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Polimi: le 6 facce dello Smart Manufacturing, dall’Industrial Big Data alla stampa 3D

Le aree tecnologiche digitali che stanno trainando la digitalizzazione delle fasi di produzione e supply chain management comprendono anche Internet of Things, Cloud, Advanced Automation, e Advanced Human Machine Interface. L'analisi dell’Osservatorio Smart Manufacturing del Politecnico di Milano

di Daniele Lazzarin

scenari

19 Gennaio 2016

Le tecnologie digitali stanno trasformando profondamente anche i settori industriali, e per questo si parla sempre più di Smart Manufacturing, e di Industry 4.0. Ma cosa significano precisamente queste espressioni? Il Politecnico di Milano ha cercato recentemente di dare una risposta rigorosa nel primo report del nuovo Osservatorio Smart Manufacturing.

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 Industry 4.0. Un concetto che promette enormi potenziali benefici per il sistema Italia, ma che in questa fase, spiega il report, la digitalizzazione delle fasi di produzione e supply chain management non è ancora un paradigma maturo. Per questo l’Osservatorio ha preferito iniziare con una lettura complessiva del fenomeno, riservandosi nelle edizioni future di specializzare l’area d’indagine.

Cos'è lo Smart Manufacturing

Lo Smart Manufacturing quindi è definito nel report come l’adozione 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. 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 in ambito manifatturiero del paradigma Cloud, 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.

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.

Lo Smart Manufacturing in Italia

Nel suo primo report l’Osservatorio 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 sul tema, 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 Smart Manufacturing, 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.


TAG: Smart Manufacturing, Osservatorio Smart Manufacturing, Politecnico di Milano, Industry 4.0


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