Cresce l’importanza delle funzioni che rendono la fabbrica conforme ai principi di Industria 4.0: fra queste, la manutenzione preventiva e predittiva. Fondamentale per attuarla, l’uso di componenti intelligenti
Il contesto competitivo in cui opera l’industria manifatturiera impone un’organizzazione sempre più efficiente, con impianti che funzionano sempre al meglio e senza fermi macchina. Le soluzioni IIoT
(Industrial Internet of Things, IIoT) sono fondamentali per consentire la trasformazione della fabbrica in smart factory: sono ben conosciute dalla quasi totalità delle grandi aziende e messe in pratica dalla maggior parte di queste realtà. Per le PMI va ancora recuperato un certo ritardo, ma la pressione in tal senso è forte: i benefici in termini di efficienza sono indubbi, mentre non vanno sottovalutate le ricadute positive dal punto di vista dell’immagine aziendale. 
Fra gli aspetti prioritari per l’evoluzione delle realtà produttive in chiave 4.0 rientra a pieno titolo la manutenzione predittiva e preventiva: permette agli impianti di funzionare sempre al meglio, evitando i lunghi e onerosi fermi macchina che un’azienda competitiva non si può più permettere. Interiorizzare la cultura dell’industria 4.0 e accettare la necessità di effettuare gli investimenti relativi diventano requisiti essenziali per modernizzare l’industria manifatturiera, migliorando l’efficienza e la competitività del comparto.
Dal punto di vista economico le agevolazioni fiscali aiutano, mentre sotto il profilo tecnico un valido supporto viene dalla componentistica intelligente, in grado di monitorare e di comunicare eventuali anomalie nel processo produttivo al loro verificarsi: eccesso di vibrazioni, temperature anomale, aumento dell’assorbimento di energia sono fattori che possono indicare una diminuzione dell’efficienza. Questi dati, raccolti, analizzati e archiviati in grandi quantità dagli impianti moderni, permettono di intervenire tempestivamente, anche da remoto, sui parametri di funzionamento per garantire uno svolgimento sempre ottimale del processo produttivo.
Interconnettere la meccanica con il software, la digitalizzazione e l’intelligenza artificiale è sempre più importante per trasformare gli impianti consentendo il controllo della qualità e le operazioni di manutenzione.
I giunti AIC con sensoristica integrata
R+W, multinazionale tedesca leader nella progettazione e produzione di giunti di precisione e di trasmissione per l’industria, ha sviluppato nuove linee di giunti con sensoristica integrata per contribuire all’evoluzione delle fabbriche verso il modello 4.0.
Fin dal loro debutto sul mercato dei componenti, i giunti AIC (acronimo di “Artificial Intelligence Coupling”) con sensoristica integrata hanno riscosso un notevole interesse: la possibilità di misurare grandezze rilevanti per l’efficienza del processo direttamente dalla trasmissione è una novità che porta indiscutibili vantaggi a progettisti e aziende di produzione. Ma come è partito e come si è evoluto il progetto che ha portato a questi giunti?
Lo abbiamo chiesto all’Ingegner Sascha Markert, che ha sviluppato il prodotto all’interno di R+W.
Quando avete capito per la prima volta che il mercato aveva bisogno di un giunto con sensoristica integrata? Ha ricevuto una richiesta esplicita da parte dei clienti o è stata un’intuizione da parte vostra?
Quando R+W ha avuto per la prima volta una visione sulla misurazione della coppia all’interno di un giunto eravamo nell’ormai lontano 2008. Si è rivelata però un’idea troppo in anticipo rispetto ai tempi, perché i sistemi di comunicazione wireless ad alta efficienza energetica non erano ancora disponibili all’epoca.
C’è sempre stata una domanda indiretta da parte del mercato per la miniaturizzazione dei macchinari, finalizzata al risparmio energetico. Abbiamo pensato che se avessimo potuto integrare la misurazione della coppia e della velocità nei nostri giunti, avremmo potuto risparmiare peso, rendendo superfluo l’uso di collegamenti a vite e cuscinetti di supporto aggiuntivi.
