ITTO20080793A1 - Sistema integrato di analisi per macchine utensili - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

“SISTEMA INTEGRATO DI ANALISI PER MACCHINE UTENSILI”

La presente invenzione è relativa ad un sistema integrato di analisi per macchine utensili.

Come noto, all’interno degli impianti industriali è comune far ricorso a macchine utensili, ogni qual volta sia necessario trasformare forma e dimensione di oggetti dei più disparati materiali (ad esempio plastica, metallo, legno, marmo, ecc.) mediante asportazione selettiva di materiale in eccesso, ottenuta tramite svariate tipologie di utensili.

In particolare, si è soliti definire nelle macchine utensili con “ciclo produttivo” l’insieme delle fasi di lavorazione necessarie alla produzione di un singolo particolare o pezzo, la durata del ciclo produttivo essendo definita dalla sommatoria dei tempi di esecuzione delle varie fasi di lavorazione che lo compongono.

In modo noto, ciascuna fase di lavorazione viene studiata, ottimizzata e programmata nel momento in cui si decide l’esecuzione di un determinato pezzo, da parte di esperti di programmazione della macchina utensile designata a tale lavorazione, con l’obiettivo di ottimizzare i parametri della macchina utensile e l’utilizzo degli strumenti di lavorazione. In pratica, ogni operazione viene progettata col fine di eseguire il pezzo da lavorare nel miglior modo possibile e nel minor tempo possibile. La qualità del pezzo finito (e la relativa assenza di scarti) e la quantità di pezzi nell’unità di tempo sono gli obiettivi che regolano l’elaborazione dei programmi di lavoro e la scelta degli utensili da utilizzare. A questo riguardo, è inoltre noto definire in sede di progetto e di definizione delle lavorazioni, il numero di pezzi che un determinato utensile è in grado di lavorare (la cosiddetta “cadenza vita” dell’utensile), prima di essere sostituito.

La presente richiedente ha avuto modo di constatare, mediante l’osservazione sistematica del funzionamento di numerose macchine utensili, che, pur in presenza di una pianificazione ottimale delle fasi di lavorazione e degli utensili da utilizzare, i parametri, i programmi e gli utensili progettati al fine di massimizzare la produzione subiscono durante la produzione reale delle modifiche che fanno sì che l’efficienza reale si riduca e si discosti a volte drasticamente da quanto pianificato.

L’analisi e la verifica di eventuali anomalie che affliggono il funzionamento delle macchine utensili è attualmente demandato, in alcune situazioni particolari, a personale appositamente addestrato, che ha il compito di segnalare eventuali anomalie e di provvedere ad ottimizzare in corso d’opera il funzionamento delle macchine utensili.

È evidente tuttavia che, anche nel caso in cui sia presente, un controllo delle macchine utensili di questo genere non è esente da problemi, ad esempio causati da imperizia, scarsa reattività o in generale da comportamenti scorretti del suddetto personale di controllo.

Sono inoltre noti prodotti informatici, sviluppati per specifiche macchine utensili, finalizzati all’ottimizzazione del loro funzionamento, ma tali prodotti si basano su meri calcoli statistici o dati evinti da analisi preventive, e pertanto non sono in grado di risolvere le problematiche precedentemente evidenziate.

È pertanto sicuramente sentita nel settore l’esigenza di ottimizzare il funzionamento delle macchine utensili al fine di ottimizzarne la resa e la produttività, di ridurne i consumi e di migliorare la qualità dei prodotti lavorati.

Scopo della presente invenzione è quello di superare, in tutto o in parte, i suddetti problemi e le suddette limitazioni associate al funzionamento delle macchine utensili di tipo noto, e di soddisfare le esigenze precedentemente evidenziate.

Secondo la presente invenzione, viene pertanto fornito un sistema integrato di analisi di una macchina utensile, come definito nella rivendicazione 1.

Per una migliore comprensione dell’invenzione, ne vengono ora descritte forme di realizzazione, a puro titolo di esempio non limitativo e con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

- la figura 1 è uno schema a blocchi dell’architettura di un sistema integrato di analisi di una macchina utensile secondo un aspetto della presente invenzione;

- la figura 2 è una rappresentazione schematica dei blocchi funzionali costitutivi di un’unità di elaborazione nel sistema di figura 1;

- le figure 3 e 4 mostrano schemi circuitali relativi a funzioni di rilevamento nel sistema di figura 1;

- le figure 5 e 6 mostrano grafici relativi a scostamenti prestazionali rilevati dall’unità di elaborazione di figura 2; e

- le figure da 7 a 11 mostrano esempi di schermate visualizzabili per l’interazione di un utilizzatore con il sistema di figura 1.

