La nuova frontiera delle macchine da imballaggio e confezionamento? Sono servizi e soluzioni che vengono abilitati attraverso strumenti digitali come l’Industrial IoT e il Digital Twin. Progettazione concorrenziale, per meglio dire collaborativa, con soluzioni di Virtual Commissioning e acquisizione massiva di dati dalle macchine e gli impianti per il confezionamento con uno sguardo verso la manutenzione predittiva. Come dimostrano i casi di Körber Business Area Tissue e Goglio, i vantaggi che possono scaturire da una digitalizzazione di processo e di prodotto sono enormi. Dall’evento Siemens “Unboxing Opportunities in Packaging Industry”, realizzato in collaborazione con Ucima e l’organizzazione della fiera Ipack-Ima (massima manifestazione di questo settore architrave della manifattura italiana, in programma dal 3 al 6 maggio prossimi a Fiera Milano Rho) appare chiara l’urgenza di un modello di business as-a-service: per gli OEM del packaging, la macchina deve essere vista come una piattaforma abilitante di servizi pay per use, pay per perfomance, pay per everything. Le aziende del confezionamento e dell’imballaggio, così come l’intero settore manifatturiero, stanno vivendo una fase di trasformazione verso un modello di business “IoT enabled” strettamente legato al tema dell’experience economy, dove il digital twin diventa la leva per un’ottimizzazione della macchina nel corso dell’intero suo ciclo di vita.
Centrale il tema della sostenibilità ambientale – riuso e riciclo dei materiali, efficienza energetica – che si intreccia sempre più con quello della sostenibilità economica. In questo senso la fiera internazionale del packaging Ipack-Ima si annuncia come una vera e propria vetrina per l’innovazione supportata dal digitale. Tra le novità – come racconta Rossano Bozzi, ceo di Ipack-Ima, la presenza dell’hub Ipack-Ima Digital, l’area dove si potranno approfondire casi reali di soluzioni Industrial IoT con piattaforme Siemens, quali Industrial Edge e MindSphere. L’iniziativa è supportata dalla community Mindsphere Wolrd Italia fondata da Siemens – con 170 i membri associati di cui 35 quelli italiani – e nell’area saranno presenti OEM leader dell’industry 4.0: Cavanna, Concetti, Gea, Goglio, Ilpra, Ims Technologies, Nadella, Ocme, Partena, Robopac, Selematic e Stilmas. Previste tre tavole rotonde con use case in ambito Pharma & Chemicals, Pasta-Bakery e Liquid Food & Beverage, sviluppate rispettivamente da Baxter, De Cecco e Coca-Cola.
Come afferma Luciano Sottile, consigliere delegato alle attività promozionali di Ucima (l’Unione Costruttori Italiani Macchine Automatiche per il Confezionamento e l’Imballaggio), «la produzione è oggi ostaggio dei costi dell’energia elettrica, dell’aumento dei prezzi delle materie prime e della perdurante difficoltà in cui versano le supply chain. Se prima era il covid a frenare gli approvvigionamenti ora sono le nuove tensioni geopolitiche a mettere in crisi gli scambi commerciali». Eppure, nonostante uno scenario alquanto instabile, la resilienza espressa dalle aziende in questi ultimi due anni è la prova di come il digitale possa essere l’antidoto per risolvere, o quanto meno attenuare, le criticità di mercato. Come evidenziato da Siemens, i percorsi industry 4.0 che hanno finora sostenuto il percorso di efficientamento della produttività e l’evoluzione dei modelli di business delle imprese sono i binari su cui far correre nuovi progetti di sostenibilità, ambientale ed economica. Grazie all’innovazione continua, il settore del packaging si conferma come uno dei comparti industriali italiani più vitali. Secondo dati Ucima, la flessione del 2020 non ha compromesso il 2021, che si è chiuso con una crescita del 5%, ordinativi in aumento del 9% e un fatturato di 8,4 miliardi, valore superiore a quello dello stesso 2019 (7,8 miliardi). Da segnalare, inoltre, la ripresa del mercato interno (+18%) mentre l’export, che conta ancora per circa l’80% del fatturato globale, ha messo a segno un più modesto 5%.
