomamente dal sistema di produzione un insieme di ordini. Ogni fase di produzione dell’ordine viene implementata attraverso l’interfaccia della macchina, semplicemente richiamando i servizi forniti dalla macchina stessa.

Le macchine utensili e i robot richiesti possono iniziare a lavorare in modo mirato. Poiché il PFDL stabilisce la sequenza delle fasi di produzione in linea di principio, ma non specifica quale macchina in particolare eseguirà ciascun compito, il software Swap-IT incorpora la flessibilità di scambiare le macchine assegnate in base alla disponibilità, ai costi o alla posizione durante il funzionamento.

Il sistema di produzione tiene inoltre conto di molti fattori diversi, come lo stato attuale dei sistemi, la durata di ogni attività o le attività precedenti e i costi sostenuti per il funzionamento della macchina.

In questo modo, ogni ordine può essere eseguito in modo efficiente e adattato individualmente ai requisiti. La produzione tradizionale, con le sue postazioni di lavoro standardizzate, non può raggiungere la stessa flessibilità per ogni singolo caso.

“La visione a lungo termine è che, una volta emesso un ordine per la costruzione di un’automobile, ad esempio, le macchine e i sistemi robotici possano lavorare sui componenti dell’auto come un team ben organizzato. Lo stesso vale per altri settori, come l’industria ottica o la costruzione di aerei”, spiega Niels Schmidtke, responsabile del progetto e dell’ufficio centrale del Gruppo Fraunhofer per la produzione.

L’architettura di SWAP-IT può essere utilizzata in molti settori diversi, come la costruzione di aeromobili, ad esempio. Alla Fiera di Hannover, i ricercatori del Fraunhofer presentano una serie di dimostrazioni pratiche.

Obiettivi individuali per ogni ordine di produzione

“I dipendenti possono anche incorporare obiettivi nell’ordine PFDL. Possono specificare che la produzione deve essere particolarmente efficiente dal punto di vista energetico o rapida, oppure che deve fare il massimo uso possibile del sistema e della capacità delle macchine disponibili”, aggiunge Andreas Ebner, esperto di sistemi industriali cognitivi presso l’Istituto Fraunhofer per l’Optronica, le Tecnologie di Sistema e lo Sfruttamento delle Immagini IOSB.

Questi obiettivi possono essere modificati in qualsiasi momento. Se si verifica un picco inaspettato nel volume degli ordini, i dipendenti possono, ad esempio, richiedere al sistema di accelerare la produzione anche se ciò comporta un aumento dei costi energetici.

In questo modo, la produzione può facilmente rispondere agli ordini successivi o alle modifiche delle caratteristiche del prodotto quando viene rilasciata una nuova versione.

L’architettura di produzione Swap-IT può anche assegnare la produzione di un componente particolarmente grande a più macchine. Ad esempio, la produzione di un grande stampo per il pannello laterale di un’automobile può essere segmentata e distribuita a diverse macchine più piccole, ognuna delle quali produce un solo segmento dell’utensile.

I segmenti possono essere assemblati successivamente. Questo metodo consente allo stabilimento di utilizzare macchine piccole e meno costose, invece di macchine costose con bassa disponibilità.

Il sistema Swap sarà presentato alla Hannover Messe 2023

Gli istituti Fraunhofer presenteranno la loro architettura di produzione alla Hannover Messe 2023 – che si svolgerà dal 17 al 21 aprile – presso lo stand Fraunhofer (Padiglione 16, Stand A12).

Gli esperti presenteranno una serie di dimostrazioni pratiche, tra cui la segmentazione di componenti di grandi dimensioni descritta in precedenza, i processi di assemblaggio nella produzione di aerei, la produzione di componenti ottici di precisione e l’automazione della logistica.

Le varie demo dimostrano la versatilità dell’architettura, progettata per essere utilizzata in un’ampia gamma di settori.

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Michelle Crisantemi

Giornalista bilingue laureata presso la Kingston University di Londra. Da sempre appassionata di politica internazionale, ho vissuto, lavorato e studiato in Spagna, Regno Unito e Belgio, dove ho avuto diverse esperienze nella gestione di redazioni multimediali e nella correzione di contenuti per il Web. Nel 2018 ho lavorato come addetta stampa presso il Parlamento europeo, occupandomi di diritti umani e affari esteri. Rientrata in Italia nel 2019, ora scrivo prevalentemente di tecnologia e innovazione.

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