Digital Twin e stampa 3D: i due pilastri della partnership fra Siemens e Cms
11/gen/2022«Riunirsi è un inizio, restare insieme è un progresso e lavorare insieme è un successo» – diceva Henry Ford. Una frase che può essere utilizzata per spiegare le ragioni della partnership tra Cms SpA e Siemens Digital Industries Italia: cos’hanno in mente di fare, insieme? Quali obiettivi vogliono perseguire? Cms è l’acronimo di Costruzione Macchine Speciali. L’azienda ha sede a Zogno (Bg) e produce centri di lavoro e sistemi customizzati per la lavorazione di materiali avanzati (compositi, fibra di carbonio, alluminio, leghe leggere), plastiche, vetro, pietra e metallo. Cms fa parte della divisione “Altri Materiali” di Scm Group (insieme a Diversified Machines Systems in Nord America e HG Grimme in Gemania, con 200 milioni di fatturato e 1000 dipendenti). Il Gruppo emiliano-romagnolo Scm fattura 700 milioni con 4mila dipendenti ed è operativo nelle tecnologie per la lavorazione dei materiali e specializzato nella produzione di macchine per il legno.
Dal punto di vista dell’innovazione tecnologica Cms intende fare un salto tecnologico lungo tre direttrici. Anzitutto, le funzioni adattative. Hanno l’obiettivo di studiare algoritmi per capire se i parametri di funzionamento delle macchine presentino anomalie, in modo che si possa intervenire con prontezza, prima che si verifichi il fermo. E qui Siemens già dispone, come vedremo, di software specifici, legati all’ecosistema IIoT, che comprende tecnologie cloud-based come la piattaforma MindSphere e soluzioni Industrial Edge per l’elaborazione dei dati. In secondo luogo, il digital twin. Simulare i processi prima di realizzarli nella pratica consente di risparmiare tempo, soldi e ridurre le inefficienze del processo produttivo. Anche qui, la multinazionale tedesca dispone di soluzioni di industrial software che integrano il gemello digitale. In terzo luogo, l’additive manufacturing. In questo campo, l’azienda bergamasca ha realizzato Cms kreator, una macchina con tecnologia ibrida, stampa 3D e fresatura, che realizza manufatti di grandi dimensioni (Large Format Additive Manufacturing) tramite deposito di strati di materiale termoplastico rinforzato. Per ottimizzare il processo, occorre un software dedicato come NX di Siemens.
Tutto ciò riguarda il futuro prossimo. La partnership, però, dura da 46 anni e negli anni Cms ha diversificato il prodotto e i settori di riferimento; pertanto, aveva ed ha bisogno di una azienda di riferimento per l’automazione con competenze trasversali per i vari comparti. Dall’altro canto, la filosofia stessa di Siemens è quella di instaurare partnership tecnologiche durature, per interpretare al meglio le esigenze dei propri clienti. Un esempio di questa collaborazione è cms vm 30k, una macchina che lavora il metallo e i compositi, equipaggiata con controllo numerico (cn) Sinumerik 840D sl che pone le basi per il semplice passaggio a Sinumerik One, l’innovativo Cnc di Siemens con gemello digitale integrato. Ne abbiamo parlato con l’head of Digital Industries di Siemens SpA e presidente di Siemens Industry Software Srl Giuliano Busetto e con Giovanni Negri ceo di Cms.
Quasi mezzo secolo di partnership
1) Per Cms conta la trasversalità delle soluzioni tecnologiche di Siemens
Giovanni Negri ceo di Cms
Per capire le ragioni della partnership, bisogna fare un salto nel passato. Cms viene fondata da Pietro Aceti nel 1969, 52 anni fa. Il primo centro di lavoro viene realizzato nel 1974, e l’anno dopo, sottolinea Negri, «una macchina Cms era già equipaggiata con il primo controllo numerico Siemens». Tra la seconda metà degli Anni Ottanta e i primi Anni Novanta, l’azienda sperimenta una forte evoluzione tecnologica. Produce il primo centro di lavoro al mondo per la lavorazione della pietra, (con il marchio Brembana), entra nel settore del taglio delle materie plastiche e della lavorazione dei materiali avanzati: «Cms ha poi iniziato ad occuparsi di compositi e leghe di alluminio, avendo come settori di riferimento l’aerospace, l’automotive, il ferroviario, la formula 1, l’industria nautica, l’occhialeria, la produzione di turbine eoliche, l’edilizia, l’architettura, l’interior design, l’arredo urbano e altro». Vengono ampliati i due siti produttivi di Zogno, dove sono state prodotte più di 10mila macchine a marchio Cms che ora sono sparse nei reparti produttivi di aziende di tutto il mondo. Per Negri, «negli anni, la collaborazione con Siemens è continuata e si è rafforzata. Serviva un partner con competenze trasversali ai diversi comparti di riferimento e per questo Siemens Digital Industries è importante per noi. Va anche sottolineato che sono i clienti a chiederci di equipaggiare le nostre macchine con tecnologia Siemens».