La maggior parte della produzione delle macchine per il confezionamento e l’imballaggio viene assorbita dal Food & Beverage, con il 58.2%, seguito dal farmaceutico & biomedicale, con il 17.4%, cosmetico & personal care, con il 4.5% e chemicals & home con il 3.5%. Il restante, pari al 16.5%, viene impiegato in settori diversi, tra i quali spiccano quello del tabacco, in cui l’industria italiana vanta una grande tradizione, e quello del tissue. La sostenibilità del settore si gioca oggi su un duplice piano, quella che riguarda la produzione da parte degli OEM e quella degli End User. Per i costruttori di macchine il focus è sulla riduzione degli scarti e sull’efficientamento della produttività. Obiettivi che possono essere raggiunti con un miglioramento continuo dei processi basato su un approccio Lean Manufacturing. Una logica che, come afferma Simone Brisacani, business developer manager packaging di Digital Industries Siemens in Italia, trova nel digital twin di prodotto e di processo un alleato naturale: «opportunamente industrializzato in una dimensione IoT e di machine e deep learning, permette di acquisire una progressiva conoscenza aumentata in grado di ottimizzare le performance complessive della macchina».
Come dimostrato dall’esperienza covid, il digitale crea resilienza: mette le aziende nella condizione di affrontare le discontinuità di mercato, attenuando rischi e vulnerabilità impreviste. «In un settore come quello del packaging, costituito per l’80% da aziende sotto i 10 milioni di fatturato, è necessaria una capacità di visione e un’apertura alle nuove istanze del mercato, afferma il manager di Ucima. Le aziende sono ancora troppo concentrate sul prodotto. Quello che oggi si chiede all’OEM è essere corresponsabile della gestione della macchina durante l’intero ciclo di vita». Il che vuol dire vedere la macchina come una piattaforma abilitante un Continuous Improvement della produzione: garantire una produzione zero difetti e always-on, minimizzando interruzioni dovute a guasti di parti e componenti. Nella visione di Siemens, l’Industrial IoT è la logica industriale che permette di aumentare l’aspettativa di vita della macchina e preservarne lo stato di salute grazie a un monitoraggio in tempo reale. Dati funzionali acquisiti con opportune frequenze di campionamento consentono un check-up dello stato macchina 24 ore su 24 per 365 giorni l’anno. In questo scenario l’OEM diventa una sorta di centro di analisi, in grado di valutare e diagnosticare eventuali criticità, fornendo le prescrizioni corrette per mantenere lo stato di salute ottimale della macchina.
Per il packaging, la capacità di soddisfare obiettivi di sostenibilità non è un’impresa semplice. Se da una parte esiste la questione della capacità di implementare modelli ibridi prodotto-servizio, dall’altra c’è la sfida dell’utilizzo di materiali di confezionamento green. Come spiega Sottile, «quelli utilizzati finora sono stati ottimizzati applicando una logica multistrato, dove ciascun strato svolge una funzione ben precisa. Ma il poli-accoppiato ha un limite: non può essere compostato né tanto meno riciclato. Perché questo avvenga i materiali devono essere mono-componenti: strati di un unico materiale che devono garantire le stesse proprietà che si erano ottenute accoppiando più strati di materiale diverso». La transizione a nuovi materiali porta dunque a una nuova sfida poiché significa re-ingegnerizzare le macchine da un punto di vista meccanico. Se questa è la situazione è chiaro che la sostenibilità del packaging parte dall’innovazione del materiale di confezionamento. E l’oem, per avere la macchina adatta, deve lavorare in sinergia con chi produce il film. Un tema di grande attualità tanto è vero che a Ipack-Ima saranno presenti oltre 200 aziende attive in questo segmento. Ipack-Mat è il brand della manifestazione che renderà individuabili le aziende che forniscono materiali innovativi ed eco-friendly.
Con la tecnologia Siemens, il digitale è embedded in ogni fase, da quella iniziale di concept a quella di progettazione. «Con le nostre piattaforme è possibile simulare tutto il codice di controllo, prima che la macchina venga prodotta e messa in servizio», afferma Simone Brisacani, business developer manager packaging – Digital Industries Siemens in Italia. Altro aspetto importante è poter attuare una progettazione collaborativa con i reparti meccanici. Per esempio, combinando il software PLC, simulato su piattaforme CAD, è possibile verificare eventuali interferenze meccaniche, accertarsi che le logiche con cui è scritto il programma siano ottimali. «Avere reparti che non si parlano è segno di inefficienza, spiega il manager di Siemens. I dati provenienti dalle macchine e dagli impianti devono essere condivisi secondo una logica convergente IT-OT.