Un aspetto della presente invenzione prevede la realizzazione di un sistema integrato che consente, in maniera automatizzata e con una completa integrazione hardware con una macchina utensile, di analizzarne il processo produttivo, per quanto riguarda la quantità produttiva legata ad ogni fase di lavoro ed asportazione, verificando la cadenza vita reale di ciascun utensile utilizzato. In particolare, il sistema integrato consente di analizzare in tempo reale la cadenza vita degli utensili, e la durata di contatto utensile (con il pezzo in lavorazione) e delle diverse fasi che compongono un ciclo di lavorazione. Tale sistema consente di eseguire analisi in tempo reale, o a posteriori (mediante memorizzazione dei dati di analisi su apposita banca dati), circa lo scostamento del comportamento reale della macchina utensile da quello nominale di progetto, in modo da verificare eventuali perdite di produttività ed aggravi in termini dei costi di produzione. In particolare, tale sistema prevede di acquisire dati di analisi dalla macchina utensile ciclo per ciclo, utensile per utensile, ed è in grado di avvertire tempestivamente, in seguito alle elaborazioni effettuate, qualora qualche parametro di lavorazione o cadenza non venga rispettata. Il sistema è inoltre in grado di eseguire stime relativamente alle lavorazioni future, aggiornate in tempo reale in funzione dei dati di analisi acquisiti.

In figura 1, è indicato con il numero di riferimento 1 un sistema integrato di analisi di una macchina utensile 2, mostrata in maniera estremamente semplificata.

La macchina utensile 2 è dotata di almeno un utensile 3a, installato in maniera sostituibile, ed utilizzato nella lavorazione di un pezzo 3b (ad esempio mediante asportazione di materiale). La macchina utensile 2 è inoltre dotata di un’unità logica di controllo 4 (in particolare un PLC – Programmable Logic Controller) atta a sovrintendere al suo funzionamento, che colloquia attraverso un bus di comunicazione 6 (in particolare con protocollo Profibus) con l’utensile 3a, e, in maniera non illustrata, con ulteriori porzioni operative della macchina utensile 2.

La macchina utensile 2 è inoltre provvista di: un’interfaccia di comunicazione 8a, di tipo hardware, che permette all’unità logica di controllo 4, attraverso il bus di comunicazione 6, di interfacciarsi con l’esterno; e di mezzi di allarme 9, di tipo sonoro (ad esempio una sirena) o visivo (ad esempio una luce lampeggiante), operabili per segnalare situazioni di funzionamento anomalo della macchina utensile stessa.

Il sistema integrato 1 comprende un’unità di elaborazione 10 (ad esempio dotata di una CPU – Central Processing Unit), disposta esternamente alla macchina utensile 2, e provvista di una rispettiva interfaccia di comunicazione 8b, operabile per comunicare (inviando e ricevendo dati) con l’interfaccia di comunicazione 8a della macchina utensile 2, e tramite questa ed il bus di comunicazione 6, con l’unità logica di controllo 4. La comunicazione di dati tra l’unità di elaborazione 10 e la macchina utensile 2 può avvenire in modo cablato, oppure tramite un qualsiasi protocollo di comunicazione wireless di tipo noto, a corto o lungo raggio. In particolare, l’unità di elaborazione 10 è configurata in modo da interrogare l’unità logica di controllo 4 ed acquisire, per una successiva elaborazione e memorizzazione, dati ed informazioni relativi al funzionamento della macchina utensile 2, quali ad esempio una cadenza vita dell’utensile 3a o durate delle fasi di lavorazione. L’unità di elaborazione 10, se necessario, è in grado di programmare in modo opportuno l’unità logica di controllo 4, affinché rilevi i dati e le informazioni richieste circa il funzionamento della macchina utensile 2 e li trasmetta attraverso l’interfaccia di comunicazione 8a. Si noti che il sistema integrato 1 può prevedere opportune modifiche hardware alla macchina utensile 2 (ad esempio l’aggiunta di opportuni sensori o di linee di comunicazione), per implementare il suddetto rilevamento.

Il sistema integrato 1 comprende inoltre: mezzi di immissione 11 (ad esempio una tastiera o un mouse), collegati all’unità di elaborazione 10 ed atti a consentire ad un utente di interagire con il sistema integrato stesso (ad esempio effettuando selezioni, o introducendo dati, quali valori e parametri operativi); mezzi di visualizzazione 12 (ad esempio un’unità video), operabili per visualizzare dati e informazioni di uscita; ed una base dati 14 (DB – Data Base), ad esempio realizzata in una memoria interna dell’unità di elaborazione 10, collegata operativamente alla stessa unità di elaborazione 10 ed operabile per memorizzare dati ed informazioni relative ad operazioni di analisi della macchina utensile 2.

Si noti che l’unità di elaborazione 10 può essere realizzata in un qualsiasi Personal Computer (PC) di tipo di per sé noto, oppure in un PDA (Personal Data Assistant), e può essere esclusivamente dedicata alle operazioni di analisi della macchina utensile 2, o, in alternativa, avere funzioni aggiuntive. Inoltre, l’unità di elaborazione 10 può comunicare, ad esempio tramite la rete internet, con un’eventuale sistema di supervisione remoto (non illustrato), per la comunicazione di dati rilevati e di risultati delle analisi eseguite.

L’unità di elaborazione 10 è configurata in modo da implementare un software applicativo, per la continua analisi della macchina utensile 2, in particolare per l’analisi di scostamenti delle caratteristiche operative reali rispetto alle caratteristiche nominali di progetto.

