Il motion control nell'automazione 4.0: 6 caratteristiche imprescindibili per macchine di nuova generazione - Bosch Rexroth
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WHITE PAPER - IL MOTION CONTROL NELL'AUTOMAZIONE 4.0
Il motion control
nell'automazione 4.0:
6 caratteristiche imprescindibili
per macchine di nuova generazione
1
EDITORIALE
EXPERTISE.B
EXPER OSCHREXR
TISE.BOSC TH.FR
OTH.IT
HREXRO
Conservate un vantaggio competitivo nella progettazione delle vostre macchine
Questo white paper è finalizzato a descrivere le Bosch Rexroth è all'avanguardia in questo settore
6 principali caratteristiche che, secondo Bosch sin dalla fine degli anni '70, con i primi
Rexroth, devono avere le macchine di produzione servoazionamenti AC e CC. Bosch Rexroth è stato
in ambiente industriale 4.0 anche il primo produttore a proporre, alla fine
degli anni '80, un bus in tempo reale Sercos e un
controller d'asse con robotica integrata e,
Caratteristiche che soddisfano le esigenze sia dei all'inizio degli anni 2000, dei servoazionamenti
costruttori sia degli utilizzatori finali e che con sicurezza integrata e dei servoazionamenti
consentono di progettare macchine facili da decentrati.
configurare, da utilizzare e da sottoporre a
manutenzione in un contesto di produzione in
costante evoluzione. Oggi Bosch Rexroth è 3° al mondo nel
MotionControl, con oltre 100.000 impianti e un
milione di servoazionamenti venduti nel mondo,
È questa visione che guida oggi i nostri nuovi per macchine speciali o di serie, in numerosi
sviluppi e siamo convinti che le nostre soluzioni settori tra cui imballaggio, stampa,
abbiano molto da offrire alle aziende che agroalimentare, automobili, montaggio e
vogliono ottenere un vantaggio competitivo. lavorazione della lamiera.
Siamo qui per aiutarvi a conservare questo
vantaggio.
Player globale nel settore dell'automazione,
Bosch Rexroth offre soluzioni meccatroniche
I nostri obiettivi complete (macchine, quasi macchine,
10 % dei componenti sottogruppi) e su misura, che consentono di
usufruire di grande libertà nella scelta
20% dei costi di ingegneria
dell'architettura del motion control. Queste
10% di produttività soluzioni sono ancor più affidabili in quanto
Bosch Rexroth possiede una approfondita
conoscenza di tutti gli elementi: controller,
Come leader dell'automazione industiale, Bosch
motori, inverter e azionamenti elettrici.
Rexroth accompagna da oltre 50 anni l'evoluzione
delle macchine di produzione, proponendo ai
costruttori soluzioni innovative di motion control
e di azionamento elettrico.
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SOMMARIO
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6 caratteristiche fondamentali per le macchine di nuova generazione
P04 01 Semplicità
• Semplicità di integrazione dei componenti
• Controllo decentralizzato e integrato
• Pre-configurazione delle funzioni di automazione
• Comando multi-stazione e HMI mobili
• Riduzione dei tempi di progettazione
P06 02 Adattabilità
• Moltissime opzioni per la massima libertà di progettazione
• Nuove tecnologie per un adattamento in tempo reale
al processo di produzione
P07 03 Compattezza
• Nuove topologie per le reti di controllo
• Verso un'alimentazione senza quadro elettrico per un ingombro
minimo
P08 04 Efficacia
• Prestazioni dinamiche sempre più elevate
• Massimo risparmio energetico per le macchine
P09 05 Sicurezza
• Dal componente alla macchina: proteggere uomini e
attrezzature mantenendo la produttività
• Gestione globale a livello del controller e decentramento delle
funzioni per movimenti sicuri
• Analisi dei rischi e ottimizzazione della collaborazione
uomo/macchina
P11 06 Connettività
• Integrazione dei sistemi IT nella catena di controllo
• Nuovi modi di programmazione per le funzioni connesse
• Trasmissione dei dati di processo e guida macchina
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Semplicità
Semplicità di integrazione dei l'applicazione nelle macchine a collettore rotante
componenti (macchine con giostre). Nell'azionamento possono
essere integrati anche il motion control, gli I/O e
Questa semplicità presuppone sia evoluzioni le funzioni di sicurezza, rendendolo di fatto un
fisiche (nella progettazione dei componenti stessi) sistema completamente autonomo.
sia a livello software.