La trasversalità applicativa dei prodotti Siemens è però solo uno degli ingredienti della collaborazione. L’altro è l’innovazione, verso la quale Cms è proiettata e che richiede l’incrocio con competenze vaste e sperimentate. Dal 2002 l’azienda è parte di Scm Group – multinazionale di Rimini di proprietà delle famiglie Aureli e Gemmani – e, pensando più in grande, sta sviluppando ormai da qualche anno un progetto che utilizza tecnologie di Additive Manufacturing in partnership con il prestigioso centro di ricerche tedesco Fraunhofer Institut. Nel 2019 è stato inaugurato a Zogno un nuovo technology center ed in seguito è stata realizzata la piattaforma IoT, Cms Connect, che «ha rappresentato uno step importante, rendendo digitali molti servizi», come ha dichiarato Negri. Dunque, qual è il futuro prossimo della relazione con Siemens? Secondo Negri è quello di fare un passo in avanti nella direzione della digitalizzazione, «in ambiti dove Siemens si candida naturalmente ad offrire il proprio contributo».
2) La partnership secondo Siemens
Giuliano Busetto, Head of Digital Industries di Siemens
Il colosso dell’automazione, che non ha bisogno di presentazioni, è pronto ad aiutare l’avanzamento tecnologico di Cms, grazie a soluzioni già sviluppate e disponibili sul mercato. «Siemens non è solo fornitore leader nell’automazione ma è il partner tecnologico ideale per guidare le imprese nella loro trasformazione digitale grazie alle sue competenze e all’unico portafoglio comprensivo di soluzioni che legano il mondo reale con quello virtuale» ha affermato Giuliano Busetto. «Rapporti di lunga data e di lunga durata sono il modo migliore per conoscersi. Perseveranza e commitment sono gli ingredienti della nostra partnership con Cms, quale azienda del gruppo Scm, operante in diversi settori di forte interesse per noi». Ma vediamo quali soluzioni la multinazionale ha sviluppato per i tre pillar dell’innovazione individuati dal ceo di Cms.
Funzioni adattative, digital twin e additive manufacturing: gli obiettivi della partnership
1) Le funzioni adattative
Secondo Negri, si tratta non solo di elaborare algoritmi in grado di comprendere se i parametri delle macchine presentino anomalie ma anche di sviluppare nuove funzionalità digitali che consentano di ottimizzare le lavorazioni, in modo che i servizi di assistenza possano opportunamente intervenire. Qui il riferimento a Siemens è immediato grazie al sistema operativo IIoT MindSphere, basato sul Cloud, in grado di memorizzare informazioni operative e renderle accessibili tramite app digitali dedicate. Grazie a questa tecnologia è possibile realizzare analisi avanzate relative agli indicatori di performance mentre Industrial Edge supporta l’elaborazione di un elevato numero di parametri tramite algoritmi basati su metodi statistici e sul concetto di machine learning che permette di predire trend di funzionamento ed anomalie, oltre che per ottimizzare la lavorazione stessa.
2) Il digital twin
Sinumerik One, il primo cnc nativo digitale che integra completamente il digital twin
In un’ottica di trasformazione digitale, il digital twin della macchina è per Cms un passo fondamentale, in quanto permette di realizzare una replica fedele e digitale della macchina stessa, di ciò che accade durante una determinata lavorazione e di quali siano i passaggi per ottimizzare il processo: tutto ciò senza eseguire fisicamente la lavorazione in officina ma semplicemente virtualizzando il processo. «Siemens – ha affermato Negri – è molto avanzata in questo campo». In effetti la multinazionale dispone di una Digital Enterprise Suite che offre soluzioni software e di automazione di eccellenza proprio come Sinumerik One, il primo cnc nativo digitale che integra completamente il digital twin. Inoltre, la combinazione di Sinumerik e di NX permette di simulare macchine o sistemi di macchine e di creare i relativi gemelli digitali garantendo una ottimizzazione dei tempi di sviluppo; fornisce inoltre l’accesso a nuove opportunità di business per la rete di vendita del costruttore oltre che un ottimo strumento per gli utilizzatori finali per la formazione dei propri operatori oltre e infine un efficace strumento per testare, in ambiente virtuale, il funzionamento, i programmi e tempi di lavorazione della macchina anche quando questa è impegnata per le lavorazioni.
