Background

Leader mondiale nella produzione di acciai inossidabili lunghi e leghe nichel, la Cogne Acciai Speciali produce un’ampia e diversificata gamma di acciai speciali destinati a utilizzi in settori a elevato contenuto tecnologico, garantendo standard di alta qualità nel processo e nel prodotto, certificati secondo parametri normativi internazionali. Un piano di sviluppo strategico ha consentito negli ultimi anni all’azienda di consolidare la propria posizione sui mercati dell’Oil&Gas, Power Generation e dell’Automotive, nonché di acquisire nuove e importanti certificazioni (di qualità, sicurezza, ambientali, …) che le hanno permesso di aprirsi all’importante mercato dell’Aerospace e in quello dei prodotti a base leghe nichel. Per accompagnare e rendere vincente il cambiamento, l’azienda ha da un lato rinforzato l’area di ricerca e innovazione e dall’altro potenziato i piani formativi per accrescere le conoscenze e le competenze dei propri collaboratori, in modo da creare le figure necessarie a gestire e operare sui nuovi impianti. Con oltre 1.100 dipendenti occupati e un indotto che porta a 1.500 il numero delle persone interessate, la Cogne Acciai Speciali è la principale realtà imprenditoriale della Valle d’Aosta ed è il riferimento industriale per eccellenza in Europa.

Sfida

Il reparto Gestione Materie Prime (GMP) all’interno di Cogne Acciai Speciali si occupa dell’ingresso di tutta la materia prima, del suo stoccaggio e del conseguente carico degli impianti che andranno ad utilizzarla. La materia prima è costituita da rottame di ferro, residui di ferroleghe, recupero di scarti di lavorazione, ecc.
Tali materie prime vengono immagazzinate in varie aree dello stabilimento (parco rottami, magazzino ferroleghe, box ferroleghe, …) dove sono depositate dai mezzi dei fornitori esterni o dai veicoli di movimentazione interna.

Il gruppo di lavoro è composto da circa 20 persone divise tra:
• Classificatori: addetti allo scarico dei camion e alla verifica della corretta analisi dei materiali stoccati
• Gruisti: addetti alla guida dei mezzi che spostano il materiale
• Preparatore cariche: operatore che sulla base delle marche di acciaio da produrre decide la ricetta con la quale i gruisti devono riempiere le ceste che andranno scaricate nel forno per poi essere fuse
• Direzione: si occupa dello sviluppo di nuovi progetti e del controllo dell’operato, fino al controllo dell’arrivo del materiale

Il costo della materia prima gestita da GMP incide sui costi aziendali per oltre il 70%. Per questo motivo è nata l’esigenza di avviare un progetto di tracciamento automatico di tutti i flussi di movimentazione della materia prima, con l’obiettivo di aumentare l’efficienza operativa dei mezzi e degli operatori, ridurre il tasso di errore nelle operazioni di carico e scarico materie prime, ridurre i tempi delle singole fasi delle varie attività operative. Per raggiungere tali obiettivi si rende necessario tracciare in maniera precisa e accurata (accuratezza richiesta inferiore a 1mt, con soglia di 0.5mt per alcune aree operative) tutti i mezzi che movimentano il materiale, così da certificarne le operazioni e andare a realizzare una infrastruttura tecnologica (costituita da componenti hardware e software) utile alla costruzione di una Block-chain di tutta la filiera produttiva.
La localizzazione accurata dei mezzi rappresenta una sfida tecnologica complessa, in quanto si tratta di tracciare il movimento di mezzi estremamente eterogenei per forma e dimensione (caricatori, pale meccaniche, camion, muletti, …), che si muovono all’interno di un ambiente complesso caratterizzato da una presenza costante e diffusa di materiale metallico (la materia prima accumulata nei singoli box, i veicoli stessi, le strutture dello stabilimento, …).

