Magneti Marelli Powertrain ha scelto la tecnologia Koh Young per ridurre drasticamente la difettosità durante la fase di serigrafia delle schede elettroniche che controllano i motori delle automobili.

Comunemente il marchio Magneti Marelli è legato alla Ferrari ed ai suoi successi nelle gare di Formula 1. In realtà oggi, oltre che sulle auto da competizione, i sistemi di controllo elettronico dei motori sono presenti in tutte le automobili in circolazione.

In questo ambito, lo stabilimento di Corbetta, alle porte di Milano, realizza ogni anno 5 milioni di centraline, costruendo così il polo di riferimento mondiale per la produzione elettronica della divisione Powertrain.

Si tratta di una realtà all'avanguardia, sia in termini di organizzazione che di produzione, alla quale fanno riferimento tutte le principali case automobilistiche mondiali. Proprio la divisione Powertrain, infatti, ha già realizzato i sistemi di controllo per gli iniettori e le pompe dei motori diesel che saranno classificati “euro 5”.

Non sono ammessi errori 

Le case automobilistiche rappresentano un cliente particolarmente esigente, con richieste che cambiano nel tempo. Negli anni scorsi, infatti, malgrado l'introduzione di nuove funzionalità di controllo, era indispensabile limitare lo spazio occupato dalle schede elettroniche per poterle alloggiare all'interno del vano motore. Più recentemente, invece, complice la riduzione delle dimensioni dei motori, questa esigenza è meno sentita ma, in compenso, è diventato indispensabile realizzare schede elettroniche senza nessun difetto e sulle quali concentrare un numero crescente di funzionalità. Il particolare assemblaggio dei motori, infatti, imporrebbe un lungo intervento manuale per sostituire un’eventuale scheda difettosa. Un costo che nessun produttore è oggi disposto ad accollarsi e, per tale ragione, le case automobilistiche accettano una difettosità massima di 20 pezzi per milione, anche se la tendenza attuale è quella di richiedere, addirittura, zero difettosità. Il tutto, con l'ulteriore occorrenza di poter disporre della completa tracciabilità dell'intero prodotto. 

In un simile scenario, i tecnici della divisione Powertrain sono alla continua ricerca di soluzioni innovative per ottimizzare la propria produzione, sfruttando anche la decisione di Magneti Marelli di investire, ogni anno, quasi il 9% del fatturato in ricerca e sviluppo. Per tale motivo, nell'ambito specifico della produzione di schede elettroniche, è stato scelto di effettuare controlli continui lungo l'intera linea produttiva e al termine di ogni singola lavorazione.

Vediamoci chiaro 

Si tratta di verifiche che, per certi versi, potrebbero apparire "ossessive", ma che, in realtà, sono indispensabili per poter garantire un altissimo livello qualitativo. Senza dimenticare che, dovendo operare con precisione nell'ordine del μm, anche la minima perturbazione può indurre difettosità che, se riscontrate solo al termine della produzione, imporrebbero di eliminare il lotto produttivo, ma soprattutto, di ripercorrere l'intero processo per individuare la causa dell'errore. Un lavoro molto dispendioso, sia in termini di produttività che di efficacia. Per tale ragione, come spiega Franco Faletti, responsabile “mezzi e metodi” della divisione Powertrain, si è ritenuto opportuno investire su controlli puntuali e ripetitivi, che permettono di velocizzare i tempi di intervento. 

Proprio la necessità di velocizzare questi tempi costituisce un'esigenza prioritaria in Magneti Marelli Powertrain, in quanto le case automobilistiche, in forte competizione tra loro, sono alla continua ricerca di soluzioni elettroniche che possano garantire una certa differenziazione sul mercato. Per tale ragione, quando scelgono di investire su una nuova funzionalità, il fornitore deve essere in grado di assecondarle in tempi particolarmente rapidi. 

Così, quando all'inizio dello scorso anno è emersa l'esigenza di introdurre un nuovo sistema per l'ispezione della pasta saldante post-printing, i tecnici dello stabilimento di Corbetta si sono rivolti al mercato per trovare una soluzione che superasse i limiti delle apparecchiature in uso. In quel periodo, infatti, l'ispezione del deposito di pasta saldante ottenuto per serigrafia era affidata a due sistemi basati su apparecchiature che sfruttavano la tecnologia laser scanning. Tale scelta, però, non permetteva di effettuare il controllo tridimensionale su tutte le schede e, per tale ragione, era spesso necessario operare le verifiche solo a campione o su una percentuale limitata di prodotti. Una metodologia di controllo che, quindi, non permetteva di individuare immediatamente eventuali difettosità, che emergevano solo nelle successive fasi di lavorazione, con gli intuibili problemi legati ai costi ed alla produttività. Inoltre, come sottolinea il responsabile delle valutazioni AOI post-printing di Magneti Marelli Powertrain, Carlo Galbiati: “Le soluzioni installate creavano spesso problemi, sia in termini di affidabilità che di precisione”. Una situazione che comportava una serie di errate diagnosi di difetto, oltre ad un'elevata complessità di manutenzione, anche per la necessità di adeguare le ispezioni al particolare tipo di pasta saldante utilizzato da ciascun fornitore dell'azienda milanese. 