A livello fisico: i componenti vanno verso una La soluzione Bosch Rexroth, che abbina in un unico
maggiore modularità e un cablaggio semplificato. oggetto le funzionalità di IndraDrive Mi e Motion
Per quanto riguarda Bosch Rexroth, si possono Logic Drive Based MLD, garantisce intelligenza,
citare ad esempio la gamma di servomotori modularità e flessibilità in un'unica soluzione.
sincroni monocavo MS2N o i servoazionamenti
modulari della gamma IndraDrive. Pre-configurazione delle funzioni di
automazione
A livello logico: Tutti i componenti di Motion
Control devono essere comunicanti e La programmazione di una macchina per
interoperabili affinché le macchine possano un'applicazione particolare rimane un'operazione
diventare una maglia della catena dello onerosa a livello di tempo; standardizzare al
stabilimento connesso. È la logica che persegue massimo questa fase consente di aumentare
oggi Bosch Rexroth sviluppando hardware e l'affidabilità e ridurre i tempi di avviamento,
software multi-protocollo (tra cui OPC-UA), favorendo la coerenza d'uso da una macchina a
supportati da tutte le reti industriali di campo e in un'altra.
grado di comunicare con sistemi terzi, e offrendo
di serie l'accesso a tutti i dati dei suoi La standardizzazione consente anche al
componenti. progettista di concentrare i suoi sforzi sulle
particolarità dell'applicazione, principale valore
aggiunto del processo o della macchina.
Controllo decentralizzato e integrato
Facilita infine la riconfigurazione della macchina,
L'integrazione dell'inverter con il motore consente una problematica destinata a diventare sempre
di collocare l'azionamento nel cuore della più centrale in un contesto di produzione ultra-
macchina e di semplificare l'utilizzo del flessibile.
servosistema sulle parti mobili, rendendo
estremamente semplice ed economica Bosch Rexroth propone sui suoi controller delle
GAT (Generic Application Templates); questi
programmi base consentono di implementare
molto rapidamente la struttura di
programmazione globale. La piattaforma software
IndraWorks contiene
la più vasta library di funzioni
Motion per tutti i tipi di
macchina e processo.
La piattaforma software
IndraWorks contiene
la più vasta libreria di funzioni
Motion per tutti i tipi di
macchina e processo.
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Semplicità
Comando multi-stazione e HMI mobili
Benché ogni settore industriale presenti esigenze
specifiche in termini di controllo macchina,
l’Industria 4.0 evidenzia la tendenza comune verso
una supervisione umana più ampia e quindi
decentrata, ovvero mobile.
Questa tendenza causa cambiamenti sia a livello
di hardware (comparsa di tablet e smartphone in
fabbrica) che a livello di interfaccia di comando
(nuove aspettative d'uso mutuate dalla vita
privata).
Bosch Rexroth tiene conto di queste nuove
aspettative nello sviluppo della sua nuova
generazione di HMI, ad esempio con
l'integrazione della tecnologia Multitouch.
Riduzione dei tempi di progettazione
La simulazione digitale è un ottimo modo per i una macchina in produzione e la sua evoluzione
costruttori di macchine di ridurre costi e tempi di nel tempo. Una fonte di informazione preziosa per
sviluppo, convalidando moltissime scelte tecniche i progettisti incaricati del miglioramento del
prodotto.
prima di passare alla costruzione del prototipo
fisico.