In dettaglio, l’unità di elaborazione 10, si faccia riferimento alla figura 2, è configurata in modo da eseguire una pluralità di moduli operativi, ed in particolare: un modulo di inizializzazione 20, atto ad impostare o acquisire caratteristiche e parametri operativi nominali della macchina utensile 2; un modulo di analisi cadenza vita 22, atto ad analizzare in tempo reale, durante il processo di lavorazione, la reale cadenza vita degli utensili 3a utilizzati nella macchina utensile 2, in termini di cicli di lavorazione eseguiti; un modulo di analisi fasi di lavorazione 24, atto ad analizzare in tempo reale, la reale durata delle fasi di lavorazione che compongono il ciclo di produzione della macchina utensile 2; un modulo di memorizzazione dati 25, atto a memorizzare all’interno della base dati 14 i dati acquisiti ed elaborati; ed un modulo di analisi dati 26, atto ad eseguire analisi dei dati acquisiti durante il processo di lavorazione, in modo ad esempio da segnalare eventuali problematiche o scostamenti dalle condizioni di progetto, ed inoltre atto ad eseguire analisi a posteriori dei dati storici memorizzati nella base dati 14.

In maggiore dettaglio, il modulo di inizializzazione 20 consente di impostare i valori nominali (o di progetto, definiti cioè come ottimali) della cadenza vita degli utensili (ad esempio un valore nominale pari a 300 cicli vita per un determinato utensile), ed i valori nominali dei tempi associati alle varie fasi di lavorazione che compongono il ciclo produttivo (tali fasi essendo di tipo di per sé noto e per questo non descritte in dettaglio), tra cui in particolare: i tempi di contatto degli utensili (per ciascuno degli utensili 3a utilizzati dalla macchina utensile 2, calcolati nel singolo ciclo di lavorazione o nel complesso dei cicli di lavorazione eseguiti); i tempi di carico/scarico/bloccaggio dell’elemento (o pezzo) in fase di lavorazione; i tempi di movimento rapidi, cioè di avvicinamento ed allontanamento dall’elemento in fase di lavorazione; i tempi di cambio utensile, relativi alla fase in cui un utensile 3a, giunto al termine della cadenza vita, viene sostituito da un nuovo utensile, che viene inserito nella macchina utensile 2.

Inoltre, possono essere inseriti i costi degli utensili e dei pezzi prodotti, ed ulteriori dati relativi al processo di produzione della macchina utensile 2, tra cui il numero di pezzi prodotti all’ora/turno/mese/anno.

Tali valori nominali possono venire introdotti dall’utente del sistema integrato 1, ad esempio mediante opportuni menu ed interfacce grafiche visualizzate sui mezzi di visualizzazione 12, oppure possono essere acquisiti in automatico dall’unità di elaborazione 10 in una fase dedicata di acquisizione, e memorizzati nella base dati 14. Durante questa fase di acquisizione, che può essere effettuata una volta che il ciclo produttivo è stato ottimizzato e la produzione avviata nelle condizioni ottimali, l’unità di elaborazione 10 interroga l’unità logica di controllo 4, la quale fornisce in risposta una serie di valori digitali relativi alle durate rilevate delle fasi di lavorazioni; i valori ricevuti vengono quindi memorizzati come valori nominali ed in seguito utilizzati per verificare gli scostamenti dei valori acquisiti.

Uno degli aspetti dell’invenzione prevede infatti di programmare in modo opportuno l’unità logica di controllo 4, e/o eventualmente di apportare opportune modifiche hardware alla macchina utensile 2, affinché l’unità logica di controllo 4 sia in grado di rilevare, in modo automatico ed in tempo reale, una serie di parametri operativi reali della macchina utensile 2, tra cui le suddette durate delle fasi di lavorazione, per trasmetterle in seguito all’unità di elaborazione 10 (o in alternativa, affinché l’unità logica di controllo 4 sia in grado di trasmettere all’unità di elaborazione 10 dati sufficienti a consentirle la rilevazione degli stessi parametri operativi).

A questo riguardo, nelle moderne macchine utensili, l’unità logica di controllo 4 riceve (da appositi sensori o altri elementi di rilevamento) una serie di interrupt relativi agli istanti di inizio e di fine delle varie fasi di lavorazione. Un aspetto della presente invenzione prevede di implementare all’interno dell’unità logica di controllo 4 (o in alternativa in modo hardware), una pluralità di contatori set-reset (o altre unità logiche), in numero pari alle fasi di lavorazione di cui si vuole determinare in tempo reale la durata, atti a ricevere come segnale di set l’interrupt relativo all’istante di inizio della rispettiva fase di lavorazione, e come segnale di reset l’interrupt relativo all’istante di fine della stessa fase di lavorazione. In tal modo, il contatore, prima di essere resettato, è in grado di fornire in uscita un valore digitale rappresentativo della durata della fase di lavorazione appena terminata; in particolare, si noti come tale dato sia rilevato in modo automatico dalla macchina utensile 2 in base ai segnali indicativi delle fasi di lavorazione, e come pertanto sia assolutamente affidabile e non soggetto ad errori da parte degli operatori di macchina.

