Una nuova linea di packaging automatizzata consente al produttore di materiale isolante Isomo di eliminare i colli di bottiglia e di aumentare la produzione

Obiettivo:
Fornire una soluzione di manipolazione automatizzata ad alta velocità in grado di migliorare la produttività di fine linea e soddisfare l'aumento della richiesta.

Soluzione:
Installare una nuova linea dotata di due robot FANUC 410iB/300 per scaricare e trasferire pile di pannelli. Alimentato dal primo robot, il secondo robot utilizza i propri organi di presa per prelevare il numero corretto di pannelli e, qualora ne sia disponibile un numero sufficiente, li invia alla macchina per il packaging. Di semplice utilizzo, l'intera installazione è controllata e gestita tramite un PC.

Risultato:
La capacità di packaging è raddoppiata, il collo di bottiglia è stato eliminato e il cliente ha raddoppiato la produzione. La velocità e l'efficienza dei robot ha diminuito i tempi di ciclo e i turni di lavoro si sono ridotti da tre a due.


Lo spazio determina un aumento di fatturato

Pochi lettori sanno che Isomo sta per ISOlation Modern e rappresenta un famoso marchio di pannelli in polistirene espanso, noto in Belgio con il nome generico di Styrofoam. Lo stabilimento di produzione dei pannelli Isomo è a Kortrijk, avviato nel 1956 e ancora di proprietà di Vereecke.

Isomo vende il 40% della propria produzione in Belgio. In termini di vendita, il paese successivo è la Francia, un importante sbocco e un mercato in crescita potenziale, in cui le opportunità sono presenti nel settore dei piccoli formati. Tale segmento di mercato ha visto una rapida crescita l'anno scorso e l'opportunità doveva essere colta il più velocemente possibile. Il problema consisteva però nel fatto che la linea di packaging esistente non era adatta ai piccoli formati e di conseguenza era difficile cogliere tale opportunità. Inizialmente, tuttavia, il packaging veniva eseguito parzialmente a mano in modo rapido, così da inserirsi nel nuovo mercato.   Da agosto 2011, è entrata in funzione una nuova linea robotizzata in grado di manipolare piccoli formati in modo rapido e proficuo. Oltre a raddoppiare la capacità di packaging (poiché questo era il collo di bottiglia, ne risentiva anche la capacità produttiva), la nuova linea ha ridotto il numero di turni del reparto da tre a due. Con un investimento di mezzo milione di euro, il mercato francese in crescita si è trasformato in risultati aziendali significativi.

In relazione all'installazione di questo nuovo robot, i dirigenti del settore tecnico hanno discusso con Thierry Vereecke, direttore responsabile e Dieter Werniers, dirigente tecnico di Isomo, con Hans Van Essche, vice direttore e Jelle Parmentier, ingegnere del progetto di Fraxinus (l'azienda che progetta e realizza la nuova linea di packaging) e con Peter Kiekens e Annelies Vander Hulst di FANUC (il fornitore di robot).

Produzione di pannelli Isomo

La materia prima per i pannelli Isomo è il polistirene espanso. Tale componente è un'invenzione di BASF che risale agli anni '50, ma da quando il brevetto è scaduto, è stato immesso sul mercato da diverse aziende. Sono presenti due tipi di base, ovvero il polistirene bianco puro e il polistirene nero con inclusione di carbonio. Quest'ultimo è caratterizzato da migliori proprietà isolanti (anche isolamento dai suoni). A seconda delle proprietà finali richieste, nel polistirene vengono inclusi additivi, ad esempio per realizzare pannelli ignifughi.

Il prodotto di base viene fornito in forma di micro celle delle dimensioni di zucchero in polvere con una parete esterna in polistirene e gas pentano come mezzo per soffiarlo. Con il riscaldamento, il gas fa espandere le celle fino a cinquanta volte e l'aria viene aspirata all'interno delle celle. Tali polveri vengono espanse in una prima fase della produzione iniettando vapore all'interno di un silo in sfere di polistirene cave più grandi, la cui dimensione è funzione del vapore fornito durante l'espansione. Il livello di espansione da raggiungere è funzione della densità richiesta dal pannello da realizzare. Dopo una fase di asciugatura iniziale forzata per un tempo specifico, tali sfere vengono raccolte in silo appositi per un'ulteriore lavorazione.

