Innovazione nel Manufacturing
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Innovazione nel Manufacturing Innovazione nel Manufacturing Document Transcript

  • SCENARI TECNOLOGICI PER LEMILIA-ROMAGNA INNOVAZIONE NEL MANUFACTURING DRAFT - Gennaio 2012
  • Questo lavoro è stato realizzato nell’ambito delle attività di ASTER per il supporto ecoordinamento della Rete Alta Tecnologia della Regione Emilia-Romagna, da personale messo adisposizione dai soci del Consorzio e con la collaborazione di imprese regionali.Un sentito ringraziamento a tutti i membri dei gruppi di lavoro che hanno condiviso le propriecompetenze e si sono prestati alla sperimentazione di un metodo comune, primo passo per unareale integrazione e valorizzazione del contributo di tutti.Un grazie particolare alle imprese che volentieri hanno messo a disposizione gratuitamente ilproprio tempo per aiutarci a comprendere meglio i problemi della competizione e, in ultimaanalisi, per individuare modi migliori per supportarle nelle loro sfide quotidiane.Gruppo di lavoro ASTER:Leda Bologni - Coordinamento generaleTeresa Bagnoli e Daniela Sani - Green economyLeda Bologni - Innovazione nel manufacturingCecilia Maini e Nunzia Ciliberti - Tecnologie per la saluteLucia Mazzoni - La pervasività dell’ICT Pag. 2/109
  • Pag. 3/109
  • Sommario1 Executive summary ............................................................................................................. 62 Introduzione ....................................................................................................................... 83 Megatrend e Driver di Crescita 2010-14 ............................................................................ 12 3.1 Identificazione dei megatrend globali ........................................................................ 12 3.2 Impatto delle aree strategiche sui megatrend ........................................................... 17 3.3 I megatrend piu’ rilevanti per l’area “Innovazione nel manufacturing” .................... 204 Articolazione dell’area strategica ....................................................................................... 27 4.1 Pillars e Tecnologie ..................................................................................................... 27 4.2 Nuovi modelli di business ........................................................................................... 295 Pillars di intervento ........................................................................................................... 35 5.1 Manufacturing ad alte prestazioni ............................................................................. 36 5.1.1 Tematiche identificate e Key Technologies 37 5.1.2 Trend delle Key Technologies 42 5.1.3 Benchmarking con i pivot regionali 47 5.1.4 Bibliografia, sitografia e links a documenti 49 5.1.5 Gruppo di lavoro 49 5.1.6 Pivot Regionali 50 5.2 Manufacturing intelligente......................................................................................... 51 5.2.1 Tematiche identificate e Key Technologies 52 5.2.2 Trend delle Key Technologies 56 5.2.3 Benchmarking con i pivot regionali 63 5.2.4 Bibliografia, sitografia e link a documenti 65 5.2.5 Gruppo di lavoro 66 5.2.6 Pivot regionali 66 5.3 Manufacturing sostenibile ......................................................................................... 67 5.3.1 Tematiche identificate e Key Technologies 71 5.3.2 Trend delle Key Technologies 74 5.3.3 Benchmarking con i pivot regionali 80 5.3.4 Bibliografia, sitografia e links a documenti 81 5.3.5 Gruppo di lavoro 82 5.3.6 Pivot regionali 82 5.4 La progettazione del futuro ........................................................................................ 83 Pag. 4/109
  • 5.4.1 Tematiche identificate e Key Technologies 85 5.4.2 Trend delle Key Technologies 89 5.4.3 Benchmarking con i pivot regionali 90 5.4.4 Bibliografia, sitografia e links a documenti 92 5.4.5 Gruppo di lavoro 93 5.4.6 Pivot regionali 93 5.5 Materiali a funzionalità incrementata........................................................................ 94 5.5.1 Tematiche identificate e Key Technologies 94 5.5.2 Trend delle Key Technologies 99 5.5.3 Benchmarking con i pivot regionali 102 5.5.4 Bibliografia, sitografia e links a documenti 104 5.5.5 Gruppo di lavoro 105 5.5.6 Pivot regionali 1056 Conclusioni e raccomandazioni ........................................................................................ 106 Pag. 5/109
  • 1 EXECUTIVE SUMMARYNell’ambito delle attività della Rete Alta Tecnologia della Regione Emilia-Romagna è statarealizzata l’analisi degli scenari tecnologici relativi all’INNOVAZIONE NEL MANUFACTURING, unaarea di intervento particolarmente significativa per l’economia regionale, anche in una prospettivadi medio-lungo termine.In conformità con le tendenze emerse in ambito nazionale ed internazionale, sono stateindividuate cinque linee di intervento (o pillar) che caratterizzeranno il manufacturing delprossimo futuro: 1. Manufacturing ad alte prestazioni 2. Manufacturing intelligente 3. Manufacturing sostenibile 4. Progettazione del futuro 5. Materiali a funzionalità incrementataAd esse è stata associata una linea di azione trasversale che influenzerà la produzione nel suoinsieme: 0. Nuovi modelli di businessOgni pillar è stato esaminato per la sua capacità di risposta alle tendenze globali (Megatrend) delmercato che caratterizzeranno i prossimi anni.In particolare sono stati esaminati i seguenti 9 megatrend considerati particolarmente rilevanti perl’area di interesse:  Città e infrastrutture intelligenti  Nuova composizione generazionale della popolazione  Mondo virtuale  Nuovi modelli di business  Wireless intelligence and advancement in networks  Innovating to zero  Tecnologie innovative del futuro  Impresa del futuro, intelligente e verde  Global power generationPer ogni pillar considerato, tenendo presente i megatrend , sono state individuate le tecnologie (oi metodi) che possono supportare le imprese della regione nell’affrontare tali tendenze del Pag. 6/109
  • mercato. Ne sono risultate 44 tecnologie che possono ben rappresentare l’evoluzionedell’innovazione applicata alla produzione regionale. AD ALTE PRESTAZIONI MACCHINE E ROBOT AD ALTE PRESTAZIONI 1. MANUFACTURING SISTEMI DI PRODUZIONE RICONFIGURABILI NUOVE TECNOLOGIE DI MANIFATTURA CONTROLLO DELLA PRODUZIONE SISTEMI KNOWLEDGE BASED PER LAUTOAPPRENDIMENTO SISTEMI KNOWLEDGE-BASED PER LA PIANIFICAZIONE DI PROCESSO E-MAINTENANCE PROGNOSTICA SCHEDULAZIONE OTTIMALE DELLE RISORSE BUSINESS INTELLIGENCE E PROCESS MINING 2. MANUFACTURING TECNICHE DI SIMULAZIONE STRATEGICA INTELLIGENTE PIANIFICAZIONE E SUPERVISIONE DELLA PRODUZIONE DISTRIBUITA REATTIVITÀ E ADATTAMENTO AGLI EVENTI GESTIONE INTEGRATA DELLA LOGISTICA INTEROPERABILITÀ DEI SISTEMI INFORMATIVI STANDARD PER LA PROGRAMMAZIONE DEL CONTROLLO INNOVAZIONE NEL MANUFACTURING PIENA INTEGRAZIONE ICT DI FABBRICA IDENTIFICAZIONE E TRACCIAMENTO EFFICIENZA ENERGETICA MEDIANTE INCREMENTO DELLA STABILITÀ DEI PROCESSI. MANUFACTURING EFFICIENZA ENERGETICA NEI PROCESSI DI PRODUZIONE DI TIPO MECCANICO, TERMICO E CHIMICO SOSTENIBILE RISORSE IN CICLO CHIUSO – INTEGRAZIONE DELLE RISORSE NEL PROCESSO 3. GESTIONE LOSS-FREE DELLE INFRASTRUTTURE DEGLI IMPIANTI PRODUTTIVI METODI PER LA GESTIONE SOSTENIBILE DELL’ENERGIA E DEI MATERIALI RECUPERO E RICICLO DI ACQUA DI QUALITÀ ALIMENTARE NELLE INDUSTRIE CHE OPERANO LAVAGGI, COTTURE E RAFFREDDAMENTI 4. PROGETTAZIONE PROGETTAZIONE INTEGRATA DI CAMME ELETTRONICHE ALLEGGERIMENTO DI CINEMATISMI AD ELEVATA DINAMICA DEL FUTURO PROGETTAZIONE INTEGRATA DI CELLE FLESSIBILI DI LAVORAZIONE SIMULAZIONE REALISTICA DI LINEE DI PRODUZIONE E ASSEMBLAGGIO PROTOTIPAZIONE VIRTUALE CON APPROCCIO HARDWARE IN THE LOOP MESSA A PUNTO E COLLAUDO VIRTUALE IN AMBIENTE VIRTUALE 3D INTERATTIVO ADDESTRAMENTO TRAMITE SIMULAZIONE POLIMERI E RELATIVI COMPOSITI 5. MATERIALI A FUNZIONALITA CERAMICI SMART MATERIALS MATERIALI PER IL PACKAGING INCREMENTATA MEMBRANE PROCESSI FUSORI TRATTAMENTI TERMICI TRATTAMENTI DI MODIFICAZIONE SUPERFICIALE PROCESSI DI GIUNZIONE PROCESSI DI DEFORMAZIONE PLASTICA PROCESSI PRODUTTIVI DI POLIMERI/COMPOSITI/COMPONENTI SELEZIONE DEI MATERIALI, PREVISIONE E OTTIMIZZAZIONE DEL COMPORTAMENTO MECCANICO TECNICHE DI SIMULAZIONE DI PROCESSO Pag. 7/109
  • In questo documento ogni tecnologia è descritta in sé e per il contributo che offre all’azione infavore dei pillar individuati.Per ogni pillar è inoltre discusso il modo in cui tali tecnologie sono percepite da alcune impreseregionali particolarmente rappresentative della realtà economica locale, ed è mostrato l’impattodei Megatrend sul loro mercato di riferimento. SMART CITIES AND INFRASTRUCTURES GLOBAL POWER NEW GENERATIONS GENERATION FACTORY OF THE FUTURE: SMART E VIRTUAL WORLD GREEN INNOVATIVE TECHNOLOGIES OF THE NEW BUSINESS MODEL FUTURE WIRELESS INTELLIGENCE AND INNOVATING TO ZERO ADVANCEMENT IN NETWORKSSi rileva che nel valutare l’importanza dei Megatrend, le imprese pivot assegnano maggioreimportanza alle tendenze più strettamente legate alle tecnologie di produzione, piuttosto che allespecifiche di prodotto. E’ questa una conseguenza diretta dell’attuale sistema economicoregionale, costituito in larga parte da nodi della rete di creazione del valore, con la dominanza deirapporti cliente-fornitore sul controllo diretto delle specifiche di prodotto.Dal punto di vista dell’evoluzione del mercato è opportuno sottolineare che una maggiorefocalizzazione sul prodotto, per quanto intermedio, potrebbe supportare efficacementeriposizionamenti a seguito di situazioni di crisi nei rapporti di subfornitura.Pertanto, l’analisi attenta dei Megatrend, sviluppati nella prospettiva dell’utente finale (oconsumatore) sono di crescente importanza nell’individuazione di prodotti innovativi, nella cuicatena di produzione l’innovazione del manufacturing offrirà certamente suggerimenti edopportunità per una crescita verso settori/mercati in espansione.La corretta interpretazione dei Megatrend è certamente una misura efficace per evitare situazionicritiche nel medio lungo periodo. Pag. 8/109