A titolo di esempio, la figura 3 mostra l’implementazione del rilevamento, da parte dell’unità logica di controllo 4, della durata di una fase di cambio utensile. In particolare, un primo contatore set/reset 30 riceve in ingresso, come segnale di set, un segnale C.U. indicativo dell’inizio della fase di cambio utensile (generato in modo di per sé noto nella macchina utensile 2, ad esempio mediante la chiusura di un primo contatto 31), e, come segnale di reset, un segnale END indicativo della fine della fase di cambio utensile (generato in modo analogo, ad esempio mediante la chiusura di un secondo contatto 32). Il primo contatore set/reset 30 fornisce quindi in uscita un valore di conteggio digitale COUNT, rappresentativo della durata reale rilevata della fase di cambio utensile. L’unità logica di controllo 4 può rilevare in maniera sostanzialmente analoga (e per questo non descritta in dettaglio) le altre durate temporali relative alle varie fasi di lavorazione della macchina utensile 2.

Ritornando ora alla descrizione dei moduli operativi implementati dall’unità di elaborazione 10, si faccia nuovamente riferimento alla figura 2, il modulo di analisi cadenza vita 22 è configurato in modo da acquisire la vita utensile reale degli utensili 3a utilizzati nella macchina utensile 2, tramite un interfacciamento fisico con l’unità logica di controllo 4 della stessa macchina utensile 2. In particolare, ad ogni sostituzione di un utensile 3a, il modulo di analisi cadenza vita 22 acquisisce il numero di cicli di lavorazione eseguiti da tale utensile prima della sua sostituzione.

A tal fine, si veda anche la figura 4, viene implementato un contatore logico 34, che riceve in ingresso come abilitazione al conteggio un segnale T indicativo del termine di un ciclo di lavorazione compiuto da un rispettivo utensile 3a, in modo da incrementare il conteggio al termine di ciascun ciclo completo di lavorazione.

Quando viene sostituito l’utensile 3a (ad esempio perché ha raggiunto la cadenza vita prevista), l’operatore della macchina utensile 2 preme un tasto di reset vita utensile appositamente previsto nella macchina utensile 2, che viene automaticamente riportata a zero; l’unità di controllo logica 4 acquisisce in questa occasione un segnale di reset Mx, che chiude un relativo contatto.

Vantaggiosamente, il modulo di analisi cadenza vita 22 non esegue un mero controllo del singolo segnale di reset Mx per rilevare i cicli vita raggiunti dall’utensile in questione, ma, per avere la certezza che sia stato effettivamente eseguito un cambio utensile, controlla ulteriori segnali indicativi delle operazioni di cambio utensile (controlla cioè il verificarsi di determinate condizioni operative necessariamente connesse ad un’operazione di cambio utensile). Ad esempio, si controlla che uno sportello che consente l’accesso all’utensile da sostituire sia stato aperto, o che la sede occupata dall’utensile stesso si sia liberata.

In dettaglio, il contatore logico 34 riceve come segnale di reset un segnale logico che assume valore logico alto solamente quando sia il segnale di reset Mx che un segnale di controllo My assumono valore alto (causando la chiusura di relativi contatti elettrici). In particolare, il segnale di controllo My è generato in uscita da un registro set/reset 35, che presenta ingresso di set collegato alla serie dei contatti 36, 37 relativi all’apertura del suddetto sportello ed all’occupazione della suddetta sede (o ad altri eventi indicativi di un effettivo cambio utensile), ed ingresso di reset collegato ad un contatto 38 di avvio del ciclo di lavorazione. In maniera evidente, il segnale di controllo My assume valore alto solamente quando sono soddisfatte tutte le condizioni operative indicative del cambio utensile, e viene resettato al valore basso dall’avvio della lavorazione, una volta eseguita la sostituzione con il nuovo utensile. Di conseguenza, il valore di conteggio in uscita del contatore logico 34 corrisponde alla reale cadenza di vita dell’utensile 3a monitorato.

Ad ogni sostituzione utensile, il modulo di analisi cadenza vita 22 memorizza pertanto il numero complessivo dei cicli di lavorazione realmente eseguiti dagli utensili. In particolare, il modulo di analisi cadenza vita 22 evita pertanto che errori manuali dell’operatore della macchina utensile 2 falsino il conteggio della cadenza di vita dell’utensile 3a, ad esempio nella comune eventualità che non si esegua un cambio reale dell’utensile ma ne venga solo azzerata la vita tramite pressione del tasto di reset.

In maniera sostanzialmente analoga, il modulo di analisi fasi di lavorazione 24 rileva la reale durata delle fasi di lavorazione di cui è composto ciascun ciclo di lavorazione, acquisendo i valori di durata dall’unità logica di controllo 4 (nel modo indicato precedentemente per la fase di inizializzazione). In particolare, il modulo di analisi fasi di lavorazione 24 acquisisce tali valori per ciascuno degli utensili 3a impiegati dalla macchina utensile 2.

Il modulo di analisi dati 26, sulla base dei dati di analisi relativi al funzionamento reale della macchina utensile 2, acquisiti dal modulo di analisi cadenza vita 22 e dal modulo di analisi fasi di lavorazione 24, esegue una pluralità di elaborazioni e di valutazioni degli scostamenti delle prestazioni reali della macchina utensile rispetto alla condizione di funzionamento nominale, in tempo reale o a posteriori (cioè sulla base dei dati storici memorizzati nella base dati 14).

