Tutte le macchine automatiche per il settore del packaging devono garantire elevati standard qualitativi sulle confezioni e notevoli capacità produttive. I requisiti sono raggiunti se i processi di presa e movimentazione delle parti sono ben congegnati. È altresì indispensabile che gli azionamenti e gli organi meccanici a valle degli stessi siano dimensionati per rispondere alle notevoli sollecitazioni cicliche cui sono sottoposti. La partita si gioca quasi integralmente nel bilanciamento di leggerezza e resistenza.
L'approccio virtuale che consente di studiare virtualmente la dinamica dei sistemi meccanici e meccatronici si chiama Multi-Body-Dynamics. Il metodo è nato alla fine degli anni '70 per il settore automotive, ma si è successivamente diffuso trasversalmente. Negli esempi di questa breve presentazione, si apprezzeranno i valori della tecnologia RecurDyn nel settore del packaging industriale.
La fortissima non linearità della risposta dinamica, si declina nel concreto rischio di riscontrare comportamenti inattesi o cedimenti del prototipo fisico in fase di prova. Tramite la simulazione Multi-Body, la maggior parte dei problemi funzionali e strutturali è individuabile con largo anticipo, creando le basi per risultati consistenti, ottenuti in tempi più brevi. Non solo. La simulazione Multi-Body permette una totale comprensione dei fenomeni dinamici di macchina, a tutto vantaggio del know-how aziendale.

• Movimentazioni sincrone.
• Amplificazione dinamica dei carichi.
• Resistenza a fatica nei processi ciclici.
• Design ed efficacia degli organi di presa.

Le metodologie numeriche possono essere adottate con successo in fase progettuale anche rispetto ad impianti produttivi molto complessi. In tali casi è importante però che l’approccio numerico sia valorizzato in una prospettiva quanto mai ingegneristica, applicando correttamente ed in modo complementare le metodologie disponibili.
Nel caso in oggetto, Tetra Pak ha modellato un impianto di sterilizzazione nel suo complesso tramite un approccio numerico monodimensionale 1D, mentre le prestazioni delle sue valvole a 3-vie (“change-over valve”) per mezzo di tecniche CFD 3D ma rappresentate nel modello 1D per mezzo di Response Surface Models (RSM). Il modello complessivo permette di gestire ed ottimizzare in modo flessibile l’impianto, ed inoltre costituisce un elemento propedeutico ai fini dello sviluppo di un possibile Digital Twin.

• Metodologia delle Superfici di Risposta (RSM)
• Modelli CFD 3D
• Modelli di sistema

Il Virtual Commissioning è una nuova metodologia di progettazione basata sulla parallelizzazione delle fasi di sviluppo meccanico, elettrico e dell’automazione, tradizionalmente svolte in cascata. Come esempio dimostrativo di questo approccio presenteremo il prototipo virtuale di una cella robotizzata servita da AGV, strumenti che trovano il loro utilizzo in un’ampia gamma di applicazioni, con particolare frequenza e importanza nell’industria del packaging per il settore alimentare.
I vantaggi chiave del virtual commissioning consistono: nella possibilità di valutare in un ambiente simulato diverse scelte progettuali, stimando realisticamente throughput e OEE della cella; nella capacità di rilevare e affrontare in anticipo il maggior numero possibile di problematiche, riducendo la fase di commissioning; nell’adozione di uno standard condiviso per progettisti meccanici e dell’automazione, facilitando la comunicazione e l’interazione tra team.
Tutto ciò concorre a una riduzione del lead time e all’aumento della qualità complessiva della progettazione, oltre che alla possibilità di sfruttare il Digital Twin così ottenuto anche in ambiti complementari rispetto alla progettazione pura (comunicazione col Cliente, manutenzione da remoto, etc…).

• Prototipazione virtuale di celle automatizzate
• Simulazione HiL (hardware in the loop)
• Integrazione modello meccanico – SW automazione
• Path planning di robot a 6 assi

L'intervento presenta un caso applicativo con l’uso di una metodologia simulativa per la progettazione di una linea di produzione riconfigurabile e modulare. L'obiettivo è di valutare e ottimizzare configurazioni alternative che garantiscano le esigenze di produzione considerando un contesto multiprodotto.
Un approccio simulativo integrato con ottimizzazione è stato applicato per la selezione configurazione ottimale e il dimensionamento della linea al fine da garantire il soddisfacimento della domanda di produzione. Vengono presentati la metodologia e lo strumento in grado di verificare rapidamente il soddisfacimento dei KPI obiettivo. Si mostrerà come il modello di simulazione sviluppato possa evolvere in un gemello digitale del sistema in grado di gestire la domanda e lo stato della produzione.
Questa metodologia considera i cambiamenti dinamici nei modelli di prodotti a differenza della maggior parte degli approcci tradizionali, i parametri di input possono essere quantità variabili in periodi diversi.

