INDUSTRY 4.0 E SMART FACTORY


1 Introduzione

Vi immaginate tramite un i-pad di riavviare una linea di produzione ferma a causa di un’interruzione di corrente o la creazione di un prodotto secondo specifiche personalizzate a cosi più bassi di un prodotto di serie; tutto questo sembra impossibile o fantascientifico? Non già nel mondo il primo caso è già realtà il secondo è in fase di test. Questa è la quarta rivoluzione industriale. Le basi su cui si fonda questa rivoluzione sono già presenti nelle nuove tecnologie del 21° secolo e cambieranno drasticamente l’intera catena di generazione del valore nella produzione.

I catalizzatori di questa rivoluzione sono l’internet delle cose (Internet of Things – IoT) e l’interconnessione delle macchine: macchine e persone comunicheranno insieme come mai precedentemente. I requisiti sono comunque la gestione delle informazioni in grosse quantità (Big Data) che si trasferiscono nelle fasi di progettazione, produzione, acquisizione materiali, manutenzione dei macchinari e trasporto dei prodotti al cliente finale: una catena del valore completamente digitalizzata ed interconnessa in rete.

Tutto ciò ha preso il nome di Industry 4.0 o Smart Factory. Il termine Industry 4.0 ha preso origine da un progetto del Governo Tedesco che investe 40 miliardi di euro l’anno fino al 2020 per la digitalizzazione della produzione industriale. Al termine Industry 4.0 si sono associati molti altri termini che indicano l’interesse, l’attualità e il futuro di questa rivoluzione nell’industria.

L’uso delle tecnologie innovative include l'automazione digitale di produzione e le “disruptive technology” cioè quelle tecnologie dirompenti che cambiano l’ecosistema produttivo e che si estendono ai campi della automazione, della mobilità autonoma, dell'intelligenza artificiale, realtà aumentata (arricchimento della percezione sensoriale umana mediante informazioni, in genere manipolate e convogliate elettronicamente, che non sarebbero percepibili con i cinque sensi), della robotica, dei nuovi materiali, dell'uso di energia, dei "Big Data", della gestione del ciclo di vita, e, soprattutto, della comunicazione.

L’obiettivo è quello di creare un nuovo sistema di produzione in rete dove ogni cosa è interconnessa con ogni altra.

Quali implicazioni di questo nuovo sistema digitale di produzione sono l’aumento dei rischi e delle corrispondenti coperture assicurative. Infatti un sistema così automatizzato e distribuito, può accrescere la possibilità di attacchi informatici, può essere soggetto a rischi sulla sicurezza e l’affidabilità dei flussi di dati, alla loro perdita e alla interruzione della produzione. Tutto ciò richiede un nuovo sviluppo della gestione dei rischi.

2 Cos’è una Smart Factory

La Smart Factory nasce dalla convergenza tra i mondi virtuali e reali (fisici) come integrazione tra i processi di produzione e l’intelligenza artificiale, l’apprendimento automatico, l’automazione delle attività tipiche della conoscenza e la comunicazione tra machina e macchina.

La Smart Factory di fatto cambia le modalità di progettazione, produzione e consegna dei prodotti; nel contempo aumenta la sicurezza nel lavoro e l’impatto ambientale.

Tutto ciò insieme al fatto che molte fasi decisionali passano dall’uomo ai sistemi tecnologici fanno si che la produzione diventi intelligente (smart).

2.1 Le 7 caratteristiche fondamentali per una buona Smart Factory

2.1.1        Le persone al centro della tecnologia

Gli spazi di lavoro e le funzioni di assistenza digitale devono assistere le persone con informazioni strettamente legate alle loro attività e con miglioramenti degli aspetti ergonomici al fine di creare un ambiente di lavoro specifico al singolo individuo. Ciò significa identificare il lavoratore creare un ambiente di lavoro ritagliato sulle proprie peculiarità dove vengono mostrate istruzioni orientate alle sue conoscenze e forniti strumenti e dispositivi intelligenti ed intuitivi con cui operare.

