Componenti meccanici per l’ingegneria dell’automazione

L’ingegneria dell’automazione copre un’ampia gamma di componenti e tecnologie che lavorano insieme per automatizzare e ottimizzare processi e macchine. I componenti meccanici sono uno dei blocchi di costruzione di base per l’implementazione di sistemi automatizzati. Questi componenti includono attuatori, sensori, sistemi di trasmissione meccanica e altri elementi meccanici necessari per il movimento, il controllo e il monitoraggio di sistemi e macchine. Questo articolo presenta le basi dell’automazione e dell’ingegneria dell’automazione e spiega dove vengono utilizzati i componenti meccanici.

Che cos’è l’automazione?

Automatizzazione o automazione si riferisce al processo generale di conversione delle attività manuali o ripetitive in processi automatizzati, che possono essere eseguiti senza intervento umano, ovvero autocontrollati. Ciò può essere ottenuto utilizzando tecnologie come macchine, programmi informatici o robot.

Obiettivi dell’automazione

In passato, gli sforzi di automazione si concentravano sull’esecuzione di processi di produzione rigidi e ripetitivi. L’obiettivo principale era aumentare la produttività sostituendo il lavoro umano con le macchine. Questi rigidi sistemi di automazione sono stati progettati per gestire attività specifiche con pochi requisiti di flessibilità e adattabilità. Oggi, l’attenzione si è spostata verso l’ottimizzazione dei processi di produzione. C’è un crescente interesse nello sviluppo di sistemi di produzione flessibili in grado di gestire i flussi di lavoro con attività diverse. Questi sistemi flessibili non solo hanno lo scopo di aumentare la produttività, ma offrono anche flessibilità e una maggiore efficienza complessiva. Questo sviluppo è guidato, tra le altre cose, dai seguenti aspetti:

• Variabilità dei prodotti: In un’economia sempre più globalizzata e in mercati con preferenze dei clienti in rapida evoluzione, è importante che i sistemi di produzione siano in grado di produrre un’ampia varietà di prodotti senza la necessità di costosi cambi o adattamenti.
• Produzione di piccole serie: La domanda di prodotti personalizzati e soluzioni individuali sta portando a una maggiore produzione di piccole serie. I sistemi di produzione flessibili consentono alle aziende di produrre anche lotti di piccole dimensioni in modo efficiente ed economico.
• Commercializzazione rapida: La capacità di rispondere rapidamente ai cambiamenti del mercato e di introdurre nuovi prodotti è fondamentale per il successo di un’azienda. Sistemi di produzione flessibili consentono di sviluppare rapidamente nuovi prodotti e di portarli in produzione.
• Efficienza e convenienza: Rendendo la produzione più flessibile, le aziende possono utilizzare le proprie risorse in modo più efficiente e ridurre i costi. L’adattabilità dei sistemi consente di adattare la produzione in modo ottimale alla domanda attuale ed evitare la sovrapproduzione.

Che cos’è l’ingegneria dell’automazione?

L’ingegneria dell’automazione è una disciplina ingegneristica che copre la pianificazione, lo sviluppo, l’implementazione e il funzionamento dei sistemi di automazione. Questi sistemi vengono utilizzati per automatizzare processi o macchine combinando sensori, attuatori, controllori e software per consentire il controllo e il monitoraggio automatici. Nel contesto dell’ingegneria degli impianti, l’ingegneria dell’automazione si occupa dell’integrazione dei sistemi di automazione negli impianti industriali su larga scala. I produttori di impianti utilizzano l’ingegneria dell’automazione per gestire impianti di produzione complessi in modo più efficiente e sicuro. Nell’ingegneria meccanica, l’ingegneria dell’automazione è fondamentale nello sviluppo e nell’integrazione di processi automatizzati in singole macchine e linee di produzione per aumentare la capacità produttiva e migliorare la qualità.

La digitalizzazione della produzione ha un impatto significativo sull’automazione nel settore. Integrando tecnologie digitali come Industria 4.0, Industrial Internet of Things (IoT), intelligenza artificiale (IA), big data e cloud computing nei processi industriali, i sistemi di automazione stanno diventando sempre più potenti e intelligenti. Ciò apre nuove opportunità di automazione, poiché i dati possono essere raccolti, analizzati e utilizzati in tempo reale per ottimizzare i processi e supportare le decisioni.