Soluzione

I requisiti del progetto hanno portato all’adozione di una piattaforma di localizzazione ibrida, ovvero in grado di integrare in modo automatico e trasparente diverse tecnologie di localizzazione. Per lo sviluppo, l’implementazione e l’integrazione della soluzione, Cogne Acciai Speciali si è avvalsa della collaborazione di due PMI italiane, entrambe attive nel settore degli RTLS (Real-Time Locating Systems) e IPS (Indoor Positioting Systems): BlueUp Srl, specializzata nella progettazione, realizzazione e fornitura di dispositivi e soluzioni integrate hardware/software, e Synapses Srl, specializzata nello sviluppo e fornitura di piattaforme middleware e software evolute.

La piattaforma di localizzazione ibrida integra le seguenti tecnologie:
• Bluetooth Low Energy AoA (Angle of Arrival) per la localizzazione accurata dei mezzi nelle aree operative coperte (parco rottami, magazzino ferroleghe, …). In tali aree è stata predisposta una copertura con locator BLE-AoA Quuppa;
• GPS per la localizzazione dei mezzi sulle restanti aree dello stabilimento;
• Bluetooth beacons per la localizzazione di prossimità in punti precisi dello stabilimento (varchi di transito, portoni di ingresso/uscita dei capannoni, …). In tali punti sono stati installati beacon BLE BlueUp alimentati a batteria e dotati di antenna direttiva.

I dati provenienti dalle diverse sorgenti di localizzazione sono acquisiti ed integrati dal middleware BlueGPS di Synapses, che a sua volta si interfaccia con i sistemi informativi aziendali di Cogne Acciai Speciali tramite API.
Nel dettaglio, la soluzione è stata implementata andando a distinguere i mezzi interni all’azienda dai mezzi dei fornitori esterni. Tutti i mezzi interni (es: pale meccaniche) sono dotati di uno o più tag BLE AoA industriali (mod. Brick Quuppa di BlueUp). Circa 120 tag sono stati usati per localizzare e mappare tutti i mezzi. I tag hanno una vita operativa stimata superiore a 4 anni e, grazie alle batterie sostituibili, consentono un abbattimento dei costi di gestione e manutenzione negli anni successivi. Sui mezzi dedicati alle operazioni di carico e scarico delle materie prime (come ad esempio il caricatore all’interno del parco rottami) sono stati installati più tag: grazie all’accuratezza della tecnologia di localizzazione BLE AoA (in grado di fornire la posizione dei tag con precisione nell’ordine di 0.5mt, anche in un contesto proibitivo come quello dell’acciaieria) e ad evoluti algoritmi di shape reconstruction, è stato possibile non solo localizzare il singolo veicolo, ma anche ricostruirne la sagoma e l’orientazione a livello software. In questo modo, il sistema è in grado di identificare, con una precisione del 100%, l’esatta locazione dove viene prelevato o depositato il materiale. Per coprire tutte le aree di interesse con sistema BLE AoA (per una superficie totale di circa 21000 mq), sono stati installati circa 70 locator Quuppa.
Al di fuori delle aree operative coperte, i mezzi sono localizzati tramite GPS, utilizzando il terminale mobile dell’autista a bordo del mezzo, che viene associato al mezzo stesso. Quando i mezzi transitano in punti specifici, dotati di beacon BLE, il terminale mobile riportata la posizione puntuale, fornendo in questo modo una certificazione del passaggio o della presenza. Circa 100 beacon BLE sono stati installati in vari punti di interesse (varchi, portoni, …) dello stabilimento.

 

I mezzi esterni sono invece tracciati tramite GPS e Bluetooth AoA, grazie a terminali mobili forniti di app dedicata. I terminali sono forniti agli autisti al momento dell’ingresso, creando un’associazione univoca fra terminale e mezzo grazie ad una identificazione automatica con tecnologia NFC. La app acquisisce in continuo la coordinata GPS e la trasmette alla piattaforma di localizzazione. Quando il mezzo entra nelle aree coperte (fornite di infrastruttura Quuppa), la app consente di abilitare una modalità Quuppa Emulation: in questo modo il terminale diventa un vero e proprio tag BLE AoA, permettendo di tracciare il mezzo anche dove la copertura GPS è scarsa o assente.