Una gara a tre 

Conoscendo i limiti dei sistemi di ispezione basati sulla tecnologia laser, Faletti e Galbiati hanno scelto di testare una soluzione in grado di sfruttare il principio di Moiré. Una metodologia particolarmente innovativa ma che, malgrado gli interessanti risultati proposti dalla letteratura di settore, suscitava qualche perplessità. “ Inizialmente, – ammette Galbiati - temevamo che il principio utilizzato potesse risultare meno affidabile rispetto ad uno scanner laser”. 

Affidarsi ad una tecnologia completamente nuova, inoltre, può rivelarsi rischioso, soprattutto nei momenti in cui le linee produttive sono chiamate a garantire elevati livelli di prestazioni. Per questa ragione è stato scelto, in una prima fase, di testare l'apparecchiatura off-line, confrontando i risultati con quelli ottenuti dalle soluzioni già installate. 

Dovendo affrontare una simile sfida, i responsabili di Magneti Marelli Powertrain si sono però tutelati affidandosi ad un fornitore autorevole come Selettra, con il quale da anni si è instaurato un proficuo rapporto e ad un produttore riconosciuto per il proprio livello di innovazione, quale la coreana Koh Young. 

Con il supporto dei tecnici di Selettra, la scelta si è orientata sul modello KY-3030VAL, caratterizzato da una filosofia costruttiva incentrata sulla semplicità d'uso e sull'utilizzo di parti meccaniche ed elettroniche non facilmente soggette a guasti. 

“In verità - ammette Galbiati - per quanto affascinati dalla nuova tecnologia, avevamo qualche perplessità sulla sua reale efficacia. Anche per questa ragione, nella fase di test off-line, abbiamo prestato particolare attenzione a tutte le caratteristiche della nuova macchina, ben sapendo di affrontare una scelta che avrebbe modificato radicalmente il nostro modo di operare”. 

Per ottenere un confronto scientifico e obiettivo, i tecnici di Magneti Marelli hanno predisposto una griglia comparativa nella quale sono stati messi a confronto i risultati ottenuti con la nuova soluzione e con quelle già in uso. In particolare, durante la fase di analisi che si è protratta per tre mesi, sono stati valutati aspetti quali GR&R, facilità di programmazione, gestione, modifica programmi, soluzioni costruttive adottate e tipologia di difetti identificati. 

Un simile studio, oltre a consentire di conoscere tutti i dettagli di funzionamento della KY-3030VAL, ha permesso di comprenderne gli eventuali limiti e di disporre delle informazioni necessarie per massimizzare la produttività nella successiva fase di installazione on-line. Scendendo nello specifico, inizialmente, la valutazione è stata focalizzata sullo studio del GR&R. La ripetibilità delle misurazioni su piazzole completamente differenti è infatti fondamentale, in quanto un’eventuale impossibilità di analizzare specifiche soluzioni escluderebbe a priori l'utilizzo di una simile macchina sulle linee di assemblaggio. Il risultato è stato da subito positivo, con valori di GR&R compresi tra l’1 e il 5%, ben al di sotto del limite del 10% fissato come obiettivo. Superato questo esame, il procedimento successivo si è concentrato sulla tipologia dei difetti riscontrati. Siccome il processo di serigrafia, grazie alla crescente densità delle schede utilizzate per il controllo dei motori, deve essere sempre più preciso, il sistema di controllo è chiamato ad individuare anche il minimo scostamento rispetto al risultato prefissato. Per tale ragione, in fase preliminare, sono state realizzate schede che, sulla scorta di verifiche precedenti, erano risultate non conformi in termini di volume della pasta, area pad, spessore, scostamento o corto circuiti. Anche in questo caso, dopo le necessarie operazioni di addestramento della macchina, che si sono rivelate particolarmente intuitive, la KY-3030VAL ha dimostrato un’eccellente precisione e una rapidità nel cambio programma che hanno convinto i tecnici della validità delle proprie scelte. “Nel corso di questa analisi - spiega Galbiati - abbiamo valutato anche i differenti modi di operare del sistema di ispezione. La KY-3030VAL, infatti, può lavorare in modalità single mode, dual mode parziale o dual mode totale, in funzione della necessità di illuminare la scheda con uno o due fasci di luce per ottenere l'immagine da analizzare sulla scorta del cosiddetto Shadow Effect”. Ne è emerso che la modalità di ispezione influenza in modo significativo la precisione della misura di area, volume e spessore in termini di valore assoluto, ma che tale sistema non fa variare significativamente la dispersione delle misure. Questo significa che, anche quando si opera in modalità single mode e con una leggera perdita in termini di precisione, non si introducono fenomeni di instabilità. Grazie a questo risultato è stato possibile scegliere il tipo di illuminazione da utilizzare anche in funzione del tempo disponibile per le operazioni di analisi, ottimizzando così il ciclo di controllo.