  • 2 INTRODUZIONEA quasi dieci anni dal lancio della politica regionale per la ricerca e innovazione e dall’avvio dellaRete Alta Tecnologia, la Regione Emilia-Romagna e l’intera comunità regionale dell’innovazioneavvertono l’urgenza di delinearne lo sviluppo in un orizzonte di medio termine e di consolidarnel’azione in favore delle imprese, con lo scopo ultimo di rafforzarne la presenza sul mercato efacilitarne la sostenibilità.Con questo obiettivo, e secondo le direttive Regionali del 2010, è stata avviata un’attività didefinizione degli scenari tecnologici rilevanti per l’economia regionale, i cui esiti sono riportati inquesto documento. L’attività è stata coordinata da ASTER ed ha coinvolto l’intera comunitàdell’innovazione del territorio, i ricercatori e le imprese, applicando una metodologia di lavorostudiata appositamente per identificare da una parte le tendenze generali dei mercati per iprossimi 5-10 anni, e dall’altra lo stato dell’arte tecnico-scientifico in alcune aree di interesse,confrontandole con la situazione regionale per giungere a suggerimenti di traiettorie tecnologicheche potrebbero offrire interessanti possibilità di allargamento di mercati o di consolidamento diquelli esistenti.Le aree sulle quali si è concentrato l’interesse, anche su richiesta specifica dell’Amministrazioneregionale, sono state le seguenti:  Green economy  Innovazione nel manufacturing  Tecnologie per la salute  Pervasività dell’ICTEsse rivestono, per motivazioni diverse, una grande importanza per la Regione Emilia-Romagna eper esse è particolarmente utile identificare le tendenze tecnologiche che caratterizzeranno iprossimi anni. Tali tendenze possono contribuire alla costruzione di programmi di sviluppo dellesingole imprese e al consolidamento di conoscenze dei ricercatori che potranno essere in grado dioffrire nuove opportunità di sviluppo ai soggetti economici non solo regionali. Inoltre, essepotranno costituire ambiti di possibile intervento della politica regionale a sostegnodell’innovazione.E’ utile ricordare che l’intero impianto dell’attività è basato sull’assunto che la ricerca applicatapossa costituire la base della crescita competitiva di un territorio, e che essa debba essere favoritae sostenuta tenendo conto delle eccellenze e delle vocazioni territoriali ed utilizzando in modoefficace le tecniche del trasferimento di tecnologia valorizzando economicamente e socialmente irisultati della ricerca scientifica, in una ottica fortemente orientata all’open innovation. Pag. 9/109
  • Uno studio di prospettiva sulle tendenze tecnologiche considera dunque centrale il ruolo dellaricerca scientifica cogliendone spunti e traiettorie filtrate attraverso la sua “usabilità” a mediotermine, per fini economici e di mercato o sociali, e cogliendone vincoli ed opportunità.L’ambito di intervento di questo lavoro è quindi relativo all’identificazione delle tecnologie, delletecniche e dei metodi che potranno utilmente essere utilizzati a medio lungo termine dal sistemaeconomico e sociale della Regione Emilia-Romagna per incrementare la sua competitività, perrafforzare la sua posizione sui mercati con prodotti e processi più sostenibili, e per renderemigliore la vita dei suoi cittadini.I punti di snodo del metodo utilizzato sono la reale applicabilità nel contesto regionale delletecnologie proposte, confermata dalla presenza di imprese con ruolo-guida per posizione dimercato, autorevolezza e influenza sulla catena della subfornitura territoriale, e la loroadeguatezza rispetto alle grandi tendenze globali sociali e di mercato, con le quali tutti dovrannonei prossimi anni confrontarsi.Nella realizzazione del lavoro è stata utilizzata una metodologia concordata tra ASTER e daimembri della Rete Alta Tecnologia (imprese, università ed enti di ricerca) basata sulle seguentifasi: 1. Creazione di team di scenario 2. Acquisizione dei Megatrend globali sociali e di mercato 3. Mappatura delle relazioni tra i megatrend e le 4 aree strategiche. Questa fase ha permesso di operare una selezione dei megatrend di maggiore impatto per ogni area strategica 4. Identificazione di un numero limitato di linee di intervento specifiche per ogni area strategica, i PILLAR Pag. 10/109
  • 5. Mappatura delle relazioni tra i pillars e i megatrend rilevanti. Questa fase ha consentito di analizzare i contenuti dei pillars tenendo conto delle tendenze sulle quali essi possono avere influenza e dunque, in un certo senso, di ottenere i problemi generali ai quali essi possono offrire una valida soluzione.6. Identificazione delle tecnologie-chiave (o dei metodi-chiave) che potranno essere considerati per affrontare le tendenze rilevanti. Le tecnologie o i metodi potranno essere utilizzati per la realizzazione di nuovi prodotti, o per l’identificazione di nuovi processi che terranno conto dei trend generali e quindi potranno presentare maggiore attrattività per il mercato.7. Identificazione di imprese o, in generale, di soggetti che possono incrementare le performance della loro attività mediante l’utilizzo dei risultati della ricerca, con un ruolo di guida per il territorio, sia per la loro leadership di mercato che per la loro posizione sulla catena del valore, da considerare come pivot regionali.8. Analisi del grado di consapevolezza dei pivot regionali sulle tecnologie identificate e sul loro ruolo nell’evoluzione futura di medio periodo.9. Attivazione di un processo ricorsivo per aggiornare in permanenza gli scenari in base ai feedback o alle linee guida regionali. Pag. 11/109
  • L’articolazione di questo documento utilizza la stessa sequenza operativa. Nel capitolo 3 sonodescritti sinteticamente i megatrend generali utilizzati, viene analizzata la loro relazione con lequattro aree strategiche e, per quelli maggiormente rilevanti per l’area INNOVAZIONE NELMANUFACTURING viene proposta una descrizione più analitica, in cui vengono valorizzati gliaspetti di specifico interesse.Nel capitolo 4 viene presentata e discussa l’organizzazione per linee di tendenza specifiche opillars, e viene mostrata la connessione tra ciascuna di esse e i megatrend per l’identificazionedelle tecnologie e delle eventuali metodologie-chiave.Nel capitolo 5 ogni pillar viene esaminato in dettaglio attraverso l’analisi delle tecnologie-chiave,che considerano anche le opinioni dei pivot regionali.L’attività qui descritta è stata svolta nell’anno 2011 come parte del piano di attività integratoASTER-Rete Alta Tecnologia ed ha coinvolto gruppi di lavoro identificati in sede di Comitati diCoordinamento delle Piattaforme Tecnologiche Regionali per le aree strategiche sopra descritte. Aregime essa costituirà un’attività permanente del piano di attività annuale, e potrà prendere inconsiderazione sia linee di intervento aggiuntive sulle stesse aree strategiche che aree strategicheaggiuntive, adeguandosi così alle evoluzioni tecnologiche e di mercato, ed agli interessi specificidel territorio.3 MEGATREND E DRIVER DI CRESCITA 2010-14 3.1 IDENTIFICAZIONE DEI MEGATREND GLOBALII megatrend utilizzati nella realizzazione dell’attività sono quelli più recenti sviluppati sulla base diuna originale metodologia dalla società di consulenza FROST&SULLIVAN1, personalizzati edulteriormente definiti su commessa specifica per le esigenze e le aree di intervento di questolavoro2.I megatrend sono tendenze di sviluppo macroeconomico globale che hanno impatto sugli affari,sull’economia, sulla società, sulla cultura e in generale sulla vita delle persone e contribuiscono adcostruire una plausibile visione del mondo del futuro e la sua evoluzione.I megatrend hanno significati e importanza diversa a seconda delle diverse imprese, dei diversisettori e delle diverse culture. La loro analisi e le loro implicazioni nei casi specifici formano una1 www.frost.com2 Si noti che, in generale, ogni considerazione riguardante scenari evolutivi futuri deve essere trattata da esperti nelsettore con le debite cautele. Pag. 12/109
  • componente importante nella definizione delle strategie future e nelle politiche di innovazione, edhanno ricadute importanti sui nuovi prodotti e sui nuovi processi.I megatrend possono essere usati come base per l’assunzione di decisioni strategicheidentificandone gli influssi sulle varie funzioni aziendali, dal marketing, alla pianificazione R&S, allagestione delle risorse umane, ecc.L’identificazione dei megatrend avviene con il coinvolgimento di un gran numero di tecnici analistiesperti nei vari settori che operano in tutto il mondo con un metodo comune, basato su quattrostep:  Selezione di megatrend attraverso analisi macroeconomiche, interviste e attività di brainstorming  Generazione di uno scenario di fattori ed implicazioni per la società, per il mercato e per altri fattori chiave  Analisi dell’impatto di questo scenario su mercati specifici  Analisi di opportunità/vincoli per segmenti di mercato definiti, con suggerimenti per definizione/sviluppo di pianificazioni tecnologiche.Sulla base di questa metodologia sono stati identificati i seguenti 13 megatrend rilevanti per lanostra situazione territoriale: Pag. 13/109
