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Digital Manufacturing

Industria 4.0, le 6 tecnologie abilitanti secondo il Politecnico di Milano

L’Osservatorio Industria 4.0 dell’ateneo milanese definisce le soluzioni di digitalizzazione dei processi di produzione e supply chain: Manufacturing Big Data, Additive Manufacturing (stampa 3D), Industrial Internet of Things, Cloud, Advanced Automation, e Advanced HMI (Human Machine Interface)

19 Gen 2016

Daniele Lazzarin

Le tecnologie digitali stanno trasformando profondamente anche i settori industriali, e per questo si parla sempre più di Industria 4.0 o di Smart Manufacturing. Ma cosa significano precisamente queste espressioni? Il Politecnico di Milano fornisce una serie di definizioni chiare e rigorose nel primo report del suo Osservatorio Industria 4.0.

La quarta rivoluzione industriale

«Questa nuova ondata di innovazione digitale nei processi operativi (manifatturieri e logistici) sta portando velocemente alla Quarta Rivoluzione industriale, dopo la prima legata alla macchina a vapore (fine 1700), la seconda alla produzione di massa (inizi del 1900) e la terza dall’avvento dei primi computer nelle fabbriche (1960-1970)», scrivono i ricercatori.

Ecco quindi spiegata l’espressione Industria 4.0, al centro addirittura di un Piano del Governo, promosso in particolare dal Ministro dello Sviluppo Economico Carlo Calenda. Un concetto che promette enormi potenziali benefici per il sistema Italia, e si articola, come spiega appunto l’Osservatorio omonimo del Politecnico di Milano, in sei “pilastri” tecnologici principali, che descriviamo qui di seguito.

Cos’è Industria 4.0: tre aree tecnologiche più vicine all’ICT…

Lo Smart Manufacturing, o Industria 4.0, quindi è definito nel report come l’adozione congiunta di tecnologie digitali capaci di aumentare l’interconnessione e cooperazione delle risorse (asset fisici, persone e informazioni) usate nei processi operativi, sia interne alla fabbrica sia distribuite lungo la value chain. Tecnologie che si dividono in due grandi insiemi. Uno più vicino all’IT, formato da Internet of Things, Big Data e Cloud Computing. L’altro, più eterogeneo e vicino al livello operativo, formato da Advanced automation, Advanced HMI (Human Machine Interface), e Additive Manufacturing. Vediamo quindi più da vicino queste 6 tecnologie fondanti dello Smart Manufacturing.

(Industrial) Internet of Things/Smart Objects. L’espressione IoT descrive uno scenario (già in parte concreto) per cui ogni oggetto che usiamo quotidianamente può diventare intelligente (“smart”, cioè con capacità di auto identificazione, localizzazione, diagnosi stato, acquisizione dati, elaborazione, attuazione) e connesso tramite protocolli di comunicazione standard. Il dominio applicativo dell’IoT tocca ogni ambito dell’attività umana (case ed edifici, automotive, ambiente, Smart city, agricoltura, sanità, ecc.), ma l’Osservatorio ha considerato solo quelli più vicini al mondo produzione/operations, detti “industrial internet” o “Cyber-Physical Systems”.

Manufacturing Big Data o Industrial Analytics nell’Industria 4.0. Specializzazione dei metodi e strumenti per trattare ed elaborare grandi moli di dati sull’ambito manifatturiero e di Supply Chain Management. I dati quindi possono provenire da sistemi IoT connessi al layer produttivo (per esempio macchinari sensorizzati e connessi), o dallo scambio tra sistemi IT per la pianificazione e sincronizzazione dei flussi produttivi e logistici. Nei Manufacturing Big Data rientra l’applicazione di nuove tecniche e strumenti di Data analytics & visualization, Simulation e Forecasting, per evidenziare l’informazione celata nei dati e il suo uso efficace per supportare decisioni rapide.

Cloud Manufacturing. Applicazione del Cloud Computing nell’Industria 4.0, con accesso diffuso, agevole e on demand a servizi IT – infrastrutturali, di piattaforma o applicativi – a supporto di processi produttivi e di gestione della Supply Chain. Il Cloud Manufacturing spazia dalla virtualizzazione delle risorse fisiche necessarie alle macchine di fabbrica a quella di applicazioni, dati e processi su piattaforme di e-execution ed e-collaboration ospitate in Cloud, a quella delle stesse risorse produttive, abilitata ad esempio da piattaforme (come Makercloud) su cui caricare le specifiche di produzione di un bene (disegni, requisiti, volumi, etc.) e da cui ottenere proposte di fornitura.

