Virtual commissioning of packaging machines : modeling and simulation

In recent years manufacturing companies, pushed by the Industry 4.0 plan and the diffusion of Digitalization, started employing virtual simulation tools to improve the whole production process. More specifically, Virtual Commissioning, Digital Twin, Mechatronic Simulation and Hardware-In-the-Loop are adopted to facilitate the design, testing and commissioning phases, but the knowledge around them and their application in a real industrial environment is still limited. The objective of the present thesis is to analyse in depth the listed virtual tools and their possible implementation in a packaging company (CAMA SpA). In a first stage, already existent machines have been decomposed into basic elements according to a modular-based approach, highlighting logical and physical behaviour. Then, parametrizable models of the so-found atomic units have been created and utilized to build up complex virtual systems, which were tested in the different simulation configurations. In the last section a critical analysis of the outcome is presented. In summary, virtual techniques provide benefits to the whole engineering phase, but the necessary modelling effort and the considerable requirements cannot be neglected.

Nel contesto del piano industriale europeo Industry 4.0 e di una crescente Digitalizzazione, il settore manifatturiero ha visto una progressiva introduzione di strumenti di simulazione virtuale in supporto al processo produttivo. In particolare, tecniche quali Virtual Commissioning, Digital Twin, Simulazione Meccatronica e Hardware- In-the-Loop sono sempre più frequentemente utilizzate per rendere più efficienti le fasi di progettazione, verifica, validazione, installazione ed avviamento di processi industriali. Ciononostante, le conoscenze teoriche e pratiche a riguardo sono piuttosto limitate, anche se in continua evoluzione. Questa tesi si propone l'obiettivo di approfondire gli aspetti concettuali legati alle tecniche di simulazione virtuali, e di valutarne la possibile implementazione in un vero contesto produttivo (CAMA SpA). Il primo passo è stato l'applicazione di un approccio modulare per scomporre le macchine già realizzate in elementi base, evidenziandone il funzionamento logico e fisico. Successivamente, modelli configurabili di queste unità fondamentali sono stati sviluppati e usati per comporre sistemi virtuali più complessi. Infine, alcuni casi reali sono stati trattati e le relative configurazioni di simulazione sono state studiate. Nella conclusione viene presentata un'analisi critica dei risultati. Da questa emerge che gli strumenti di simulazione virtuale sono in grado di apportare benefici tangibili all'intero processo di progettazione, ma richiedono anche un notevole sforzo di implementazione.