  • DESCRIZIONE SINTETICA1. SMART CITIES AND CITTA’ E In futuro aumenteranno le concentrazioni abitativeINFRASTRUCTURES INFRASTRUTTURE e per esse sarà importante una gestione più INTELLIGENTI intelligente e sostenibile, in relazione alle reti energetiche, alla mobilità, agli edifici. L’efficienza energetica e le emissioni zero costituiranno la base per questa tendenza.2. NEW GENERATION NUOVA La maggioranza della popolazione giovane sarà COMPOSIZIONE concentrata in India e in Cina, l’Europa avrà il 20% GENERAZIONALE del totale mondiale di popolazione ultraottantenne DELLA e le donne aumenteranno la presenza nella finanza POPOLAZIONE e nel business.3. GEO-SOCIALIZATION GEO- Le interazioni fra individui e fra organizzazioni e le SOCIALIZZAZIONE possibilità di accesso a servizi saranno ripensate a partire dalle informazioni di localizzazione associate a dispositivi personali e pubblici4. SMART CLOUD CLOUD Nel futuro sarà possibile integrare cloud pubblici e INTELLIGENTE privati e allocare cloud “ad-hoc” secondo le esigenze delle imprese.5. VIRTUAL WORLD MONDO VIRTUALE Gli ambienti di simulazione saranno utilizzati in molti ambiti , ed in particolare nella difesa, nella medicina, nell’educazione, nella mobilità e nel business6. NEW BUSINESS MODEL NUOVI MODELLI DI I modelli di business evolveranno verso BUSINESS condivisione di risorse (infrastrutture, macchinari) e pagamenti orari per servizi e per uso. Pag. 14/109
  • DESCRIZIONE SINTETICA7. WIRELESS SVILUPPO DELLE Nel futuro la connettività sarà principalmenteINTELLINGENCE AND RETI E INTELLIGENZA wireless, aumenteranno i dispositivi disponibili, laADVANCEMENT IN WIRELESS loro interconnessione e la capacità di elaborazione.NETWORKS L’ulteriore sviluppo della banda in termini di ampiezza e disponibilità influenzerà nuove generazioni di applicazioni e servizi e l’intelligenza artificiale.8. INNOVATING TO ZERO INNOVATING TO L’innovazione di prodotti e processi sarà guidata ZERO dagli obiettivi resi radicali dalle esigenze sociali di ridurre a zero i difetti, le falle di sicurezza, gli errori, gli incidenti e le emissioni pericolose per l’ambiente e la salute dei cittadini.9. INNOVATIVE TECNOLOGIE Crescerà l’utilizzo di tecnologie oggi emergentiTECHNOLOGIES OF THE ABILITANTI DEL legate ai nanomateriali, all’elettronica flessibile, aiFUTURE FUTURO laser, ai materiali “intelligenti” e così via.10. E-MOBILITY MOBILITA’ L’uso di veicoli elettrici a 2 e 4 ruote aumenterà ELETTRICA irreversibilmente erodendo la quota della mobilità tradizionale e saranno necessarie la realizzazione di nuove infrastrutture e l’identificazione di nuove soluzioni tecnologiche.11. CURE & PREVENT IN CURA E Accanto allo sviluppo delle nuove terapie, il valoreHEALTHCARE PREVENZIONE sociale della salute ed del benessere delle persone NELLA SANITA’ aumenterà. I metodi di prevenzione e di cura dovranno considerarlo nell’ipotizzare le proprie traiettorie di sviluppo. Pag. 15/109
  • DESCRIZIONE SINTETICA12. FACTORY OF THE IMPRESA DEL Aumenterà l’utilizzo dell’automazione industriale, ilFUTURE: SMART AND FUTURO: ricorso a tecniche di intelligenza artificiale e robotGREEN INTELLIGENTE E intelligenti. La produzione sarà sempre più rapida, VERDE efficiente e sostenibile.13. GLOBAL POWER RETi Dİ Aumenterà la quota di produzione di energiaGENERATION GENERAZİONE Dİ elettrica da parte dei paesi emergenti, e la quota POTENZA ELETTRİCA proveniente da fonti rinnovabili. In particolare DİSTRİBUİTE nella gestone delle reti che oggi vedono luoghi di produzione concentrati e con alta potenza, si dovranno considerare immissioni puntiformi dalla periferia verso il centro, con un diagramma di produzione stocastico derivanti da condizioni meteorologiche e alternanza giorno-notte Pag. 16/109
  • 3.2 IMPATTO DELLE AREE STRATEGICHE SUI MEGATRENDCome anticipato in introduzione, il primo passo nell’interpretazione dei Megatrend generali conriferimento alle quattro aree strategiche ed alla situazione specifica della regione Emilia-Romagna,ha richiesto una analisi delle relazioni tra ogni area strategica e i 13 Megatrend, operando unaselezione di tipo qualitativo per identificare le più rilevanti e le maggiormente significative per ilterritorio regionale. Ne è risultata, per ogni area strategica, una selezione di tendenze che sonoparticolarmente di interesse, con influenze importanti sui mercati e sui prodotti del futuro. Su talitendenze si è concentrata l’attenzione del gruppo di lavoro in quanto importanti drivers dimercato a cui rispondere con opportune tecnologie/tecniche che sono quelle discusse neldocumento, e proposte come possibili soluzioni per affrontare le conseguenti sfide. Sulle tendenzeselezionate si sono anche intervistati i pivot regionali, allo scopo di comprenderne il grado diconsapevolezza e di importanza per il mercato di riferimento.Ne sono risultate quattro situazioni rappresentate qui di seguito, che mostrano, per ogni areastrategica analizzata, le tendenze maggiormente significative. MEGATREND rilevanti per GREEN ECONOMY Pag. 17/109
  • MEGATREND rilevanti per INNOVAZIONE NEL MANUFACTURING Pag. 18/109
  • MEGATREND rilevanti per TECNOLOGIE PER LA SALUTE MEGATREND rilevanti per PERVASIVITA’ DELL’ICT Pag. 19/109
  • 3.3 I MEGATREND PIU’ RILEVANTI PER L’AREA “INNOVAZIONE NEL MANUFACTURING”Le seguenti nove tendenze sono state considerate di particolare importanza per lo scenario“INNOVAZIONE NEL MANUFACTURING”.1. CITTA’ E INFRASTRUTTURE INTELLIGENTI2. NUOVA COMPOSIZIONE GENERAZIONALE DELLA POPOLAZIONE5. MONDO VIRTUALE6. NUOVI MODELLI DI BUSINESS7. WIRELESS INTELLIGENCE AND ADVANCEMENT IN NETWORKS8. INNOVATING TO ZERO9. TECNOLOGIE INNOVATIVE DEL FUTURO12. IMPRESA DEL FUTURO, INTELLIGENTE E VERDE13. GLOBAL POWER GENERATIONNel seguito esse vengono descritte con maggior dettaglio, dandone una visione non generale maspecificamente orientata ai temi della produzione.1. CITTA’ E INFRASTRUTTURE INTELLIGENTI Attualmente metà della ricchezza mondiale è concentrata in 25 città. Nel 2020 il 60% della popolazione vivrà in città, e aumenterà la concentrazione di popolazione attorno a pochi nuclei urbani, con la creazione di grandi agglomerati con molti milioni di abitanti (megacities). Questa è una tendenza generale, ma avrà un impatto maggiore nei paesi dell’area BRIC (Brasile, Russia,India e Cina). Attorno alle megacities si amplieranno aree geografiche suburbane molto ampie cheingloberanno altre città di medie dimensioni localizzate nelle vicinanze. Il concetto di città evolveràverso quello di network di città, con molti centri, in cui saranno localizzati servizi ad alto valoreaggiunto (finanza, negozi di lusso, unità abitative di soggetti con grande capacità di spesa). Nellecittà satellite dovranno essere localizzate infrastrutture di elevato livello. La presenza di imprese disubfornitura potrà aumentare il numero delle città satellite. L’efficienza del sistema di trasporti,soprattutto quelli pubblici che aumenteranno la loro importanza, diventerà centrale per ilbenessere degli abitanti, la logistica dei beni e dei servizi associati aumenterà la sua importanza, el’uso di reti energetiche intelligenti diventerà necessario per evitare un impatto troppo pesantesull’ambiente naturale. Pag. 20/109
  • 2. NUOVA COMPOSIZIONE GENERAZIONALE DELLA POPOLAZIONE In futuro si assisterà a modifiche importanti nella composizione generazionale della popolazione. Nel 2020 la quota di popolazione tra i 15 e i 34 anni, la cosiddetta generazione Y, sarà quasi il 35 % della popolazione e oltre il 60% di essi vivrà in India e Cina. Questa generazione avrà un impatto importante sui mercati e sulla tipologia di prodotti che avranno maggiormente successo. Essainfatti sarà nativamente digitale e sarà orientata verso prodotti fortemente personalizzati(individualizzati), con elevato contenuto tecnologico, permanentemente connessi, attentiall’impatto ambientale, con tempi di risposta rapidi. Allo stesso tempo, oltre il 15% dellapopolazione mondiale sarà composta da ultraottantenni (tale valore è in crescita esponenziale eraggiungerà il 20% nel 2050), ma questa percentuale salirà al 26% in Europa, dove quindiaumenterà l’importanza dei servizi alla persona, degli aspetti legati al benessere, del comfort, dellasemplicità di uso. Il marketing strategico dovrà considerare questa tendenza nel progettare nuoviprodotti per il mercato europeo. Inoltre, aumenterà il numero delle donne lavoratrici, anche inposizioni gerarchiche elevate. Esse dunque aumenteranno il loro potere sui mercati e ci sarannointere linee di prodotti dedicate in modo particolare a tali fasce di mercato. La composizione dellefamiglie si modificherà con pochi figli nati da genitori in età adulta e aumenteranno le famigliemono-parentali.5. MONDO VIRTUALE In futuro gli ambienti di simulazione avranno sempre maggiore rilevanza nei campi della difesa, della medicina, dell’educazione, nella mobilità e nel business. La simulazione 3D sarà molto utilizzata per interagire tra persone e per sperimentare situazioni. Il commercio elettronico evolverà verso i negozi virtuali in cui provare prodotti senza uscire da casa. La chirurgia virtuale consentiràl’esecuzione di operazioni da remoto e il training di personale senza richiederne la mobilità.Saranno incrementate le conferenze virtuali, così come i corsi di formazione. Ambienti virtualipotranno essere utilizzati per l’organizzazione di training su dispositivi e impianti di produzione.Mediante simulazioni sarà possibile effettuare da remoto assistenza per la manutenzioneprogrammata o straordinaria di impianti situati in zone remote, che è difficile e costosoraggiungere. L’utilizzo intensivo di interfacce touch consentirà di utilizzare agevolmente interazionigestuali ed intuitive per dispositivi di uso comune, oltre che per giochi e intrattenimento. Pag. 21/109
