L’azienda di automazione di impianti e processi, leader di settore, utilizza Mechatronics Concept Designer per sviluppare macchine confezionatrici flessibili per l’industria cosmetica

Soluzioni di trasporto flessibili

Quando il produttore di cosmetici Dr. Kurt Wolff vuole aggiungere ai flaconi di Alpecin un ulteriore 20% di prodotto, come omaggio per i suoi clienti, non deve più arrestare la linea di produzione per la riorganizzazione. Grazie al Multi-Carrier-System (MCS®), sviluppato congiuntamente da Festo e Siemens Digital Industries Software, ora è possibile con il semplice tocco di un pulsante. Festo è in grado di progettare, in pochi minuti, soluzioni di trasporto flessibili secondo i requisiti dei clienti, grazie al modulo software Mechatronics Concept Designer™.

Sviluppata da Siemens Digital Industries Software e basata sul sistema CAD del software NX™, Mechatronics Concept Designer è una soluzione per la progettazione e la simulazione delle sequenze di movimento cinematico e fisico, nonché per il virtual commissioning di macchine e attrezzature, fra cui motori, attuatori e sensori. È un’applicazione interdisciplinare per l’ingegneria dei sistemi: ingegneri meccanici, elettrici e informatici, nonché esperti in automazione possono utilizzarla per sviluppare e validare i prototipi delle loro macchine ed esplorare rapidamente prototipi alternativi in un ambiente di sistema condiviso, sulla base dei requisiti dei clienti durante l’intero progetto. Con Mechatronics Concept Designer, gli ingegneri specializzati in queste discipline possono lavorare simultaneamente ai progetti, riducendo fino al 30% i tempi di sviluppo.

Mechatronics Concept Designer consente di progettare e validare rapidamente concept e dettagli di meccatronica, utilizzando, al contempo, modelli di prodotto forniti dal sistema CAD. Il software combina la modellazione 3D con simulazione dei concept, fisica multi-body e automazione. Invece di costruire costosi prototipi, macchine e sistemi possono essere simulati utilizzando un software di controllo reale e azionati virtualmente.

Il software consente a Festo di creare un digital twin di una macchina o di un sistema, mettendoli in servizio virtualmente. Inoltre, il modello della macchina è collegato al controllo della macchina reale, per verificare le funzionalità dell’intera applicazione. Queste funzioni consentono agli ingegneri meccatronici di accelerare enormemente la messa in servizio della macchina reale.

Mechatronics Concept Designer migliora le funzionalità di progettazione tipiche di NX, fornendo un ambiente di simulazione realistico in cui è possibile visualizzare e simulare forze fisiche e oggetti mobili. Mechatronics Concept Designer impiega il motore fisico Bullet, un software open-source per la simulazione delle proprietà fisiche di corpi rigidi e non elastici. Le sequenze di movimento sono definite mediante un profilo di camme virtuali, visualizzabile e ottimizzabile in un grafico Gantt.

“Prendiamo i componenti da NX e gli diamo vita”, ha dichiarato Stefan Blaschke, Project Manager del Multi-Carrier-System, che assiste all’implementazione di soluzioni di trasporto per Festo e per i suoi clienti in tutto il mondo. Con Mechatronics Concept Designer, il movimento dei singoli carrelli può essere simulato lungo l’intero processo di produzione.

Sviluppo congiunto di Festo e Siemens

MCS® è stato sviluppato da Festo e Siemens con l’obiettivo di fornire macchine confezionatrici della massima flessibilità per l’industria dei cosmetici. Un requisito fondamentale dei clienti di questo settore è la possibilità di riempire e confezionare prodotti e formati differenti in una singola linea di produzione. MCS consente ai produttori di ottenere questo livello di flessibilità attraverso piccoli carrelli lineari motorizzati, che trasportano i contenitori alle singole stazioni di riempimento, etichettatura o confezionamento.

Il sistema di trasporto viene utilizzato nel processo di produzione, solo quando servono flessibilità e intelligenza. Le sezioni del sistema MCS nella linea di produzione, compresi i percorsi di ritorno dei carrelli, sono collegate da un sistema di trasporto convenzionale efficiente in termini di costo.

Con l’avvento dell’Industria 4.0 e dell’impianto digitale, la soluzione di trasporto flessibile è adatta anche per altri campi e applicazioni, come le linee di assemblaggio. È questo il motivo per cui Festo e Siemens hanno iniziato a offrire il sistema MCS a una clientela sempre più ampia. Il sistema consente alle aziende di progettare una soluzione di trasporto con maggiore efficienza e senza dover costantemente ripartire da zero.

