Sistema di smistamento intelligente per ridurre scarti

Un’ importante azienda operante nel settore Food, leader nel proprio settore di riferimento, in uno stabilimento di produzione di pasta secca, necessitava di implementare un nuovo impianto di smistamento dei colli per indirizzarli in maniera intelligente, verso le varie aree del Magazzino prodotti finiti: tale sistema doveva garantire il corretto indirizzamento dei colli tramite “ricette di smistamento”. L’affidabilità richiesta dal sistema comporta che un collo indirizzabile a determinate zone di destinazione del Magazzino, non giunga erroneamente in altre.

L’obiettivo del progetto si focalizzava sulla realizzazione di un sistema automatizzato di trasporto con “indirizzamento intelligente” per regolare il flusso dei colli a valle di tutte le macchine di controllo presenti nel reparto, in modo che, per ogni collo in transito, si potessero reperire le informazioni relative ai risultati dei test eseguiti e deciderne l’indirizzamento verso il Magazzino.

Ovvero, implementare tutte le funzioni per  permettere ad un collo già assegnato ad una determinata area di destinazione, di essere reindirizzato ad un’altra a causa di problemi non prevedibili in fase di assegnazione (es. area in emergenza oppure area satura di colli).

I risultati da raggiungere:

• indirizzare i colli verso le varie aree del Magazzino, evitando che questi siano rallentati o fermati per l’interpretazione dei criteri di smistamento;
• migliorare le performance di produzione e ottimizzare la gestione del Magazzino evitando gli errori di smistamento dei colli in posizioni errate;
• migliorare il livello qualitativo e ridurre gli scarti: riducendo il numero di scarti segnalati dai clienti finali;
• paperless manufacturing: ridurre drasticamente la documentazione cartacea creando report e mettendo a disposizione dati di produzione in Real Time;
• integrazione con i sistemi informatici di fabbrica, tracciabilità e controllo in real time della produzione: ogni collo deve essere sempre tracciabile, la “storia” del collo è sempre disponibile; i colli definiti “Scarti” in transito verso il Magazzino, sono automaticamente monitorati durante il transito verso l’appropriata destinazione, per garantire l’affidabilità e la qualità del servizio implementato.
• realizzare un Database centralizzato al quale tutte le macchine del reparto inviano gli esiti dei test effettuati e che può essere interrogato e aggiornato con frequenze molto alte.

Nella realizzazione del progetto, il cliente ha chiesto di rispettare alcuni requisiti essenziali:

• garantire la coerenza dei dati inseriti nel Database
• garantire l’efficienza delle connessioni dati tra i vari dispositivi
• garantire che il sistema assicuri che ogni collo in transito verso il Magazzino abbia effettuato e superato tutti i test previsti per la sua tipologia
• garantire che eventuali colli non conformi siano deviati verso un’area dedicata del reparto
• garantire che ai colli conformi sia applicata una etichetta adesiva per indicare alcuni dati commerciali legati alla tipologia del collo
• modificare in real time l’indirizzamento per il collo conforme in transito verso il Magazzino qualora non dovessero più essere soddisfatte le condizioni di accesso al gate di destinazione assegnato

Nel reparto Prodotti Finiti, vengono eseguiti controlli qualitativi, geometrici, di peso e di uniformità su tutti i colli destinati al Magazzino, per essere approntati alla spedizione. I controlli realizzati, servono a garantire che i colli siano conformi ai parametri e alle tolleranze definite per ognuna delle varie tipologie prodotte.

Inoltre, garantiscono che all’interno del collo ci siano confezioni di pasta sottoposte a tutti i test necessari: i controlli geometrici servono per verificare la conformità delle misure del collo alla sua tipologia; i controlli di peso vengono eseguiti per controllare l’effettivo peso della merce e quindi la quantità di pasta presente nel collo; i controlli di uniformità servono a verificare l’integrità del collo per evitare che si possa aprire durante il transito o che si sia danneggiato.

Il reparto Prodotti Finiti è composto da nastri di trasporto e da macchine automatizzate per l’esecuzione dei vari controlli.

Le macchine effettuano i test, archiviano tutti i risultati dei controlli in Database locali e scartano automaticamente eventuali colli risultati non conformi.

Ognuna di queste è gestita da un PLC indipendente: ogni PLC controlla e gestisce anche i conveyor in ingresso e in uscita dalla macchina e si interfaccia con altri PLC, tramite rete, per lo scambio di informazioni inerenti lo stato di funzionamento dell’impianto e per permettere il flusso dei colli verso il Magazzino.

Il cuore del sistema di gestione e controllo dell’impianto è costituito da un Plc Master ed uno Scada, che assolvono le seguenti funzioni:

• Gestione del sistema di trasporto
• Gestione del sistema di smistamento
• Gestione della tracciabilità
• Gestione dell’interfaccia con il Database centrale
• Gestione dell’interfacciamento con le Macchine
• Gestione delle sicurezze

Ogni collo è identificato univocamente nel reparto a mezzo di un barcode nel quale sono contenuti i dati relativi al tipo di collo e le tipologie di test da eseguire.