Nel caso del Motion Control, gli strumenti di
simulazione devono integrare sia l'elettronica che
la parte meccanica, per riprodurre correttamente
il comportamento del sistema. Bosch Rexroth è in
grado di fornire questo servizio ai clienti grazie al
suo know-how globale e agli strumenti sviluppati Al fine di favorire la diffusione del concetto di
internamente. digital twin, Bosch Rexroth ha deciso di
collaborare con diverse software house a cui
Oggi sono sempre più numerose le aziende che si
fornisce i dati dei suoi componenti. In questo
indirizzano verso l'innovativo concetto di digital
modo, la nostra azienda si schiera una volta
twin. Nel settore della costruzione di macchine
ancora a favore dei sistemi aperti, che considera
industriali, questa replica virtuale connessa al suo
come imprescindibili per l'approccio alla Factory
doppio reale potrebbe consentire di sfruttare
of the Future.
efficacemente tutti i dati dell’IoT per conoscere
con precisione il comportamento di
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Adattabilità
Moltissime opzioni per la massima Nuove tecnologie per un adattamento
libertà di progettazione in tempo reale al processo di
produzione
Poter scegliere i propri componenti in una gamma
il più ampia possibile di tecnologie e modelli Bosch Rexroth sviluppa inoltre nuove tecnologie
consente ai costruttori di essere perfettamente che consentono di adattare in tempo reale il
preparati sia per gamme standard che per comportamento della macchina a seconda del
prodotti su misura. prodotto che deve realizzare.
Bosch Rexroth propone un'ampia gamma di L’abbinamento di sensori ottici e software
servomotori: sincroni ed asinconroni nelle varianti specifici consente ad esempio di sviluppare
con raffreddamento naturale, ad aria e ad acqua, alimentatori a nastro intelligenti che accelerano o
anche nelle versioni pressurizzabili ed es. kit di rallentano a seconda del prodotto che vedono
motori lineari e coppia per soddisfare le arrivare.
esigenze di ogni applicazione. Le nostre
Le camme elettroniche, abbinate o meno a sistemi
gamme contengono un gran numero di
attivi di ammortizzazione delle vibrazioni, offrono
varianti, come la gamma MS2N (gamma standard
maggiore flessibilità nella gestione del movimento
di servomotori), che comprende oltre 50 modelli;
e consentono di modificarlo molto rapidamente.
I costruttori sono guidati nella scelta da strumenti
Questo consente di adattarsi a diversi prodotti e
di configurazione on line.
cicli di produzione.
Oggi Bosch Rexroth si spinge ancora oltre,
L'obiettivo è quello di ridurre al massimo i tempi
offrendo ai costruttori la possibilità, quando
di cambio di formato, fino ad arrivare forse un
necessario, di usufruire della potenza idraulica con
giorno ad eliminarli del tutto, per aumentare l'OEE
la stessa semplicità di controllo della potenza
delle macchine.
elettrica. A questo fine, proponiamo assi idraulici
autonomi perfettamente interscambiabili con un
asse elettrico e dei controller multi-tecnologia
(MLC) che consentono di comandare
contemporaneamente assi elettrici, idraulici o
configurazioni ibride.
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Compattezza
Nuove topologie per un'automazione
decentralizzata
La sfida è rivedere il design di ogni componente e
tutta la parte di connettività, ma anche
semplificare le architetture eliminando dei
componenti per permettere ai costruttori di
soddisfare le esigenze industriali con macchine
più compatte e più facili da spostare.
Bosch Rexroth applica questa filosofia
all'intera gamma Motion Control, dall'inverter Zoom
all'armadio elettrico.
IndraDrive Mi: l’azionamento
decentralizzato senza quadro
Verso un'alimentazione senza quadro
elettrico
elettrico per un ingombro minimo
Intelligente, compatto, facile da integrare e
Le nuove topologie di alimentazione consentono
cabinet-free, il sistema IndraDrive Mi soddisfa
oggi di progettare macchine con quadro elettrico
tutte le esigenze dei costruttori a livello di
notevolmente ridotto o addirittura prive di quadro
comando di assi.
elettrico.