3) L’additive manufacturing
In questo campo, l’azienda bergamasca non parte certo da zero: si è accennato all’inizio alla collaborazione con il Fraunhofer Institut (e da qualche tempo, anche con l’Università di Trento) che ha portato alla realizzazione di Cms kreator, che utilizza polimeri termoplastici rinforzati al 40% con carbonio. Funziona così: i materiali termoplastici vengono depositati in strati sovrapposti che concorrono a realizzare il prodotto finale. Le dimensioni attuali di Cms kreator sono imponenti: 4,7 per 2 metri e raggiungeranno, a breve, dimensioni pari a 6 per 2,6 metri, così da soddisfare ogni esigenza nei settori automotive, aerospace e nautica. «La lavorazione in “slice” (fette, strati) di grandi dimensioni necessita di un software avanzato di controllo in grado di ottimizzare le prestazioni delle nostre macchine» – ha affermato Negri. Anche per la manifattura additiva, Siemens fornisce una soluzione integrata end to end, gestendo l’intera catena Cad–Cam–Cnc. Grazie a un’unica piattaforma è possibile gestire in maniera estremamente flessibile la multi-tecnologia, ovvero sia macchine da asportazione, sia da deposito, fino ad arrivare ai robot.
Un esempio dei risultati della partnership nel presente
Nel campo delll’additive manufacturing Cms ha realizzato Cms kreator, una macchina con tecnologia ibrida, stampa 3D e fresatura, che realizza manufatti di grandi dimensioni (Large Format Additive Manufacturing) tramite deposito di strati di materiale termoplastico rinforzato. Per ottimizzare il processo, occorre un software dedicato come NX di Siemens
Vm 30k è una macchina che lavora i metalli e i materiali compositi. «Per trattare questi ultimi – ha affermato Negri – occorrono l’esperienza che Cms ha accumulato in oltre 50 anni e caratteristiche di robustezza e di rigidità nell’asportazione paragonabili a quelle necessarie per la lavorazione di alcuni metalli, come ad esempio l’acciaio. La precisione e l’accuratezza del percorso sono tra le migliori proprietà di Vm 30k». La macchina è lunga tre metri e larga due. Il percorso utile e pari a 1,3 metri «ma la gamma di cui fa parte arriva anche a dimensioni più grandi». La macchina è equipaggiata con Sinumerik 840D sl, un controllo numerico che garantisce velocità e flessibilità per diverse applicazioni (tornitura, fresatura, rettifica, foratura, punzonatura e tante altre) delle macchine utensili. Dispone di una architettura hardware ad alte prestazioni e algoritmi intelligenti, nonché di funzioni di sicurezza integrate per l’operatore e per la strumentazione.
Sinumerik One
«Ci sono le basi per un semplice passaggio alla piattaforma cnc Sinumerik One» ha affermato Negri. Si tratta di un cnc nativo digitale che massimizza le prestazioni delle macchine utensili, perché ha un Plc integrato di ultima generazione che ha tempi ciclo 10 volte più rapidi di un comune Plc. Sinumerik One realizza il gemello digitale con il quale è possibile simulare il processo di lavorazione e l’intera automazione di macchina, con notevoli vantaggi: consente di affrontare le problematiche di funzionamento in fase di progettazione, testare il software congiuntamente al modello meccanico, ottenendo una notevole riduzione del time to market. In termini di produttività, il Sinumerik One offre funzionalità come la Top Speed Plus, ove tramite l’utilizzo di filtri sulle dinamiche in gioco è possibile ottimizzare i tempi di lavorazione senza incidere sulla qualità della stessa, la Intelligent Load Control che aumenta la precisione di lavorazione con l’adattamento automatico dei parametri di regolazione. Importanti novità anche in ambito prevenzione delle collisioni, con l’ampliamento di nuove features come Protect MyMachine 3D Twin, grazie al quale è possibile importare i modelli 3D dei propri utensili e componenti di serraggio e simulare l’asportazione di materiale basata sulle posizioni future ed effettive degli assi, assicurando una protezione completa della macchina tenendo conto delle aree rimosse in qualsiasi modalità operativa; le geometrie e gli offset degli utensili saranno sempre aggiornati in tempo reale, con il supporto della tecnologia edge computing.
[Ripubblicazione dell’articolo pubblicato il 3 novembre 2021]