TDK Foil, fondata nel 1955 e precedentemente nota come Becromal, è oggi un attore chiave dell'innovazione nel mercato dei fogli di alluminio per condensatori elettrolitici. Nell’ambito del bando aperto da MADE 4.0 rivolto a sostenere progetti ad alto potenziale innovativo, l’azienda ha presentato un progetto di "Gemello digitale basato su modello e sui dati per la simulazione, la validazione e la gestione ottimale di un nuovo anodo per la formazione di ossido di alluminio" (GDNA).
Obiettivo del progetto era superare i limiti tecnologici dell'attuale processo di formazione degli elettrodi, incrementando la produttività oraria delle macchine. Per fare ciò, si prevedeva lo sviluppo di un gemello digitale dei meccanismi di interazione tra l’anodo ed il foglio che avrebbe non solo reso più efficiente il processo, ma permesso di prevedere performance e invecchiamento dell’anodo e aumentato la sostenibilità del processo.
Il supporto di MADE 4.0 in questo progetto ha permesso a TDF Foil di creare una tecnologia unica nel suo genere nel panorama internazionale.
Formazione di ossido di alluminio, superare i limiti tecnologici grazie a un gemello digitale
Il processo tradizionale di "formazione" - creazione di uno strato di ossido di alluminio su un foglio di alluminio puro inciso -, implica il passaggio del foglio di alluminio attraverso bagni chimici e l'applicazione simultanea di una corrente elettrica.
La velocità di produzione è direttamente proporzionale all'intensità della corrente applicata, a parità di tensione di formazione. Tuttavia, il limite fisico attuale per aumentare la corrente è rappresentato dall'anodo che, introduce la corrente continua nel foglio. Un limite che incideva sulla velocità massima delle macchine e, conseguentemente, la loro produzione oraria.
Il progetto GDNA intendeva superare questo vincolo tecnologico attraverso un processo innovativo con al centro un gemello digitale basato su dati e modelli.
Il progetto di TDK Foil
Per TDK Foil si trattava di un progetto particolarmente significativo, in quanto avrebbe permesso all’azienda di:
- superare le attuali limitazioni tecnologiche, aumentando la produttività del processo
- progettare, costruire ed avviare nuove macchine di produzione basate sulla nuova tecnologia e portare la produzione di foglio di alluminio formato a una scala superiore a quella delle attuali macchine basate sugli anodi tradizionali
- studiare nuove tipologie e geometrie di anodo, validando nel gemello digitale le performance
- gestire le macchine in maniera più efficiente grazie a sistemi di analisi e diagnostica basati sul gemello digitale creato
Dall’analisi dei dati esistenti all’elaborazione degli algoritmi predittivi
Il progetto di innovazione di TDK Foil è stato articolato in quattro Work Package (WP), ognuno con obiettivi specifici e interconnessi. Il primo WP ha avuto lo scopo di definire e implementare il gemello digitale del processo di ossidazione dell'anodo/foglio di alluminio, basato su metodi numerici e algoritmi di identificazione basati sui dati. Partendo dal modello della situazione attuale, si è lavorato per arrivare a un modello ottimizzato grazie alle esperienze dei successivi WP.
Il secondo WP si è concentrato sulla validazione del gemello digitale ottenuto nel WP1 attraverso misurazioni sui dati acquisiti sul campo. Il terzo WP ha mirato a ottimizzare la struttura dell’anodo a partire dal modello sviluppato nel WP1.
Infine, il quarto WP ha studiato, a partire dai dati, algoritmi di previsione di invecchiamento dell’anodo e la valutazione delle performance.
Il ruolo cruciale di MADE 4.0 nel progetto GDNA: creazione e validazione del gemello digitale dell'anodo
MADE 4.0 ha giocato un ruolo cruciale in questo progetto. Al Competence Center TDK Foil ha affidato la creazione del gemello digitale dell’anodo esistente, partendo dai dati raccolti dai sensori installati sulle macchine di TDK Foil.
Il Competence Center ha poi supportato TDF Foil nelle attività di validazione del gemello digitale tramite evidenze sperimentali e si è fatto carico delle TASK necessarie a ottimizzare la geometria del nuovo anodo. Infine, ha supportato TDK Foil nello studio gli algoritmi di previsione di invecchiamento dell’anodo e per la valutazione delle performance basati sul gemello digitale e sui dati.
Grazie all'integrazione e alla collaborazione tra i vari WP e la partecipazione di MADE 4.0 e dei suoi partner, il progetto ha beneficiato di un approccio sistematico e innovativo, garantendo risultati di alta qualità e miglioramenti significativi.
Maggiore competitività e innovazione in un mercato in espansione
Il progetto GDNA, concluso con successo, promette significativi vantaggi per TDK Foil e l'industria dei condensatori elettrolitici. La tecnologia innovativa sviluppata consentirà la costruzione di nuove macchine di formazione per il foglio di alluminio e la modifica delle macchine già in uso presso TDK Foil, aumentando sensibilmente la produttività.
Questo incremento permetterà di rispondere con efficacia alla domanda di foglio di alluminio per condensatori elettrolitici sul mercato.
L'uso del gemello digitale, inoltre, ha permesso di replicare digitalmente l'infrastruttura esistente, abilitando la possibilità di implementare innovazioni senza i rischi associati ai test fisici diretti.
Questo approccio non solo è a vantaggio dell'efficienza produttiva, ma potrà essere esteso ad altre fasi critiche del processo di TDK Foil, come l'infrastruttura di conversione elettrica e vari impianti chimici. L'integrazione delle tecnologie 4.0 garantirà efficientamenti continui e un miglioramento costante della produttività.
Produttività e sostenibilità grazie al gemello digitale dell’anodo sviluppato con MADE 4.0
Grazie alla collaborazione con MADE 4.0 e all'implementazione innovativa del gemello digitale, TDK Foil non solo ha migliorato la produttività e l'efficienza delle sue operazioni, ma ha anche compiuto un passo significativo verso una produzione più sostenibile e responsabile, posizionandosi all'avanguardia nel mercato globale dei condensatori elettrolitici.