Tutti i componenti del sistema hanno un
Bosch Rexroth propone quindi un concetto in
indice di protezione IP 65 per poter essere
cui il modulo di rete e il modulo di
integrati all'interno delle macchine.
alimentazione sono alloggiati a bordo macchina
e i servoazionamenti sono collegati in serie. Consente di collegare in serie fino a 30
servoazionamenti con un cavo ibrido che
Questo concetto cabinet-free consente di ridurre
raggruppa tutti i segnali: con un risparmio di
fino al 90% la quantità di cavi necessaria, con
chilometri di cavo.
conseguenti significativi vantaggi in termini di
costi e tempi di installazione ma anche di spese di Il sistema IndraDrive Mi prevede la
riparazione e manutenzione. I cavi sono infatti condivisione del DC bus, consentendo
elementi particolarmente sensibili, specialmente l'energy storage/sharing e la rigenerazione in
negli ambienti di produzione difficili. rete durante le fasi di frenatura. I principali
vantaggi sono l'ottimizzazione del rendimento
L'alimentazione senza quadro elettrico offre
energetico e l'eliminazione/riduzione dei
inoltre una grandissima flessibilità allo strumento
sistemi di raffreddamento del quadro
di produzione: ormai è quasi altrettanto semplice
elettrico.
spostare la macchina all'interno dello stabilimento
che scollegare uno strumento per ricollegarlo un
po' più in là.
Per saperne di più visita il blog Expertise
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Efficacia
Prestazioni sempre più elevate del Massimo risparmio energetico per le
motion macchine.
I sistemi di motion control sono oggetto di Il risparmio energetico è un argomento importante
continui miglioramenti che seguono l'evoluzione per gli utenti, sia a livello ambientale che a livello
delle tecnologie (processori, fieldbus, ecc.). di TCO (Total Cost of Ownership).
I controlli numerici offrono sempre maggiore
È il frutto di un impegno di progettazione globale
potenza e velocità, sia per quanto riguarda la
che Bosch Rexroth, da parte sua, attua in modo
sincronizzazione che il tempo di ciclo. Anche la
sistematico conformemente al suo approccio 4EE.
precisione del posizionamento fa progressi e
raggiunge oggi il nanometro. Un miglioramento
delle prestazioni senz'altro utile alla produttività
delle aziende.
L'apertura dei sistemi di controllo all'IoT è più
recente e le soluzioni proposte variano da un
produttore all'altro. Qualunque sia quella che
verrà poi preferita, è importante accertarsi della
sua robustezza nel tempo e della sua capacità di
soddisfare i criteri di sicurezza specifici di ogni
applicazione.
La nuova piattaforma di controllo XM Rexroth 4EE, sono 4 leve di azione per
Bosch Rexroth è un esempio di massimizzare il risparmio energetico:
soluzione che integra queste evoluzioni:
Analisi globale della progettazione
• grande potenza di calcolo, utile sia al
processo che agli scambi con sistemi terzi, del sistema energetico,
Scelta di componenti a elevata
• comunicazione deterministica in tempo efficienza energetica,
reale mediante il bus Sercos, standard
aperto riconosciuto da numerosi produttori, Recupero dell'energia inutilizzata
all'interno del sistema,
• interfaccia Gigabit Ethernet integrata per
Fornitura di energia su richiesta,
consentire la trasmissione di considerevoli
in funzione delle necessità.
volumi di dati verso sistemi IT superiori.
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Sicurezza
Dal componente alla macchina: del comando di processo su una stessa
proteggere uomini e attrezzature piattaforma hardware consente di semplificare
mantenendo la produttività l'architettura globale, ridurre il numero di
componenti, il numero dei collegamenti elettrici e
Tutti i componenti di sicurezza Bosch Rexroth il costo del cablaggio, in particolare negli impianti
sono testati e certificati in conformità alle più con un numero di assi significativo.
recenti norme applicabili. Utilizzando questi
componenti, i costruttori di macchine risparmiano L'integrazione delle funzioni per movimenti sicuri
tempo nella certificazione delle loro attrezzature e negli azionamenti consente di usufruire di diverse
nell'elaborazione della documentazione di zone di sicurezza che possono essere attivate
sicurezza. separatamente dall'utente finale. In numerosi casi
di intervento, non è quindi più necessario fermare
Oltre all'aspetto normativo, il vantaggio dei tutta la macchina e questo abbrevia la procedura
componenti Bosch Rexroth consiste nella già di riavvio. Gli arresti macchina si riducono e l’OEE
citata semplicità d'uso che si traduce in due aumenta.
principi di implementazione: la gestione globale a
livello del controller e il decentramento delle L'opzione integrata SafeMotion per i movimenti
funzioni per movimenti sicuri. sicuri è disponibile su tutti gli azionamenti della
gamma IndraDrive.