  • 6. NUOVI MODELLI DI BUSINESSUna nuova generazione di modelli di business influenzerà il mercato e lo sviluppo tecnologico con l’evoluzione verso modelli come personalizzazione, condivisione di risorse (infrastrutture, macchinari) e pagamenti orari per servizi e per uso, introducendo modalità di marketing completamente nuove. Il concetto di acquisto e proprietà si sposterà drasticamente verso il noleggio e l’utilizzo anche in campi quali i mezzi e gli impianti di produzione, che così potranno essere più facilmente saturati. Il pagamento per unità di utilizzo (ad esempio per Kmpercorsi, ore volate, telefonate effettuate, …) o la condivisione di utilizzo (il car sharing) potrannoessere applicati in campi sempre più ampi e diversificati, ad esempio nei mezzi di produzione,inserendo nuove dinamiche di relazione tra concorrenti e tra clienti e fornitori. Nuovi prodottipotranno essere appositamente studiati per nuovi segmenti di mercato, quali ad esempio iprodotti a basso costo e requisiti essenziali, o l’insieme prodotto+servizio (ad esempio impianti diproduzione, materiali di consumo e personale con adeguate competenze).7. WIRELESS INTELLIGENCE AND ADVANCEMENT IN NETWORKS Nel prossimo futuro le trasmissioni di segnali saranno sempre più decisamente realizzate attraverso tecniche wireless. Si stima che nel 2020 l’80% delle trasmissioni sarà di questo tipo ed integrata in una unica piattaforma IT. Questa situazione avrà implicazioni molto importanti per i cittadini. La tecnologia mobile 4G permetterà l’integrazione completa dei segnali in una unicapiattaforma, le tecnologie satellitari saranno disponibili per servizi a trasporto aereo, marittimo eterrestre, saranno disponibili reti cittadine, con hotspot localizzati in luoghi pubblici ed altri luoghidi interesse. La maggioranza delle autovetture sarà dotata di dispositivi per la guida satellitare, ingrado di affrontare in modo intelligente il traffico, mentre gli edifici integreranno sistemi dibuilding automation e le abitazioni e gli uffici potranno essere controllati e governati in modointelligente ed adattativo da dispositivi vari come laptop e Iphone. Sistemi di sorveglianza wirelesspermetteranno la gestione di eventi da parte di servizi di emergenza. La comunicazione Macchina-Macchina sarà sempre più di questo tipo, attraverso sensori wireless che permetteranno lamisurazione, il controllo e il comando di dispositivi e macchine, anche a livello di sistemi diproduzione, garantendo maggiore affidabilità e flessibilità. Questa tecnologia consentirà anche unpiù agevole monitoraggio nell’uso dell’energia e dunque anche considerevoli risparmi. Pag. 22/109
  • 8. INNOVATING TO ZERO L’innovazione di prodotti e processi sarà orientata alla riduzione (in prospettiva a zero) dei difetti, delle falle di sicurezza, degli errori, degli incidenti e delle emissioni pericolose per l’ambiente e la salute dei cittadini. Le tecniche di prevenzione e di gestione degli errori e dei difetti in produzione saranno migliorate, con lo scopo di ridurre le perdite di efficienza. Dovranno essere incrementate le performance degli impianti in termini di produttività riducendo ifermi per malfunzionamento attraverso l’utilizzo intensivo di tecniche di diagnostica, prognostica emanutenzione programmata. Sarà incrementato l’utilizzo di tecniche legate alla gestionedell’intero ciclo di vita dei prodotti, dall’utilizzo consapevole di materie prime a tecniche perfacilitare il riuso, la second-life, e lo smaltimento, correlate con la minimizzazione del loro totalcost. I consumi energetici dei sistemi di produzione dovranno essere ridotti, mediante l’utilizzo dimateriali innovativi più leggeri e resistenti, la riduzione delle perdite e il controllo intelligente delloro funzionamento. Dovranno essere ridotti gli sprechi di risorse, anche attraverso il riutilizzodegli scarti ed il recupero dei componenti economicamente interessanti. L’efficienza dei sistemi ditrasformazione dell’energia (motori, turbine, pompe, …) dovrà essere migliorata anche mediantel’uso di tecniche di simulazione con obiettivi di ottimizzazione. Dovranno essere utilizzati modellidi business che consentano una riduzione della logistica collegata alle merci (mercati km-zero).9. TECNOLOGIE INNOVATIVE DEL FUTURO Le tecnologie che modificheranno maggiormente i prodotti del futuro saranno:  Batterie e sistemi di accumulo di energia, più capienti, efficaci e leggere  Materiali intelligenti, sensibili all’ambiente circostante in grado di subire modifiche prevedibili  Tecnologie dell’Informazione “verdi”  Laser con migliori performance in termini di potenza e precisione  Biotecnologie bianche, basate su micro-organismi e catalizzatori biologici, per produzione di nuovi materiali e combustibili alternativi  Sistemi a guida autonoma equipaggiati con sensoristica sofisticata per usi civili e di primo soccorso oltre che militari  Integrazione 3D  Solar PV  Nanomateriali  Elettronica flessibile Pag. 23/109
  • Con particolare riferimento alla competitività delle imprese europee, la Commissione Europea harecentemente (giugno 2011) identificato le seguenti sei tecnologie abilitanti per nuovi prodotti delfuturo  Nanotecnologie  Micro e nano-elettronica  Biotecnologie industriali  Fotonica  Materiali avanzati  Sistemi avanzati di produzione12. IMPRESA DEL FUTURO, INTELLIGENTE E VERDE La fabbrica del futuro dovrà essere intelligente e verde, flessibile pur mantenendo elevata capacità produttiva, ad automazione incrementata e basata su sistemi di intelligenza artificiale. Dovranno essere utilizzati mezzi di produzione altamente riconfigurabili, con alta efficienza energetica e consumi bassi di potenza, per i quali la formazione potrà essere organizzata da remotocon strumento immersivi e con realtà aumentata. La logistica di fabbrica sarà basata su sistemi dimovimentazione autonoma controllati da sistemi di intelligenza artificiale in grado di ottimizzareconsumi e prestazioni. La manutenzione dei sistemi produttivi sarà basata su sistemi predittivi epotrà essere realizzata da remoto. I consumi energetici potranno essere ridotti anche grazie allosfruttamento dell’energia ottenuta da scarti e residui, e grazie all’uso di reti intelligenti didistribuzione in grado di minimizzare le emissioni nell’ambiente. La fabbrica del futuro saràampiamente sensorizzata al fine di controllarne in modo efficace situazioni ambientali, condizionioperative e livelli di produzione. I sensori utilizzati faranno sempre più ricorso a tecnologiewireless, che utilizzeranno reti locali ad alte prestazioni e semplificheranno i sistemi fisici. Lepotenze installate dovranno essere ridotte, e verrà incrementato l’utilizzo di motori a basso emedio voltaggio. In generale i tempi e i costi di produzione dovranno essere ridotti e si farà unutilizzo massiccio di tecniche di simulazione che potranno ridurre drasticamente i tempi disviluppo. Il consumo di acqua dovrà essere ridotto e i processi che ne fanno un uso significativo(ad esempio quelli alimentari) dovranno trovare tecnologie alternative e sistemi per il riciclo ed ilriuso. Grande attenzione sarà riservata alla sicurezza ed alla prevenzione di incidenti, in modoparticolare quelli che possono avere un negativo impatto sull’ambiente. Pag. 24/109
  • 13. GLOBAL POWER GENERATION Nel 2020 metà dell’energia elettrica prodotta nel mondo proverrà dai paesi emergenti. La quota proveniente dalle rinnovabili crescerà significativamente. Occorrerà dunque migliorare le tecnologie relative alla gestione di reti in generale ed elettriche in particolare alimentate dalle grandi centrali (come avviene attualmente), ma anche da centrali distribuite nella periferia e operantidirettamente in bassa tensione. Rilevante sarà la necessità di basarsi sui modelli stocastici diproduzione legati alla modulazione della produzione elettrica effettuata dagli agenti astronomici eatmosferici.Nel completare l’esame dei megatrend con impatto specifico sul manufacturing e sullaproduzione, può essere utile esaminare sinteticamente alcune considerazioni che derivano da unaprevisione proposta da F&S3.Secondo tale prospettiva, lo sviluppo del Manufacturing evolverà sulla base del modello 3C:Competizione, Collaborazione e Conformità come rappresentato nello schema che segue.3 Vision of the Future of Manufacturing and Production (Visi-MAP) Module-1, N7B5-10, dicembre 2010 Pag. 25/109
  • SFIDE TENDENZE DOMINI IMPLICAZIONI PER LA PRODUZIONE E IL MANUFACTURING Gestione della distribuzione e del trattamento dellacqua/dei Acqua rifiuti Efficienza nelluso Energia Mix di esplorazione, produzione e distribuzione di energia delle risorse Persone Gestione del capitale umanoCOMPETIZIONE Ambiente Pratiche per la produzione sostenibile e i cambiamenti climatici Eccellenza Eccellenza degli asset Efficienza real-time degli asset operativa Eccellenza del processo Innovazione di processo e differenziazione tecnologica Integrazione di fabbrica Produttività, qualità pianificata, time to market Integrazione Integrazione di eco-sistema Efficienza della subfornitura e costo del prodottoCOLLABORAZIONE Digital manufacturing, simulazione virtuale, virtual Visualizzazione del prodotto Visualizzazione commissioning Visualizzazione del processo Visibilità real-time del processo, gestione del ciclo di vita Rischi per le persone Riduzione dei Sistemi di sicurezza, cyber security, validazione e gestione dellaCONFORMITA’ Rischi per il processo rischi qualità Rischi tecnologiciConsiderando le implicazioni mostrate, ne derivano cinque tendenze aggregate per ogni sfida,specifiche per il tema manufacturing e produzione, mostrate sinteticamente negli schemi cheseguono. COMPETIZIONE COLLABORAZIONE CONFORMITA •Produzione sostenibile: adottare pratiche •Partnership per la mitigazione del rischio: •Gestione del rischio: considerare i rischi a innovative ed economiche che collaborare nellambito della catena di livello dellimpresa ed avviare strategie di permettano lutilizzo ottimale delle risorse subfornitura per condividere e mitigare i mitigazione e controllo dei rischi con continua riduzione dellimpronta di rischi •Sicurezza e controllo: unificare in un carbonio •Ottimizzazione e visibilità della supply- ambito unico la sicurezza e il controllo •Efficienza energetica ed operativa: chain: visibilità real-time sulle attività di •Continuità del business: focalizzare monitorare il consumoed il costo subfornitura per favorire i miglioramenti lattenzione sulla gestione delle situazioni energetico per aumentare la redditività e di processo di dissesto e con forte criticità lefficacia degli asset •Produzione digitale: avviare la •Sicurezza cibernetica: ridurre la •Produzione adattativa: rispondere convergenza delle fasi di progettazione, vulnerabilità dei sistemi informatizzati e velocemente ai cambiamenti del mercato ingegnerizzazione e produzione per la connessi •Ingegnerizzazione frugale: adottare riduzione dei costi •Strategia di migrazione: Focalizzare progettazione e pratiche di produzione •Simulazione e virtualizzazione: usare le lattenzione sulle tecnologie che frugali e nuovi prodotti innovativi, per tecniche della simulazione per il controllo massimizzano il ROI ridurre i rifiuti e produrre a costi minori del workflow pur rispettando le funzionalità desiderate •Gestione delle relazioni con i partners: dal mercato includere i partners nelle attività innvative •Innovazione verde dei processi: Usare e considerarli come clienti interni principi centrati sul processo con lobiettivo di ridurre limpronta di carbonio usando processi e materiali ambientalmente friendly. Pag. 26/109