Lo shop floor fornisce una marea di dati. È importante avere una struttura solida per acquisire, analizzare e storicizzare i dati e la nostra visione si perfeziona attraverso un approccio che definiamo Full Stack IoT, che include tecnologie di front end, edge e cloud. Prendiamo il dato dal campo e lo portiamo sull’Edge, per essere analizzato con algoritmi di machine learning. Successivamente vengono trasferiti e storicizzati sul Cloud i risultati delle analisi, permettendo così nel tempo di comprendere come è cambiata la macchina, se ci sono stati miglioramenti o meno. L’approccio Full Stack arriva fino a rispondere ad un’altra esigenza molto sentita tra i costruttori: lo sviluppo di app, che può essere risolto oggi in maniera molto rapida grazie a strumenti di sviluppo Low-Code della piattaforma Mendix».
Punto di forza di Goglio, fatturato di 380 milioni di euro e leader europeo per le macchine destinate al packaging, è poter offrire un sistema completo per il confezionamento: dai materiali di imballaggio e accessori in plastica, alla progettazione e produzione di machine automatiche e linee complete. Il tutto viene complementato da una serie di servizi basati sull’Industrial IoT. Tra questi, servizi di assistenza remota o di vendita prodotto basata sul pay per performance. «I servizi tendono a soddisfare le richieste del cliente e in questo nuovo scenario la macchina diventa una vera e propria piattaforma IoT», afferma Marco Bressanello, Servitization & Innovation Manager, Machine Division di Goglio. Più di 40 i progetti in corso. Un rinnovamento che viene accompagnato da upskilling e reskilling delle competenze del personale con percorsi di formazione per diffondere i nuovi concetti e migliorare la fornitura dei servizi. «Gli stimoli arrivano dal mercato, dai clienti, racconta Bressanello. In questo momento ci stiamo misurando con un progetto di grande complessità. Il cliente ci ha voluto mettere alla prova. È un bene perché significa poter alzare l’asticella delle performance». Il tutto è nato da un cliente che ha chiesto di predisporre un piano per l’acquisizione di dati ad alta frequenza, superiori anche ai 5 kHz, per identificare le possibili cause di guasto sulla linea di confezionamento. La raccolta dati, funzionale a un progetto di manutenzione predittiva, viene abilitata da centinaia di data point per un volume complessivo superiore a 1 terabyte di dati al mese.
«Realizzare una soluzione di questo genere vuol dire acquisire uno spettro di misure diverse da una molteplicità di sensori e componenti macchina, spiega Bressanello. Ecco, quindi, la necessità di un approccio pragmatico: minimo utilizzo di risorse e massimo risultato. Ai dati di macchina, che vengono resi disponibili dalla componentistica già installata a bordo macchina (pressione e temperatura), si è aggiunta la tecnologia che permette una raccolta dati supplementare per misure di vibrazione, coppie e velocità. Come dice il manager di Goglio, «di fatto, si è sviluppata un’architettura macchina potenziata che permette di raccogliere, sulla tecnologia edge di bordo macchina, i dati che devono essere analizzati per la manutenzione predittiva». Tecnologia Siemens per l’analisi vibrazionale, per il monitoraggio nelle condizioni di lavoro di motori asincroni e sensoristica specifica. Tutto questo è alla fine servito per trovare un compromesso tra volume dati e frequenza di raccolta. Nel caso di Goglio l’analisi viene demandata a un server di fabbrica. L’acquisizione di dati eterogenei si realizza grazie a connettori software che girano sul dispositivo edge. Il Profinet Connector, nel caso si debba interfacciare un omologo dispositivo, o altri connettori per i controllori Siemens oppure anche attraverso protocolli OPC UA. Infine, per la raccolta dei dati ad altra frequenza proveniente degli azionamenti Sinamics si utilizza l’app “Drive System Framework” ed attraverso il “CMS Data Collector”, app sviluppata da Siemens Italia, è possibile correlare dei drive con quelli dei sensori di vibrazione del CMS 1200, per implementare algoritmi di Condition Monitoring.
Körber Business Area Tissue è sinonimo di rotolo igienico e rotolo da cucina. Le macchine partono dalla bobina in carta di grandi dimensioni per arrivare al prodotto finito, imballato e pronto per essere portato sugli scaffali della grande distribuzione. 1.200 persone, 9 stabilimenti nel mondo di cui 3 in Italia. All’incirca un rotolo su 4 nel mondo è prodotto con macchinari Körber. Centrale nella produzione del gruppo, il Virtual Commissioning. «Utilizzato da tempo dall’ufficio tecnico, durante il covid si è rivelata la tecnologia chiave per abilitare la progettazione collaborativa in smart working di meccanici, programmatori software e progettisti elettrici. È il Teams o lo Zoom del gruppo di sviluppo», afferma Lorenzo Bruscoli, detail & standard engineering electrical coordinator packaging di Körber Business Area Tissue. La multiutenza è fondamentale, dà la possibilità al meccanico di passare dalla simulazione e poi, di nuovo, alla progettazione. «Con il Virtual Commissioning siamo riusciti a ridurre i tempi medi di progettazione di una macchina da 1 anno a 3 mesi. E si sta rivelando utile per il training dei clienti e del personale interno».
