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La fabbrica del futuro sarà intelligente

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La Redazione

Per puntare sulla rinascita del manifatturiero in Europa occorre ripensare a un modello di organizzazione produttiva in cui tutti i processi dovranno essere misurati per valutarne l’efficienza e monitorati tramite avanzati sistemi di calcolo e reti di sensori.

La crisi di questi ultimi anni ha messo in evidenza la necessità di difendere e rafforzare un patrimonio storico del nostro continente: l’industria manifatturiera. È un asset fondamentale per generare ricchezza, creare posti di lavoro, ampliare la quantità di servizi richiesti dal mercato e garantire una qualità di vita soddisfacente. A sottolineare la strategicità del settore sono state di recente le parole del Presidente Barroso che ha evidenziato l’urgenza di riportare la manifattura al centro delle politiche europee per arrivare entro il 2020 a far sì che il contributo di questo settore al Pil comunitario raggiunga il 20% dall’attuale 16%. Da una parte il settore in Europa soffre nei comparti a più elevato contenuto tecnologico per la concorrenza delle economie industrializzate, come la Corea del Sud. Dall’altra le attività produttive tradizionali si sono progressivamente spostate nei paesi a più basso costo del lavoro. L’unica strada percorribile per la nostra manifattura è quella di immaginare e progettare un nuovo modello di fabbrica che dovrà essere dotata di soluzioni avanzate e integrate. Centrale per l’affermazione della fabbrica intelligente sarà il ruolo ricoperto dall’automazione nel senso ampio del termine: svolgeranno un ruolo chiave i concetti di cloud computing, i nuovi paradigmi dell’internet of thing, le tecnologie wireless, oltre ai moderni strumenti di progettazione e simulazione e di monitoraggio tramite sistemi avanzati di sensori intelligenti. Secondo Anie Confindustria le potenzialità di sviluppo delle tecnologie rivolte al manifatturiero avanzato sono ampie. Si stima che la crescita del mercato mondiale delle cosiddette Key Enabling Technologies (KETs) possa superare il 50% entro il 2015, raggiungendo i 1.000 miliardi di euro, valore equivalente all’8% del PIL UE. Già oggi l’industria europea è leader nel mercato delle KETs, con una quota sui brevetti mondiali superiore al 30%. Grazie all’implementazione e all’impiego di queste tecnologie la fabbrica del futuro dovrà rispondere a una molteplicità di necessità: gli attuali sistemi produttivi prevedono l’impiego di una grande varietà di materiali, macchinari e utensili in condizioni di lavoro variabili che vanno previste e monitorate. Inoltre la crescente richiesta di soluzioni customizzate comporta un impegno più complesso sul fronte progettuale e produttivo. La tendenza del mercato sarà sempre più quella di richiedere beni di qualità a costi ragionevoli e su misura per rispondere a esigenze specifiche. Per gestire questa molteplicità di fattori sarà dunque necessario sviluppare sistemi di analisi delle condizioni operative in grado di acquisire ed elaborare dati al fine di attivare interventi tesi al miglioramento continuo dell’efficienza.

Nuovi modelli di organizzazione produttiva

Un progetto coordinato dal CNR nell’ambito del Piano Nazionale della Ricerca 2011-2013 approvato dal Comitato Interministeriale per la programmazione Economica (CIPE) individua le possibili evoluzioni e innovazioni del manifatturiero italiano, necessarie per rafforzarne la competitività nel contesto internazionale. Nello specifico questa ricerca descrive alcuni modelli di organizzazione produttiva del futuro. Il primo è la fabbrica per prodotti personalizzati, di tipo “one of a kind”, ovvero in grado di fornire soluzioni che rispondano alle esigenze specifiche di ogni singolo cliente, per esempio in termini di dimensioni, forme, finiture non standard o caratteristiche biometriche e tecniche in generale. Da questo approccio deriva una soluzione di fabbrica “customer driven”, basata su una stretta partnership con l’utilizzatore finale che dovrà puntare su know-how avanzati, processi altamente innovativi e strutture produttive flessibili in grado di realizzare grandi varietà in piccoli lotti. Questo modello trovare applicazione nel settore tessile, dell’arredamento e della meccanica, comparti già caratterizzati da un elevato grado di automazione. Il secondo modello di fabbrica è quello riconfigurabile per rispondere alla drastica riduzione del ciclo di vita dei prodotti, soprattutto nei settori high-tech. La sfida per le imprese manifatturiere è quella di adeguare rapidamente le proprie tecnologie alle richieste del mercato attraverso l’offerta di prodotti innovativi e competitivi economicamente. Per adattarsi a contesti produttivi dinamici questa tipologia di organizzazione dovrà essere dotata di tecnologie abilitanti in grado di consentire una rapida evoluzione nella configurazione dei processi a basso costo e un elevato grado di libertà nella transizione tra una conformazione e l’altra, adattando i livelli di qualità e i ritmi produttivi alle specifiche condizioni del momento. In questo modello di fabbrica sono fondamentali gli investimenti in tecnologie hardware e software e in nuove metodologie in grado di misurare le prestazioni e controllare la qualità. Il terzo possibile scenario è rappresentato dalla fabbrica a elevate prestazioni, caratterizzata da una struttura in continua evoluzione che deve adattare i suoi processi e le sue prestazioni per far fronte a nuove specifiche tecniche e nuovi materiali in tempi rapidi. Questo sistema fronteggia la domanda minimizzando tutte le inefficienze associate alla produzione, alla movimentazione e gestione del magazzino e delle risorse. Attraverso il continuo aggiornamento dei dati raccolti sul campo, la loro analisi ed elaborazione con sistemi computazionali avanzati sarà possibile valutare la dinamica del sistema fabbrica, identificare le inefficienze e attivare interventi automatici di miglioramento per arrivare a un target di errori, difetti e sprechi vicino allo zero. Un altro possibile scenario nell’evoluzione della manifattura è quello che riconosce come valore fondante dell’industria di domani la sostenibilità. La produzione green deve garantire consumi energetici ridotti dei processi, dei sistemi e degli impianti industriali e un limitato consumo di acqua e di tutte le materie prime. Inoltre i prodotti devono essere realizzati con materiali a basso impatto ambientale, riciclabili, riutilizzabili e facilmente smaltibili. Quindi in un’ottica sostenibile già in fase progettuale occorre ipotizzare tutto il ciclo di vita del prodotto. Il sistema fabbrica dovrà operare in modo da prevedere e ottimizzare, attraverso sistemi di calcolo avanzato e sensori intelligenti consumi ed emissioni inquinanti ridotte, intervenendo anche per esempio sulla regolazione e manutenzione degli impianti d’illuminazione, condizionamento, refrigerazione, ecc…L’ultimo modello di fabbrica è quello che mette al centro le persone e riprogetta l’ambiente mettendo in primo piano gli aspetti ergonomici e di sicurezza, migliorando la modalità d’interazione uomo-macchina per incrementare la produttività e ridurre al minimo l’apporto umano nelle attività a basso valore aggiunto.

