Le realtà manifatturiere attuali si collocano in un contesto caratterizzato da forti vincoli di costo, riduzione del time-to-market e abbreviazione del ciclo di vita dei prodotti. Anche la progettazione e l'avvio dei sistemi produttivi deve avvenire in tempi sempre più brevi, senza rinunciare agli elevati standard di efficienza e di qualità.
In particolare, nel settore delle macchine e impianti automatici, lo scenario competitivo è caratterizzato da:
- forte e continua innovazione in tutti i settori progettuali: meccanico, elettrico e software;
- generale aumento del numero di componenti da gestire;
- esigenze contrastanti di "mass-customization" e ottimizzazione della gamma modelli da indirizzare attraverso la configurabilità e la progettazione modulare;
- necessità di includere nella fornitura anche il collocamento della macchina nel contesto più ampio della fabbrica, e quindi la gestione degli aspetti di integrazione, controllo e sicurezza.
Nella scala temporale dello sviluppo di una macchina, le metodologie di progettazione di dettaglio nei vari ambiti (meccanico, elettrico, software) sono oramai ben consolidate grazie all'implementazione e all'utilizzo di sistemi CAD/ CAE, come NX, e all'integrazione nella piattaforma PLM Teamcenter, soluzioni di Siemens PLM Software unitamente ai sistemi di automazione classici.
Oggi, le aziende si trovano ad affrontare i rischi maggiori nelle primissime fasi di definizione dei requisiti iniziali e di "system design", essendo questo il momento nel quale è determinato gran parte del costo di un prodotto. Pur contribuendo in maniera decisiva alla definizione dei vincoli di progetto e, di conseguenza, all‟input per le attività a valle, queste attività sono spesso condotte in modo informale e non strutturato.
Come nel caso precedente, della progettazione meccatronica, il processo risulta maggiormente efficace se supportato da un'adeguata gestione di tutti i dati coinvolti. Teamcenter offre soluzioni di "Digital Manufacturing", per governare non solo i dati di prodotto, ma anche le distinte strutturate e la loro rappresentazione 3D per il processo, le attrezzature e l'impianto.
Nello stesso tempo, le fasi di test e avvio in produzione (commissioning) della macchina o dell'impianto contribuiscono in modo altrettanto importante al tempo complessivo di lancio sul mercato (oppure di consegna nel caso di commesse). Le condizioni, gli attori e i componenti che sono coinvolti durante le attività di test e debug sul sistema reale delle macchine e degli impianti automatici sono diversi:
- l'installazione meccanica completa oppure il fermo delle attività di assemblaggio meccanico;
- costi di fermo impianto elevatissimi nei casi di inserimento di nuovi prodotti su impianti già funzionanti;
- coinvolgimento degli specialisti software / automazione presso il sito del cliente, con anche la collaborazione degli operatori della macchina / impianto;
- disponibilità del materiale in input per il processo ;
Inoltre, le modifiche richieste dai problemi rilevati, sia di ordine software che meccanico, sono spesso da effettuare direttamente sul sito del cliente, con costi, criticità e tempi maggiori.
Solo alcuni degli inconvenienti, precedentemente citati, possono essere superati attraverso il collaudo delle macchine prima della spedizione. Alcune tipologie di impianti presentano tali dimensioni e/o complessità che precludono l'assemblaggio e il debug nella sede del costruttore. Per ovviare a questi inconvenienti sono disponibili tecnologie innovative come la piattaforma di Siemens PLM Software per il "Virtual Commissioning" (MCD, Mechatronics Concept Designer), che emula fedelmente il sistema reale, prendendo in considerazione non soltanto gli aspetti meccanici e fisici, ma anche la cinematica, il flusso del materiale e soprattutto gli aspetti di controllo e automazione dell'impianto. La disponibilità di un modello di simulazione permette il test e il debug approfondito delle componenti di controllo.
I test potranno, quindi, riguardare sia il normale funzionamento della macchina / impianto sia le condizioni di anomalia / guasto. Il modello di simulazione sarà infatti collegato alle unità di controllo reali (PLC, MotionControl, CNC) attraverso Industrial Ethernet oppure protocolli "neutri", come per esempio OPC. Allo stesso modo potranno essere collegate e testate le interfacce operatore (HMI). Grazie a questo sistema MCD+Controller sarà quindi simulare il comportamento reale della macchina visualizzandone il funzionamento in base all'esecuzione del programma utente. Risulterà possibile valutare il software di macchina ed eseguire un debug di quest'ultimo.
Allo stesso modo si renderà possibile verificare per esempio la correttezza di una parte meccanica o la flessibilità di questa per un cambio formato. I benefici che ne conseguono sono una forte riduzione dei tempi di realizzazione della macchina o dell'impianto e dell'avvio della produzione, la diminuzione delle modifiche da eseguire in produzione, e infine la disponibilità di un ambiente completo per la formazione degli operatori e per la collaborazione tra gli enti coinvolti nelle attività di commissioning.