Mediante opportuni lettori presenti sull’impianto, il PLC ricava il codice barcode del collo in transito, interroga il Database per sapere se il collo in transito ha superato tutti i test necessari per la sua tipologia e, analizzando le “ricette di smistamento”, determina a quale gate può essere deviato.

Se la scelta è più di una, si devono seguire:

1. logiche di priorità tra i gate: se un collo può essere deviato su più gate, deve essere indirizzato a quello con maggiore priorità
2. verifiche delle condizioni di disponibilità dei gate a ricevere nuovi colli: se un collo può essere deviato da più gate, deve essere indirizzato a quello meno pieno
3. verifiche delle eventuali avarie dei gate: se un collo può essere deviato a più gate, deve essere indirizzato a quello non in avaria

Se il collo in transito viene definito di tipo “Scarto”, deve essere necessariamente deviato sul gate dedicato e si deve verificare con estrema certezza l’indirizzamento avvenuto.

Per monitorare lo stato degli impianti in real time è stato implementato uno SCADA nell’ufficio del Supervisore del reparto. Sullo SCADA sono visualizzati lo stato di ogni macchina,  gli allarmi e i dati di produzione di ogni impianto ed è possibile impostare i dati delle “ricette” di smistamento per l’assegnazione delle varie tipologie dei colli alle varie aree del Magazzino.

Il controllo del flusso dei colli avviene attraverso un sistema di tracciabilità basato sulla posizione occupata dal collo sui conveyor e dalla destinazione assegnata.

In situazioni di malfunzionamenti meccanici o di avarie, tutti i colli in transito sono deviati verso la zona degli “Scarti”  in quanto è preferibile avere un collo “Buono” da ricontrollare, piuttosto che un collo “Scarto” inviato al Magazzino e quindi al cliente finale.

Per la gestione del reparto esistono diversi Database: per gli esiti dei test delle macchine, per le “ricette” di produzione, per i dati di produzione e così via. Accedere a questi dati, valutati molto sensibili da parte del committente, ha comportato la necessità di individuare un team dedicato di lavoro interno alla fabbrica per la loro gestione.

La strutturazione del nuovo archivio dati ha richiesto una stretta collaborazione per definire apposite “strutture” di integrazione che estendono le informazioni dei DB abitualmente utilizzati.

L’ottimizzazione di questo processo ha il fine di acquisire le informazioni da un unico DB, velocizzando i tempi di lettura e semplificando di fatto, il lavoro del PLC.

Il PLC è stato dotato schede periferiche dedicate che permettono l’accesso diretto ai DB.

La comunicazione diretta tra PLC e DB è realizzata per:

• evitare errori di sincronizzazione
• ottimizzare e velocizzare lo scambio dei pacchetti dati

L’idea di base è di continuare a mantenere popolati i DB locali delle macchine, con tutte le informazioni e le misure dei test effettuati e di inviare al DB dei risultati, solo il barcode del collo esaminato e l’esito del test eseguito.

Il PLC Main per ogni barcode effettua una richiesta al DB, al quale sono assegnate l’esecuzione delle seguenti operazioni:

• ricerca nel suo archivio del barcode ricevuto
• verifica che tutti i flag dei test siano positivi (test OK)
• invio della risposta al PLC di Linea: test tutti positivi; test non tutti positivi; errori nella ricerca del DB.

L’integrazione con i sistemi informatici di fabbrica permette la tracciabilità ed il controllo in real time della produzione: con l’integrazione dei vari DB, ogni collo è sempre tracciabile (“storia” del collo sempre disponibile) dall’inizio del processo di indirizzamento, in cui tutti i dati ad esso associati, sono richiamati per la determinazione del suo smistamento, fino all’arrivo in Magazzino.

La rete di comunicazione dati Ethernet agevola la comunicazione tra il PLC Main, i Plc delle macchine di controllo, lo SCADA dell’ufficio del Supervisore ed il reparto IT.

Uno dei requisiti del nuovo sistema è garantire l’efficienza delle connessioni dati tra i vari dispositivi per consentire di ottenere risposte dal Database in tempi celeri. Per soddisfare questo requisito sono state ottimizzate le attuali e le nuove comunicazioni e sostituiti tutti gli switch installati, con switch industriali di tipo Managed.

Questi nuovi tipi di switch offrono un migliore controllo del traffico LAN (Local Area Network) e funzionalità avanzate per configurare, gestire e monitorare la LAN.

Con la soluzione realizzata si sono ottenuti benefici in termini di miglioramento delle performance di produzione e ottimizzazione nella gestione del Magazzino: smistando i colli per tipologia, per gli operatori del Magazzino è più semplice l’attività di immagazzinamento e si possono evitare gli errori di smistamento dei colli in posizioni errate. Vi è inoltre una riduzione nell’utilizzo della documentazione cartacea, un miglioramento del livello qualitativo, ed una drastica riduzione degli scarti.