Segnalazione visiva per la gestione informata delle linee di produzione

Figura 1: Il termine gestione visiva implica comunicazioni destinate a innescare l'azione da parte del personale - il che differisce da altre comunicazioni visive in officina destinate semplicemente a trasmettere informazioni. Luci spia come queste comunicano la presenza di una condizione pericolosa. (Immagine per gentile concessione di Getty Images)

Figura 2: Proprio come i semafori per gestire il comportamento degli automobilisti agli incroci stradali, le apparecchiature di gestione visiva nelle applicazioni industriali puntano a stimolare la risposta del personale ai requisiti di processo stabiliti. (Immagine per gentile concessione di Banner Engineering)

Le linee di produzione per la lavorazione, lo smistamento, il trasporto, l'assemblaggio e l'imballaggio delle merci incorporano tipicamente una serie di apparecchi che eseguono simultaneamente compiti correlati, anche se separati. Tali operazioni richiedono l'inclusione di componenti per una produzione sicura e ininterrotta. Qui, i componenti di segnalazione visiva sono fondamentali. Questi comunicano rapidamente ed efficacemente i dati della macchina e altre informazioni utili al personale dell'impianto attraverso luci o altri mezzi visivi (spesso con codifica a colori) - con poca o nessuna dipendenza dalle istruzioni scritte o dal testo.

Detta anche nel contesto dell'automazione industriale come controllo visivo, la gestione visiva supporta la produzione snella e l'efficienza degli approcci IIoT che puntano alla razionalizzazione delle fabbriche. Tale gestione visiva può assumere la forma di semplici marcaggi sui pavimenti della fabbrica, adesivi e targhe su cartelloni di comunicazione e lotti di pezzi, torrette luminose (chiamate luci andon) e altri apparecchi elettronici luminosi sulle stazioni di controllo o sulle macchine, strisce luminose sui bidoni dei pezzi nelle stazioni di assemblaggio e persino schermi piatti montati a soffitto per comunicare condizioni e istruzioni in tempo reale al personale dell'impianto.

Lo scopo principale della gestione visiva nelle linee di produzione è quello di garantire che tutti i processi di produzione e di assemblaggio avvengano nel modo più sicuro ed efficiente possibile attraverso la comunicazione tempestiva e proattiva delle azioni necessarie da parte dell'operatore o del tecnico.

Componenti di gestione visiva

I componenti di gestione visiva negli impianti automatizzati assolvono tre funzioni distinte: trasmettono informazioni azionabili sulla condizione delle macchine e dei processi nella linea di produzione, danno istruzioni codificate agli operatori delle macchine e ad altro personale dell'impianto e monitorano le prestazioni della linea di produzione per prendere decisioni informate a livello aziendale. Ognuna di queste funzioni è associata a svariati strumenti di gestione visiva dedicati.

Allarmi visivi per il personale dell'impianto

Figura 3: Gli allarmi visivi si basano su sensori che rilevano quando si verificano eventi della macchina e sono spesso accompagnati da sirene sonore. Qui è mostrato un allarme piezoelettrico a LED per il montaggio a pannello e il collegamento in rete CAN tramite il protocollo SAE J1939-15. I suoni dell'allarme sono configurabili per comunicare varie condizioni. (Immagine per gentile concessione di Floyd Bell Inc.)

Gli allarmi visivi sono spie LED, lampade di segnalazione e dispositivi luminosi che richiamano otticamente l'attenzione degli operatori delle macchine e dei responsabili dell'impianto - di solito come un avviso dedicato a un problema molto specifico. Le cause comuni degli allarmi includono inceppamenti, sovraccarico, surriscaldamento, perdite, cadute di pressione, guasti elettrici, impedimento delle funzioni di sicurezza e incendio della macchina. Per situazioni particolarmente gravi, questi allarmi visivi sono accompagnati da sirene sonore.

Ad esempio, gli allarmi antincendio integrano sensori di calore e di fumo-particolato e un'elettronica robusta programmata per generare un segnale sonoro e far lampeggiare le uscite del segnale. In alcuni casi, gli allarmi si collegano anche a un sistema di controllo di alto livello che può comandare che un dato allarme emetta gli avvisi più evidenti se si verifica una serie di eventi minacciosi.