  • 4 ARTICOLAZIONE DELL’AREA STRATEGICA 4.1 PILLARS E TECNOLOGIEIl tema dell’innovazione dei sistemi produttivi e del manufacturing è da tempo al centrodell’attenzione delle istituzioni coinvolte nella gestione delle opportunità scientifiche edeconomiche per un recupero di competitività del sistema economico sia nazionale che europeo. Ilmanufacturing, infatti, rappresenta il 21% del PIL europeo e il 20% dell’occupazione, con oltre 30milioni di posti di lavoro in 230.000 imprese, per la maggior parte Piccole e Medie. Inconsiderazione della grande importanza di questo ambito per l’Europa, la Commissione Europeaha avviato, come parte del Recovery Plan, una azione specifica sotto la forma di PPP (Public PrivatePartnership) dal titolo Fabbrica del Futuro (FoF, Factory of the Future)4. La CE ha inoltrecommissionato ad un High Level Expert Group formato da rappresentanti delle imprese europeeun’analisi per identificare le linee di azione più importanti nell’ambito dell’azione FoF 5. Ildocumento prodotto offre una visione molto interessante delle direzioni di intervento chepossono essere percorse per affrontare il tema della produzione del futuro, orientataessenzialmente ai seguenti temi:  Definizione di un nuovo modello europeo di sistemi di produzione basato su alte prestazioni, personalizzazione, attenzione all’ambiente, efficienza energetica, potenziale umano e creazione di conoscenza  Utilizzo di produzione ICT-based e di tecnologie innovative  Applicazione di metodi e processi per la produzione sostenibile.I suggerimenti contenuti nella road-map di FoF sono stati largamente utilizzati nella definizione deipillars attorno ai quali analizzare il tema dell’innovazione nella produzione. In particolare, il gruppodi lavoro ha selezionato le seguenti 5 aree (vedi figura sotto): Manufacturing ad alte prestazioni: è l’area che affronta il problema dell’ottimizzazione delle performance operative delle componenti e dei sistemi di produzione; Manufacturing intelligente: si affrontano i temi dell’utilizzo delle tecniche e degli strumenti ICT per una corretta interazione tra componenti sia interne che esterne all’impresa, inclusa l’automazione di fabbrica;4 http://ec.europa.eu/research/industrial_technologies/factories-of-the-future_en.html5 http://ec.europa.eu/research/industrial_technologies/pdf/ppp-factories-of-the-future-strategic-multiannual-roadmap-info-day_en.pdf Pag. 27/109
  • Manufacturing sostenibile: tratta il tema dell’uso efficiente delle risorse (acqua, energia, …) negli ambienti produttivi Progettazione del futuro: attenzione particolare viene dedicata alla fase di definizione di nuovi prodotti e nuove modalità di utilizzo corretto dei sistemi di produzione basate su sistemi di realtà aumentata Materiali a funzionalità incrementata: è l’area che affronta le opportunità offerte da nuovi materiali per aumentare le funzionalità dei prodotti e dei processi produttivi.A queste aree, si è aggiunta una sesta direzione di intervento che tratta i nuovi modelli di businessapplicati in modo particolare ai mezzi di produzione. Si tratta di un tema di interesse trasversalerispetto a tutti i contenuti qui proposti, e per tale motivo è stato trattato in modo differente daglialtri. Si veda il capitolo successivo per una descrizione dettagliata di questo argomento.Per ognuno dei cinque pillar identificati è stata effettuata una analisi specifica relativa alletecnologie ed ai metodi più promettenti per il nostro sistema regionale. Nella sezione 5 ogni pillarè descritto insieme alle relative tecnologie. Pag. 28/109
  • 4.2 NUOVI MODELLI DI BUSINESS 6I nuovi modelli di business (o new business models) sonoindividuati tra i principali Megatrend di sviluppo cheinfluenzeranno nei prossimi decenni l’intero scenario The Next Generation Businessmacro e micro economico e le stesse dinamiche sociali7. Models will redefine future business propositions andGianluca Marchi e Marina Vignola (2011) delineano il influence future technology andconcetto di Modello di Business come segue: “una storia product development. Theseche spiega come un’impresa funziona con business models will not onlyun’impostazione customer-based all’incrocio tra reshape the landscape of business environment and but alsocompetenze di imprese e bisogni dei clienti”, influence industry dynamics. Some“l’architettura finanziaria ed organizzativa di un business, of these evolving models are“un device che media tra sviluppo della tecnologia e Personalization, Car Sharing,“Paycreazione del valore economico”, “una rappresentazione by the Hour”7della logica di azione strategica di un’impresa nel crearee catturare valore e nelle interazioni con un ampio valuenetwork”. L’importante contributo di Shaefer et al.(2005) permette di individuare gli ingredienti essenziali per un new business model: le sceltestrategiche, le modalità di creazione del valore, le modalità di cattura del valore e le modalità direlazione con il value network (customers and co-creators).Nell’industria manifatturiera in generale e, più specificamente, nel settore dei beni strumentali, inuovi modelli di business servono per adattarsi all’ambiente competitivo attraverso: serviziaggiuntivi (ad alto valore aggiunto), integrazione/razionalizzazione della produzione, fornitura ditecnologie esclusive e/o complesse, alternative alla vendita tradizionale del bene, fornitura diservizi finanziari (es. leasing). I nuovi modelli di business spingono gli imprenditori, i partners e glistakeholders a competere in un’ottica di sistema. In generale un nuovo modello di businessconsiste nell’utilizzo di un bene strumentale sulla base di contratti alternativi alla vendita (es.noleggio con servizi, pay per use, pay per unit, pay per availability, wet leasing, vertical/P2Prenting, BOT – Build Operate Transfer, buyback …) a loro volta integrati da eventuali servizi ad altocontenuto di conoscenza e/o ad alto valore aggiunto per gli utilizzatori.6 Questa parte è la sintesi dei contributi di Gianluca Marchi e Marina Vignola dell’Università di Modena, di FrancescoTimpano dell’Università Cattolica di Piacenza e di Serena Costa, del Laboratorio MUSP di Piacenza.7 “Mega Trends: Pre-empt the future! Exploring new frontiers to grasp upcoming opportunities” – Frost & Sullivan -2010 Pag. 29/109
  • Sono diversi i soggetti interessati e coinvolti nel funzionamento dei nuovi modelli di business: leaziende costruttrici, gli utilizzatori finali, gli intermediari bancari e finanziari – specializzati nel riskmanagement e nella relativa contrattualistica, il personale di operation e di manutenzione, ilmanagement team ed eventuali società che si occupano di noleggio e/o leasing. Le soluzionitecnologiche che le imprese produttrici manifatturiere (Piccole, Medie o Grandi Imprese) potrannoadottare per operare efficacemente sul mercato competitivo globale attraverso modelli dibusiness alternativi fanno diretto riferimento alle tecniche di monitoraggio remoto(e-maintenance) e della riconfigurabilità e flessibilità del prodotto o della componente (modellimulticlient).Dunque i nuovi modelli di business, basati sull’efficace integrazione tra gli sviluppi della tecnologiaal servizio delle esigenze dei players del comparto (costruttori e utilizzatori) da un lato e glielementi contrattuali-organizzativi dall’altro, aumentano la dimensione del mercato (costruttori –noleggiatori - finanziatori - utilizzatori) e consentono di condividere e ripartire il rischioimprenditoriale tra gli attori in gioco. Il buon coordinamento e la corretta redistribuzione delpotere di mercato tra i diversi attori coinvolti offre loro un valore aggiunto aumentando così lacompetitività complessiva degli stessi. La business model innovation permette di:  diminuire il rischio d’impresa sfruttando strumenti contrattuali (leasing, affitto, servizio …) ed accordi organizzativi;  sfruttare l’esperienza e la capacità operativa di attori normalmente non coinvolti (o coinvolti marginalmente) nel settore manifatturiero;  garantire al costruttore un contatto con l’utilizzatore obiettivo;  fornire un valore aggiunto ad ogni stakeholder (es. conoscenza di nuovi mercati di sbocco, definizione e sperimentazione di nuove offerte commerciali ed operative).Si riporta uno strumento utile allo studio dei business concepts nel comparto manifatturiero dellemacchine utensili: la matrice è definita Morphological Box on product-service systems for themachine tools industry 8 e consente di definire una tassonomia relativa ai new business models.8 G. Lay et al. Service-based business concepts: A typology for business-to-business markets European ManagementJournal 27 (2009) Pag. 30/109
