MCM, una manifattura centrata sull’uomo

Pianificazione della produzione, monitoraggio avanzato delle risorse, gestione integrata delle informazioni associate al processo e al controllo qualità: grazie alla controllata MCE, MCM offre servizi strategici per la fabbrica automatica. Anche con l’ausilio dell’IA (Intelligenza Artificiale).

di Edoardo Oldrati e Giancarlo Giannangeli

La moderna manifattura richiede e produce enormi quantità di informazioni. Dati fluiscono dai sistemi aziendali, altre informazioni arrivano dall’ingegneria di processo; precisano quali utensili utilizzare, quante attrezzature servono, in che modo occorre lavorare un determinato componente. MCE – azienda del Gruppo MCM specializzata nel campo del software per sistemi di automazione, processi di lavorazione e integrazione dei mezzi di produzione – ha una proposta originale. Ha infatti concepito un sistema dotato di elementi in grado di elaborare in maniera corretta tutta la gigantesca mole di informazioni che viaggiano incessantemente nella fabbrica digitalizzata: non solo controllo e automazione, ma anche idonei meccanismi capaci di trattare correttamente l’informazione.

Stiamo parlando di jFMX, una piattaforma software strutturata su diversi livelli per gestire crescenti complessità impiantistiche e informative. A livello base è possibile l’integrazione con il controllo di macchine singole. A un grado superiore vi è la possibilità di coordinare l’automazione di sistemi FMS con più macchine integrate. Crescendo di livello, vi è infine la gestione di sistemi complessi, con macchine operanti secondo diverse tecnologie, fino a un possibile coordinamento e gestione centralizzata di un’intera fabbrica.

Nascondere la complessità

Un aspetto importante è quello di rendere disponibile una flessibilità potenziale. Le macchine o i centri di lavoro di MCM sono già considerati tra i più flessibili: la loro grande quantità di utensili, insieme all’automazione, garantisce già una capacità di lavorare un grande numero di prodotti di ogni tipo. Giuseppe Fogliazza, direttore di MCE, precisa: «L’automazione che sviluppiamo non si limita agli aspetti meccanici di automazione vera e propria; noi immaginiamo sistemi nei quali gli uomini possano dare il loro forte contributo. L’automazione flessibile dà luogo a sistemi complessi; questa complessità può determinare scarsa affidabilità ed elevata complessità nell’utilizzo: il nostro obiettivo è di “nascondere” questa complessità agli operatori».

Coordinando l’automazione attraverso il controllo in tempo reale delle diverse unità, tutti i movimenti all’interno degli impianti avvengono perché si prendono decisioni all’interno del software per realizzare obiettivi produttivi. Si spostano pallet, si lanciano lavorazioni, si caricano utensili: tutto avviene sulla base del piano di produzione. Il software può automatizzare i flussi informativi, integrando i CN con gli uffici di ingegneria di processo e gli strumenti CAD/CAM, usando i dati di produzione al fine di gestire tutte le risorse (macchine, utensili, pallet, attrezzature) in modo integrato con il sistema ERP aziendale. jFMX abilita una totale integrazione dei flussi d’informazione: «Ci occupiamo a tempo pieno di prendere decisioni: questa attività è il cuore del nostro servizio. Su questa base abbiamo costruito la capacità di raccogliere informazioni sul passato dell’officina per presentarle nella maniera più chiara possibile, perché i componenti che costruiamo sono complessi, richiedono passaggi su macchine diverse, operazioni svariate, magari anche assemblaggi».

Navigare in un mare di dati

Esaminare il passato, analizzare come l’impianto ha lavorato nel tempo permette di calcolare l’efficienza del processo ed evidenziare eventuali inefficienze per capire dove si può intervenire. Non è semplice navigare all’interno di una enorme mole di dati, cronologie giornaliere in cui vengono tracciate le lavorazioni di ogni macchina, gli allarmi verificatisi, i calendari definiti, le scelte che l’operatore ha fatto. «Trattiamo il passato con la nostra miglior tecnologia ma guardiamo al futuro per pianificare eventi, per costruire, sulla base di un orizzonte temporale di attività, percorsi produttivi che rispettino una serie di obiettivi; la data di consegna è oggi senza dubbio il parametro più importante».

Oggi i lotti di produzione sono tanti e variegati, ma uno ha inizio quando il precedente è terminato: invece, una delle caratteristiche che consente di migliorare la produttività di un impianto è proprio potere procedere in parallelo. Secondo Fogliazza, gli strumenti di pianificazione della produzione che si trovano oggi sul mercato sono particolarmente lacunosi nel trattare la capacità flessibile.

«Consapevoli del problema, abbiamo deciso di sviluppare internamente uno strumento di pianificazione, un “motore” informatico per sapere in anticipo quale sarà la saturazione delle macchine, con la capacità di pianificare risorse: utensili necessari, attrezzature di supporto, operai e tecnici che devono essere presenti, utensili usurati da rimpiazzare e così via. Ogni elemento della catena è preparato in anticipo. Dall’immagine del passato prepariamo piani per il futuro, prendendo decisioni in tempo reale; così siamo in grado di movimentare pezzi, gestire i flussi in un mondo molto complesso con cui l’operatore interagisce continuamente».

