L'industria è alla costante ricerca di metodi per aumentare l'efficienza produttiva dei propri impianti. Tra questi, il più importante è la corretta manutenzione, che trova la sua massima espressione nella manutenzione predittiva, abilitata dalle tecnologie IIoT.
La manutenzione è un'attività fondamentale negli ambienti industriali e produttivi: permette di prevenire problemi e guasti, contenere i costi, migliorare la produttività e ridurre i tempi di fermo macchina.
Un guasto improvviso può infatti avere conseguenze che vanno oltre il semplice arresto dell'impianto, incidendo sulla continuità produttiva, sui costi di riparazione, sulla qualità e, in alcuni casi, sulla sicurezza.
Per questo motivo, disporre di una strategia di manutenzione efficace è essenziale per garantire affidabilità e continuità operativa.
Tipi di manutenzione industriale: quali sono?
Quando si parla di manutenzione industriale è bene sottolineare che ne esistono di diversi tipi:
- Manutenzione reattiva o correttiva a seguito di un guasto imprevisto;
- Manutenzione migliorativa;
- Manutenzione preventiva o manutenzione programmata;
- Manutenzione predittiva.
Ciascuna ha caratteristiche proprie, ma l'obiettivo resta comune: assicurare la massima continuità operativa degli impianti intervenendo - quando e se necessario - per evitare che si presenti un fermo inaspettato.
Raggiungere una disponibilità del 100% di un impianto non è realistico. L'obiettivo è invece ridurre al minimo i fermi imprevisti e programmare gli interventi di manutenzione nei periodi di minore richiesta produttiva.
Manutenzione correttiva
La manutenzione correttiva (o manutenzione a guasto) prevede l'intervento solo dopo che si è verificato un malfunzionamento o un guasto. In altre parole, consiste nella riparazione del componente o del sistema che ha causato il fermo dell'impianto produttivo, con l'obiettivo di ripristinare il corretto funzionamento.
La base della manutenzione correttiva consiste quindi nell'identificare la causa del guasto e sostituire o riparare le parti che compromettono la produzione. Poiché l'intervento avviene dopo il verificarsi del problema, questa strategia può comportare fermi macchina non programmati, con conseguenze sui tempi di produzione e sui costi operativi.
Questo non significa però che non sia possibile prepararsi a gestire più efficacemente un guasto. La disponibilità di ricambi, componenti sostitutivi e procedure di intervento può infatti ridurre i tempi di risposta e limitare i tempi di fermo dell'impianto.
Esistono, inoltre, diversi strumenti per facilitare l'individuazione e la correzione dei guasti, come sistemi di rilevamento e monitoraggio, funzioni di diagnostica e procedure di manutenzione strutturale.
Manutenzione migliorativa
Si parla, invece, di manutenzione migliorativa quando viene pianificato un intervento per migliorare o ottimizzare le prestazioni di un processo lavorativo o di una macchina. Questa strategia prevede che vengano effettuati interventi di revisione non subordinati a guasti o malfunzionamenti, come avviene invece nel caso della manutenzione correttiva. I vantaggi di una manutenzione migliortiva riguardano la correzione di errori e un incremento delle prestazioni, a scapito però di costi non sempre sostenibili.
Manutenzione preventiva
La manutenzione preventiva (anche chiamata manutenzione programmata o periodica) è una strategia che punta a intervenire prima che il guasto si manifesti, attraverso attività di controllo, revisione, sostituzione o riparazione dei componenti.
La manutenzione preventiva, infatti, mira a ridurre le probabilità di guasto o il degrado di funzionamento di una macchina o di un componente, grazie alle indicazioni dei produttori e a una programmazione di interventi eseguiti ad intervalli regolari o al superamento di determinati parametri, come ore di funzionamento, numero di cicli o altri indicatori legati all'utilizzo.
In questo caso, la chiave sta nell'essere proattivi anziché reattivi. Questa tipologia di manutenzione riduce i costi della manutenzione correttiva, migliora la sicurezza e minimizza il rischio di incidenti, consente un approvvigionamento pianificato de pezzi di ricambio riducendone i costi.
Infine, assicura un miglioramento dell'organizzazione del lavoro perché consente di gestire i fermi impianto in modalità e tempistiche convenienti, ad esempio tra la produzione di un lotto e il successivo o durante un momento di calo della richiesta da parte del mercato.
In ogni caso, la manutenzione preventiva limita il rischio di un improvviso stop strutturale della macchina o un fermo impianto improvviso, ma non si ha la certezza di eliminarlo del tutto.
Manutenzione predittiva e preventiva: le differenze
La differenza tra manutenzione preventiva e predittiva sta nel criterio che determina l'intervento:
- La manutenzione preventiva si basa su intervalli di tempo o di utilizzo prestabiliti (es. ogni X ore di funzionamento), indipendentemente dalle condizioni reali del componente.
- La manutenzione predittiva si basa sulle condizioni reali del componente, rilevate tramite sensori e dati, e interviene solo quando i parametri indicano un rischio di guasto imminente.
In altre parole, la manutenzione preventiva "programma nel tempo", mentre la manutenzione predittiva "legge lo stato di salute" della macchina in tempo reale.
Manutenzione predittiva e Industria 4.0
La progressiva diffusione delle tecnologie Industrial Internet Of Things (IIoT) e la trasformazione dei processi verso un'ottica di Industria 4.0 ha modificato il paradigma della manutenzione preventiva. La sua evoluzione è la manutenzione predittiva.
La manutenzione predittiva monitora le condizioni effettive delle apparecchiature con l'obiettivo di prevedere un guasto prima che esso si verifichi.
Si tratta di una strategia proattiva che punta non soltanto a correggere i guasti o a prevenirli, ma cerca di prevedere quando un componente potrebbe guastarsi, in modo che i lavori di manutenzione possano essere eseguiti per tempo. Questo comporta una riduzione delle operazioni di manutenzione, poiché vengono eseguite solo quando le prestazioni peggiorano o gli indicatori predefiniti segnalano la probabilità di un guasto.
Vantaggi della manutenzione predittiva
Un programma di manutenzione predittiva porta numerosi benefici a lungo termine:
- Riduzione dei costi operativi attraverso l'ottimizzazione del tempo dedicato ai lavori di manutenzione;
- Aumento dell'aspettativa di vita dei componenti;
- Miglioramento della sicurezza e riduzione del rischio di incidenti;
- Ottimizzazione delle prestazioni di macchine e processi;
- Riduzione dei costi della manutenzione correttiva;
- Continuità di servizio;
- Miglioramento della produttività grazie alla riduzione dei fermi macchina;
- Approvvigionamento programmato della componentistica di ricambio, riducendo i costi di magazzino.
Il ruolo centrale dei dati nella manutenzione predittiva
L'implementazione di un programma di manutenzione predittiva richiede tre elementi fondamentali:
I dati rappresentano il punto di partenza per comprendere le condizioni operative di macchine, componenti e impianti. Conoscere il comportamento dei dispositivi nel tempo e il loro ciclo di vita permette di individuare anomalie e segnali di deterioramento prima che possano evolvere in un guasto.
Per rendere possibile questo tipo di valutazione è necessario monitorare i principali parametri di funzionamento attraverso sensori dedicati, come vibrazioni, temperatura, pressione, portata e consumi energetici.
Esempio pratico di manutenzione predittiva su un attuatore pneumatico
In un attuatore pneumatico, uno dei possibili segnali di deterioramento è una perdita d'aria causata dall'usura o dal danneggiamento delle guarnizioni. Questa condizione può determinare un aumento del consumo di aria compressa e, nel tempo, compromettere le prestazioni dell'attuatore.
Per individuare l'anomalia prima che possa causare un fermo macchina, è possibile monitorare nel tempo la pressione nelle camere del cilindro attraverso l'installazione di sensori di pressione (link). Confrontando i dati raccolti con le normali condizioni di funzionamento, eventuali variazioni anomale possono rappresentare un segnale di deterioramento e permettere di programmare l'intervento di manutenzione prima che le prestazioni vengano compromesse.
Oltre alla pressione, è possibile monitorare altri parametri, come posizione, velocità e tempi di movimento dell'attuatore. Variazioni rispetto al comportamento abituale possono infatti aiutare a individuare condizioni anomale legate, ad esempio, a usura, aumento degli attriti o contaminazione.
Come raccogliere i dati utili per la manutenzione predittiva?
La manutenzione predittiva si basa sulla raccolta e sull'analisi dei dati relativi alle condizioni operative di macchine e componenti, attraverso il monitoraggio di parametri come temperatura, pressione, portata, posizione, etc.
I sistemi pneumatici sono diffusi in un'ampia gamma di macchine e impianti industriali e rappresentano un punto di partenza per molti progetti di digitalizzazione. Attraverso l'utilizzo di sensori è infatti possibile monitorare il comportamento del sistema e individuare eventuali variazioni rispetto alle normali condizioni di funzionamento.
Tra i principali dispositivi utilizzati troviamo sensori di flusso, sensori di pressione e sensori di posizione:
- I sensori di flusso permettono di monitorare in modo continuo il consumo di aria compressa e di individuare eventuali variazioni riconducibili a perdite o malfunzionamenti del circuito pneumatico. Possono inoltre essere utilizzati per controllare applicazioni di soffiaggio, aspirazione, test di tenuta e circuiti di raffreddamento.
- I sensori di pressione consentono di monitorare la pressione nei diversi punti dell'impianto e di rilevare condizioni anomale. Possono essere utilizzati, ad esempio, per individuare filtri intasati, verificare la pressione di alimentazione, controllare l'aspirazione o monitorare la pressione nei circuiti di raffreddamento.
- I sensori di posizione permettono di monitorare il movimento degli attutori fornendo indicazioni di posizione, velocità e tempi ciclo.
Con i sensori giusti, gli impianti di produzione e di processo possono sfruttare sia i dati storici, sia quelli in tempo reale.
6 step per una manutenzione predittiva efficace
- Analizzare la macchina o il processo, valutandone prestazioni, criticità e priorità di intervento;
- Individuare i componenti e i parametri da monitorare, identificando i punti in cui è necessario raccogliere informazioni sul funzionamento dell'impianto;
- Installare i sensori e i dispositivi necessari per acquisire i dati relativi alle condizioni operative della macchina o del processo;
- Definire le condizioni di normale funzionamento, analizzando i dati raccolti nel tempo e individuando eventuali scostamenti o comportamenti anomali;
- Utilizzare i dati per pianificare gli interventi, intervenendo quando gli indicatori evidenziano un possibile deterioramento o una condizione anomala;
- Formare il personale, definendo le variabili da controllare, le soglie di riferimento e le modalità di intervento per ciascun impianto.
Una strategia di manutenzione predittiva consente di ridurre gli interventi di emergenza e le attività di manutezione non necessarie, aumentando allo stesso tempo la conoscenza delle reali condizoni operative delle apparecchiature. Per raggiungere la massima produttività il percorso non è semplice, ma scegliere le giuste soluzioni consente di migliorare l'efficienza, eliminare gli sprechi e ridurre i costi.
SMC offre un'ampia gamma di sensori che risponde a tutte le esigenze dei clienti, dalle semplici soluzioni di segnale on/off fino a quelle che supportano il protocollo IO-Link.
