L'industria è alla costante ricerca di metodi per aumentare l'efficienza produttiva dei propri impianti. Tra questi, il più importante è la corretta manutenzione, che trova la sua massima espressione nella manutenzione predittiva, abilitata dalle tecnologie IIoT.
La manutenzione è una attività fondamentale negli ambienti industriali e di produzione poiché rappresenta la chiave per prevenire problemi e guasti, risparmiare sui costi, migliorare la produttività e ridurre i tempi di fermo macchina. I guasti ai componenti di un processo produttivo e/o di una macchina possono influire in modo significativo non solo sui tempi di inattività, ma anche sulla perdita di produzione, sui costi di riparazione e sui rischi per la sicurezza.
Secondo un rapporto di IndustryWeek, i tempi di fermo non pianificati costano ai produttori industriali circa 50 miliardi di dollari all'anno. Il guasto delle apparecchiature è alla base del 42% di questi tempi di inattività non pianificati. Nessuno può quindi contestare la necessità di un regime di manutenzione efficace.
Oggi la tecnologia permette di tenere sotto controllo i processi produttivi, le apparecchiature e gli impianti assicurando elevate prestazioni, continuità di servizio e migliorando la complessiva efficienza produttiva.
Tipi di manutenzione
Quando si parla di manutenzione è bene sottolineare che ne esistono di diversi tipi:
- manutenzione reattiva o correttiva a seguito di un guasto imprevisto
- manutenzione migliorativa
- manutenzione preventiva o manutenzione programmata
- manutenzione predittiva
Ciascuna ha caratteristiche proprie, ma l'obiettivo resta comune: assicurare la massima continuità operativa degli impianti intervenendo - quando e se necessario - per evitare che si presenti un fermo inaspettato.
È importante ricordare che la disponibilità al 100% di un impianto è utopistica, mentre è ragionevole tentare di ridurre gli stop inattesi, eventualmente programmando la manutenzione nei momenti di minor richiesta di produzione da parte del mercato.
Manutenzione correttiva
La manutenzione correttiva è una strategia di emergenza che obbliga ad intervenire solo a guasto avvenuto. In altre parole, si tratta della riparazione di un guasto dopo che questo si è verificato e che ha portato a un fermo dell'impianto produttivo. Per questo è un modello obsoleto e che non viene più perseguito nelle aziende, poiché comporta tempi di fermo impianto costosi e spesso non risolvibili tempestivamente.
La base della manutenzione correttiva consiste nell'identificare e sostituire le parti che compromettono la produzione a causa di qualche tipo di guasto. È importante individuare il problema per effettuare la sostituzione del componente difettoso. Tuttavia, ciò non significa che il guasto potesse essere previsto. Se si è preparati per affrontare eventuali azioni correttive, come la disponibilità di pezzi di ricambio o nuovi componenti, è possibile ridurre i tempi di risposta e quindi minimizzare i tempi non produttivi.
Esistono diversi modi per migliorare l'individuazione e la correzione dei guasti, a partire dai sistemi di rilevamento e monitoraggio, ma anche attraverso azioni come la diagnostica di sistema o la sostituzione pianificata.
Manutenzione migliorativa
Si parla, invece, di manutenzione migliorativa quando viene pianificato un intervento per migliorare o ottimizzare le prestazioni di un processo lavorativo o di una macchina. Questa strategia prevede che vengano effettuati interventi di revisione non subordinati a guasti o malfunzionamenti, come avviene invece nel caso della manutenzione correttiva. I vantaggi di una manutenzione migliortiva riguardano la correzione di errori e un incremento delle prestazioni, a scapito però di costi non sempre sostenibili.
Manutenzione preventiva
Perché aspettare un'interruzione o un guasto prima di intervenire? La manutenzione preventiva (anche chiamata manutenzione programmata o periodica) può aiutare a risolvere questi problemi, cercando sempre di evitare costi inutili. Si tratta di una strategia che punta a intervenire prima che il guasto si manifesti, con azioni di revisione e riparazione.