Nello specifico, il Virtual Commissioning di Körber Business Area Tissue serve a riprodurre il comportamento fisico di un macchinario o impianto in maniera virtuale attraverso una simulazione software applicata al digital twin. L’obiettivo finale consiste nel testare tutti gli elementi progettati e le relative automazioni, verificate tecnicamente dai controllori PLC, Motion Control ed anche HMI, consentendo di testare lo sviluppo software per rimuovere gli errori del sistema prima di mettere in atto la costruzione dei componenti e dell’intero processo manifatturiero. Per fare Virtual Commissioning, i tecnici dell’automazione partono da un assieme 3D che include tutti i solidi della macchina da analizzare e ne definiscono i vincoli cinematici, tenendo conto di attriti e condizioni fisiche per simulare al 100% la realtà in un ambiente virtuale. Si definiscono gli assi con le loro sequenze, i profili di moto e per ultimo si simulano i segnali I/O mappandoli con il controllore. Da questo momento in poi si possono mettere in pratica tutti i test ed eliminare gli errori di programmazione dell’automazione esattamente come accadrebbe in una situazione reale anticipandone i tempi senza aspettare che la macchina sia realmente prodotta e montata. «La possibilità di prendere l’impianto del cliente e poterlo replicare in casa con determinate configurazioni crea un vantaggio notevolissimo. Permette, infatti, di fare una continua diagnostica e, quindi, mantenere in salute la macchina nel suo ciclo di vita, spiega Bruscoli. Anni fa l’approccio classico alla progettazione prevedeva fasi distinte: prima la parte meccanica, poi la parte software. Continue interazioni disfunzionali che creavano ritardi ed inutile complessità. Con il Virtual Commissioning, il programmatore software partecipa già nella fase iniziale di concept. Ogni aggiornamento è simulato, permettendo al meccanico di valutare e validare le performance». In sintesi, come affermato dagli esperti del packaging di Siemens, «con il Virtual Commissioning si riducono i tempi di progettazione. Si dà vita a un modello virtuale di una macchina che in seguito può essere utilizzato come digital twin nel suo contesto di utilizzo reale. In questo modo si ha la quindi possibilità di fare un condition monitoring, ottimizzare il funzionamento della macchina e prevenire guasti che possono causare interruzioni».
La manifestazione dedicata al packaging si svolgerà in contemporanea con altre tre fiere della meccanica strumentale nell’ambito del progetto “The Innovation Alliance”: Intralogistica Italia, incentrata sulla movimentazione delle merci e gestione del magazzino, Print4All, dedicata alle tecnologie di stampa industriale, converting e labelling e la prima edizione di Greenplast, rivolta alle filiere delle materie plastiche e della gomma con focus su sostenibilità ambientale, efficientamento energetico ed economia circolare. Ampio risalto sarà riservato al settore chimico-farmaceutico, attraverso la sinergia con Pharmintech, che si svolgerà proprio durante Ipack-Ima.
A Ipack-Ima non saranno esposte solo le soluzioni di packaging più innovative: un’importanza crescente verrà riservata alle tecnologie di processing. I visitatori troveranno le soluzioni più all’avanguardia, dalle macchine per l’impasto, ai sistemi di pesatura, agli impianti per la macinazione, pulizia e stoccaggio delle farine, ai sistemi di cottura industriale di prodotti da forno e altri prodotti alimentari, ai dosatori, ai macchinari per la pressatura, macchine per il processo di alta qualità dei prodotti liquidi e pastosi quali creme, gel, balsami, dentifrici e altri prodotti dell’industria cosmetica. Spazio anche alle tecnologie legate ai sistemi di movimentazione sulle linee di processo e confezionamento, per l’ottimizzazione dei trasporti interni e dei processi produttivi. Completano l’offerta espositiva, le tecnologie di coding & tracking, il fine linea e le soluzioni di imballaggio protettivo applicabili a tutti i settori produttivi.
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