In particolare, tramite l’analisi dei dati numerici e temporali della cadenza vita reale raggiunta dagli utensili 3a, il modulo di analisi dati 26 è in grado di segnalare in tempo reale una diminuzione della vita operativa di un determinato utensile 3a rispetto al valore impostato come nominale. La cadenza vita reale viene inoltre memorizzata nella base dati 14 insieme alla data in cui si è verificato il cambio utensile.

In caso di anomalie rilevate dal modulo di analisi dati 26, l’unità di elaborazione 10 è in grado di attivare allarmi e segnalazioni visive o sonore, in modo da avvertire gli operatori della macchina utensile 2 della diminuzione di prestazioni che si è verificata. In particolare, gli allarmi possono essere attivati a livello dell’unità di elaborazione 10, oppure direttamente presso la macchina utensile 2, sfruttando a tal fine i relativi mezzi di allarme 9. In alternativa, o in aggiunta alla generazione dell’allarme, l’unità di elaborazione 10 può decidere di arrestare la lavorazione, oppure può inviare una comunicazione via e-mail o SMS (Short Message Service) ad uno o più indirizzi pre-impostati.

In particolare, è possibile impostare un intervallo o range, utensile per utensile, che definisca dopo quale diminuzione in percentuale di prestazioni dell’utensile stesso il sistema integrato 1 intervenga segnalando l’anomalia e memorizzando i dati relativi a tale anomalia.

Anche nel caso in cui si verifichi che un utensile 3a abbia superato la cadenza vita impostata, il modulo di analisi dati 26 interviene, memorizzando il valore reale di vita dell’utensile, generando un allarme luminoso o sonoro e rilevando così l’anomala operazione eseguita dall’operatore della macchina utensile 2 (che non ha provveduto al cambio programmato dell’utensile).

Utilizzando i dati storici memorizzati nella base dati 14, il modulo di analisi dati 26 è inoltre in grado di creare un grafico che presenti sull’ascissa il valore della cadenza vita reale (con evidenziato lo scostamento da quella teorica) e sulle ordinate l’ora e la data nella quale l’utensile ha raggiunto la fine vita (in pratica quando è stato sostituito).

La figura 5 illustra un possibile grafico che può essere fornito in uscita dal modulo di analisi dati 26. Qualora si verifichi ad esempio che il cambio di un utensile 3a avviene sempre un certo numero di cicli in anticipo rispetto al dato nominale (ad esempio per una reale problematica di processo), l’operatore può decidere, dopo aver analizzato tale grafico, di reimpostare la macchina utensile 2 in modo da tenere conto della maggiore usura dell’utensile.

Inoltre, il modulo di analisi dati 26, sulla base della conoscenza della cadenza vita reale degli utensili 3a, tenendo in considerazione il costo del singolo utensile ed i pezzi prodotti per ora di lavoro o altre unità temporali (valori costanti di progetto), è in grado di calcolare direttamente l’incidenza economica reale dei suddetti scostamenti per ogni utensile in lavorazione e per ogni pezzo finito; in particolare, qualora si verifichi una diminuzione della cadenza vita reale di un utensile, il sistema integrato 1 provvede a calcolare la nuova incidenza economica di quello stesso utensile per ogni pezzo prodotto, e, moltiplicato per i pezzi prodotti mensilmente e annualmente, è in grado di generare automaticamente la differenza economica, giornaliera, mensile o annuale, tra quella calcolata precedentemente (sempre dal sistema in condizioni nominali) e quella reale.

Vantaggiosamente, i valori impostabili, come il range di intervento, la cadenza vita nominale, il costo di ogni utensile, i pezzi/ora prodotti, sono modificabili solamente attraverso una password, in modo che personale non autorizzato non possa manomettere intenzionalmente le acquisizioni e le elaborazioni.

Il modulo di analisi dati 26 è inoltre in grado di confrontare, per ogni ciclo di lavorazione, i valori di durata reale delle fasi di lavorazione di cui è composto, con i valori nominali che sono stati memorizzati all’interno della banca dati 14 in occasione dell’operazione di inizializzazione.

In particolare, non appena verifichi che anche solo una delle fasi di lavorazione monitorate incrementa la propria durata (tempo di esecuzione), il modulo di analisi dati 26 genera un allarme visivo (per segnalare visivamente quale fase ha avuto una diminuzione di prestazioni), memorizza il nuovo tempo di lavoro ed il momento in cui si è verificato il cambiamento, e calcola automaticamente la riduzione delle prestazioni rispetto ai valori nominali.

La segnalazione e la relativa memorizzazione delle anomalie riscontrate può essere nuovamente filtrata attraverso un range in percentuale impostabile per ogni fase di lavorazione, in modo da definire dopo quale aumento in percentuale della durata il sistema intervenga segnalando il verificarsi dell’anomalia.

Anche in questo caso, il modulo di analisi dati 26 è in grado di generare un grafico, che presenta sulle ordinate lo scostamento tra il tempo nominale di una data fase di lavorazione ed il nuovo tempo rilevato, e sulle ascisse l’ora e la data in cui è avvenuta la variazione. La figura 6 mostra un esempio di un tale grafico, relativamente ad una modifica rilevata e memorizzata nella durata del tempo di contatto utensile.