La manutenzione preventiva - attraverso una strategia di tipo preventivo - mira a ridurre le probabilità di guasto o il degrado di funzionamento di una macchina o di un componente, grazie alle indicazioni dei produttori e a una programmazione di interventi eseguiti ad intervalli regolari o al superamento di determinati parametri legati all'utilizzo.
In questo caso, la chiave sta nell'essere proattivi anziché reattivi. Controllando i diversi parametri di processo, è possibile osservare i dati e anticipare eventuali problemi, eseguendo la manutenzione a intervalli programmati per mantenere in funzione le apparecchiature, controllando e verificando dopo un periodo di tempo definito, ad esempio quando si raggiunge la vita utile prevista del prodotto.
Questa tipologia di manutenzione riduce i costi della manutenzione correttiva, migliora la sicurezza e minimizza il rischio di incidenti, consente un approvvigionamento pianificato dei pezzi di ricambio riducendone i costi. Infine, assicura un miglioramento dell'organizzazione del lavoro perché consente di gestire i fermi impianto in modalità e tempistiche convenienti, ad esempio tra la produzione di un lotto e il successivo o durante un momento di calo della richiesta da parte del mercato.
In ogni caso, la manutenzione preventiva limita il rischio di un improvviso stop strutturale della macchina o un fermo impianto improvviso, ma non si ha la certezza di eliminarlo del tutto.
Spesso l'esigenza di prevenire questi rischi, che incidono notevolmente sulla produttività, spinge le aziende ad effettuare cicli di manutenzione più ravvicinati di quanto effettivamente necessario, con evidente esborso non sempre giustificato. Talvolta, infatti, vengono sostituiti dei componenti che non hanno raggiunto il termine della propria vita operativa, ma, nel dubbio, vengono rimpiazzati ugualmente.
Manutenzione predittiva
La progressiva diffusione delle tecnologie Industrial Internet Of Things (IIoT) e la trasformazione di processi grazie all'evoluzione del concetto di Smart Factory (Industria 4.0) ha modificato il paradigma della manutenzione preventiva. La sua evoluzione si chiama manutenzione predittiva.
Ma cosa significa effettuare una manutenzione predittiva? Con questo termine viene definita una strategia che monitora le condizioni effettiva delle apparecchiature con l'obiettivo di prevedere un guasto prima che esso si verifichi.
Si tratta di una strategia proattiva che punta non soltanto a correggere i guasti o a prevenirli, ma cerca di prevedere quando un componente potrebbe guastarsi, in modo che i lavori di manutenzione possano essere eseguiti per tempo. Questo comporta una riduzione delle operazioni di manutenzione, poiché vengono eseguite solo quando le prestazioni peggiorano o gli indicatori predefiniti segnalano la probabilità di un guasto.
Un programma di manutenzione predittiva porta numerosi benefici a lungo termine:
- riduzione dei costi operativi attraverso l'ottimizzazione del tempo dedicato ai lavori di manutenzione;
- aumento dell'aspettativa di vita dei componenti;
- miglioramento della sicurezza e riduzione del rischio di incidenti;
- ottimizzazione delle prestazioni di macchine e processi;
- riduzione dei costi della manutenzione correttiva;
- continuità di servizio;
- miglioramento della produttività grazie alla riduzione dei fermi macchina;
- approvvigionamento programmato della componentistica di ricambio, riducendo i costi di magazzino.
In altre parole, con la manutenzione predittiva viene ridotta praticamente a zero la problematica dei fermi macchina improvvisi. Ma come fare manutenzione predittiva? Grazie alle informazioni e ai dati che i diversi componenti presenti su macchine e impianti forniscono.
Tutti i dati vengono monitorati e analizzati in modo da comprendere se ci sono problematiche e anomalie, stimarne il ciclo di vita e modificare impostazioni per un funzionamento continuo ed efficiente.
Successivamente, questi parametri e dati vanno analizzati attraverso l'ausilio di appositi software di intelligenza artificiale e machine learning, in modo da costruire modelli per prevenire il verificarsi di un guasto o per allungare il ciclo di vita delle macchine. In questo modo è possibili predire la probabilità di guasto delle apparecchiature.
