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La panoramica completa degli strumenti che portano l’Industria 4.0 nella produzione elettronica

La produzione elettronica è tra gli ambiti industriali a maggior tasso di competizione e dunque necessita in modo particolare di metodi e strumenti per aumentare al massimo la produttività, riducendo al minimo gli errori. Oggi il cambiamento principale che avviene nelle fabbriche è quello denominato “Industria 4.0”, o quarta rivoluzione industriale. Essa consiste in una gestione avanzata dei dati prodotti dalle diverse macchine, grazie alle tecnologie internet, per far sì che le linee di produzione possano gestire da sole i vari aspetti che rendono più o meno efficiente la produzione, come il controllo degli errori, la gestione delle scorte di materiale, l’approvvigionamento, il controllo dei processi, la prevenzione dei guasti, e così via.

Si tratta in parte di cambiamenti che eliminano l’intervento umano – come del resto è sempre avvenuto nelle fabbriche – e in parte di cambiamenti che danno agli operatori strumenti di controllo più sofisticati.

Siemens è uno degli attori più impegnati a diffondere i metodi e gli strumenti dell’Industria 4.0. Con la recente acquisizione di Mentor, integrata in Siemens PLM, il settore della produzione elettronica entra a far parte di una piattaforma a livello planetario nella quale la gestione dei dati di produzione diventa il principale fattore di innovazione e di competitività.

Mentor ha portato in dote all’interno di Siemens PLM, oltre ad alcuni tra i più diffusi strumenti per la progettazione elettronica, la suite Valor MSS, che comprende tutti i tool necessari ad implementare l’Industria 4.0 nella fabbrica elettronica. In questo articolo vedremo una panoramica completa di tali tool.

Quali sono i tool per l’Industria 4.0

Lo schema che segue sintetizza tutta la filiera che porta il prodotto elettronico sul mercato, a cominciare dalla progettazione, con i rispettivi strumenti. Si comincia in alto a sinistra con i tool per il PCB Design, si passa alla preparazione alla produzione, per finire con l’ingegnerizzazione della produzione stessa. Il formato dati che fa da riferimento a tutto questa parte è ODB++, presupposto indispensabile per la realizzazione di tutto quello che avviene dopo e dunque inevitabile sostituto dell’ancora molto diffuso formato Gerber.

Sulla parte destra, in blu, siamo all’interno della fabbrica, dove tutti i dati vengono gestiti grazie allo standard OML (Open Manufacturing Language), che permette anche a macchine di diverse marche di collaborare per una gestione unificata delle informazioni. La Valor IoT Box è l’unica parte hardware e serve proprio a gestire il flusso di dati OML. Seguono poi le varie soluzioni per la gestione dello shopfloor e infine i Biga Data Analytics, per gestire la cosiddetta Business Intelligence.

La suite Valor MSS per la produzione elettronica

Gli strumenti della suite Valor MSS per la produzione elettronica (cliccare per ingrandire)