Algoritmi bioispirati

Numerosi elementi di IA (Intelligenza Artificiale) sono inglobati all’interno del jFMX. «Per noi si tratta semplicemente di informatica applicata a problemi difficili, senza particolari magie; e di problemi difficili ne abbiamo davvero un gran numero! All’interno del nostro software sono condensate tecniche diverse, per esempio la pianificazione della produzione utilizza tecniche euristiche per creare un piano di produzione gestendo tutte le risorse che fanno parte dell’impianto, mentre per il coordinamento abbiamo un sistema basato su regole che genera in tempo reale, decisioni per governare l’attività. Le macchine non eseguono semplicemente il part program, ma un piano di lavoro fatto di tanti passi da eseguire in un certo ordine. C’è una serie di vincoli che indicano la sequenza ammissibile, ma ci sono scelte che si possono fare all’ultimo momento, e noi le facciamo, per esempio organizzando la lavorazione in modo da ottimizzare il numero di cambi utensile o il numero di movimenti in rapido. Per trovare la miglior soluzione utilizziamo un algoritmo “bioispirato”: colonie di formiche informatiche percorrono diversi rami, rilasciano feromoni matematici all’interno di questi percorsi, trovando infine il percorso migliore».

Il software di MCE acquisisce dati da sensori, si costruisce un modello del mondo, ha una sua base di regole con la quale operare, prende decisioni: è un modello socio-cyber-fisico, dove la parte sociale è svolta dall’uomo, mentre cyber identifica il controllo e i sistemi di gestione delle informazioni, e la fisicità è rappresentata dalle macchine e dall’automazione.

Un’altra applicazione è la manutenzione predittiva. All’interno dell’armadio elettrico di ogni macchina viene inserito un PC industriale con il compito di elaborare informazioni sullo stato della macchina; il sistema si può espandere in ogni momento aggiungendo sonde termiche, sistemi di verifica, flussometri e così via. Un’applicazione, denominata “flight recorder”, raccoglie tutti i valori, provenienti anche da sensori analogici (corrente assorbita, posizione diversa da quella programmata, per esempio) comunicandoli al coordinatore dell’FMS per una loro contestualizzazione all’interno del contesto produttivo. Da lì l’informazione viene inviata a una struttura in cloud appositamente predisposta da MCM, sulla quale i dati vengono analizzati da algoritmi di apprendimento automatico e presentati in forma grafica immediatamente comprensibile. Da qui si può capire se le prestazioni sono in linea con lo storico: dopo una fase di “addestramento”, una sorta di taratura per ogni sottosistema monitorato, in tempo reale e in modo del tutto automatico, il sistema è in grado di predire lo stato di salute della macchina, evidenziandone in anticipo potenziali problemi.

Ginnastica per macchine

Un’applicazione di IA cui MCE tiene particolarmente è quella denominata “Fingerprint”: «Osserviamo gli assi della macchina mentre questa esegue una “ginnastica” predefinita», spiega il direttore Fogliazza. «Ogni giorno, per esempio, muove gli assi a vuoto, accelera e decelera un mandrino con a bordo un utensile standardizzato. Il sistema raccoglie i dati e assegna un punteggio, che diventa poi un indicatore grafico a video. Attraverso carte di controllo costruite durante la fase di addestramento, il sistema è in grado di predire lo stato di salute dei componenti della macchina. Per arrivare a questo risultato, la ricerca ha avuto un ruolo importantissimo; i nostri algoritmi sono stati brevettati insieme a ricercatori del Politecnico di Milano. Il sistema, già operativo, consente di analizzare costantemente le macchine nella loro vita lavorativa. Il metodo ha dimostrato di produrre risultati rilevanti per macchine singole (da qui il nome “Fingerprint”). Ora stiamo lavorando sul confronto dei dati provenienti da macchine diverse ma omogenee (cioè della stessa generazione). Già nella fase preliminare di questo ulteriore sviluppo abbiamo trovato alcuni pattern nei segnali raccolti che ci hanno consentito di individuare una attività di sostituzione di una vite di un asse Y non segnalata dalla manutenzione del cliente!».

Innovazione e ottimizzazione di processo

MCM di Vigolzone (PC) ha una profonda conoscenza delle tecnologie di processo e di automazione. Il fulcro della sua offerta è rappresentato dai centri di lavoro, disponibili in un’ampia e articolata gamma, concepiti per garantire precisione, produttività e affidabilità, ma MCM si distingue anche per la sua vocazione di integratore di sistemi composti dai propri centri di lavoro, da macchine utensili di differenti tipologie, da sistemi d’automazione nonché da tecnologie di processo non convenzionali e sistemi di programmazione e gestione della produzione. Il Gruppo fin dalla sua fondazione ha riconosciuto come fondamentale il ruolo dell’IT quale elemento sostanziale della propria offerta demandandone lo sviluppo a una sua divisione, la MCE.