Il concetto di manutenzione
Il funzionamento di un impianto industriale non è tanto dissimile da quello di un'automobile. Lo stesso si può dire per la relativa manutenzione.
In questo caso specifico, la manutenzione correttiva avviene quando l'automobile si guasta e ci lascia a piedi, magari mentre ci si sta recando a un appuntamento di lavoro o in vacanza. In questo caso il danno è massimo, perché oltre alla spesa di ripristinare il veicolo ci sarà anche un ulteriore disagio.
La manutenzione migliorativa prevede la sostituzione di un componente con uno più performante. Può avvenire ad esempio con le spazzole del tergicristallo o con il cambio dell'olio prima di un viaggio importante. Un beneficio per il veicolo, ma senza la certezza dell'effettiva necessità.
La manutenzione preventiva è il classico tagliando: viene eseguito a cadenza regolare (un valore in chilometri stabilito dal costruttore dell'auto in base a diversi parametri) durante il quale vengono fatti alcuni interventi di base (olio, filtri, candele, ecc.) indipendentemente dal loro effettivo stato di usura.
Infine, la manutenzione predittiva: le automobili più moderne sono dotate di numerosi sensori in grado di rilevare valori anomali relativi a temperature, vibrazioni, pressione, ecc. Si pensi ad esempio ai sensori di pressione presenti negli pneumatici. Se il valore previsto è pari a 2 bar, ma durante l'ultima ora di viaggio uno pneumatico ha mostrato un calo a 1,9 bar, è possibile che si sia verificata una foratura. Sul cruscotto verrà segnalata l'anomalia e il guidatore avrà il tempo per guidare in sicurezza fino alla successiva officina per far controllare e riparare il guasto.
I dati sono sovrani
L'implementazione di un programma di manutenzione predittiva richiede tre elementi fondamentali:
I dati sono fondamentali per implementare una strategia di manutenzione predittiva e l'affidabilità di macchine, processi e impianti. È importante conoscere i componenti, il loro ciclo vita in modo da individuare problematiche e possibili cedimenti prima che ciò avvenga. Il concetto è quello di analizzare ogni singolo componente prima di procedere all'analisi dell'intero processo o della macchina.
Per effettuare queste previsioni diventa necessario monitorare costantemente determinati parametri di funzionamento come vibrazioni, temperatura e consumi energetici attraverso la sensoristica.
Ad esempio, se pensiamo ad un attuatore pneumatico, tra i guasti più comuni troviamo la perdita di pressione dovuta alla guarnizione del pistone. O ancora, una guarnizione difettosa richiede un aumento del consumo di aria per compensare la perdita di pressione.
Cosa fare per risolvere la problematica e individuarla per tempo? Una buona strategia di manutenzione predittiva richiede l'installazione di un sensore di pressione su ciascun canale del cilindro e il monitoraggio della pressione nel tempo. Eventuali difetti della guarnizione risultano evidenti a causa di curve di prestazione anomale rispetto a quelle tipiche per il normale funzionamento. La manutenzione predittiva consente un intervento tempestivo ed evita di incorrere in gravi perdite di prestazioni o tempi di inattività.
Oltre ai sensori di pressione, tra gli altri sensori chiave ci potrebbero essere, ad esempio, quelli a induzione per calcolare la velocità del cilindro e aiutare a rilevare i livelli di contaminazione sulle guide.
Come acquisire i dati utili per eseguire la manutenzione predittiva?
La manutenzione predittiva richiede la raccolta dei dati e la misurazione non invasiva delle condizioni dell'apparecchiatura, come temperatura, pressione, portata, ecc.
I sistemi pneumatici sono diffusi in un'ampia gamma di macchine, sistemi e attrezzature industriali e rappresentano un punto di partenza per molti progetti di digitalizzazione. I sensori, come abbiamo visto, sono una buona soluzione per prevenire anomalie e problematiche. Ma quali utilizzare e per quali applicazioni? I componenti più utilizzati sono i sensori di flusso, i sensori di pressione e i sensori di posizione.