In una seconda fase, una quantità di sfere di peso corretto viene inserita in uno stampo dal silo di raccolta per mezzo dell'aria. Tali sfere vengono espanse ulteriormente tramite iniezione d'aria. A causa del volume limitato (lo stampo ha una dimensione di 6x1,2x1 m), le sfere espanse vengono spinte l'una verso l'altra per fondersi in un unico blocco omogeneo contenente molta aria (il 95% del volume), aderendo tra loro per formare la struttura.

Questo materiale isolante in blocco viene immagazzinato in giorni diversi in siti appositi fino al completamento dell'intera reazione. Il terzo passaggio è costituito dal taglio del blocco. I passaggi sono tre. Il primo coinvolge lo spessore, poiché è prevista un'ampia gamma di spessori in base al cliente e all'utilizzo, da un solo millimetro (per carta da parati isolante) ad alcune decine di centimetri (per isolamento di pareti). Principalmente, si tenta di mantenere lo stesso spessore dei pannelli per la manipolazione o di restringere il numero di spessori a un massimo di tre, a seconda della larghezza desiderata (in genere 1,2 m o 1 m e, ma solo di recente, 0,6 m). Nell'ultima postazione di lavoro, i pannelli vengono tagliati alla lunghezza corretta. In precedenza, le lunghezze erano di 2 m, attualmente variano a partire da 33 cm. Questo taglio viene eseguito meccanicamente tramite fili di rame pre-tensionati, riscaldati con resistenza elettrica.  I fili tesi si fondono pertanto con il blocco, consentendo la sigillatura del livello tagliato e l'uniformità della superficie. Il posizionamento del filo viene eseguito manualmente. I blocchi vengono inviati tramite un nastro trasportatore controllato attraverso tre postazioni di lavoro e vengono tagliati automaticamente.

In base ai riferimenti

Il passaggio successivo è costituito dal packaging. In precedenza, la lunghezza dei pannelli era principalmente di 2 m (spesso utilizzati come isolanti per pareti vuote) e per il relativo packaging (con pellicola plastica per facilitare il trasporto dei pannelli) alla fine degli anni '80 era stata acquistata una macchina. I blocchi tagliati vengono trasportati tramite un nastro apposito fino alla macchina per il packaging dove vengono scaricati e posizionati manualmente nella macchina per l'avvolgimento in fogli di alluminio che vengono successivamente saldati. I pannelli così imballati vengono quindi prelevati manualmente e posizionati sul pallet.

La Francia era un mercato importante per gli appassionati del bricolage e richiedeva in primo luogo pannelli e imballaggi di dimensioni minori. Anche modifiche come restauri e isolamento delle pareti richiedono dimensioni minori dei pannelli. In termini di velocità, se la frequenza per i pannelli di grandi dimensioni era di 60 metri quadri all'ora, per i pannelli più piccoli diminuiva fino a 30 metri quadri all'ora. In questo modo la macchina per il taglio doveva rimanere ferma il più delle volte. In altre parole, il risultato della produzione completa diminuiva troppo drasticamente e il prezzo di costo dei piccoli formati cresceva di conseguenza impedendo il calcolo del prezzo di vendita.

Per permettere a questo mercato di crescere, è stato deciso di installare entro il 2010 una linea specifica per i formati di dimensioni minori. Tramite Desco, il fornitore della prima macchina per il packaging risultata molto soddisfacente, Isomo è entrata in contatto con Fraxinus.  Sulla base della macchina per il packaging Seco, Fraxinus ha progettato e realizzato l'installazione di un robot con cui effettuare il packaging di tre spessori contemporaneamente.

Due robot in una linea

Nella nuova linea robotizzata sono previste due posizioni per robot, entrambi modelli FANUC 410iB/300 (massimo peso al giunto di 300 kg). La scelta del tipo di robot è stata determinata dal peso massimo, dall'area di lavoro e dalle diverse forze che devono agire sul robot stesso. I blocchi tagliati, costituiti da diverse pile successive e ciascuna con un determinato numero di pannelli (dove lo spessore dei pannelli può essere differente), vengono inviati dalla macchina per il taglio a un nastro trasportatore. In corrispondenza del primo robot, tali blocchi vengono trasferiti pila per pila su un nastro trasportatore successivo che invia la pila fino alla posizione di scarico. Il robot preleva il numero corretto di pannelli con i propri organi di presa e li posiziona sul rullo trasportatore per l'invio alla macchina per il packaging. Se il numero di pannelli dello spessore fornito sulla pila è minore della quantità presente nel packaging, il robot li deposita in una delle posizioni di attesa. Se nella posizione di attesa specifica è presente un numero sufficiente di pannelli di tale spessore, il robot invia tale blocco dalla posizione di attesa alla macchina per il packaging.

Il rullo trasportatore trasferisce i pannelli alla macchina per l'avvolgimento in fogli di alluminio che vengono successivamente sigillati. Il tempo di ciclo della macchina per il packaging è di otto secondi. La scelta di non effettuare la sigillatura con pellicola termoretraibile è stata fatta di proposito per garantire che i pannelli per isolamento termico non vengano danneggiati (potrebbero fondersi a temperature molto alte). I pannelli così imballati vengono quindi inviati a un secondo robot che ne esegue l'impilamento in base allo schema del pallet appropriato. È possibile gestire fino a tre spessori diversi e di conseguenza eseguire l'impilamento su tre pallet differenti. Tra i due robot è presente un dispositivo che stampa etichette e le appone sui pannelli imballati in modo appropriato.

Combinazione PC-PLC

L'intera linea è controllata e gestita da un PC che supporta, tramite Ethernet, la stampante di etichette, il controllore dei robot, il controllore della macchina per il packaging e il PLC (Siemens S7) che gestisce la parte rimanente dalla linea. Il PLC aziona gli organi di presa con funzionamento pneumatico, il nastro trasportatore di alimentazione e i rulli trasportatori elettrici. Questi ultimi sono entrambi azionati da motori SEW e da una catena di trazione e la loro velocità è gestita da un controllo di frequenza Lenze che comunica con PLC tramite Profibus.

Oggi un operatore deve scegliere sul PC un metodo di manipolazione per il blocco tagliato in arrivo. Il PC è pre-programmato e una funzione specifica per il tipo e lo schema di taglio del blocco in arrivo e per lo schema di packaging desiderato. Per il futuro, si prevede di realizzare questo controllo tramite la lettura di codici a barre sulla macchina e un sistema ERP centrale da realizzare in seguito. Il software è già disponibile. Il sistema di supervisione, sviluppato da Fraxinus, è di tipo grafico e consente di seguire visivamente le fasi di lavoro, individuando le interruzioni che possono verificarsi. 

Organi di presa pneumatici

Gli organi di presa sono personalizzati e sviluppati in modo specifico da Fraxinus e sono dotati di un doppio sistema di presa, uno su un lato delle pareti dei pannelli Isomo e un set di punte aggiuntivo nell'organo stesso premuto sul pannello (in modo da non provocare cedimenti).  Il funzionamento delle pareti laterali e delle punte viene garantito da cilindri pneumatici (Festo).

Era possibile eseguire queste operazioni anche tramite un asse di mandrino servocontrollato. In questo modo sarebbe stato possibile integrare un sesto asse nel controllo del robot, ma il costo sarebbe stato molto alto, sicuramente perché il margine normale doveva essere molto basso (oggi sono disponibili 2 larghezze di blocchi, ovvero 100 e 120 cm).

Avvio per fasi

Fraxinus è stata contattato in dicembre 2010. In base ai primi progetti della linea robotizzata (ancora un solo spessore per blocco), Isomo ha emesso l'ordine in gennaio 2011. Al momento del progetto dettagliato è stato deciso di aumentare la flessibilità consentendo fino a tre spessori per blocco. In marzo è stato possibile avviare la costruzione effettiva.

L'installazione in loco è stata realizzata in due parti. La prima parte, con il robot per il prelievo dalla pila e la macchina per il packaging, è stata realizzata la prima volta il 6 giugno 2011. L'impilamento sui pallet veniva ancora eseguito manualmente, ma l'avvolgimento era molto rapido (aspetto utile perché giugno è un mese molto impegnativo).  L'ultimo pezzo, il robot per l'impilamento, è stato installato nell'agosto 2011 e successivamente avviato.  La velocità della linea di packaging è aumentata notevolmente, con una gestione di 60 m³/ora e, per alcuni tipi, fino a 80 m³/ora, in pratica raddoppiata rispetto alla velocità precedente. E anche il turno di notte è stato eliminato.

Prodotti FANUC utilizzati