  • CHARACTERISTIC FEATURES OPTIONS Operating Third Party During phase of use Manufacturer Joint Customer (Leasing/Renting) VentureOwnership Operating Third Party After phase of use Manufacturer Joint Customer (Leasing/Renting) Venture Manufacturing Manufacturer Operating Joint Venture CustomerPersonnel Maintenance Manufacturer Operating Joint Venture Customer Manufacturer’s Establishment fence-to-fence to Customer’sLocation of operation establishment the customer establishment In parallel operation for multiple Operation for a singleSingle/multiple customer operation customers customer Pay for Pay forPayment model Pay per unit Fixed rate availability equipmentLa valutazione strategica che precede la sperimentazione e la divulgazione di modelli innovativi dibusiness si articola in ambito di scelte organizzative e di filiera e di scelte finanziarie – gestionali.Le scelte organizzative e di filiera hanno ad oggetto la declinazione del rapporto tra costruttore edutilizzatore del prodotto finale e le tecnologie di monitoraggio, manutenzione e riconfigurabilità.L’insieme delle relazioni che si sviluppano tra l’azienda costruttrice e l’organizzazione utilizzatricedel prodotto finale richiede che gli attori in gioco contemplino tre fondamentali componenti: lascelta relativa alla localizzazione dell’impianto (es. costruttore/fence-to-fence/utilizzatore), ilproduct-service system (PSS) che include gli aspetti sia di operation sia di management ed, infine,le modalità di utilizzo dell’impianto sotto il profilo organizzativo. Con riferimento alle componentianalizzate, a titolo di esempio si annoverano la tendenza allo svilupparsi di nuovi indicatori dicustomer satisfaction, al diffondersi del cosiddetto arbitrage seeker (le imprese usano a costidecrescenti gli asset non saturati di altre imprese) e all’accesso a tecnologie sviluppateesternamente (open innovation networks) tramite scouting interno o sistemi di brokeraggio.L’ambito tecnologico relativo alla gestione fisica del prodotto finale e alla sua manutenzioneinclude le seguenti componenti innovative: nuove modalità di controllo della produzioneattraverso tecniche di Monitoraggio Remoto (altresì detto Machine to Machine-M2M), tecniche dimanutenzione condition-based e manutenzione predittiva e, in ultima analisi, caratteristiche delprodotto capaci di stimolare le forme innovative di business (riconfigurabilità). Il Machine-to- Pag. 31/109
  • Machine consiste nella comunicazione tra macchine, mezzi mobili ed esseri umani per lo scambiodi informazioni e dati al fine di svolgere operazioni complesse senza lintervento umano. Si trattadell’insieme dei servizi, dei sistemi, delle tecnologie, del software e dellhardware che abilitanoquesta rete di comunicazioni. Le tecniche di manutenzione condition-based e di manutenzionepredittiva implicano che la pianificazione degli interventi sia basata sulla conoscenza reale eattuale dello stato di salute del sistema (grazie a monitoraggio della macchina) e a previsione deltempo di vita residuo effettivo (nel rispetto delle esigenze operative). I vantaggi del monitoraggioremoto e della manutenzione predittiva possono essere così riassunti: il controllo continuo sulfunzionamento della macchina o dell’impianto, la traccia dell’evoluzione storica delle prestazioni edella produzione, supervisione centralizzata, l’aumento dell’operatività dell’impianto grazie allariduzione dei fermo macchina indesiderati, la miglior gestione dei fermi pianificati, la riduzione deicosti di manutenzione e riparazione, il mantenimento delle prestazioni al di sopra delle sogliedesiderate e la possibile prevenzione di anomalie e guasti incipienti.Le scelte finanziarie e gestionali hanno a che vedere con la definizione delle opportune formecontrattuali e finanziarie. Dal punto di vista contrattuale, le parti in gioco devono saper individuareil contratto ideale alternativo alla compravendita tradizionale e che offra a ciascuno un valoreaggiunto aumentando la competitività complessiva degli stessi. Ecco alcuni esempi tra leinnumerevoli tipologie contrattuali legate ai modelli di business innovativi: pay per use, pay peravailability, pay per unit, prodotto in mano, wet leasing, noleggio con servizi. In particolare, treforme innovative contrattuali per lacquisizione della capacità produttiva sono state megliodefinite da Copani G. et al (2011)9 rispetto allo stato attuale dellarte:  Pay Per Part - PPP (gli utenti finali acquisiscono capacità produttiva come un servizio, pagando il proprietario delle macchine, cioè il costruttore di macchine o l’agente finanziario, sulla base del numero di pezzi prodotti);  Pay Per Use - PPU (il pagamento è basato sul tempo in cui l’utilizzatore utilizza le macchine, compresi i fermi per la manutenzione, riparazioni, ecc);  Pay for Availability - PFA (il pagamento è basato sul tempo effettivo di funzionamento delle macchine, senza considerare il tempo speso per la manutenzione o guasto).In generale, le dimensioni che stanno alla base della scelta della formacontrattuale si riferiscono a:valutazione del contratto di noleggio vs. new company; definizione dell’architettura contrattuale(leasing comprensivo di servizi e manutenzione), individuazione del modello di pagamento (adesempio basato sul coefficiente di utilizzo del bene). Dal punto di vista strettamente finanziario, èrichiesta un’opportuna gestione finanziaria basata sul ritorno degli investimenti relativamente più9 “New Financial Approaches for the Economic Sustainability in Manufacturing Industry” - Giacomo Copani, LorenzoMolinari Tosatti, Silvia Marvulli, René Groothedde, Derek Palethorpe Pag. 32/109
  • lungo per i costruttori, sul bisogno di individuare una “massa minima di utilizzatori”, esull’importanza del coordinamento tra domanda, offerta e disponibilità dellemacchine/componenti. La tecnologia finanziaria è costruita su alcuni pilastri: la riduzione delleasimmetrie informative tra il produttore, l’utilizzatore e il soggetto finanziatore attraverso lacorretta valutazione del rischio e della qualità della controparte, il ruolo degli intermediarifinanziari, e infine, gli strumenti di tecnica finanziaria. È evidente come le dimensioni inerenti lagestione finanziaria dei new business models siano connesse con gli aspetti legati alla naturacontrattuale. La riduzione delle asimmetrie informative può essere risolta mediante la stipulazionedi un opportuno contratto tra le parti o, alternativamente, per mezzo della costituzione di una newcompany, ossia di una nuova realtà imprenditoriale (società di scopo). Gli intermediari finanziarihanno il ruolo di farsi carico esclusivamente della parte finanziaria del rischio di mercato legatoalla business operation; il rischio di carattere operativo deve continuare a far capo agli altri attoriattivi nel settore manifatturiero. Tra gli strumenti di tecnica finanziaria rientra in modo prevalenteil leasing: dry lease, wet lease, leasing finanziario ed il leasing operativo. Il Catalogo di strumentifinanziari applicabili nel settore manifatturiero10, è una lista di possibilità di finanziamento che leaziende manifatturiere e i costruttori di macchine hanno a disposizione per acquisire capacitàproduttiva. Di seguito si propongono due tabelle riepilogative per due analisi di casi. Nella prima(Tabella A) si riportano i risultati di un lavoro di Lay G., Schroeter M., Biege S. che hanno analizzato17 casi europei di new business models, mentre nella seconda (Tabella B) si riportanosinteticamente le caratteristiche di alcuni casi specifici.Settore di prevalente Settori di sbocco PMI vs grandi imprese Assetto proprietarioapplicazione In 10 casi su 17 laMeccanica (6) proprietà della macchina Automotive, aerospace,Macchine utensili (4) rimane della società food, health, packaging, PMI 6 su 17Chimica, servizi industriali, costruttrice process industrystampi 3 casi con leasing bank 2 casi di joint venture Modelli di pagamentoUtilizzatori Personale Localizzazione impianto prevalenti Per l’operatività è misto Azienda costruttrice 3 (azienda costruttrice- casiTipicamente gli utilizzatori Rata fissa e pay per part azienda utilizzatrice), per la Azienda utilizzatrice 13sono singoli o pay per availability manutenzione è casi dell’azienda costruttrice Fence-to-fence 1 caso Tabella A1110 “New Financial Approaches for the Economic Sustainability in Manufacturing Industry” - Giacomo Copani, LorenzoMolinari Tosatti, Silvia Marvulli, René Groothedde, Derek Palethorpe11 “Service-based business concepts: A typology for business-to-business markets” Lay G. et al. European ManagementJournal 27 (2009) Pag. 33/109
  • Azienda Fonte Business concept “Organizing for solutions: Systems seller vs. systems integrator” – Industrial Marketing Management 36 (2007) 183-193. L’indagineAlstom Transport empirica è tratta dai risultati Systems seller e systems integrator ottenuti da un progetto di ricerca durante il periodo 2000-2003 e disponibile in Davies et al., 2001, 2003. Methodology for Product ServiceEDF Systems’, project European Product service systems Commission Controllo remoto: monitoraggio in real “New Business Models nel settore time, riconfigurazione dei parametri diCarpigiani – ALI Group delle macchine utensili”, MUSP, funzionamento, diagnostica, marzo 2011 aggiornamento del firmware “Giornata di studio sull’utilizzo di Sensoristica avanzata per il controllo sensori per il monitoraggio di remoto: Spindle Grow Sensor, PowerMARPOSS spa mandrini per fresatura e rettifica”, Monitoring Sensor, Acceleration Sensor, MUSP, giugno 2011 Temperature Monitoring Sensor Tabella B1212 Elaborazione degli autori Pag. 34/109
  • 5 PILLARS DI INTERVENTO Pag. 35/109
  • 5.1 MANUFACTURING AD ALTE PRESTAZIONILa realizzazione di sistemi di produzione ad alte prestazioni richiede impianti in grado di cambiareconfigurazione (riconfigurarsi) velocemente per essere competitivi, in termini di costi diproduzione, in un ampio intervallo di volumi di produzione, idealmente dal piccolo lotto aquantità realizzate, fino ad ora, con macchine dedicate (produzione in serie). Questo obiettivostrategico può essere realizzato utilizzando tecnologie flessibili e unità produttive modularifortemente integrate con tecnologie ICT. Inoltre, la gestione di questi impianti deve tendere allosviluppo di sistemi che riducano i tempi di lavorazione e di attesa delle macchine e migliorino lecapacità di esecuzione delle operazioni anche avvalendosi di dispositivi accessori che consentanouna rapida riconfigurazione del processo produttivo. Infine, l’aumento dell’efficienza e dellaqualità dei processi di produzione deve tener conto dei vantaggi che possono derivare dall’impiegodi materiali high-tech.In questo contesto, l’incremento delle prestazioni può essere ottenuto intervenendo(a) sulle componenti fisiche del sistema produttivo per renderlo nel suo complesso più facilmenteadattabile e riconfigurabile (sistemi di produzione adattativi e riconfigurabili),(b) sul sistema ICT che controlla il sistema produttivo con lo scopo di raggiungere una produzionedi alta qualità in percentuali elevate (produzione zero-difetti), Pag. 36/109