I sensori di flusso, ad esempio, consentono di monitorare in modo continuo l'uso di aria compressa (ed eventuali perdite o malfunzionamenti) sul circuito pneumatico. Ma sono anche in grado di verificare le prestazioni di soffiaggio in applicazioni quali pulizia, raffreddamento, verifica dell'aspirazione, test di tenuta, determinazione dello stato di raffreddamento o problemi all'acqua di raffreddamento (sensore di temperatura integrato).
Per identificare i filtri intasati è possibile installare i sensori di pressione ed evitare una riduzione delle prestazioni della macchina. Altri esempi di applicazione potrebbero essere la verifica dell'aspirazione, la conferma della pressione di alimentazione, il controllo della pressione del liquido di raffreddamento e il rilevamento precoce della diminuzione delle capacità di adsorbimento.
I sensori di posizione sono in grado di rilevare possibili guasti negli attuatori poiché forniscono indicazioni sulla velocità dello stesso.
Con i sensori giusti, gli impianti di produzione e di processo possono sfruttare sia i dati storici, sia quelli in tempo reale.
Questo perché l'informazione raccolta da un singolo sensore può essere utilizzata in svariati modi. In tempo reale per comprendere eventuali variazioni rispetto ai dati di targa di un determinato componente.
Ma anche a fini statistici, osservando eventuali cambiamenti nei valori che, pur restando all'interno del range consentito, indicano un progressivo deterioramento delle prestazioni e dunque l'approssimarsi di un possibile guasto.
Infine, questi valori possono essere utilizzati anche per migliorare ulteriormente le prestazioni degli impianti (sostituzione di un componente con uno con caratteristiche diverse) o, per i costruttori, implementazione di componentistica differente al fine di garantire un tempo medio tra i guasti (MTBF - mean time between failures) superiore.
Progettare la manutenzione affinché sia proattiva
Progettare la manutenzione è un approccio proattivo perché aiuta ad avere risultati migliori ottenendo la massima affidabilità e disponibilità con un basso costo. Questo porta a una maggiore economicità dovuta ai superiori tempi di attività della macchina.
Per implementare la manutenzione proattiva efficiente è fondamentale pensare ai componenti che facilitino la sostituzione, la parametrizzazione e la regolazione con l'obiettivo di ottenere una progettazione affidabile sin dall'inizio. In questo modo, si evita di investire tempo in operazioni di manutenzione nei casi in cui è richiesto un grande investimento di tempo o lo smontaggio della macchina.
È necessario porsi delle domande: Cosa succede quando si verifica ogni guasto? Quale influenza ha ogni guasto sul processo? Quali sono le funzioni e i relativi livelli di prestazione desiderati? Cosa si può fare per prevedere o prevenire ogni guasto?
Scegliere la giusta manutenzione per ogni processo produttivo è tanto importante quanto mantenerlo in funzione.
6 step per una manutenzione predittiva efficace
- Effettuare un'analisi dettagliata della macchina e/o del processo per valutare prestazioni, priorità e necessità;
- Prevedere un ammodernamento del processo e degli impianti valutando dove sia necessario intervenire o prevedere un monitoraggio;
- Installare i componenti che consentano di ottenere le informazioni necessarie per una analisi del funzionamento del processo;
- Monitorare i dati per definire le condizioni standard e capire se ci si sta discostando da essi, al fine di prevenire guasti imminenti e malfunzionamenti;
- Agire sui dati raccolti per aumentare l'affidabilità di macchine e processi;
- Formare il personale per definire le variabili da monitorare e impostare i limiti accettabili o inaccettabili per ogni impianto.
La manutenzione predittiva è in grado di evitare interventi di manutenzione di emergenza o non necessaria e, soprattutto, consente di conoscere a fondo le apparecchiature installate. Per raggiungere la massima produttività il percorso non è semplice, ma scegliere le giuste soluzioni consente di migliorare l'efficienza, eliminare gli sprechi e ridurre i costi.
SMC offre un'ampia gamma di sensori che risponde a tutte le esigenze dei clienti, dalle semplici soluzioni di segnale on/off fino a quelle che supportano il protocollo IO-Link.