Sulla scorta di questi risultati, Galbiati ha assegnato un punteggio alle singole tipologie di verifiche effettuate sulle tre macchine: “ Il confronto ha evidenziato come il sistema firmato da Koh Young per le soluzioni tecniche, hardware e software, risulti nettamente superiore alle altre due macchine prese in considerazione, sia in termini di prestazioni che di affidabilità delle misure". 

Ma come è possibile? 

I risultati ottenuti durante le fasi di test sono stati addirittura superiori rispetto alle attese, confermando tutte le qualità evidenziate dal personale di Selettra durante il processo di presentazione dell'apparecchiatura. Queste prestazioni sono rese possibili dal fatto che la KY-3030VAL suddivide la superficie da analizzare in aree più piccole, compatibili con il campo di visione della telecamera, e le analizza singolarmente. Il sistema preleva poi una serie di immagini, le confronta tra loro e sceglie automaticamente quella che risulta più nitida. L'operatore, in funzione della complessità della scheda da analizzare, può impostare il numero di immagine da riprendere, che vengono successivamente digitalizzate ed utilizzate dal software per ricostruire graficamente e in formato tridimensionale i depositi di pasta saldante. I risultati vengono infine confrontati direttamente con quelli di riferimento, calcolando eventuali scostamenti e difformità. Il tutto, malgrado il particolare livello di sofisticazione raggiunto dal sistema, in modo estremamente rapido e semplice per l'operatore, che utilizza un'interfaccia particolarmente intuitiva.

L'operatore, inoltre, in ogni istante è in grado di vedere l'immagine autentica o ricostruita del problema e può quindi intervenire, in tempo reale, per correggere eventuali errori, riducendo così drasticamente tutti gli scarti. “Operando in questo modo – sottolinea Galbiati - è possibile migliorare la diagnosi di processo, con azioni correttive immediate che possono essere delegate direttamente al personale o al responsabile di linea, in funzione della tipologia di problema. Tutto, con l’ulteriore vantaggio di poter utilizzare la tecnologia basata sullo stagno chimico che, tipicamente, presenta una maggiore percentuale di difettosità rispetto a quelle tradizionali”.

“L'aspetto più innovativo di una simile tecnica – ribadisce Faletti - è però legato al fatto che, per la prima volta, il sistema di ispezione non costituisce solo uno sbarramento, ma è un metodo per identificare azioni correttive”.

Adesso andiamo in produzione 

Vinta la gara off-line, la KY-3030VAL è stata chiamata a dimostrare le proprie qualità anche dopo essere stata inserita all'interno del ciclo produttivo. In particolare, durante questa fase, sono stati analizzati i fermi macchina dovuti a problemi hardware o software, oltre alla percentuale di false diagnosi, la capacità di garantire misure corrette anche su prodotti firmati da fornitori diversi, la gestione dei programmi e, altro aspetto molto importante, le sensazioni degli addetti di linea. 

Dopo alcune settimane di funzionamento, nel corso delle quali è stato possibile ottimizzare senza particolari problemi il funzionamento del software, la macchina non ha mai manifestato comportamenti anomali capaci di interrompere il ciclo produttivo. Inoltre, come spiega Faletti, “grazie alla capacità di riconoscere il fornitore della scheda, le prestazioni della KY-3030VAL non sono state influenzate dalle caratteristiche della pasta saldante utilizzata e gli stessi operatori di linea sono stati positivamente colpiti dalla semplicità di utilizzo. Anche perché ogni eventuale difetto viene presentato immediatamente sul monitor, semplificando così l'identificazione delle possibili cause”.

Galbiati sottolinea inoltre come “la reportistica generata, configurabile per le varie necessità, permette di ottenere dati di produttività e difettosità che si rivelano particolarmente utili nell'identificazione e nella soluzione delle cause che hanno generato una non conformità della scheda prodotta. Il tutto, arricchito dalla capacità di conservare adeguatamente tutte le immagini riprese, che possono essere analizzate a posteriori per migliorare il livello produttivo". In questo modo, inoltre, Magneti Marelli ha potuto valutare con maggior attenzione i propri fornitori, sollecitandoli ad investire a loro volta per migliorare le caratteristiche delle schede fornite.

Ancora più tecnologia in auto 

L’impiego dei nuovi sistemi di visione basati sulla KY-3030VAL permette oggi a Magneti Marelli Powertrain di avvicinarsi sempre più all'obiettivo di proporre al mercato soluzioni tecnologiche assolutamente prive di qualunque difettosità. Uno scopo, che non viene richiesto solamente dai costruttori dei bolidi destinati alle gare, ma anche da tutti i clienti attivi nell'ambito dell'automotive. L'elettronica a bordo delle automobili, infatti, è sempre più indispensabile, sia per garantire migliori prestazioni in termini assoluti sia per combattere in modo davvero efficace l'inquinamento atmosferico. Tutte caratteristiche in cui la divisione Powertrain vanta una competenza unica a livello mondiale e che, grazie a tecnologie sempre più sofisticate, offre vantaggi concreti a tutti gli automobilisti.