  • (c) sulla gestione informatizzata/automatizzata della manutenzione (maintenance) delle macchinee degli impianti per ridurre i tempi di fermo-macchina e/o la ridondanza degli impianti e sullacapacità di previsione di guasti.5.1.1 TEMATICHE IDENTIFICATE E KEY TECHNOLOGIESLe tematiche e le Key Technologies da implementare nei sistemi e modelli di produzione del futurosono state ricavate analizzando i trend del mercato, i nuovi modelli di business e le evoluzioni deiprodotti.Il manufacturing ad elevate prestazioni del futuro dovrà realizzare una notevole flessibilitàoperativa, gestendo lotti di dimensioni sempre minori sino al “one piece flow” ed effettuando fortipersonalizzazioni, ma anche garantire contemporaneamente la massima precisione e qualità(intesa anche come conformità a normative e legislazioni sempre più severe e complesse), di fattoottenibile solamente attraverso procedure e metodi di verifica metrologica con successiva autoottimizzazione adattativa dei cicli di lavoro.Pertanto, i processi produttivi tenderanno ad essere sempre più complessi e articolati. Da un lato iprocessi su grandi quantità (in cui, comunque, le dimensioni di lotto diminuiranno rispetto aglianni precedenti; si citano, come filiere regionali di riferimento, ceramico/piastrelle, alimentare,farmaceutico..) diverranno più complessi in termini di numero di operazioni/lavorazioni e,soprattutto, controllo ed ottimizzazione dinamica della qualità. Dall’altro (specialità puramenteemiliana romagnola) processi di alta qualità a personalizzazione totale in cui sarà richiesta estremaflessibilità su lotti ridottissimi con cicli produttivi articolati e riconfigurazione continua dilavorazioni e attrezzature. Le vere prestazioni di produttività saranno determinate dalle fasi diriattrezzaggio, riconfigurazione, ottimizzazione dinamica (online) dei parametri di lavoro sino allagenerazione automatica di cicli di lavoro personalizzati ed auto ottimizzati (e sempre diversi traloro).Tali trend evolutivi impongono di ripensare non solo le macchine, ma anche i processi completi(che includono in particolare operatori, training etc) e i modelli di business (BtO, AtO, CtO, masscustomization, mass personalization, catena collaborativa prodotto-processi di fornituranell’azienda olonico-virtuale). Nelle nuove macchine ed automazioni industriali si assisterà ad unincremento di funzionalità da implementare, nonché alla necessità di coordinare e pianificareazioni sinergiche e sequenze di operazioni / lavorazioni da sincronizzare per garantire la massimaproduttività. Estendendo il discorso all’intero sistema di produzione e modello di businessbisognerà inoltre valutare anche il contributo, determinante, dell’operatore, non solo in termini dimera produttività ma anche nel suo contributo abilitante di flessibilità e messa a punto estrema,attuato cooperando attivamente con macchine e robot. I sistemi di produzione del futurovedranno infatti, incrementare non solo la loro autonomia operativa ed intelligenza (anche grazieai temi “ICT enabled”), ma paradossalmente anche la necessità di cooperare, interagire e/o essere Pag. 37/109
  • affiancati da operatori istruiti ed ad alto valore aggiunto, in ambienti estremamente dinamici evariabili.Sistemi di produzione adattativi e riconfigurabiliKT1.1 - MACCHINE E ROBOT AD ALTE PRESTAZIONILa possibilità di utilizzare tecnologie ICT nel processo produttivo passa attraverso l’impiego dimacchine che possano essere messe in rete sia per trasmettere informazioni sul loro stato che perricevere le istruzioni operative da eseguire.In sintesi, la macchina nella fabbrica del “futuro”, scambiando informazioni in rete, deve essere ingrado di:  produrre famiglie di componenti diversi all’interno di uno stesso ciclo produttivo;  cambiare il proprio modus operandi (essere riconfigurata) per produrre differenti famiglie di componenti quando il ciclo produttivo cambia (e.g., nuovi prodotti richiesti dal mercato);  essere economicamente conveniente in un range di volumi di produzione molto variabile.Una macchina di questo tipo è per sua natura “general purpose” e con elevate caratteristichedinamiche, e può genericamente essere classificata come “robot industriale ad alte prestazioni”.La movimentazione di oggetti (utensili o semilavorati) può essere individuata come operazionebase che il robot industriale deve implementare. Pertanto, il raggiungimento di alte prestazioni èessenzialmente misurabile tramite i tempi/ciclo che la macchina è in grado di realizzarenell’esecuzione di queste movimentazioni.La riduzione significativa dei tempi/ciclo è l’obiettivo da raggiungere nella progettazione di un“robot industriale ad alte prestazioni”.La riduzione spinta dei tempi/ciclo richiede di combinare due filosofie progettuali: (i) semplificazione dell’architettura della macchina, (ii) alleggerimento spinto degli elementi della macchina e conseguente presa in considerazione della flessibilità degli stessi.Queste due filosofie convergono verso il concetto di “manipolatore sotto-attuato e/o a mobilitàridotta riconfigurabile”. Pertanto, l’individuazione sia di architetture idonee (sintesi funzionale)che di metodologie di progettazione (flexible multibody modelling) e controllo di questimanipolatori sta viepiù attraendo l’interesse di molti ricercatori ed è da ritenersi una tematica diinteresse strategico.Più in generale, le specifiche progettuali di macchine utensili e sistemi di produzione ad alteprestazioni comportano, da un lato, l’incremento delle velocità di lavorazione e dei volumi di Pag. 38/109
  • produzione, dall’altro l’incremento della precisione e qualità del prodotto. Queste esigenzecontrastanti vengono limitate da effetti dinamici e vibratori che, oltre ad impedire ilraggiungimento di elevate specifiche funzionali, possono provocare livelli eccessivi di rumorosità oessere causa di guasti e malfunzionamenti. Tali problematiche vanno affrontate tenendo contodelle influenze reciproche tra le eccitazioni presenti e le caratteristiche vibro-acustiche del sistemastesso, che nelle applicazioni industriali è di norma un sistema complesso ed altamente nonlineare. Risulta pertanto importante sviluppare ed introdurre in ambito industriale criteri emetodologie di progettazione per il contenimento delle vibrazioni, da impiegarsi lungo tuttal’attività di progettazione e che comportano opportune scelte progettuali sulla struttura dellamacchina, i materiali, gli azionamenti e le leggi di moto. Lo sviluppo di soluzioni progettualiinnovative in questo ambito comporta una metodologia basata su una stretta interazione trasimulazioni numeriche ed analisi sperimentali; in particolare l’impiego di modelli previsionaliopportunamente validati permette di ridurre tempi e costi di sviluppo del progetto.KT1.2 - SISTEMI DI PRODUZIONE RICONFIGURABILILa necessità di pervenire a modelli di produzione estremamente snelli e dinamici, in cui i prodottihanno elevati livelli di personalizzazione e qualità, ridotti tempi di consegna e cicli di vita incostante diminuzione (comunque molto minori di quello dei loro rispettivi sistemi di produzione),impone di rivalutare le prestazioni di macchine e linee di produzione esaltando soprattutto lacapacità di riconfigurarsi e di adattarsi a mutate condizioni operative.Pertanto, i sistemi di produzione riconfigurabili dovranno presentare evidenti e superioricaratteristiche di:  riattrezzaggio e riconfigurazione in tempi ridotti per garantire produzioni sempre più flessibili e snelle  ottimizzazione dinamica (online) dei parametri di lavoro sino alla generazione automatica di cicli di lavoro personalizzati ed auto ottimizzati (e sempre diversi tra loro) per garantire la massima personalizzazione di prodotto  qualità finale di realizzazione basata su controlli metrologici integrati (adaptive manufacturing) con annullamento adattivo degli errori.KT1.3 - NUOVE TECNOLOGIE DI MANIFATTURACi si rivolge alle tecniche di progettazione di processi di produzione innovativi e non convenzionali,sensibilmente diversi dallo stato dell’arte. Specifici metodi progettuali possono permettere diideare, validare ed ottimizzare nuove tipologie di lavorazione attualmente precluse, quali adesempio lavorazioni pesanti effettuate da robot attualmente non in grado di garantire adeguatarigidezza e precisione, lavorazioni con utensili non convenzionali e comunque alternativi allo statodell’arte, realizzazione di decori estetici o finiture di superiore qualità, sistemi di produzione e/o Pag. 39/109