2.1.2        Intelligenza distribuita

Integrazione dell’intelligenza decentrata sulle macchine automatiche attraverso il software per consentire loro di procedere alle loro attività autonomamente e prendere decisioni secondo le specifiche dettate da un sistema di alto livello. L’intelligenza distribuita è un punto fondamentale per un veloce adattamento ai cambiamenti imposti dal mercato e dalle condizioni di produzione.

2.1.3        Integrazione veloce e configurazione flessibile

Persone, macchine, processi e flusso di valore sono tutti integrati in una rete governata e gestita da strumenti software che facilitano le fasi di verifica delle corrette caratteristiche e della qualità dei prodotti e le riconfigurazioni nei cambi di lavorazione riducendone la complessità.

2.1.4        Open standard

L’importanza di utilizzare standard aperti da parte dei produttori delle tecnologie digitali garantisce l’integrazione orizzontale e verticale delle piattaforme tra loro indipendenti, creando i presupposti per uno scambio intelligente e veloce delle informazioni nella catena del valore della produzione.

2.1.5        Rappresentazione virtuale in tempo reale

Tutti i componenti e gli oggetti del processo di creazione del valore hanno una rappresentazione virtuale in tempo reale. Gli elementi virtuali sono in stretto contatto con la controparte fisica fornendo le informazioni contestuali per un rapido miglioramento del processo durante la produzione.

2.1.6        Gestione del ciclo di vita in digitale

La gestione in rete di tutti i componenti, macchine, processi e dati di produzione dalla fase di sviluppo, produzione e infine al riciclaggio diminuisce i tempi e quindi i costi di sviluppo sia di nuove linee di produzione intelligenti sia dell’aggiornamento delle piattaforme esistenti. Tutto ciò assicura la possibilità di gestire al meglio il ciclo di vita adeguandosi velocemente alle richieste del mercato.

2.1.7        Sicurezza nella rete di creazione del valore

La rete di creazione del valore deve infine avere due caratteristiche principali: proteggere l’uomo dai pericoli delle macchine e salvaguardare dati e processi dai rischi e dagli attacchi dell’ambiente circostante e da malfunzionamenti casuali o intenzionali.

3  L’impatto tecnologico in una SMART FACTORY

3.1  La sfida: le attuali difficoltà nella catena del valore

Produrre diventa sempre più complesso, alcune regole del passato che hanno permesso una programmazione della produzione in modo estremamente meccanizzato, sono attualmente sotto attacco, se non annullate, su tutti e tre i fronti: fornitori, produttori, clienti.

Le difficoltà dei fornitori, i loro mutamenti in atto, la loro riorganizzazione societaria e gli accorpamenti e fusioni, rendo sempre più incerti gli approvvigionamenti sia nella quantità, che nella qualità che nel tempismo.

Dall’altro lato i clienti hanno ormai la predisposizione di decidere all’ultimo momento con la pretesa della consegna immediata isto che su mercati globali e nella rete internet c’è sempre disponibilità.

Tutto ciò si presenta ai produttori con una serie di variabili complesse che sempre più dovranno affrontare:

i prodotti aumentano in complessità, hanno numerosi varianti anche per affrontare la personalizzazione che può accrescere il vantaggio competitivo in un mercato globale. Si deve poi produrre a lotti piccoli e mantenere tempi di consegna molto brevi. Questo impatta sul modello pull della Lean Manufacturing, perché ci impone di avere un’integrazione spinta, efficace ed efficiente della linea di produzione o ancor meglio della catena del valore. Chi meglio riesce in questa azione meglio riesce a combattere l’aumento della concorrenza creata dai mercati globalizzati.

3.2  Internet delle cose

Rispondere a questa sfida con gli strumenti e i metodi del passato diventa un’impresa veramente impervia e purtroppo destinata nel tempo a fallire. La tecnologia avanza prepotentemente e non possiamo pensare di non affrontarla o di reputarla un fastidioso impedimento. L’imprenditore moderno, qualsiasi sia la sua età, se vuole restare sul mercato deve almeno comprendere le opportunità che essa offre nel prossimo futuro e circondarsi di persone competenti che riescano ad utilizzare le opportunità offerte dalla tecnologia coerentemente alla strategia.