Quando avete iniziato a progettare il nuovo giunto? Potrebbe descrivere brevemente le fasi, dalla progettazione al prototipo, al collaudo e alla produzione, fornendo una linea temporale?
All’inizio del 2019 abbiamo fatto i primi progetti. Più tardi nello stesso anno abbiamo costruito i primi prototipi per i test interni. Nel 2020 abbiamo spedito i primi prototipi con una fonte di energia a batteria per i collaudi sul campo, per testare la misurazione della velocità e della coppia e i componenti software e hardware.
A causa dell’elevata richiesta di prove continue abbiamo sviluppato i prototipi di apparecchiature per la ricarica a induzione nella seconda metà del 2020.
I primi progetti di impianti produttivi che utilizzano giunti con ricarica a induzione diventeranno operativi nel primo trimestre 2021.
Successivamente si verificherà un congelamento del progetto per preparare la produzione in serie.
Sulla base della sua precedente esperienza di lancio di nuovi prodotti, come descriverebbe la nascita di AIC? È stato particolarmente impegnativo in termini di risorse e di time-to-market?
R+W è nata e si è sviluppata come azienda produttrice di componenti meccanici. Guardando indietro e tenendo conto delle nostre origini, la sfida più difficile è stata quella di introdurre la conoscenza per lo sviluppo di hardware e software che si traduce in apparecchiature di misura.
La tecnologia AIC può essere integrata in qualsiasi giunto, ma qual è stato il primo tipo di giunto in cui avete inserito dei sensori? C’era una ragione specifica per questa scelta?
Il primissimo giunto con sensori è stato un albero di trasmissione di tipo ZAE. Poiché l’albero di trasmissione ZAE presenta un tubo di alluminio come collegamento tra gli elementi elastici, era chiaro per noi che questo era il più semplice da utilizzare: era già disponibile tutto lo spazio necessario all’inserimento della sensoristica.
Esiste una linea di produzione dedicata per i giunti AIC o vengono prodotti utilizzando le stesse linee che producono le versioni non AIC dei giunti?
Nelle fasi iniziali stiamo utilizzando la linea di produzione non-AIC, ma se ci sarà un aumento delle vendite potremmo decidere di passare a una linea di produzione dedicata.
Quali sono state le reazioni dei primi clienti a cui vi siete rivolti con questa tecnologia? C’è stata qualche difficoltà a convincerli ad accettare questo nuovo paradigma?
Quasi tutti i nostri clienti sono stati contenti che abbiamo avuto il coraggio di provare qualcosa di nuovo. Il motivo è che il segmento dei giunti è molto lento ad adattarsi alle nuove tecnologie. Poter utilizzare tablet e smartphone per leggere i dati in diretta dalla trasmissione è diventato istantaneamente lo sviluppo preferito dei nostri clienti. Ora il compito più grande per noi è quello di convincere il cliente che il nostro prodotto è affidabile nel lavoro quotidiano.
I giunti AIC sono molto nuovi, ma quale percentuale dei giunti che producete e vendete sarà AIC nel prossimo futuro? Quali tipi di giunti pensate che saranno più richiesti nelle loro versioni AIC?
Da quello che vediamo in questo momento gli alberi di trasmissione sono stati una buona scelta per cominciare. Anche i giunti lamellari con distanziatore in acciaio e sensori integrati sembrano adattarsi alle esigenze dei clienti. La compatibilità con i modelli precedenti è un’opportunità molto conveniente per sostituire gli alberi di trasmissione esistenti con i giunti con allunga AIC: diventa così possibile monitorare al meglio i macchinari, anche nei casi in cui prima non era possibile, senza che sia necessario sostituirli.
Un altro esempio è quello di cambiare i mozzi (per adattarsi alle diverse dimensioni di foratura) e mantenere il distanziatore AIC. Questo offre al cliente la flessibilità di raccogliere dati da diverse macchine con un unico distanziatore AIC. La modularità dei nostri giunti offre al cliente una grande flessibilità per utilizzare il giunto AIC in modo efficiente.
Prevedete di creare elementi informativi o, quando ciò sarà possibile, di organizzare sessioni di formazione dal vivo per aiutare i clienti a sfruttare appieno il potenziale dei giunti AIC, o pensate che i suoi vantaggi siano del tutto autoesplicativi?
Grazie al congelamento della progettazione e ai test sul campo che stiamo conducendo quest’anno raccoglieremo dati ed esempi di applicazione rilevanti. A partire da questo inizieremo a creare materiale di formazione. Poiché il giunto AIC è stato progettato in modo che sia facile da usare, vogliamo anche assicurarci che il materiale di formazione sia di facile comprensione.
Quali industrie stanno dimostrando, o hanno già dimostrato, il maggior interesse per gli accoppiamenti CA? Potrebbe indicare esempi di successo nell’introduzione di questi accoppiamenti nei processi produttivi e/o suggerire quali applicazioni saranno realizzate nel prossimo futuro?
I banchi prova sembrano essere i candidati perfetti per i nostri giunti AIC. Il nostro giunto AIC si inserisce come soluzione snella, riducendo la necessità di utilizzare cuscinetti e supporti aggiuntivi.
Uno dei nostri clienti sta costruendo macchine per estrusori dove è installato solo un giunto. Sa quanta potenza entra nella macchina ma non sa cosa succede nel canale dell’estrusore. Vuole sostituire il giunto esistente con un limitatore di coppia collegato ad un giunto a disco con tecnologia AIC. In questo modo avrà la possibilità di osservare il comportamento dell’estrusore nel tempo per ottenere una migliore comprensione del processo.
R+W è sempre a disposizione per fornire maggiori informazioni sui giunti intelligenti AIC (https://rw-italia.info/aic-coupling/), ascoltare e comprendere le esigenze dei suoi clienti, offrire consulenze senza impegno e in tempo reale per identificare il giunto ideale di ogni progetto e rispondere molto rapidamente anche alle richieste di preventivi.
Preventive and predictive maintenance for large companies and SMEs
Functions that make factories compliant with the principles of Industry 4.0 are becoming increasingly important, including preventive and predictive maintenance. The use of intelligent components is fundamental to its implementation
The competitive environment in which the manufacturing industry operates requires an increasingly efficient organisation, with plants always working at their best and without downtime. IIoT (Industrial Internet of Things) solutions are key to enabling the transformation of the plant into a smart factory: they are well known by almost all large companies and put into practice by most of them. SMEs still need to catch up, but the pressure to do so is strong: the benefits in terms of efficiency are unquestionable, while the positive repercussions in terms of corporate image should not be underestimated.
Predictive and preventive maintenance is a priority for the evolution of manufacturing in a 4.0 environment: it allows plants to operate at their best at all times, avoiding the long and costly downtime a competitive company can no longer afford. Internalizing the culture of Industry 4.0 and accepting the need to invest in it become essential requirements for modernising the manufacturing industry, improving its efficiency and competitiveness.
From an economic standpoint, tax reliefs help, while from a technical standpoint a valid support comes from intelligent components, able to monitor and communicate any irregularities in the production process as they occur: excessive vibrations, abnormal temperatures, increased energy absorption are factors that may indicate a decrease in efficiency. These data, which are collected, analysed and stored in large quantities by modern systems, make it possible to intervene promptly, even remotely, on the operating parameters to ensure that the production processes always run smoothly.
Interconnecting mechanics with software, digitisation and artificial intelligence is increasingly important for transforming plants, enabling quality control and maintenance operations.
AIC couplings with integrated sensors
R+W, a leading German multinational designer and manufacturer of precision couplings and transmission components for industry, has developed new lines of couplings with integrated sensors to help factories evolve towards the 4.0 model.
Since their debut on the components market, AIC (Artificial Intelligence Coupling) couplings with integrated sensors have attracted considerable interest: the ability to measure quantities relevant to process efficiency directly in the transmission is a novelty that brings unquestionable advantages to designers and production companies. But how did the project which led to these couplings start and evolve?
We asked Sascha Markert, who developed the product at R+W.
When did you first understand that the market needed a coupling with integrated sensing systems? Did you receive an explicit request from customers or was it an intuition on your part?
