In un mercato sempre più competitivo, nel quale vengono richieste nuove funzionalità per rendere le macchine più intelligenti, la problematica di monitoraggio delle condizioni di una macchina automatica è un punto fondamentale. Tramite tecniche in grado di valutare lo stato di salute di macchine e impianti in condizioni di esercizio, è possibile stabilire con sufficiente anticipo l’eventuale necessità di un intervento di manutenzione, rendendo quindi possibile una strategia di manutenzione predittiva. Il progetto SMEDIP si propone lo sviluppo di sensori e metodologie innovative di diagnostica predittiva per le macchine automatiche in particolare per il settore packaging. Tale sistema completo di condition monitoring ha carattere di estremo interesse per tutte le aziende meccaniche regionali, in particolare dei settori macchine e motori.
Parte di macchina automatica per il packaging
Il progetto SMEDIP è consistito nella realizzazione di un sistema completo di diagnostica predittiva per le macchine automatiche per il packaging, fornito di sensori di vibrazione miniaturizzati custom, di un sistema di comunicazione wireless e di algoritmi per l’analisi del segnale e per il riconoscimento di malfunzionamenti o usura dei componenti. Il risultato è stato subordinato al raggiungimento dei seguenti obiettivi: • Realizzazione di accelerometri triassiali con caratteristiche custom in tecnologia MEMS. I dispositivi realizzati offrono range di misurazione da 1000 a 4000 g, con precisione relativa dell’ordine di 10-5 e larghezza di banda fino a 20 kHz; • Realizzazione di un dispositivo di comunicazione contenente sensore ed elettronica di gestione, che può ospitare sia accelerometri commerciali che custom, realizzato in tecnologia BTLE, con alimentazione a batteria; • Elaborazione di algoritmi diagnostici che possano raccogliere informazioni dettagliate sullo stato di guasto della macchina, poi validati sul campo attraverso i test case messi a disposizione dalle aziende coinvolte; • Sviluppo software di gestione e comunicazione bluetooth con il sensore, comprensivo delle funzionalità per visualizzare il segnale nel dominio del tempo e della frequenza, per trasferire i dati su Cloud ed applicare gli algoritmi diagnostici per ricavare uno score di qualità; • Validazione su macchina aziendale con qualificazione a TRL 7.
Il sistema diagnostico sviluppato presenta diverse caratteristiche che lo rendono, al momento, unico sul mercato. Le caratteristiche tecniche dell’accelerometro, come il range di accelerazioni su tre direzioni ortogonali, la banda di frequenza, la precisione, la comunicazione wireless non sono attualmente riscontrabili nello stesso dispositivo. Il software sviluppato, inoltre, include algoritmi avanzati che analizzano le caratteristiche del segnale e le relazionano con lo stato di salute della stessa.
Le applicazioni del know-how sviluppato all’interno del progetto riguardano tutto il settore meccanico, ma anche oltre, in quanto il monitoraggio dello stato vibrazionale di un qualunque sistema produttivo che coinvolga componenti meccanici attivi o passivi può essere visto come una istantanea dello stato di salute del sistema, o della parte meccanica del sistema. Una corretta interpretazione dei dati in congiunzione all’utilizzo degli opportuni algoritmi diagnostici può fornire un sistema diagnostico-predittivo che funzioni proficuamente in diversi settori industriali.
Scheda bluetooth con accelerometro triassiale, elettronica integrata e trasmissione wireless
Il sistema diagnostico wireless trova applicazioni in tutte quelle situazioni in cui la geometria della macchina da studiare non permette l'utilizzo di cavi, come ad esempio parti in rotazione.
Un prototipo di scheda smedip è stato testato in azienda, presso SACMI, su una tipica macchina per il packaging, in particolare una macchina per la fabbricazione di tappi in plastica che possiede una parte in rotazione dotata di 64 stampi. La scheda è stata affiancata ad un sensore piezoresistivo PCB Piezotronics per il confronto, le cui ottime prestazioni sono certificate. Entrambi i sensori sono stati fissati tramite magneti. E’ stata realizzata una misura comparativa su di una pompa in fase di riscaldamento. L’ampiezza dei segnali è risultata in buon accordo, come anche il posizionamento dei picchi negli spettri in frequenza. Il sensore è stato posizionato in varie parti della macchina, con risultati assolutamente paragonabili. La prova definitiva è stata fatta sulla parte rotante, per la quale non ci poteva essere alcun confronto, in quanto la strumentazione di riferimento, cablata, non poteva essere installata su quella parte. I risultati sono stati eccellenti. Non si è persa la connessione radio durante la rivoluzione della struttura e sono stati raccolti i segnali durante un intero ciclo, della durata di alcuni secondi. E’ stato possibile rilevare l’impulso del singolo stampo, la cui intensità è proporzionale alla distanza dal sensore, e determinarne una firma in frequenza con l’analisi di Fourier.
MIST E-R REDOX Consorzio LIAM Fondazione Democenter-Sipe SACMI
Non sono stati realizzati brevetti. Al momento il sistema è stato mostrato a diverse aziende, e verrà utilizzato per valutazione del livello delle vibrazioni all'interno di servizi erogati alle imprese.
Scheda smedip in fase operativa su macchina per il packaging