“Erano due gli obiettivi principali per utilizzare Mechatronics Concept Designer”, ha affermato Blaschke. “Da un lato volevamo un metodo per poter verificare la nostra capacità di soddisfare i requisiti dei clienti, in termini di velocità di ciclo, produzione ecc. e mostrare i risultati al cliente. Mechatronics Concept Designer ci consente di visualizzare in modo intuitivo le sequenze di movimento di singoli carrelli o gruppi di carrelli. Dall’altro lato, avevamo bisogno di uno strumento di simulazione affidabile, per poter progettare con precisione il sistema Multi-Carrier-System che rappresenta correttamente le forze fisiche coinvolte”.

Libreria di modelli CAD cinematici preparati

Mechatronics Concept Designer consente di importare componenti e assiemi da NX o da altri sistemi CAD, attribuisce loro proprietà fisiche e cinematiche e definisce i vincoli. I modelli possono, quindi, essere salvati in una libreria e riutilizzati con le proprietà attribuite. Ad esempio, Festo ha riprodotto tutti i componenti essenziali di MCS in Mechatronics Concept Designer, accelerando considerevolmente la progettazione di nuovi sistemi.

MCS® consente la massima flessibilità di produzione, trasportando liberamente e in modo sincrono le parti di produzione verso le singole stazioni nella linea di produzione. Festo sviluppa i componenti meccatronici del sistema MCS come motori lineari, carrelli, sensori, connessioni e componenti di assemblaggio, mentre Siemens Digital Industries Software fornisce l'elettronica e il software per il controllo e l'azionamento della soluzione di trasporto. Il sistema di trasporto flessibile è commercializzato congiuntamente da Festo e Siemens. Può essere configurato liberamente, facilmente integrato nell’intralogistica esistente e combinato in modo modulare con le soluzioni di trasporto esistenti.

“Una volta immessi i requisiti dei clienti, possiamo generare i primi risultati in pochi minuti, che naturalmente devono essere ancora ottimizzati”, ha spiegato Blaschke. "L'aggiunta delle proprietà cinematiche ai modelli NX ha consentito di ridurre drasticamente il tempo necessario per la progettazione".

I parametri dei clienti (tempi di ciclo, accelerazione, ecc.) vengono trasferiti in un template di Mechatronics Concept Designer tramite un’interfaccia applicativa personalizzata. I parametri riproducono la struttura necessaria per la soluzione di trasporto del progetto, in termini di proprietà fisiche. È possibile interpretarla come un modello cinematico generico, con proprietà dinamiche controllate dai parametri specificati. L’aspetto della configurazione del sistema è definito dagli ingegneri di progetto in conformità con l’applicazione del cliente, il layout della linea di produzione, ecc.

L'animazione video offre valore aggiunto al cliente

Il comportamento delle soluzioni di trasporto, specifiche del cliente, è simulato in 3D sulla base dei parametri immessi e la simulazione può essere registrata come animazione video e mostrata al cliente.

“È una caratteristica unica sul mercato. Garantisce ai nostri clienti che la loro applicazione funzionerà già nelle operazioni iniziali della fase di preventivo", ha affermato Blaschke.

Ma Mechatronics Concept Designer non offre soltanto immagini animate, i dati di simulazione possono essere esportati all’istante per controllare, ad esempio, il carico di singoli segmenti del motore.

“Mechatronics Concept Designer garantisce un enorme risparmio di tempo nella progettazione di macchine e sistemi”, ha sottolineato Blaschke.

Tuttavia, l’utente deve prima investire del tempo, per essere in grado di sfruttare questo potenziale risparmio. Blanche spiega che, sebbene i singoli componenti possano essere preparati in modo relativamente rapido, modellare un sistema completo, con tutte le proprietà fisiche da archiviare in una libreria, richiede più tempo di preparazione.

In futuro, sarà ancora più semplice per gli utenti delle applicazioni di simulazione di Siemens Digital Industries Software progettare componenti motorizzati di Festo. Grazie alla collaborazione con i cataloghi di parti 3D CADENAS, l’azienda prevede di offrire ai suoi clienti motori lineari cinematici e altri componenti da scaricare. Un motivo in più per scegliere i componenti Festo, dato che l’acquirente può testare i componenti per verificare se eseguono le funzioni richieste nell’applicazione, prima di procedere con l’ordine.