Tenendo in considerazione le costanti impostate relative ai pezzi all’ora/mese/anno prodotti ed il prezzo di vendita per elemento, il modulo di analisi dati 26 calcola automaticamente il fatturato prodotto realmente dalla macchina utensile 2, ed in particolare la differenza dei pezzi prodotti, per ora, mese, anno, e la differenza di fatturato prodotto in un mese/anno dalla macchina utensile. Tutti i dati elaborati vengono inoltre memorizzati all’interno della base dati 14, da parte del modulo di memorizzazione 25 opportunamente comandato dal modulo di analisi dati 26.

Tutte le variazioni del ciclo di lavorazione imputabili a cause esterne, che quindi dovranno poi essere indicate come nominali, possono essere introdotte nel sistema integrato 1, che memorizza la persona incaricata della modifica, la data di esecuzione e la motivazione che ha portato a tale decisione. In base ai nuovi dati introdotti manualmente, ed eventualmente tramite una nuova operazione di inizializzazione e di acquisizione delle nuove durate delle fasi di lavorazione, il sistema sarà in grado di tornare ad analizzare il processo di lavorazione tenendo però conto dei nuovi parametri produttivi.

In uso, l’unità di elaborazione 10 è configurata in modo da visualizzare, sui mezzi di visualizzazione 12 ad essa operativamente accoppiati, una pluralità di schermate in modo da consentire l’interazione di un utente con il sistema integrato 1.

In particolare, si veda la figura 7, per ciascuno degli utensili 3a della macchina utensile 2 (ad esempio un utensile indicato con T1), è possibile visualizzare una schermata riportante, in parallelo, i dati nominali ed i dati acquisiti relativamente al ciclo vita ed al tempo di contatto (ad esempio complessivo, relativo alla vita dell’utensile). Nella stessa schermata viene inoltre visualizzato il range di allarme impostato, e, nel caso in cui lo scostamento tra i valori nominali ed i valori reali acquisiti, superi tale range, tale anomalia viene segnalata con un’indicazione visiva. Ad esempio, una colorazione verde della casella relativa al range può indicare una situazione normale, una colorazione rossa il superamento della soglia di allarme, ed una colorazione gialla il fatto che l’utensile non è stato cambiato nonostante abbia superato la cadenza vita impostata. Dalla stessa schermata, l’utente può accedere ad una serie di funzioni, tra cui l’analisi della previsione dei costi associati all’utilizzo dell’utensile 3a, basata sui dati reali acquisiti e sullo scostamento rilevato.

Per ciascuno degli utensili 3a, si veda la figura 8, è inoltre possibile visualizzare i dati nominali impostati (ad esempio il tipo, la dimensione, la velocità di avanzamento, la cadenza, il range di allarme, il tipo di lavorazione) ed eventualmente modificare tali dati (l’operazione di modifica essendo soggetta ad autenticazione tramite password). Da tale schermata è inoltre possibile avviare la sequenza di acquisizione dei tempi delle fasi di lavorazione associate all’utensile visualizzato.

L’unità di elaborazione 10 è inoltre configurata in modo da visualizzare, si veda la figura 9, una schermata riepilogativa di diagnosi relativa all’insieme degli utensili 3a della macchina utensile 2, in cui si possono visualizzare, con relative indicazioni di allarme, i dati acquisiti relativi alla cadenza vita ed ai tempi delle associate fasi di lavorazione (in particolare il tempo di contatto utensile). Da tale schermata è possibile accedere allo storico dei dati memorizzati ed ai relativi grafici (relativi alla cadenza vita ed ai tempi), ed inoltre all’analisi dei tempi complessivi del ciclo di lavorazione. Ad esempio, una colorazione rossa dei dati visualizzata può indicare una situazione anomala.

In particolare, si veda la figura 10, in tale schermata di analisi dei tempi complessivi, vengono visualizzate le durate reali acquisite di tutte le fasi di lavorazione della macchina utensile 2, visualizzando inoltre i dati nominali e gli scostamenti (con associate le indicazioni di allarme). A partire da tale schermata è inoltre possibile avviare le acquisizioni dei tempi delle varie fasi di lavorazione, durante la fase di inizializzazione del sistema integrato 1.

L’unità di elaborazione 10 è infine configurata in modo da visualizzare, si veda la figura 11, una schermata riepilogativa delle diminuzioni di prestazione e dell’associato incremento dei costi di lavorazione, causati dallo scostamento dei dati reali acquisiti durante le varie fasi di lavorazione, rispetto ai valori nominali. In particolare, risulta agevole verificare la riduzione dei pezzi prodotti in varie unità temporali (ora, turno, mese, anno) e l’associata diminuzione di redditività, ed inoltre verificare, in tempo reale o a posteriori, quanto incida una diminuzione della cadenza vita di uno qualsiasi degli utensili 3 sui costi di lavorazione, quantificati per pezzo, turno, mese o anno.

I vantaggi che il sistema descritto consente di ottenere emergono chiaramente dalla discussione precedente.