Gestione globale a livello del
controller e decentramento delle
funzioni per movimenti sicuri
Grazie al modulo SafeLogic integrabile sul
controller degli assi, l’abbinamento del
comando di sicurezza e
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Sicurezza
Un metodo unico, completo, approvato!
2 3
Comprende 10 fasi:
1 4
5
Valutazione del rischio
10 fasi
per
l'implementazione
Identificazione delle funzioni di della sicurezza
sicurezza funzionale
Definizione del livello di
10
prestazione richiesto(PLr) 7
9 8
Scelta dell'architettura di sistema
Modellizzazione del circuito in
forma di schema funzionale
Guasti e diagnostica (DC) Analisi dei rischi e ottimizzazione
della collaborazione uomo/macchina
Definizione del livello di La sicurezza delle macchine è una disciplina che
prestazioni(PL) diventa sempre più complessa di pari passo
con le evoluzioni normative e tecnologiche.
Valutazione della robustezza del Oltre all'uso di componenti di sicurezza, per
comando – Prevenzione dei le macchine complete e le quasi-macchine
guasti (CCF) richiede un'analisi attenta dei rischi e la
convalida delle soluzioni scelte.
Requisiti software
Bosch Rexroth propone il suo metodo Safety on
Board per garantire il massimo livello di
Verifica e convalida del livello di sicurezza delle macchine ottimizzando al
prestazioni raggiunto (PL ≥ PLr) contempo la collaborazione uomo/macchina.
10EXPERTISE.BOSCHREXROTH.IT
Connettività
Sensori
API
IoT Gateway Monitoraggio e analisi dei
OPC UA
dati di produzione con PPM
(Production Performance
Manager) Bosch
Configurazione e integrazione dei dati
tramite interfaccia Web User di IoT
Gateway. Nessun intervento tramite
controllo della macchina.
Integrazione dei sistemi IT nella catena di controllo
Il Motion Control è ovviamente al centro della Bosch Rexroth, come la maggior parte dei player
riflessione dei costruttori di macchine sulla sul mercato, risponde a questa problematica
fabbrica del futuro. Una fabbrica che deve abbinando il bus di automazione SERCOS e lo
essere più intelligente, grazie in particolare standard di comunicazione OPC UA. SERCOS
all'incontro di due universi fino ad ora ben garantisce la comunicazione deterministica in
distinti: IT (Information Technology) e OT tempo reale all'interno dei sistemi di azionamento,
(Operational Technology). mentre OPC UA gestisce lo scambio di dati con il
sistema IT.
Affinché questo incontro possa avvenire, occorre
che i dati possano circolare in modo fluido in un Lo scambio di dati SERCOS / OPC UA è
una catena di controllo ampliata che in futuro standardizzato dal novembre 2015 e questo
andrà dal componente di automazione all'ERP consente di offrire un quadro semantico coerente
dell'azienda o al Cloud: occorre dunque disporre e protetto all'insieme dei componenti della
di un linguaggio comune e di luoghi di incontro fabbrica intelligente.
comuni all'intera catena.
Affinché questo incontro possa avvenire, occorre
che i dati possano circolare in modo fluido in un
una catena di controllo ampliata che in futuro
andrà dal componente di automazione all'ERP
dell'azienda o al Cloud: occorre dunque disporre
di un linguaggio comune e di luoghi di incontro
comuni all'intera catena.
11EXPERTISE.BOSCHREXROTH.IT
Connettività
Nuovi modi di programmazione per le
"Negli anni abbiamo sviluppato una complessa
funzioni connesse
trasformazione delle coordinate che abbiamo
La fusione IT/OT influisce anche sulle modalità di trasposto in linguaggio di programmazione C; ci
programmazione: il controllo integra sempre più occorrevano sistemi di azionamento e comando in
funzioni connesse, identificate come funzioni grado di integrare questo know-how."
informatiche.