L’opportunità che si sta presentando in questi anni, molto giovane ma già molto applicata è l’internet delle cose. Immaginiamo solo per un attimo che tutto ciò che ci circonda non siano semplici cose costruite dall’uomo per necessità di vario tipo ma oggetti dotati di una propria identità. Come tali si muovono quindi in uno scenario o in un ambiente intelligente con il quale sanno interagire. Facciamo sì che questo ambiente poi sia sufficientemente ampio, non esagero: mondiale. Internet è una rete mondiale che piò consentire alle cose di interagire, di comunicare tra loro. Ecco un po' banalizzando e semplificando cosa si intende per internet delle cose.

Certo questo sviluppo tecnologico consiste in una serie di attività complesse sia hardware che software che sono tuttora in via di sviluppo e miglioramento, ma già alcuni passi importanti sono stati fatti e già molte applicazioni sono utilizzabili.

E’ questo un mondo molto complesso, ma che presenta sviluppi futuri impressionanti, per questo motivo un’impresa deve entrare in questo mondo e cominciare a fare i primi passi. Aspettare significa trovarsi nella condizione di essere obbligati ad adattarsi e fare tutto e subito, affrontando progetti complessi a costi elevati e con tempi troppo limitati, il tutto rischiando il fallimento del progetto.

4 Il trend: Industry 4.0 sempre più una realtà

La IV Rivoluzione Industriale si è già presentata ed è iniziata, parlare di Smart Factory npn è altro che riferirsi ad uno degli aspetti di questa rivoluzione chiamata anche Industry 4.0. Si presume che nel 2020 50 miliardi di oggetti intelligenti comunicheranno tra loro tramite internet.

La cosa sconvolgente è pensare che sia le componenti che i prodotti digitali avranno un’intelligenza limitata ma del tutto sufficiente a comunicare dati ed informazioni con una cascata di effetti sia nel modo della produzione che nella vita sociale.

Nell’Industry 4.0 cambia completamente il rapporto uomo macchina. L’uomo assume più carattere di controllore che di operatore con alcuni vantaggi come ad esempio il fatto della sicurezza. Ogni pezzo in lavorazione è in grado di fornire dati ed informazioni alla macchina perché venga fatta la lavorazione richiesta. Ogni macchina ha l’intelligenza sufficiente per fornire dati del suo stato e lelle lavorazioni in esecuzione nella rete internet, dando la possibilità di realizzare centri di controllo informatizzati che consentono il controllo, i tempi di produzione e le anomalie delle produzioni in corso. Si può parlare di una diversa interazione tra uomo e macchina, di dispositivi mobili per la produzione, di strumenti di misurazione intelligenti.

Questa evoluzione non di ferma solo alla produzione, ma anche alla manutenzione, ai trasporti e al prodotto. Infatti possiamo parlare di macchine che consentono di inviare informazioni riguardanti il loro stato di funzionamento intervenendo in maniera preventiva ed evitando pericolosi fermi macchina. Su può pensare di avere contenitori intelligenti che aiutano a migliorare i tempi di trasporto e di consegna, di tenere tracciato il loro stato, dove sono fisicamente in un dato momento e quando sono pervenuti al cliente e in caso di difetti il lotto da cui provengono. Abbiamo poi la possibilità di creare prodotti intelligenti che sono in grado di comunicare il loro stato di funzionamento, creando l’opportunità di fare manutenzione a distanza e raccogliere utili informazioni per il loro miglioramento.

Come raggiungere tutto ciò? Con una serie di piccoli passi che farà sì che la rivoluzione diventi un’evoluzione. Si partirà da un sistema integrato dove avremo la possibilità di conoscere in modo preciso lo stato operativo e la posizione in tempo reale di ogni lavorazione. Si passerà poi all'interazione tra macchine e tra uomini e machine sempre più efficiente, sicura ed efficace, pe finire alla fase dell’intelligenza diffusa dove i processi di fabbricazione e la catena del valore saranno sempre più organizzati autonomamente e dove diventeremo semplici controllori.

Tutto questo non è fantascienza, ma è attualità e immediato futuro a cui bisogna già approcciarsi per essere pronti ad un cambiamento che si verificherà nel prossimo quinquennio.