Le tecnologie virtuali della digital factory

Come evidenziato nello studio del CNR i modelli di fabbrica descritti dovranno fare affidamento su un tessuto di automazione elevato, una logistica integrata ed efficiente che permetta il continuo trasferimento d’informazioni tra i partner del supply chain per soddisfare i requisiti produttivi degli utenti in modo coordinato ed efficiente. Serviranno dunque strumenti ICT di progettazione, simulazione e test in grado di attivare una comunicazione dinamica tra i modelli virtuali e quello che sarà poi il prodotto finale al fine di prevedere e valutare le eventuali criticità nel funzionamento. In tutti i modelli descritti, prodotti e processi dovranno essere pensati in un’ottica evolutiva per gestire in maniera tempestiva la complessità per affrontare la quale sarà necessario l’ausilio di strumenti integrati e interoperabili che includono a livello di prodotto i software di PLM e le piattaforme LCA, a livello di processo la sensoristica wireless e soluzioni per il monitoraggio remoto delle risorse, soluzioni CAE, CAD, CAM, CAPP e modelli avanzati per la simulazione, oltre a software per la progettazione collaborativa di fabbrica basati su realtà virtuale e aumentata. Nella manifattura del futuro i sensori saranno delle “spie” sempre attive a cui sarà demandato il compito di ispezionare i cicli produttivi, di raccogliere dati sull’efficienza dei processi generando così un flusso continuo d’informazioni che consentirà in tempo reale di intervenire sull’avanzamento dei progetti. Già oggi negli stabilimenti industriali più avanzati sono presenti dei quality point per verificare passo dopo passo, tramite reti di sensori intelligenti, che l’avanzamento del prodotto lungo la linea sia conforme a tutti gli standard di qualità. Nel caso in cui venisse rilevata una difformità l’intero ciclo operativo può essere immediatamente analizzato e riprogrammato. Inoltre nella fabbrica del futuro, in cui molte attività saranno robotizzate, svolgerà un ruolo chiave la produzione non presidiata. Iò determinerà la necessità di disporre di macchinari e sistemi in grado di gestire variabili differenziate attraverso l’impiego di modelli affidabili di previsione delle prestazioni e sistemi di monitoraggio sensoriale delle condizioni di produzione che dovranno controllare e raccogliere dati su una molteplicità di aspetti quali per esempio le dimensioni, il profilo e le finiture del pezzo realizzato, la posizione, le vibrazioni e il carico degli utensili, le vibrazioni e il rumore di cuscinetti e ingranaggi, il flusso e la temperatura di lubrificanti e refrigeranti, gli eventuali danni da errori o malfunzionamenti. Proprio per rispondere alle esigenze di questa nuova visione della manifattura serviranno sempre di più sensori intelligenti multipli indipendenti e multipli integrati in grado di funzionare in maniera coordinata, supportati da software per estrarre i dati più importanti che serviranno a guidare i processi decisionali. L’intelligenza di tali sistemi sarà proprio legata alla capacità di usare molteplici informazioni sul processo di lavorazione, incrementare la precisione e risolvere le ambiguità e fornire indicazioni sul modello e i target di business. Infine saranno fondamentali le soluzioni innovative nelle tecniche di manutenzione predittiva e preventiva che dovranno essere ancora più affidabili delle attuali attraverso l’impiego di algoritmi di self-learning e self-organization. Sistemi di auto-apprendimento saranno anche alla base delle nuove tecnologie per il monitoraggio della qualità finalizzato al raggiungimento dell’obiettivo: zero difetti. Anche in questi ultimi casi la raccolta d’informazioni sul campo attraverso sensori accurati e a basso costo svolgerà un ruolo chiave.

La fabbrica del futuro sarà intelligente - Ultima modifica: 2013-09-06T12:10:38+02:00 da La Redazione