Questo cambiamento è indotto dall'evoluzione
delle topologie, che consente una Detlev Philipp, WEISS GmbH
programmazione orientata all'oggetto nei
controller e dalla capacità dei software associati a
hardware terzi di contenere funzioni eseguibili
attraverso una rete Ethernet.
Professionisti non specializzati in automazione "Il nostro considerevole know-how deve essere
possono quindi dover intervenire sul controllo e protetto. Inoltre vogliamo interfacce aperte per
devono poterlo fare con i linguaggi che consentire ai nostri programmatori di reagire molto
padroneggiano. rapidamente alle richieste dei clienti. Un controllo
numerico che consenta l'accesso al core del
Per questo motivo, Bosch Rexroth ha sviluppato la sistema da parte di sw esterni ci consente la
tecnologia Open Core Engineering: OCE consente massima sicurezza e flessibilità."
agli informatici di sviluppare applicazioni di
controllo specifiche in Java o C++ e con diversi
Chen Yan, Han’s Laser
sistemi operativi, senza dover conoscere
l'ambiente di sviluppo del controllo. OCE offre
anche una soluzione nell'ambito di funzioni molto
specifiche, come l'elaborazione delle immagini.
Trasmissione dei dati di processo e gestione macchina
Per aumentare al massimo il tasso di disponibilità e/o la loro trasmissione ad un livello superiore
delle macchine riducendo al contempo i costi di senza rallentare il processo.
manutenzione, i servizi di manutenzione cercano
Bosch Rexroth propone oggi, in collaborazione
di prevedere i guasti nel modo più preciso e
con Bosch Software Innovations, una serie di
precoce possibile.
soluzioni per lo sviluppo di applicazioni di
Le applicazioni di manutenzione predittiva manutenzione.
utilizzano una notevole quantità di dati eterogenei
che superano il semplice processo e sono elaborati
su scala di uno o più stabilimenti tramite interfacce
web. il motion control deve quindi integrare un
web server che consenta l'accesso ai dati
12EXPERTISE.BOSCHREXROTH.IT
Connettività
Zoom
IoT Gateway
Il gateway IoT è un software integrato
nel controllo che consente di accedere non
solo a tutti i dati del sistema di
azionamento ma anche a dati esterni e di
farli confluire verso un livello superiore
(MES, Cloud) per elaborazione e analisi
IoT Gateway funziona indipendentemente dal
controllo della macchina e non interferisce in
alcun modo nel processo.
IoT Gateway viene implementato in modo
molto semplice grazie a 3 applicazioni
IoT Gateway è basato su standard aperti
integrate:
(Linux, Java, OGSI framework) per consentire
lo sviluppo e l'integrazione di moltissime
Devices App
applicazioni personalizzate..
Connessione delle periferiche
Processing App
Elaborazione e trasmissione dei dati
Dashboard App
Dashboard che offre una panoramica dei dati
e l'accesso all'amministrazione del sistema.
13IN SINTESI
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Semplice, adattabile, compatta, efficace, sicura e connessa:
questa è oggi per noi la macchina automatica ideale.
Il Motion Control di nuova generazione consente Il Motion Control di nuova generazione è già
già oggi ai costruttori e agli utenti di macchine di pronto per lo stabilimento digitale e intelligente
aumentare la loro competitività con: con:
• la semplificazione delle architetture e la • componenti interoperabili a livello OT e in
riduzione del numero di componenti, grado di comunicare con i sistemi IT,
• la riduzione dei tempi di sviluppo,
di integrazione e messa in servizio, • soluzioni di trasmissione dati verso
sistemi di elaborazione superiori,
• l'aumento dell'affidabilità e
della disponibilità delle macchine, • maggiore apertura verso applicazioni terze,
• la riduzione dei costi di manutenzione e del
• maggiore flessibilità nella riconfigurazione
consumo energetico,
di linee e stabilimenti.
• il pieno controllo del movimento.
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