La maggior parte degli allarmi industriali comunica solo in presenza di un errore - senza alcun dettaglio sulla causa dell'errore o sulla sua esatta posizione. Tuttavia, gli allarmi visivi di livello industriale sono di solito progettati in modo da rendere intuitivo anche all'osservatore inesperto l'esistenza di un problema - e i migliori possono impartire una comprensione immediata della natura del problema. Ad esempio, un allarme installato su una linea di produzione potrebbe lampeggiare o emettere un segnale equivalente quando i sensori associati rilevano un numero preprogrammato di scarti. Questo a sua volta avvisa gli operatori di un problema in un punto non specificato del trasportatore o della linea. Su altri macchinari, gli allarmi visivi sono programmati per lampeggiare e spegnersi secondo schemi temporizzati - un po' come gli indicatori dei canali nautici per il traffico marittimo - con significati codificati per ogni schema lampeggiante.

Indicatori di stato della macchina

Gli indicatori di stato delle macchine negli ambienti industriali includono i contatori e misuratori che molti ingegneri considerano facenti parte della categoria degli indicatori. Però, gli indicatori di stato includono anche altri componenti dell'automazione - comprese le luci del pannello di controllo, le torrette luminose e le caratteristiche dell'HMI che segnalano il verificarsi di un evento della macchina o la risposta richiesta dal personale.

In contrasto con gli allarmi che comunicano esclusivamente il verificarsi di eventi pericolosi, non di routine o altri eventi di arresto del processo, gli indicatori di stato della macchina sono associati a eventi o metriche azionabili che sono normali per una data operazione. Ad esempio, possono visualizzare in tempo reale la quantità di elettricità consumata o il calore generato da un processo che funziona a una certa velocità regolabile o una coppia sull'asse dell'attrezzatura monitorata.

Luci e torrette luminose andon

Figura 4: A differenza degli allarmi e degli indicatori, le luci andon sono dispositivi dedicati a una singola condizione della macchina. Le torrette luminose andon sono disponibili in una varietà di configurazioni, di colori e diametri. Le staffe standard del settore e il precablaggio velocizzano l'integrazione. (Immagine per gentile concessione di Menics)

Le luci andon sono un componente comune di gestione visiva negli impianti di produzione moderni. Sono luci a torretta di diversi colori impilate verticalmente. Il termine andon deriva da una parola giapponese per un tipo di lanterna fissa - e il suo uso nella produzione deriva dall'uso di andon da parte di Toyota per riferirsi ai sistemi di segnalazione dei problemi basati sulla luce delle sue prime fabbriche moderne.

Le luci andon si distinguono dagli altri componenti di gestione visiva in quanto ciascuna è associata a un determinato interblocco, pulsante di arresto o dispositivo di tracciamento delle operazioni della macchina. La caratteristica più distintiva dei sistemi andon è che forniscono un mezzo al personale per fermare la linea di produzione quando si verifica un problema. La funzione primaria delle luci andon è quella di comunicare al personale vicino la presenza di un problema sulla linea.

Su una torretta luminosa andon, ogni colore trasmette un messaggio standardizzato dal settore.

• Il verde indica che una linea di produzione sta funzionando e che non è stato rilevato alcun problema.
• Il giallo indica che la logica della macchina ha rilevato un problema... anche se la produzione potrebbe essere ancora in corso. Una luce andon gialla si accende tipicamente quando è presente un'anomalia nella linea di produzione, come una temperatura eccessiva, carenze, un malfunzionamento o un numero anomalo di scarti. I problemi che fanno scattare la luce gialla non sono critici, ma possono portare a problemi più gravi se non vengono affrontati.
• Il rosso indica che la produzione è ferma - spesso perché un operatore della macchina ha fatto scattare un interblocco o ha premuto un pulsante di arresto elettronico. Quando un sistema andon rileva o riceve un avviso di un problema critico che richiede attenzione immediata, la luce rossa della torretta andon si accende e il sistema andon arresta la produzione. Se la produzione si ferma ma non per l'intervento del sistema andon (o si ferma per qualsiasi motivo non rilevato dal sistema andon) la luce rossa andon lampeggia. La produzione rimane bloccata fino a quando il problema non sarà risolto.

Mentre le luci andon più comuni includono luci rosse, gialle e verdi impilate, alcune includono solo il rosso e il verde. Altre ancora includono una luce bianca e una blu. Il significato standard di una luce blu accesa su una torretta andon è la richiesta di assistenza - sia per la consegna di rifornimento dei materiali, sia per il personale di manutenzione o per la gestione. Un LED bianco acceso su una torre luminosa andon invece comunica tipicamente una condizione specifica della macchina relativa a una misura di produttività monitorata.