In particolare, il sistema consente, attraverso un’approfondita integrazione hardware con la logica di controllo della macchina utensile, di verificare, analizzare ed ottimizzare i cicli produttivi della stessa macchina utensile. In dettaglio, il sistema consente di analizzare in tempo reale la cadenza vita degli utensili, la durata di contatto utensile ed il tempo ciclo di produzione della macchina utensile. Tali valori, che incidono significativamente sui tempi di produzione e sulle prestazioni della macchina utensile, una volta impostati secondo i calcoli teorici ed ideali dai programmatori dei cicli macchina al momento della pianificazione, non vengono più monitorati nelle macchine di tipo noto. Il sistema consente così di evidenziare una diminuzione delle prestazioni, così da intervenire per riportare il processo di lavorazione nelle condizioni ottimali, ed inoltre di creare uno storico in grado di fornire dati reali relativi alla produzione effettuata, incrementando il grado di competitività sia per il processo di lavorazione in corso, sia inoltre per commesse future. La misura dello scostamento in tempo reale dei suddetti importanti parametri, che tradizionalmente non vengono più controllati dopo una fase iniziale di set-up, consente di effettuare analisi temporali e di produttività, ed una accurata rendicontazione economica (comparando i costi ipotetici valutati in fase di acquisto del macchinario con quelli della produzione in tempo reale, e quindi svolgendo analisi reali per i costi in essere e per la pianificazione di nuovi investimenti). In altre parole, il sistema è in grado di offrire all’azienda che lo utilizza la possibilità di effettuare automaticamente il prelievo dei dati di cambio utensile, di fornire il dato di reale efficienza con la quale la macchina ha lavorato e la velocità con la quale ha effettuato il suo ciclo vita. L’utente di tale sistema ha così modo di verificare ed ottimizzare costantemente la produzione della macchina utensile, consentendo un aumento dei margini di lavoro e la verifica costante della corretta produzione con i parametri impostati.

Il sistema, attraverso la rilevazione in tempo reale dei valori di scostamento dai dati di programma ideali, è in grado di quantificare una serie di macro-dati economici inerenti i costi di produzione. In seguito all’inserimento dei costi degli utensili e dei pezzi prodotti, il sistema elabora le perdite di efficienza in termini di mancato guadagno su diverse basi (ora, turno, giorno, mese, anno). Viene così creata una banca dati relativa, facilmente consultabile, che permette di svolgere analisi reali per i costi in essere e per la pianificazione di nuovi investimenti.

Inoltre, il sistema consente di verificare l’operato reale degli utilizzatori della macchina utensile, evidenziando possibili comportamenti scorretti o fraudolenti.

In altre parole ancora, il sistema descritto permette di:

- eliminare danni economici derivati da modifiche del processo produttivo, che si verifichino o per negligenza, o per reali problematiche di processo;

- verificare in tempo reale i costi di produzione;

- incrementare l’efficienza della linea produttiva; - verificare, a fronte di una modifica della tipologia di utensile utilizzato o di una variazione dei parametri di lavoro, la piena efficienza non solo per un periodo di prova ma per tutta la produzione effettuata in seguito, con la possibilità di verificare sia numericamente che graficamente ciascuna fase di lavorazione;

- gestire il magazzino utensili in base all’effettivo consumo, evitando di trovarsi senza utensili presenti in magazzino, di ordinare quantitativi non richiesti, di acquistare utensili ad un costo maggiore dettato dall’urgenza.

Inoltre, il sistema fornisce:

- un’indicazione della sensibilità di tendenza dell’andamento degli utensili installati, con indicazione sia numerica che grafica in funzione del tempo;

- una possibilità di riconoscere gli effettivi cambi utensile, e non quelli simulati da chi opera sulla macchina utensile, con registro numerico e temporale;

- una segnalazione visiva, con scarto impostabile, per il rilevamento della diminuzione della cadenza di un determinato utensile;

- un’acquisizione dei tempi associati alle varie fasi di lavorazione, con verifica on-line, ciclo per ciclo, in base a registri suddivisi per tipo di pezzo e di utensile;

- una segnalazione visiva in caso di modifica dell’avanzamento di un determinato utensile che aumenti conseguentemente il tempo della relativa fase di lavoro; - un archivio automatico impostabile dei dati rilevati, in modo da esaminare l’efficienza della linea produttiva tramite uno storico reale acquisito; ed

- un sistema di password, che consente solo a personale autorizzato modifiche ai parametri nominali.

Risulta infine chiaro che a quanto qui descritto ed illustrato possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall’ambito di protezione della presente invenzione, come definito nelle rivendicazioni allegate.

In particolare, è evidente che il sistema descritto può essere impiegato per l’analisi di svariate tipologie di macchine impiegate nell’industria, destinate all’esecuzione di lavorazioni in serie.

Inoltre, è evidente come ulteriori analisi possano essere effettuate a partire dai dati rilevati in tempo reale e memorizzati all’interno della banca dati, che possano consentire l’ottimizzazione del funzionamento della macchina utensile.

Infine, l’unità di elaborazione 10 potrebbe essere integrata nella stessa macchina utensile 2, e, ad esempio, eseguire l’analisi e memorizzazione dei dati rilevati localmente, per poi trasmettere le informazioni elaborate ad un’unità remota. La stessa unità di elaborazione 10 potrebbe essere implementata all’interno dell’unità logica di controllo 4 della macchina utensile 2.