• Il problema e il contesto di produzione
• Obiettivi della progettazione
• Approccio di modellazione e simulazione
• Ottimizzazione delle configurazioni
• Risultati e conclusione

Viene presentato il caso di un canale vibrante di smistamento cibo che presentava rotture dopo un basso numero di cicli di lavoro.
Dall’analisi sono state evidenziate le criticità e le zone maggiormente sollecitate alla frequenza di lavoro della configurazione di disegno.
I risultati ottenuti hanno permesso di capire come ridisegnare il canale affinchè le rotture per fatica non si verificassero. La configurazione finale disegnata è stata verificata per validare il nuovo progetto.

• Macchine vibranti
• Rotture per fatica
• Supporto alla progettazione

L’ingegneria alimentare si focalizza sulla produzione e le operazioni alimentari studiando la lavorazione, produzione e manipolazione dei prodotti insieme alla progettazione dei macchinari che processano tali beni alimentari. L’imballaggio, lo stoccaggio e la conservazione sono altri fattori fondamentali, come anche la distribuzione dei prodotti finali, il mantenimento delle caratteristiche chimiche, la sicurezza e l’impatto ambientale.
La prototipazione virtuale dei fenomeni fluidodinamici mette a disposizione numerosi strumenti per investigare ed ottimizzare questi aspetti fondamentali nel settore Food & Beverage. I processi di produzione necessitano di un ambiente controllato dal punto di vista termico, con condizioni uniformi e ridotti consumi energetici. Anche i processi di estrusione che coinvolgono fluidi non Newtoniani possono essere modellati e migliorati, monitorando la qualità e la forma del materiale. L’efficienza dei processi di essicazione impatta anche sullo stoccaggio e il trasporto di numerosi alimenti, risulta quindi fondamentale comprendere ed identificare tramite la simulazione eventuali problematiche quali le incrostazioni. La produzione di contenitori deve garantire una determinata robustezza, mantenendo un consumo di materia prima limitato, per garantire in ogni caso la qualità necessaria al trasporto e al mantenimento. Tramite modelli multifase, analisi di scambio termico, caratterizzazione dei materiali, studi parametrici e domini dinamici, è possibile approfondire tutti questi aspetti del settore alimentare, assicurare il rispetto dei requisiti ed accelerare il processo di progettazione.

• Hvac
• Packaging
• Food manufacturing

Come progettare in maniera opportuna lo smorzamento, con particolare focus sul metodo constrained layer.
Attraverso l’utilizzo di tale tipologia di smorzamento, sfruttando in maniera opportuna la simulazione, è stato possibile ridurre l'amplificazione sulle risonanzefino a valori anche 50 volte inferiori rispetto al caso non smorzato, con ovvie ripercussioni sul livello di rumorosità della macchina durante il funzionamento.

• Tipologie di Smorzatori
• Metodo Constrained Layer
• Caso Ilapak: storia di successo

L’ottimizzazione dei processi di mescolamento, sterilizzazione, lavaggio, packaging o di altra natura nell'industria alimentare richiede un’approfondita conoscenza dei fenomeni fisici e dei parametri che li regolano.
Questa conoscenza può essere acquisita mediante simulazioni fluidodinamiche che riproducono i processi stessi. Il Moving Particle Simulation è un metodo CFD mesh-less che permette di simulare in tempi brevi e di ottimizzare i processi dell’industria alimentare sia per “prodotti” liquidi sia per solidi granulari (per es. prodotti in polvere).
In questa presentazione verrà data una panoramica delle applicazioni di questo metodo e verrà illustrato in dettaglio come valutare quantitativamente il livello di mescolamento in mixers. Verrà inoltre descritto come è possibile simulare e valutare la bontà di processi di lavaggio e sterilizzazione, sia in termini di calcolo delle superfici bagnate sia in termini di previsione delle temperature.