Risultati

La soluzione di tracciamento implementata ha portato numerosi vantaggi all’azienda. In particolare, si è ottenuto un miglioramento dell’efficienza produttiva e un aumento della sicurezza degli operatori. Per quanto riguarda il monitoraggio e l’incremento dell’efficienza operativa, il controllo in tempo reale delle movimentazioni permette di avere sempre una panoramica aggiornata del carico di lavoro presente in reparto e in caso di segnalazioni di errori intervenire tempestivamente riducendo al minimo le perdite in termine di costi e tempo. Oltre al real-time, il sistema offre un sistema di reportistica ben strutturato, grazie al quale si possono fare ragionamenti di efficientamento della produzione. In particolare, si può distribuire il materiale in modo da minimizzare gli spostamenti del caricatore e della cesta.
In relazione alla sicurezza degli operatori, un’altra opportunità offerta dal sistema è l’avviso in caso di pericolo di prossimità. Infatti, al parco rottami ci sono diversi mezzi pesanti in movimento contemporaneamente. Grazie ai tag presenti su ognuno di essi l’operatore può essere avvisato in caso di possibile pericolo dovuto ad un eccessivo avvicinamento fra due mezzi oppure fra un mezzo ed un operatore. Inoltre, grazie alle molteplici API offerte dalla piattaforma BlueGPS, sono state sviluppate diverse app per dispositivi mobili, con l’obiettivo di digitalizzare i processi produttivi. In particolare, attualmente sono state sviluppate due app, una per le missioni di trasferimento leghe e una per la navigazione dei mezzi dei fornitori esterni in ingresso allo stabilimento. L’app trasferimento ferroleghe va a sostituire un foglio cartaceo con le missioni utilizzato fino ad oggi. Quest’ultima permette di velocizzare la procedura, aumentare la precisione (il peso caricato è rilevato direttamente dalle celle di carico del mezzo) e dare visibilità all’operatore della corretta o meno posizione di prelievo/scarico. L’applicazione di navigazione interna, invece, ha l’obbiettivo di guidare i mezzi in ingresso nel punto di scarico corretto, evitando così perdite di tempo ed inefficienze legate ad errati percorsi dei mezzi di fornitori esterni all’interno dello stabilimento.

In termini quantitativi, sono forniti di seguito alcuni indicatori di performance già raggiunti nei primi 6 mesi di funzionamento del sistema:
• digitalizzazione del 100% dei processi di logistica interna al reparto Materie Prime e di accesso dei fornitori esterni (in ottica Zero Waste);
• tracciamento automatico del 100% dei processi di carico materie per la produzione (in ottica di aumento della qualità e riduzione degli errori);
• riduzione del 15% dei tempi richiesti dalla ricezione dell’ordine di produzione al carico completo delle materie prime per il forno fusore;
• riduzione del 20% dei tempi di attesa da parte dei fornitori esterni, grazie ad una riduzione dei tempi medi di percorrenza dei percorsi interni e a una più rapida identificazione delle aree di scarico.

Estensioni future

Il progetto di tracciamento del parco rottami è il progetto pilota per l’azienda, con l’obiettivo primario di valutare i benefici legati all’adozione delle tecnologie RTLS nei processi aziendali. Come illustrato nella sezione precedente, gli indicatori qualitativi e quantitativi mostrano già un impatto positivo, che dovrà essere successivamente quantificato in termini di aumento di produttività dei reparti coinvolti. Contemporaneamente, sono previste estensioni future della piattaforma RTLS all’interno del reparto Materie Prime ma anche in altri reparti dello stabilimento. Nel reparto Materie Prime è prevista una integrazione con i sistemi CCTV per migliorare ulteriormente i processi di automazione di scarico e carico e la sicurezza dei lavoratori, andando a inibire le movimentazioni dei mezzi (o rallentandole) in caso di interferenza.

Si prevede di estendere la piattaforma RTLS anche ad altri reparti, ed in particolare:
• Reparto Produzione, per il tracking dei prodotti “vergella” finiti nelle aree di stoccaggio;
• Reparto Qualità, per il tracking dei campioni di produzione utilizzati nelle prove del laboratorio qualità.

Infine, si vuole espandere l’attuale funzione di navigazione tramite smartphone anche per i percorsi pedonali, così da poter guidare i visitatori alla destinazione corretta.