Gradi di automazione

Secondo DIN IEC 60050-351, lo standard internazionale per le definizioni dei termini in ingegneria elettrica, elettronica e campi correlati, il grado di automazione si riferisce al grado di automazione di un sistema o processo. Si tratta di una misura della misura in cui il lavoro umano viene sostituito o supportato dal controllo e dal monitoraggio automatici. Un grado più elevato di automazione significa una maggiore indipendenza dall’intervento umano e una maggiore capacità del sistema di eseguire le attività autonomamente. Il grado di automazione può essere misurato su una scala dal controllo manuale all’automazione completa:

• Controllo manuale: Un sistema o processo viene controllato e monitorato completamente attraverso l’interazione umana senza automazione. Tutte le decisioni e le azioni sono prese ed eseguite dalle persone.
• Automazione parziale: Nell’automazione parziale, alcuni sottoprocessi o sottofunzioni sono automatizzati, mentre altri sono controllati manualmente. L’interazione umana è ancora necessaria per svolgere determinate attività o prendere decisioni.
• Semi-automazione: La semi-automazione si riferisce ai sistemi in cui la maggior parte delle attività è automatizzata, ma l’intervento umano è ancora necessario per risolvere determinate attività complesse o affrontare eventi imprevisti.
• Automazione completa: Qui, il sistema o il processo è completamente automatizzato e non richiede alcuna interazione umana durante il normale funzionamento. Il sistema è in grado di prendere tutte le decisioni necessarie ed eseguire tutte le azioni necessarie per eseguire le operazioni in modo efficiente e sicuro.

Piramide dell’automazione

La piramide dell’automazione è un concetto utilizzato nell’automazione industriale per descrivere la struttura gerarchica dei sistemi di automazione. Questa piramide funge da modello per rappresentare i diversi livelli di automazione. La piramide di automazione è tipicamente costituita dai seguenti livelli:

• (1) Livello di campo: I dispositivi fisici che interagiscono direttamente con le variabili di processo nel mondo reale sono a livello di campo. Questo livello costituisce la base per la raccolta e il controllo dei dati del processo di produzione. I sensori sono responsabili della raccolta dei dati e gli attuatori eseguono le azioni.
• (2) Livello di controllo: Il livello di controllo include l’hardware e il software utilizzati per controllare e monitorare l’attrezzatura da campo. I controllori di programma memorizzati (Stored Program Controllers, SPC) e i controllori a logica programmabile (Programmable Logic Controllers, PLC) sono rappresentanti tipici di questo livello. Raccolgono i dati dai sensori di livello del campo, li elaborano e inviano segnali di controllo agli attuatori.
• (3) Livello di controllo del processo: A questo livello, l’intera produzione viene monitorata e controllata. I sistemi di controllo di supervisione e acquisizione dati (Supervisory Control and Data Acquisition, SCADA) sono tipici per questo livello. Consentono la visualizzazione dei dati di processo, il monitoraggio dello stato del sistema e la possibilità di un intervento manuale nel processo. I sistemi SCADA offrono spesso funzionalità di raccolta e reporting dei dati.
• (4) Livello di gestione operativa: A questo livello, vengono coordinate diverse aree di processo e vengono scambiate informazioni tra i reparti. I sistemi di esecuzione della produzione (Manufacturing Execution Systems, MES) supportano le decisioni operative e il controllo delle prestazioni di produzione.
• (5) Livello di gestione aziendale: Il livello di gestione dell’azienda comprende la gestione e l’amministrazione di livello superiore dell’azienda. I sistemi di pianificazione delle risorse aziendali (sistemi ERP) sono tipici per questo livello. Supportano la pianificazione e il controllo di tutte le risorse aziendali, tra cui produzione, approvvigionamento, vendite, finanza e risorse umane.

Componenti meccanici nell’ingegneria dell’automazione

Nell’ingegneria dell’automazione, i componenti meccanici vengono utilizzati per vari scopi. Vengono utilizzati per realizzare sistemi automatizzati in diverse aree di applicazione come l’industria manifatturiera, la logistica, il trasporto e la robotica. Consentono il controllo del movimento, la generazione di forza, la movimentazione dei materiali e garantiscono la sicurezza di persone e attrezzature.

Esempi di automazione

L’ingegneria dell’automazione ottimizza i processi, aumenta l’efficienza e allevia il lavoro umano dalle attività ripetitive. Di seguito sono riportati alcuni esempi specifici di automazione: