Un software di nesting intelligente per contornare i pezzi di alluminio di Daher Socata

Socata è uno dei costruttori leader dell’aviazione generale, con più di 17.000 velivoli costruiti a partire dalla sua creazione sotto il nome di Morane-Saulnier nel 1911. La sua produzione attuale include i turboelica a grande velocità TBM 850 e insiemi di aerostrutture, con specializzazione nel campo delle fusoliere di aerei da trasporto civili e militari, dei jet executive e delle cellule di elicottero. Situata a Tarbes (Alti Pirenei, Francia), con una base nordamericana in Florida, Socata impiega 1.800 dipendenti e realizza un fatturato di 280 milioni di euro. Facente parte in passato del gruppo EADS, Socata è appena passata sotto il controllo del produttore di apparecchiature Daher. Questa fusione permette al gruppo Daher-Socata di diventare un costruttore di prima classe in grado di rispondere ai bisogni dei programmi aeronautici del futuro.

Ammodernamento e automatizzazione dell’isola di contornatura

Nel 2005 presso Socata si impose una pausa di riflessione in vista della sostituzione delle macchine di contornatura (2 macchine CMS e un sistema di programmazione Sapex di prima generazione con nesting manuale utilizzato su 2 postazioni su 2 turni di lavoro), tecnologicamente obsolete. Il nuovo sistema doveva permettere la contornatura di ogni tipo di lega di alluminio e interagire con tutti i programmi dei clienti, cosa che si traduce in 1,2 milioni di pezzi contornati ogni anno, o più di 80 tonnellate di alluminio.

“L’isola di contornatura è la pietra angolare del flusso di lamiere nello stabilimento. Costituisce l’interfaccia fra l’arrivo just-in-time del materiale e la fornitura di componenti per la formatura” spiega Jean-Christophe Michel, responsabile di progetto all’interno del Servizio di Preparazione dell’Unità delle Parti Basilari. “Questa procedura esclusiva riveste una importanza strategica per il nostro sviluppo” prosegue “si trattava dunque di dotarsi di un sistema flessibile e modulare che conferisse a Socata una capacità di produzione di parti basilari a costi ragionevoli”.

Un primo benchmark ha portato alla richiesta d’offerta per due nuove macchine di contornatura. Ma il progetto dovette essere rivisto dal momento che i profitti nella produttività erano troppo bassi in proporzione al sistema fino ad allora impiegato. L’approfondimento dello studio infatti dimostra che i guadagni in produttività passano per l’automatizzazione delle operazioni periferiche e del sistema di nesting a monte.

Inoltre, la macchina di contornatura UGV (Lavorazione a Grande Velocità) immaginata doveva essere in grado di produrre sia in modalità “lastra per lastra” che in modalità “lastre a pacchi”. In effetti, tenuto conto dei diversi programmi dei clienti, la dimensione dei pezzi tagliati da Socata è estremamente variabile, da qualche centimetro all’intera lastra. Il sistema di contornatura doveva quindi essere polivalente, permettendo di lavorare tanto su formati piccoli quanto su quelli grandi, ed essere in grado di lavorare da 1 a 10 lamiere impilate fino ad uno spessore di 10 mm.

Una macchina speciale basata sulla tecnologia di contornatura “mangia-ponti”

Fra le 3 soluzioni in concorso per la scelta finale, Socata ha scelto l’offerta di Cinetic Machining per la macchina e l’offerta di Alma per il software. La macchina proposta da Cinetic Machining, progettista e costruttore di macchine utensili specializzate nella Lavorazione a Grande Velocità, si è rivelata la più adatta alle esigenze di Socata, dal momento che integrava l’insieme dei mezzi logistici, di manutenzione e di tutti gli elementi periferici (evacuazione degli sfridi, gestione degli utensili, interfaccia utente e interfaccia dati per il resoconto della produzione).

Per quanto riguarda la tecnologia di contornatura, Socata ha scelto la soluzione “mangia-ponti intelligente”, nella quale il piazzamento dei ponti (zona di materiale grazie alla quale il pezzo resta attaccato allo scheletro) si adatta automaticamente: la quantità e la posizione dei ponti varia a seconda della geometria dei pezzi al fine di ottenere un rendimento ottimizzato. La strategia di lavorazione associata a questa tecnologia particolare permette di ottimizzare i percorsi di lavorazione e la finalizzazione dei pezzi in tempo reale.

La macchina è in grado di lavorare una gamma di spessori da 0,3 mm. a 5 mm., su dei formati minimi di 125×125 mm. e massimi di 2.500×1.250 mm. Il sistema di fissaggio dei pacchi di lamiere avviene su un solo lato, permettendo di recuperare spazio per il nesting. La macchina ha un’autonomia di 30 lastre pallettizzabili, caricate e scaricate in tempo mascherato. La macchina integra un sistema di tavole intercambiabili che permette di minimizzare i tempi di arresto dell’ utensile.

Un software di programmazione aperto, adattabile e automatizzato

Un software di programmazione aperto, adattabile e automatizzato
Sono stati fissati numerosi obiettivi al software per ottimizzare i flussi di dati e i costi per integrarsi all’ambiente di produzione di Socata:

• Interfacciarsi con il Sistema di Gestione della Produzione (SAP), in particolare per importare le informazioni necessarie alla creazione degli ordini di produzione e la realizzazione dei nesting.

• Realizzare nesting ottimizzati, trovando un compromesso fra l’impilamento lamiere e il lavoro a lamiera singola, e tagliando gli sfridi delle lastre con un passo di 125 x 125 mm.

• Limitare le operazioni umane alle fasi decisionali.

• Ritrasmettere i vari dati al sistema di supervisione e a differenti data-base (utensili, indicatori, qualità, ecc.).

La soluzione Alma, basata sul software act/cut versione Contornatura di Alluminio, è stata giudicata la migliore per ottenere questi obiettivi. La flessibilità del software e la capacità di Alma di adattarlo alle necessità specifiche del cliente sono caratteristiche indiscutibili. Le prestazioni nel nesting automatico, confermate durante test eseguiti precedentemente su pezzi Socata, si sono rivelate largamente superiori a quelle della concorrenza. La conoscenza di Alma del background produttivo di Socata ha garantito una continuità nel proseguimento del progetto.

L’installazione della macchina e del software ha debuttato nel giugno del 2007 e il nuovo sistema di contornatura è entrato in produzione nel marzo del 2008.

Ottimizzazione del rendimento del materiale e dei tempi di lavorazione grazie al nesting automatico

La prima tappa della programmazione con act/cut consiste nel recuperare e preparare le geometrie 2D dei pezzi fornite da diversi sistemi CAD (Cadds5, Catia V4, Catia V5). Tre licenze del modulo Drafter sono dedicate a queste operazioni che consistono nell’importare i file DXF o IGES, a “pulire” le geometrie corrispondenti e ad attribuire loro gli utensili automaticamente (frese e rivetti). Più di 23.000 parti basilari vengono così gestite nella biblioteca, di cui 19.000 sono state recuperate dal precedente software Cam grazie ad una macro di conversione in tempo mascherato, sviluppata specificamente da Alma.

Dopo la conversione dei file geometrici, il nesting costituisce la tappa chiave nella programmazione. A partire dalle necessità giornaliere trasmesse quotidianamente ad act/cut tramite SAP, il software annida automaticamente i pezzi da produrre, raggruppati precedentemente per materiale e spessore. Il software rispetta il senso di laminazione se tale informazione viene trasmessa dal CAD, in caso contrario può orientare i pezzi a passi di 1° fra 0° e 180°. L’obiettivo è di ottimizzare volta per volta il rendimento materiale globale del lancio di lavorazione (master file) ed il tempo di contornatura, essendo quest’ultimo una funzione diretta del numero di lamiere impilate per ogni piazzamento, con limite massimo di spessore di impilamento di 10 mm. Tenendo conto di questi vincoli, act/cut calcola 2 proposte di nesting e fornisce per ciascuna le informazioni che permettono all’utilizzatore quella più interessante. “La scelta dell’utilizzatore è sempre un compromesso fra la riduzione dei tagli di sfrido e la minimizzazione dei tempi di lavorazione”, spiega Christian Ricaud, uno degli utilizzatori del software. “Per esempio, in periodi di produzione molto elevata, tenderemo a privilegiare il tempo di lavorazione, vale a dire opteremo per il massimo impilamento di lamiere”.