… e tre più vicine al mondo delle operation

Advanced Automation. Quest’espressione indica i più recenti sviluppi nei sistemi di produzione automatizzati in campi come la capacità d’interazione con l’ambiente, l’auto-apprendimento e la guida automatica (dai “tradizionali” sistemi AGV a nuovi dispositivi come i droni), l’uso di tecniche di visione e pattern recognition (sistemi di manipolazione, controllo qualità) e infine la capacità di interagire con gli operatori.

Advanced HMI. Espressione che indica i recenti sviluppi nei dispositivi wearable e nelle nuove interfacce uomo/macchina, per l’acquisizione e/o veicolazione di informazioni in formato vocale, visuale e tattile. L’Advanced HMI include sistemi ormai consolidati, come i display touch o gli Scanner 3D per l’acquisizione dei gesti, e soluzioni più innovative e bidirezionali, come i visori per la realtà aumentata a supporto di attività operative e training degli operatori. I ricercatori considerano nel bacino Internet of Things i dispositivi con funzione prevalente di acquisizione dati (es. wearable device per misura di parametri ambientali e di sicurezza), e nel campo Advanced HMI quelli con componenti innovative nell’interazione tra operatori e sistemi meccanici e informatici.

Additive Manufacturing. Nota anche come Stampa 3D, questa tecnologia è una reale rivoluzione rispetto ai processi produttivi tradizionali (asportazione o deformazione plastica di materiale), perché si giunge a creare un oggetto “stampandolo” strato per strato. Negli ultimi anni ha avuto un boom, allargando il numero dei processi tecnologici di base (tra i principali, Selective Laser Sintering, Electron Beam Melting, Fused Deposition Modeling, Stereolithography) e dei materiali trattabili (plastiche, metalli) con buone prestazioni di finitura e resistenza meccanica.

L’Additive Manufacturing trova applicazione negli ambiti Prototyping (a supporto del processo di sviluppo prodotto, simulazione statica e in galleria del vento, etc.), Manufacturing (realizzazione diretta di prodotti vendibili), Maintenance & Repair (riparazione in modo additivo di particolari usurati o danneggiati) e Tooling (realizzazione di stampi, gusci, conchiglie etc. per stampaggi e formature). L’Osservatorio si è concentrato sui casi di Rapid Manufacturing in metallo per capire le ricadute su importanti processi tradizionali, quali fonderia, lavorazione meccanica e assemblaggio. A fronte del grande interesse mediatico e pratico per le eccezionali prestazioni di Time to Market e complessità dei prodotti realizzabili, rimangono limiti di lentezza del processo, prestazioni meccaniche, e tutela della proprietà industriale.

Queste seconde tre tecnologie, sottolinea l’Osservatorio, sono state ricomprese nella Ricerca, anche se eterogenee, poiché tutte aprono nuovi modi di lavorare in fabbrica, rimuovendo vincoli (di produzione, movimentazione, interazione), creando nuove opportunità non solo operative ma anche di business (ad esempio, aumento della varietà), e richiedendo nuove competenze per il pieno sfruttamento delle loro potenzialità.

Le tecnologie Industria 4.0 più diffuse in Italia

Nel suo primo report l’Osservatorio Industria 4.0 ha censito in Italia 135 applicazioni in ambiti molto diversi nelle 43 imprese manifatturiere analizzate. La maggior parte fa riferimento alla Smart Execution – produzione, logistica, manutenzione, qualità e sicurezza & compliance – in particolare grazie a tecnologie mature come Internet of Things e Big Data, mentre il Cloud Manufacturing e l’Advanced Human Machine Interface si candidano per diventare le prossime tecnologie di riferimento.

Una grande ricchezza applicativa si trova anche nell’area della Smart Integration, che comprende New Product Development, Suppliers Relationship Management e Product Lifecycle Management. Quanto all’area Smart Planning (Production & Distribution Planning, Inventory Management e Supply Chain Event Management), il potenziale appare ancora latente: ma una volta che le tecnologie smart avranno permeato il processo manifatturiero e i sistemi di condivisione dei dati, l’innovazione delle logiche di pianificazione sarà inevitabile.

«La situazione dello Smart Manufacturing in Italia mostra luci e ombre – commenta Giovanni Miragliotta, Responsabile della ricerca dell’Osservatorio –. I dati mostrano che le medie e grandi imprese italiane sono già attive su Industria 4.0, ma emerge l’assenza di una visione strategica, sia a livello di singola impresa sia di Paese. Fare Smart Manufacturing non è adottare questa o quella tecnologia, ma saper ‘orchestrare’ il digitale per trasformare i processi industriali come è accaduto nel terziario avanzato». In questo articolo abbiamo parlato delle altre principali risultanze del primo report dell’Osservatorio Industria 4.0, tra cui i fattori di rallentamento della diffusione di queste tecnologie, e le indicazioni per un Programma Nazionale sull’esempio di altri Paesi avanzati europei.

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