Gli strumenti per il design e la preparazione della produzione del PCB

"ValorInizialmente ci sono gli strumenti per la progettazione del PCB. Il tool che meglio di tutti si integra con la produzione è Xpedition, che fornisce l’integrazione tra la definizione del progetto a livello di sistema e l’esecuzione della produzione. Caratteristiche di Xpedition sono quelle di ridurre drasticamente, fino al 50%, i cicli di progettazione, di essere fortemente integrato col CAD meccanico e di utilizzare tecnologie brevettate uniche.
"ValorIl secondo passaggio è molto importante: la verifica del prodotto ai fini della producibilità (DFM). In questo caso lo strumento è Valor NPI, che consente di effettuare tutte le verifiche sulla base delle capabilities della produzione e dei vincoli. Valor NPI sposta il più possibile indietro nel tempo l’individuazione di potenziali errori in produzione, anche a beneficio dei progettisti meno esperti. Un elemento chiave in questa fase è l’uso del formato ODB++, che consente di andare in produzione con un unico file e senza ambiguità, consentendo di dare subito inizio alla preparazione della produzione
"ValorEssendo l’introduzione di nuovi prodotti (NPI) una fase particolarmente delicata, la proposta è quella di adottare Frontline per la fabbricazione del PCB, in particolare per la verifica del progetto e la pre-produzione. Frontline è frutto di una joint venture tra Mentor e l’israeliana Orbotech.
"ValorLe informazioni contenute nell’ODB++ vengono utilizzate sia per la fabbricazione del PCB che per l’assemblaggio. Poi è Process Preparation ad occuparsi, in un’unica interfaccia, di preparare i dati per tutti i processi all’interno della fabbrica: le diverse macchine SMT, test, ispezione, così come le istruzioni per l’assemblaggio manuale. Process Preparation è un tool molto potente, che riduce enormemente i tempi, inviando le istruzioni elle macchine nel loro linguaggio nativo, senza bisogno di interventi manuali. Per ciascun processo esegue una simulazione, che consente di individuare i problemi prima che avvengano.  Inoltre è possibile passare a una diversa configurazione del prodotto in pochi minuti.
"ValorProduction Plan è lo strumento per gestire la pianificazione della produzione, un’operazione particolarmente complessa, che dipende dalla sequenza dei prodotti e dalla necessità di ottimizzare le diverse linee SMT. Di solito, maggiori sono le variazioni di prodotto, minore è la produttività, ma Production Plan consente proprio di pianificare la successione degli ordini e l’uso dei materiali per ottimizzare l’uso delle linee.

Gli strumenti per la produzione del PCB

"ValorValor IoT è il pezzo forte di tutto il sistema, perché introduce l’elemento che unifica tutte le operazioni all’interno della fabbrica in un’ottica di Industria 4.0: la gestione dei dati con un linguaggio universale e indipendente come l’OML. Valor IoT consiste in due tipi di macchine hardware: una dedicata al controllo della linea di produzione, l’altra alla raccolta e trasmissione dei dati dalle singole macchine e dalle varie interfacce. La normalizzazione dei dati operata dall’OML consente veramente di far funzionare l’intera fabbrica come una cosa sola.
"ValorNella sequenza logica, ci sono poi gli applicativi per la gestione dello shopfloor, che consentono di tenere sotto controllo tutti gli aspetti della produzione con linee SMT. C’è Asset Utilization, che fornisce le informazioni per la verifica dell’impiego delle linee nell’assemblaggio, con il controllo WIP del materiale. Poi Material Verification, , che consente la verifica del corretto materiale in uso e il controllo degli errori, sia sulle linee manuali che automatiche, mentre Material Management, che provvede alla fornitura dei componenti sulle linee in modalità automatica, basandosi sulle richieste reali di approvvigionamento. Material Traceability fornisce la completa tracciabilità della produzione elettronica a livello di componente. Quality Management consente la raccolta automatica dei dati di qualità provenienti dai sistemi automatici di ispezione e dalle piattaforme di test, tramite l’acquisizione dei dati di log generati dalle macchine. Infine Business Intelligence consente la cattura, l’analisi e la reportistica in tempo reale dell’utilizzo delle risorse, della tracciatura dei materiali e dei dati di qualità.
"ValorAl colmo di tutto il processo c’è il Big Data Analytics, e questo è veramente l’essenza di Industria 4.0. È possibile ottenere report pienamente configurabili ricavati dai big data generati all’interno della fabbrica. Ciò consente di ricavare gli indicatori di performance (KPI), la visibilità del flusso del prodotto, i risultati dei test e le statistiche, lo stato dei processi.
"ValorI presupposti per un’implementazione di successo di questi strumenti sono:

  • il formato ODB++, che è lo standard de-facto per lo scambio intelligente dai dati tra il design e la produzione;
  • il linguaggio OML, che è il formato aperto per lo scambio di dati in tempo reale lungo tutto il processo di produzione del PCB.

Scarica la brochure in italiano sul linguaggio OML, con esempi di soluzioni realizzate:

Brochure in italiano su OML (Open Manufacturing Language)
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