Claims (16)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema integrato (1) di analisi di una macchina utensile (2), provvista di almeno un utensile (3a) operabile per eseguire cicli di lavorazione di un elemento (3b) comprensivi ciascuno di una pluralità di fasi di lavorazione, e di un’unità logica di controllo (4) atta a gestire detta lavorazione, caratterizzato dal fatto di comprendere un’unità di elaborazione (10) configurata in modo da: - acquisire in tempo reale ed in modo automatizzato caratteristiche operative di detta macchina utensile (2) durante detta lavorazione, dette caratteristiche operative includendo una cadenza vita di detto utensile (3a), vale a dire un numero totale di cicli di lavorazione effettuati prima della sua sostituzione, e valori di durata di dette fasi di lavorazione e/o di durata complessiva di detti cicli di lavorazione; ed - eseguire un’analisi di deviazioni di dette caratteristiche operative rispetto a valori nominali, al fine di valutare prestazioni reali e/o individuare anomalie di funzionamento di detta macchina utensile (2).
2. 2. Sistema secondo la rivendicazione 1, in cui detti valori nominali sono valori teorici, stabiliti in una fase di set-up iniziale di detta macchina utensile (2).
3. 3. Sistema secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detti valori di durata includono un tempo di contatto di detto utensile (3a).
4. 4. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta unità di elaborazione (10) è configurata in modo da rilevare una diminuzione della produttività di detta macchina utensile (2), rispetto ad un valore nominale, in termini di elementi (3b) prodotti in una determinata unità temporale.
5. 5. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta unità di elaborazione (10) è configurata in modo da rilevare un aumento di costi ed una riduzione di fatturato, associati alle caratteristiche operative acquisite ed alle prestazioni reali di detta macchina utensile (2).
6. 6. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente mezzi di allarme (9, 12), attivabili da detta unità di elaborazione (10) qualora dette deviazioni superino un determinato intervallo impostabile.
7. 7. Sistema secondo la rivendicazione 6, in cui detti mezzi di allarme (9, 12) sono operabili per implementare segnalazioni visive, acustiche e/o l’invio di messaggi di allarme in remoto, relativi a dette anomalie di funzionamento individuate.
8. 8. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta unità di elaborazione (10) è configurata in modo da interfacciarsi con detta unità logica di controllo (4) di detta macchina utensile (2) per acquisire i valori di dette caratteristiche operative.
9. 9. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre una base dati (14), operativamente accoppiata a detta unità di elaborazione (10), in cui memorizzare dette caratteristiche operative acquisite, e dati risultanti da dette analisi.
10. 10. Sistema secondo la rivendicazione 9, in cui detta analisi include valutazioni on-line, vale a dire eseguite durante detta lavorazione, e/o analisi off-line, vale a dire eseguite a partire da dati precedentemente memorizzati all’interno di detta base dati (14).
11. 11. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre mezzi di visualizzazione (12), atti a consentire la visualizzazione di: dati di uscita e di grafici relativi a detta analisi, messaggi di allarmi relativi a dette anomalie individuate, ed un’interfaccia utente; e mezzi di introduzione dati (11), atti a consentire ad un utente di interagire con detto sistema integrato (1), ed in particolare di impostare detti valori nominali.
12. 12. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta unità logica di controllo (4) include un PLC – Programmable Logic Controller – interfacciato con detto utensile (3a) attraverso un bus di comunicazione dati (6), e operativamente accoppiato a detta unità di elaborazione (10) tramite un’interfaccia di comunicazione (8a); in cui detta unità logica di controllo (4) è programmabile per rilevare dati di analisi relativi al funzionamento di detta macchina utensile (2) durante detta lavorazione, e trasmettere informazioni relative a detti dati di analisi a detta unità di elaborazione (10) attraverso detta interfaccia di comunicazione (8a).
13. 13. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta macchina utensile (2) è provvista di ulteriori utensili (3b), e detta unità di elaborazione (10) è configurata in modo da analizzare in tempo reale ed in modo automatizzato dette caratteristiche operative di detta macchina utensile (2) relativamente a ciascuno di detti utensili (3b).
14. 14. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta macchina utensile (2) presenta mezzi interruttori (Mx) operabili da un utente per segnalare un’avvenuta sostituzione di detto utensile (3a); ed in cui detta unità di elaborazione (10) è configurata in modo da rilevare detta cadenza utensili non solo in base ad uno stato operativo di detti mezzi interruttori (Mx), ma anche in base alla verifica di ulteriori condizioni operative di detta macchina utensile (2), indicative dell’effettiva esecuzione di una sostituzione di detto utensile (3a).
15. 15. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta unità di elaborazione (10) è implementata da un elaboratore, ed è configurata in modo da eseguire un programma software per realizzare dette operazioni di: acquisire in tempo reale; ed eseguire detta analisi.
16. 16. Prodotto di programma informatico, comprendente istruzioni per elaboratore in grado di implementare, quando eseguite in un’unità di elaborazione (10), il sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti.