Blog

Cos'è l'ottimizzazione delle prestazioni dell'impianto in base ai dati?

Cos'è l'ottimizzazione delle prestazioni dell'impianto in base ai dati?

Digitalization, OEE, Factory owner

Cos'è l'ottimizzazione delle prestazioni dell'impianto in base ai dati?

5 mar, 2019

Il 21° secolo ha visto grandi cambiamenti nel modo in cui i processi industriali e i macchinari vengono analizzati e ottimizzati.

I progressi tecnologici hanno preannunciato una nuova era di innovazione, spesso indicata come la 4a Rivoluzione industriale o Industria 4.0. L'interconnettività senza fili di macchinari e dispositivi ("Internet of Things" ovvero "Internet delle cose", in breve "IoT") ha consentito un'acquisizione e un monitoraggio più efficienti dei dati.

I moderni processi industriali possono ora più che mai essere esaminati, analizzati e adattati. Le aziende sono sempre più sotto pressione perché per rimanere redditizie devono raggiungere KPI di elevato livello.

Ma questo cosa significa in pratica per le aziende che implementano sistemi di dati avanzati e processi di ottimizzazione?

Questo articolo cerca di chiarire i vantaggi dell'ottimizzazione dell'impianto basata su dati, spiegare come si applica il ciclo dei dati all'ottimizzazione dell'impianto e le aree chiave dell'industria che possono essere migliorate attraverso l'implementazione.

 

Cosa si intende per OEE?

OEE sta per "Overall Equipment Effectiveness" (OEE) ovvero efficienza generale dell'impianto. Si tratta di un termine di "lean manufacturing" (produzione snella) originariamente introdotto dai giapponesi.

Prima di passare agli aspetti pratici e ai vantaggi dell'ottimizzazione delle prestazioni degli impianti basata su dati, è importante comprendere il concetto di OEE e il suo impatto sui moderni processi industriali e di lean manufacturing.

L'OEE è un indice dell'efficacia delle prestazioni delle attrezzature e degli impianti industriali. Viene misurato calcolando una percentuale, considerando che il 100% rappresenta il rendimento dell'impianto perfettamente ottimizzato.

Si misurano tre aspetti – qualità, prestazioni e disponibilità. Un processo in cui a tutti questi aspetti viene assegnato un punteggio del 100% risulta di buona qualità, ottenuta il più rapidamente possibile, senza tempi di fermo degli impianti.

Se collegata alle perdite causate da un'ottimizzazione inferiore al 100%, l'OEE diventa un valido modo per ridurre i costi e migliorare i profitti.

L'OEE consiste nel raccogliere molti dati relativi al funzionamento di tutti gli impianti e i macchinari, analizzarli a fondo e acquisire informazioni per migliorare le prestazioni.

 

I principali vantaggi dell'OEE e dell'ottimizzazione delle prestazioni dell'impianto in base ai dati

L'ovvio vantaggio è che i responsabili degli impianti e gli asset manager avranno una miglior comprensione del funzionamento degli impianti e dei macchinari che potrà consentire loro di prendere decisioni più informate. Potranno individuare rapidamente l'impianto sottoperformante e risolvere rapidamente i problemi. Le aziende che introducono sofisticate interfacce uomo-macchina (HMI) saranno molto più avvantaggiate rispetto a quelle che non lo fanno, poiché il sistema di controllo avanzato aumenterà notevolmente la produttività.

Anche una maggiore automazione è un grande vantaggio. Un ricambio che necessita di frequenti sostituzioni può ad esempio essere monitorato attentamente da un sensore per verificarne l'usura. Il sistema può essere configurato in modo che, quando il componente raggiunge un livello di usura predeterminato, ne venga ordinata automaticamente la sostituzione, eliminando così i tempi di fermo macchina in attesa della consegna dei ricambi ed evitando guasti all'impianto.

Un altro grande vantaggio è che i moderni sistemi di ottimizzazione sono in grado di regolare automaticamente il volume di produzione in base alla domanda o ai prezzi dei materiali di produzione. In precedenza, ciò avrebbe richiesto lunghe ricerche e calcoli.

In effetti, tutti i settori industriali trarranno beneficio da un maggiore utilizzo dei dati in termini di maggiore efficienza e produttività. In combinazione con algoritmi di apprendimento automatico, i dati ottenuti possono essere utilizzati per consentire ai sistemi industriali di razionalizzarsi in modo efficace. L'aggregazione mirata, l'analisi approfondita e la simulazione dei dati possono essere completamente automatizzate per ridurre i costi e aumentare la produttività.

I dati sono sempre esistiti, ma ora è possibile accedervi tramite gateway ad alte prestazioni, ulteriormente supportati dall'introduzione di OPC UA tramite TSN.

 

Le quattro fasi dell'ottimizzazione delle prestazioni dell'impianto in base ai dati

Un tipico ciclo di dati per l'ottimizzazione dell'impianto è il seguente:

  1. Registrazione e monitoraggio dei dati - La registrazione in tempo reale di dati quali velocità di funzionamento, usura, uso del motore, consumo energetico ecc. viene effettuata utilizzando sensori IoT.
  2. Caricamento dei dati - Tutti i dati vengono caricati in modalità wireless su un sistema di archiviazione cloud, spesso denominato "cloud industriale".
  3. Analisi dei dati - I dati vengono automaticamente inseriti in un software di simulazione o in un modello di impianto virtuale e vengono generati dati di approfondimento.
  4. Report e azioni – Vengono prodotti automaticamente dei report che possono essere inviati a distanza alle persone interessate. In alcuni casi, vengono compiute operazioni automatiche come l'ordinazione di ricambi.

 

Le aree chiave dell'ottimizzazione delle prestazioni dell'impianto in base ai dati

Un uso efficiente dei dati raccolti e analizzati in vari siti può consentire un'ottimizzazione dei seguenti aspetti:

Consumo energetico

Nel mondo odierno, attento alle problematiche ambientali, le imprese sono sottoposte a crescenti pressioni per utilizzare pratiche più sostenibili e ridurre il consumo energetico. La riduzione del consumo energetico si tradurrà anche in notevoli risparmi sui costi a lungo termine.

È possibile implementare sistemi di dati sulle prestazioni dell'impianto che monitorano e mirano al consumo energetico. Ad esempio, è possibile analizzare attentamente la corrente utilizzata da un motore elettrico durante il funzionamento per ridurre l'assorbimento elettrico nei periodi di basso consumo.

Efficienza dei processi

L'utilizzo dell'analisi dei dati per migliorare l'efficienza dei processi aiuterà le aziende a mantenere un vantaggio competitivo. Con il crescente aumento della complessità e tecnicità dei processi industriali, l'utilizzo di dati mirati contribuirà a mantenerli gestibili e ottimizzati.

Le aziende manifatturiere potranno ad esempio utilizzare più macchine e impianti per tutta la fabbricazione del prodotto. L'analisi dei dati può identificare tutte le fasi che rallentano la produzione e possono essere implementati flussi di lavoro alternativi o modifiche a quelli esistenti per accelerare i processi.

I cicli di controllo sono una delle principali aree di potenziale miglioramento nella maggior parte dei processi dell'impianto. La ricerca ha dimostrato che circa il 50% dei cicli di controllo richiede una regolazione di precisione, il 25% è inefficace e il 25% mostra prestazioni in calo nel tempo.  Circa il 33% dei cicli di controllo viene ancora eseguito manualmente e il 25% utilizza parametri di messa in servizio che non sono più applicabili. Spesso, un ingegnere di controllo o di sistemi gestisce da solo decine o addirittura centinaia di cicli di controllo, il che rende impossibile ottenere prestazioni ottimali. I sistemi di dati possono contribuire a ridurre tutti questi problemi relativi ai cicli di controllo.

Un sistema di dati di processo efficace è in grado di:

  • analizzare gli stati di controllo e fornire report e calcoli di KPI
  • fornire informazioni dettagliate e panoramiche gerarchiche dell'impianto
  • generare informazioni basate sui dati e suggerimenti di ottimizzazione
  • evidenziare problemi di manutenzione o adottare automaticamente misure preventive
  • creare report sui cicli di controllo e in alcuni casi suggerire miglioramenti

 

Uso di impianti e macchinari

Come accennato in precedenza, impianti e macchinari possono essere dotati di più sensori wireless per misurare l'usura. Questo significa che è possibile intervenire tempestivamente prima che il macchinario si guasti, adottando un approccio proattivo alla manutenzione, piuttosto che reattivo.

Con una buona implementazione dell'analisi dei dati dell'impianto è possibile ridurre al minimo i tempi di fermo ed impedire guasti completi o danni gravi.

Sicurezza informatica

Un altro aspetto fondamentale che può essere facilmente trascurato ma che è di importanza vitale nel mondo attuale è la sicurezza informatica. Secondo gli esperti gli attacchi alla sicurezza informatica industriale stanno diventando sempre più comuni e probabilmente aumenteranno nei prossimi anni.

Gli attacchi possono assumere la forma di furto di proprietà intellettuale o di sabotaggio di operazioni. Con l'aumento del terrorismo globale, gli attacchi industriali su larga scala destinati a causare il caos diventeranno più comuni. Con un'efficace analisi dei dati e sistemi di sicurezza integrati, qualsiasi anomalia operativa sarà rapidamente segnalata, annullando il rischio di gravi danni.

 

Il futuro dell'ottimizzazione delle prestazioni dell'impianto in base ai dati

Man mano che i sistemi di raccolta e analisi dei dati e i software di simulazione diventano più intelligenti, le possibilità di prestazioni predittive e risposte automatiche miglioreranno le prestazioni dell'impianto basate sui dati.

Ad esempio, prima di integrare un nuovo macchinario in un sistema complesso, i dati esistenti possono essere accoppiati a un avanzato software di modellazione e simulazione e alle specifiche tecniche del produttore del macchinario per prevederne l'effetto sulla produzione. Il software potrà quindi suggerire modifiche al flusso di lavoro o al processo senza la necessità di uno studio ingegneristico approfondito.

Stiamo entrando in una nuova ed entusiasmante fase di ottimizzazione di impianti e macchinari, dove analisi dei dati e sistemi intelligenti hanno un ruolo di primaria importanza nel garantire efficienza e risparmi sui costi.  Le aziende che abbracciano queste nuove tecnologie e metodologie rimarranno all'avanguardia e manterranno un vantaggio competitivo in questo panorama industriale in rapida evoluzione.

Approfondisci i seguenti argomenti:
Digitalization - OEE - Factory owner