The first time R+W had a vision about measuring torque inside a coupling came as early as 2008. It turned out be too early because the energy efficient wireless communication systems were not available at that time.
There has always been an indirect demand from the market for miniaturization of machinery to save energy. We figured that if we could integrate torque and speed measurement into our couplings we could save weight, screw connections and support bearings.
When did you start designing the new coupling? Could you briefly describe the phases, from design to prototype, testing and production, providing a timeline?
At the beginning of 2019 we did the first designs. Later that year we built the first prototypes for internal testing. In 2020 we shipped the first prototypes with a battery energy source for field testing to test speed and torque measurement and the soft- and hardware components. Due to the high demand of continuous testing we developed the prototype equipment for induction charging in the later half of 2020. The first projects using these prototypes will start in the first quarter of 2021. After that a design freeze will happen to prepare for serial production.
Based on your previous new product launch experience, how would you describe the birth of AIC? Was it particularly demanding in terms of resources and time-to-market?
Looking back where we are coming from as a pure mechanical equipment manufacturer the toughest challenge was to introduce knowledge for hardware and software development which results in measurement equipment.
AIC technology can be integrated into any coupling, but which was the first type of coupling where you inserted sensors? Was there a specific reason for this choice?
The very first sensor coupling was a line shaft ZAE type. Since the ZAE line shaft has an aluminium tube between the elastic elements it was clear for us that this was the easiest one to start with.
Is there a dedicated production line for AIC couplings or are they being manufactured using the same lines which produce the non-AIC versions of the couplings?
In the early stages we are using the non-AIC production line but if there is an increase in sales we may want to switch to a dedicated production line.
What were the reactions of the first customers you approached with this technology? Was there any difficulty in convincing them to accept this new paradigm?
Nearly all of our customers were happy that we were bold enough to try out something new. The reason is that the coupling business is very slow to adapt to new technologies. To be able to use tablets and smartphones to read live data from the coupling became instantaneously our customers’ favourite development. Now the biggest task for us is to convince the customer that our product is reliable in the day-to-day business.
AIC couplings are very new, but what percentage of the couplings you manufacture and sell will be AIC in the foreseeable future? Which types of coupling do you think will be most in demand in their AIC versions?
From what we see right now the line shafts were a good choice to start with. Also the disc couplings with steel spacer and integrated sensor equipment seems to fit the customer’s needs. Backwards compatibility is a very convenient opportunity to replace existing line shafts with AIC line shafts to retrieve data from existing machinery in cases where the customer never had the opportunity to retrieve data at all. It’s quite convenient for customers that they don’t have to change existing equipment. Another example is to change hubs (different bore sizes) and keep the AIC tube spacer. It gives the customer the flexibility to collect data from different machines with one AIC tube spacer. The modularity of our couplings gives the customer a lot of flexibility to use the AIC coupling in a cost-effective way.
Do you envisage creating informative elements or, when this will be possible, organizing live training sessions to help customers exploit the full potential of AIC couplings, or do you think its advantages are entirely self-explanatory?
Due to the design freeze and field tests, we are conducting this year we will gather relevant data and application examples. From that we will start creating training material. As the AIC coupling has been designed in a way that it is easy to use, we also want to make sure the training material is easy to understand.
What industries are showing, or have already shown, most interest in AC couplings? Could you mention examples of successful introduction of these couplings in production processes and/or suggest which applications will be realized in the near future?
Back-to-back gear test rigs seem to be the perfect candidates for our AIC couplings. We will replace existing torque transducers which rely on bearings and bearing supports t are positioned between two separate couplings. Our AIC coupling fits in as a lean solution.
One of our customers is building extruder machines where only a coupling is installed. He knows how much power is going into the machine but does not know what happens in the extruder channel. He wants to replace the existing coupling with a torque limiter attached to a disc coupling with AIC technology. Then he will have the possibility to observe the extruder behaviour over time to obtain a better understanding of the process.
R+W is always ready to provide more information on AIC intelligent couplings (https://rw-italia.info/aic-coupling/), to listen and understand the needs of its customers, to offer non-binding, real-time advice to identify the ideal coupling for each project and to respond very quickly to requests for quotations.