Dopo aver visualizzato l’insieme dei piazzamenti automatici realizzati dal software, l’utilizzatore può intervenire, se lo ritiene necessario, per esempio per modificare l’orientamento dei pezzi grandi e rilanciare il nesting automatico per terminare l’ottimizzazione del piazzamento. E’ ugualmente possibile intervenire a monte sui file SAP da importare per gestire le urgenza, modificare i lanci dei pacchi di lastre o ancora suddividere tali pacchi.

Un altro vincolo imposto al software è l’ottimizzazione del piazzamento tenendo conto del passo di 125 mm. in X e in Y. In effetti, se il 95% dei formati delle lamiere utilizzate è standard (2.500 x 1.250 mm.), è possibile acquistare dei formati più piccoli (di lunghezza o larghezza multiple di 125 mm.) per ridurre il costo materiale. Non gestendo Socata alcuno stock di materiale, i risultati del nesting servono a determinare le quantità ed i formati di lamiera da ordinare al fornitore. Le lamiere vengono così consegnate su richiesta in maniera che i pezzi siano tagliati 3 giorni dopo la convalida del nesting.

Oltre questa trasmissione di informazioni verso il SAP relativa ai formati lamiera insieme a quelle dei nesting degli ordini di produzione, la convalida dei nesting determina l’invio di diversi dati act/cut al sistema informatico della macchina, per l’esecuzione del post-processor (generazione del programma ISO) e l’invio dei dati per gli “indicatori” di base (sfridi materiale, utensili utilizzati, valorizzazione dei consumabili) e degli “utensili” (liste degli utensili da montare e lunghezza della lavorazione da effettuare).

Guadagno di produttività e maggiore autonomia dell’utilizzatore

Otto mesi dopo la messa in produzione del macchinario i benefici generati dal nuovo sistema di contornatura e il software act/cut sono già alquanto evidenti.

Se si compara la macchina Cinetic Machining con le due macchine precedenti, la velocità è aumentata del 25% con lo stesso tempo di lavorazione (3 turni di lavoro). Sono inoltre previsti ulteriori incrementi di produttività con l’aumento della velocità di fresatura, che viene correntemente testata in correlazione con qualità di contornatura e usura utensili.
Il nesting automatico ha permesso di dimezzare i tempi di preparazione e la resa materiale è migliorata del 23% (il tasso di sfrido medio è passato da 65% a 50%). Tenuto conto del costo attuale dell’alluminio, questo rappresenta un risparmio di 165.000 € su base annua. Il nesting ottimizzato contribuisce inoltre ad una diminuzione del 30% del numero di lamiere consumate, che rappresenta ulteriori guadagni in movimentazione.

Conformemente agli obbiettivi iniziali di Socata, il software act/cut si rivela molto più pratico da utilizzare del sistema precedente. Liberi da operazioni con tempi lunghi, grazie alle operazioni automatizzate del software, gli utilizzatori hanno visto rafforzarsi il loro ruolo decisionale. Come riassume Jean-Christophe Michel, “l’uomo deve essere considerato come un colui che decide, non come colui che preme pulsanti; grazie al nuovo sistema, egli viene collocato al giusto posto”. La facilità d’uso del sistema permette inoltre di ridefinire certe operazioni nel campo della preparazione della programmazione: il perimetro di responsabilità dei programmatori, responsabili al momento di preparare le serie di operazioni, si sta ormai estendendo alla gestione del disegno dei pezzi e alla supervisione dei nesting.

L’esperienza di Alma nella messa in opera di sistemi specifici automatizzati ed integrati ad un sistema informatico complesso, ha permesso di portare a compimento il processo Socata nei tempi previsti. Per giungere a ciò, l’eccellente coordinazione con Cinetic Machine è stato determinante. L’apporto di Alma, materializzatosi in tutte le fasi del progetto, dal recupero dei data-base pezzi fino alla messa in opera delle differenti strategie di nesting, è stato estremamente apprezzato dai dirigenti e dagli utilizzatori di Socata. Le tecniche algoritmiche di ottimizzazione e lo spirito di partnership hanno permesso di conseguire il massimo dei risultati!

©2009 Alma

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