Marcaggi e segnaletica impiantistica più semplici

Figura 5: La segnaletica di sicurezza impiega l'iconografia standardizzata dalla National Electrical Manufacturers Association (NEMA), l'American National Standards Institute nello standard ANSI Z535, e l'International Organization for Standardization nello standard ISO 7010. (Immagine per gentile concessione di Getty Images)

Figura 6: La gestione visiva basata su segni modesti può garantire la sicurezza del personale dell'impianto. (Immagine per gentile concessione di Clarion Safety Systems)

La gestione visiva in ambienti industriali non ha bisogno di essere elettronica. Marcaggi modesti (a bassa tecnologia), cartelli ed etichette all'interno e intorno alle celle di lavoro e ai macchinari sono elementi essenziali di un impianto di produzione snella ben progettato. Tale segnaletica serve a istruire e guidare il personale dell'impianto. Ad esempio, la segnaletica a pavimento può guidare il traffico pedonale lungo percorsi sicuri attraverso gli impianti di produzione. Altrove, le etichette con icone possono indicare chiaramente le posizioni corrette degli utensili, delle parti impilate per l'assemblaggio, degli assi delle attrezzature, dei cancelli di sicurezza e di altri oggetti.

Il tipo più importante di gestione visiva basata sulla segnaletica è quello relativo alla sicurezza del personale. Tale segnaletica è richiesta per legge ovunque vi siano superfici calde, pericoli elettrici, pavimenti bagnati o il rischio di esposizione alle radiazioni. I segnali di sicurezza avvisano anche i lavoratori sui dispositivi di protezione individuale (DPI) richiesti per una particolare area di lavoro, nonché la prossimità ad aree vietate al personale non autorizzato. Altri esempi di segnaletica per la gestione visiva delle linee di produzione sono le etichette e i cartellini laminati o in plastica rigida che descrivono i passi da rispettare in risposta a una determinata condizione della macchina o dell'impianto o come far funzionare un semplice dispositivo o un'attrezzatura.

Pannelli grafici e HMI per i KPI

Figura 7: Le schede operative e i KPI nelle fabbriche prendono sempre più spesso la forma di schermi digitali connessi all'IIoT per comunicare le prestazioni individuali delle celle di lavoro e dell'intero impianto. (Immagine per gentile concessione di Getty Images)

Anche se esula dallo scopo di questo articolo, vale la pena notare che negli ultimi anni si è fatto sempre più affidamento sugli HMI per trasmettere allarmi e avvisi a livello di macchina. Questi avvisi dell'HMI sono segnali a schermo evidenti, spesso riportati sotto forma di icone per assomigliare alle varie luci fisiche già note al personale dell'impianto.

Per la comunicazione dei dati relativi all'impianto e alle metriche a livello aziendale (insieme alle informazioni sulle prestazioni di una o più linee di produzione e sulla situazione attuale), si usano tipicamente pannelli grafici. Questi tabelloni includono varianti non elettroniche ed elettroniche.

I tabelloni grafici non elettronici sono bacheche che visualizzano informazioni scritte a mano e stampe computerizzate delle statistiche di produzione relative ai tassi di rendimento delle celle di lavoro, di pezzi finiti e spediti, incidenti di sicurezza e altro.

I semplici tabelloni grafici elettronici prendono la forma di tabelloni a LED in grado di visualizzare i numeri su schermi a matrice di punti. Al contrario, i tabelloni grafici elettronici più sofisticati includono schermi piatti digitali che si collegano in rete alle macchine e visualizzano le attrezzature, la planimetria della fabbrica e persino i dati a livello aziendale in tempo reale. In molti casi, il rendimento target e altre quantità operative sono tracciate rispetto al rendimento effettivo e alle quantità correlate. Tali valori sono chiamati indicatori chiave di performance o KPI e sono indicatori di tassi operativi e misure di miglioramento per informare il processo decisionale a livello aziendale. Oltre ai KPI, i tabelloni di gestione visiva contengono spesso statistiche prestazionali relative all'evasione degli ordini delle stazioni di lavoro, al numero di pezzi prodotti, ai guasti delle macchine, alle ore di funzionamento ininterrotto e al numero di giorni senza incidenti.

Conclusione

La gestione visiva nel contesto dell'automazione industriale include sistemi e componenti di segnalazione che comunicano istruzioni non testuali al personale dell'impianto. Difatti, i componenti dedicati alle funzioni di gestione visiva trasmettono informazioni sulle condizioni del processo e della macchina o comunicano dettagli azionabili sulle prestazioni e la produttività di una linea di produzione. La natura intrinsecamente evidente di segni e segnali colorati, luminosi e lampeggianti è fondamentale per il successo della gestione visiva e per i benefici di produttività di una fabbrica visiva IIoT.