ECM Technologies riduce i tempi di installazione e messa in servizio fino al 50% grazie a un digital twin

Se si abbina un digital twin con un software di simulazione e visualizzazione di processo leader del mercato, e si utilizza questa soluzione per realizzare un impianto di trattamento termico su larga scala, il risultato non si limita a prodotti più resistenti, ma offre anche una progettazione, un’installazione e una messa in servizio molto più semplici.

Grazie all'utilizzo del software Emulate3D™, ECM Technologies, leader mondiale nella progettazione e produzione di innovativi forni industriali modulari per la cementazione a bassa pressione, ha sviluppato una soluzione che elimina molte delle difficoltà di installazione e messa in servizio relative allo sviluppo, al collaudo e alla messa in opera di impianti di trattamento termico su larga scala.

Il trattamento termico su larga scala non è una cosa da poco, soprattutto quando si parla dei volumi dell'industria automobilistica. Un moderno impianto di trattamento termico può occupare un intero stabilimento, motivo per cui, data la sua complessità, questo lavoro viene tradizionalmente subappaltato ad aziende con competenze specifiche.

Tuttavia, nell'ottica dei principi operativi “snelli”, del controllo dei costi e della produzione e fornitura just-in-time, alcuni stabilimenti automobilistici stanno cercando di portare le capacità di trattamento termico all'interno dell'azienda. Grazie al connubio tra controllo di processo digitalizzato e gemelli digitali, ECM Technologies ha reso tutto ciò perfettamente fattibile, eliminando molti dei rischi prima ancora dell'installazione.

Il trattamento termico è un processo complesso, a più fasi, con una serie di variabili che devono essere controllate con precisione al fine di mantenere la qualità e l'uniformità del prodotto. Il processo di cementazione a bassa pressione di ECM prevede l'infusione di carbonio nell'acciaio per renderlo più resistente all'usura e alle sollecitazioni. Il processo in vuoto sviluppato dall'azienda consente agli operatori di controllare con precisione la quantità di carbonio introdotta nel metallo mediante il controllo di diverse variabili, tra cui la lunghezza di ciascuna fase e l'importantissima pressione del vuoto.

Secondo Christian Dugit-Pinat, esperto di automazione di ECM Technologies: “Le fasi di lavorazione sono molteplici. Prima del trattamento termico, i pezzi vengono lavati e induriti sotto vuoto grazie alla cementazione, un processo che può durare fino a sei ore. I pezzi vengono poi raffreddati rapidamente mediante tempra in gas o in olio prima del trattamento finale. Complessivamente, il trattamento può durare dalle 10 alle 13 ore solo per creare un componente come un cambio.

“I nostri impianti di trattamento termico elettrici hanno un struttura multicamera”, aggiunge, “in modo che più pezzi, con le rispettive e spesso esclusive 'ricette' di trattamento termico, possano avanzare in parallelo lungo la linea, con un passaggio di 50-80 carichi alla volta. Ognuno di questi carichi deve essere controllato e gestito singolarmente per garantire i massimi livelli di qualità”.

I moderni sistemi di automazione sono più che in grado di gestire questi impianti all'interno di parametri ottimizzati, ma la progettazione, l'installazione e la messa in servizio sono un'altra cosa, con molti problemi e modifiche da effettuare che diventano evidenti solo durante le fasi di avviamento.

“Ci è stato commissionato di installare uno dei nostri sistemi di cementazione sottovuoto ICBP Jumbo presso un grande stabilimento automobilistico in Messico”, spiega Philippe Reymond, project manager di ECM Technologies. “Le difficoltà erano tante: non solo dovevamo avviare la produzione il prima possibile, ma il cliente ci aveva anche chiesto di utilizzare il suo software, il che avrebbe richiesto una riscrittura completa del nostro codice. Se a questo si aggiungono le tempistiche e le complessità di un ordine di questa portata, sapevamo di avere il nostro bel da fare. Abbiamo quindi iniziato a studiare dei modi per rendere il progetto più snello e più veloce da implementare.”

ECM aveva già preso in considerazione la tecnologia dei digital twin come possibile soluzione a queste esigenze e questo progetto ha dato lo spunto all'azienda per iniziare a utilizzare il software Emulate3D di Rockwell Automation.

“Quando abbiamo saputo dell'installazione in Messico, abbiamo deciso di effettuare alcune simulazioni con Emulate3D con l'aiuto degli ingegneri di Rockwell Automation”, spiega Reymond. “Il progetto era enorme e riscrivere e testare il codice PLC su un impianto già costruito, era del tutto irrealistico dal punto di vista dei tempi; per questo motivo, un modello virtualizzato era la soluzione più ovvia.

“La virtualizzazione ci ha dato moltissimi vantaggi”, continua, “uno dei quali era la connettività con altri software. Non dovevamo solo simulare gli aspetti meccanici del progetto, ma anche considerare la termodinamica, la fisica del processo e i vari flussi, e per questo abbiamo utilizzato MATLAB, che poteva inviare i risultati direttamente al gemello digitale”.