  • lavorazioni a ridotto consumo energetico/impatto ambientale, produzione in ambienti a ridottolivello di contaminazione etc..Produzione zero difettiKT1.4 - CONTROLLO DI PRODUZIONEIl controllo di produzione è una funzione da applicare al processo produttivo nella sua completezzasia esso di tipo tradizionale che di tipo distribuito (più unità produttive che concorrono allarealizzazione di un unico prodotto). La realizzazione di questa funzione richiede che il sistemaproduttivo sia dotato di un monitoraggio esteso dell’avanzamento della produzione, della capacitàdi identificare e tracciare i prodotti, della funzione di misura e prevenzione dei rischi. Ciò è tantopiù difficile da realizzare quanto più i cicli produttivi sono brevi, i prodotti fortementepersonalizzati ed i lotti piccoli.Per il raggiungimento dell’obiettivo della ‘produzione zero-difetti’, è necessario  dotare i sistemi di controllo della produzione di dispositivi in grado di controllare la qualità del prodotto (sia sul prodotto finito sia eventualmente in fasi intermedie della lavorazione);  introdurre sistemi per il monitoraggio dei malfunzionamenti dei sistemi di produzione, responsabili dello scadimento della qualità del prodotto.Tali dispositivi permettono l’adozione di strategie di manutenzione predittiva (o su condizione)atte ad ottimizzare gli interventi di manutenzione, riducendone i costi, ad evitare l’immissione sulmercato di prodotti difettosi e a raccogliere informazioni per intervenire in tempo reale sullecause di scarsa qualità. Tutte queste azioni concorrono a ridurre il numero di pezzi non conformiidealmente a “zero”.I dispositivi per il controllo qualità e il monitoraggio dei malfunzionamenti sono costituiti daopportuni sensori non intrusivi, sistemi di acquisizione ed elaborazione dei dati secondo opportunialgoritmi in tempo reale, algoritmi decisionali buono/scarto o sano/guasto ed algoritmi didiagnostica per l’individuazione e la localizzazione dei difetti.Spesso le aziende manifatturiere evidenziano la problematica del riconoscimento automatico dipezzi difettosi in catene di produzione industriali. In questo ambito, il riconoscimento automatico,a partire da immagini, e la classificazione automatica sono due tecnologie rilevanti per tutte leaziende che si trovano ad affrontare problematiche legate alla visione artificiale e identificazioneautomatica, anche mediante tecniche di classificazione, di pezzi difettosi. Le tecnologie sono poiparticolarmente rilevanti per garantire la competitività delle aziende metalmeccaniche cheproducono macchinari per fabbricazione industriale. Pag. 40/109
  • KT1.5 - STRUMENTI KNOWLEDGE-BASED PER L’AUTOAPPRENDIMENTOLe tecniche di rappresentazione della conoscenza, simboliche e basate su regole, possono esseredi ausilio alla formalizzazione di conoscenza, sia a fini di addestramento e formazione di personaleche per la manutenzione delle macchine. In questo ambito, i settori applicativi sono diversi. Le regole simboliche possono, ad esempio,essere apprese a partire da basi di dati disponibili con tecniche di apprendimento automaticotipiche dell’Intelligenza Artificiale.Dotare i sistemi di produzione di capacità di autoapprendimento li rende capaci di classificare tuttigli eventi “anomali” che si verificano durante la vita dell’impianto e di riconoscere situazionicritiche, identificate in base ai dati storici raccolti. La disponibilità di queste informazioni su di unsupporto fisico (memoria del sistema di elaborazione dati) rende il know-how aziendaleindipendente dal turn-over del personale con ovvi benefici sulla qualità dei prodotti.Esemplificando, il sapere aziendale si separa sempre più dal sapere dei singoli che operanoall’interno dell’azienda.KT1.6 - STRUMENTI KNOWLEDGE-BASED PER LA PIANIFICAZIONE DI PROCESSOLa disponibilità del modello dei processi secondo cui opera l’azienda diventa sempre piùstrategico per le aziende e le organizzazioni regionali. Tale modello può essere utilizzato comebase per un sistema “regolatorio” dell’operatività aziendale.In questo contesto, trovano impiego tecniche formali di rappresentazione del modello e tecnichedi ragionamento automatico per la sua attuazione. Utilizzando queste tecniche,il modello puòanche essere appreso automaticamente a partire da databases che riportano le attività svolte inazienda, con le tecnologie tipiche della Business Intelligence e del Process Mining. La rappresentazione formale del modello può poi essere utilizzata per ottimizzare luso dellerisorse o i tempi di produzione, mediante tecnologie di constraint processing.MaintenanceKT1.7 - E-MAINTENANCENegli ultimi anni, le tecnologie ICT sono state pesantemente applicate nell’automazione deiprocessi industriali, portando a significativi miglioramenti di ogni fase del processo produttivo(Chryssolouris et al., 2009). In questo contesto, una delle applicazioni più importanti dell’ICT èsicuramente quella rappresentata dall’e-maintenance.Si tratta di un concetto recentemente emerso nel processo di “digitalizzazione” degli impiantimanifatturieri che fa riferimento all’integrazione dell’ICT nel processo di manutenzione, al fine di Pag. 41/109
  • automatizzare le operazioni di gestione, tramite il monitoraggio e il controllo remoto dellemacchine e l’integrazione di tutti i dati di manutenzione all’interno del sistema informativoaziendale.KT1.8 - PROGNOSTICAPredire un guasto incipiente prima che questo provochi un fermo macchina, a volte anchedisastroso, è fondamentale e determina le reali prestazioni di produttività, ma, specie nel caso dicinematismi veloci e servomeccanismi che operano a velocità variabile, non risultano soluzionicomplete e consolidate. Per un efficace azione di e-maintenance è infatti necessario disporre disistemi di monitoraggio dello stato di salute della macchina, i più completi ed accurati possibile. Sinecessita quindi di investigare soluzioni tecnologiche, includendo le relative metodologie diimpiego, idonee a rilevare il funzionamento anomalo di componenti e cinematismi ed adottareautonomamente opportune strategie di funzionamento.5.1.2 TREND DELLE KEY TECHNOLOGIESSistemi di produzione adattativi e/o riconfigurabiliLo studio di nuove architetture di macchine a mobilità ridotta, principalmente di tipo parallelo, èun settore oramai maturo e si può ragionevolmente affermare che molte delle soluzioniprogettuali sono già presenti nella letteratura scientifica dell’ultimo decennio. Diversa è, invece, lasituazione delle architetture per macchine sotto-attuate e/o riconfigurabili. Per questo tipo diarchitetture la fase di ideazione sta avendo proprio in questi anni una fase di rapida accelerazione(il primo congresso internazionale sulle architetture riconfigurabili si è tenuto nel 2009(http://www.remar2009.com/)); anche se molto deve essere ancora fatto per quanto riguarda ilcontrollo delle macchine sotto-attuate.Purtroppo, lo studio delle architetture non va di pari passo con le analisi dinamiche con codicimultibody. Tuttavia, nell’ambito della modellazione flexible-multibody, esistono già i contesti(congressi specifici, gruppi di ricerca, software commerciali come ADAMS, Virtual Lab, etc.) in cuipoter operare per sviluppare queste problematiche. Pertanto è lecito attendersi che questo gapsia rapidamente colmato e che appaiano presto sul mercato macchine con queste architetture. Inpoche parole, la riconfigurabilità delle attuali macchine è basata sulla ridondanza (utilizzo unsistema con sei assi controllati per realizzare operazione differenti che richiedono al più tre assicontrollati, ma non sempre gli stessi); quelle di nuova generazione, riconfigurandosi, saranno ingrado di cambiare la natura degli assi controllati (se devo realizzare vari compiti che richiedono alpiù tre assi controllati anche se di diversa natura, potrò utilizzare una macchina con soli tre assicontrollati, se non addirittura con meno di tre assi controllati (sistema sotto-attuato)) Pag. 42/109
  • La sempre maggiore diffusione dei sistemi informativi nelle aziende consente loro di raccogliereuna quantità crescente di dati riguardo ai processi con i quali lazienda raggiunge la sua missione.Questa ampia mole di dati può essere sfruttata al fine di comprendere meglio i processi aziendali edi migliorarli. Recentemente, lo studio della gestione dei processi aziendali si è andato sviluppandodando luogo alla nascita dellarea di ricerca del Business Process Management (BPM) Il BPM prevede un ciclo di vita del processo organizzato nelle seguenti fasi  Design: in questa fase si identificano i processi esistenti e si progettano i processi futuri.  Modeling: vengono descritti i modelli dei processi in una notazione formale o semi-formale  Execution: per lesecuzione di un processo si può acquistare o sviluppare un’applicazione software che esegua i passi del processo in maniera accurata e completa. Lapplicazione può o meno prevedere lintervento umano. Lapplicazione utilizza il modello sviluppato nella fase precedente.  Monitoring: in questa fase vengono controllati i singoli processi, in modo che linformazione sul loro stato possa essere facilmente accessibile e che possano essere raccolte statistiche. In questa fase il process mining può essere eseguito per ottenere modelli dei processi esistenti ed eventualmente per confrontarli con i modelli a priori.  Optimization: nellottimizzazione si studiano le performance dei processi e si identificano possibili colli di bottiglia e opportunità di risparmi e miglioramenti.Si stanno sempre più diffondendo strumenti software per realizzare queste fasi. Questi strumenticonsentono alle aziende di rappresentare esplicitamente i propri processi, di gestirne lesecuzionee di controllare a posteriori la conformità di una esecuzione con il modello. Queste tecnicheconsentono alle aziende di ottenere un maggior controllo sui propri processi e di raggiungerequindi più efficacemente la loro missione.Produzione “zero difetti”Per raggiungere l’obiettivo “zero difetti”, le seguenti tre funzioni aziendali, inglobabili nel controllodella produzione, sono determinanti: (i) monitoraggio dell’avanzamento di produzione, (ii)identificazione e tracciamento dei prodotti e (iii) misurazione e prevenzione dei rischi.(i) Monitoraggio dell’avanzamento di produzione - Il monitoraggio dell’avanzamento di produzioneè un fattore determinante per cogliere e risolvere tempestivamente eventuali problemi. Al tempostesso è la condizione per rilevare dati critici sui carichi delle risorse e sui tempi di esecuzione dellefasi da utilizzare per le comunicazioni con i clienti e per il miglioramento continuo dei processi. Isistemi di monitoraggio della produzione sono applicazioni ICT molto sofisticate che comprendonola sensoristica di misurazione, l’interazione uomo-macchina, la comunicazione in ambiente ostile, Pag. 43/109
  • la gestione e l’elaborazione dei dati raccolti. Alla ricerca si chiede di trasferire in questo campo larapida evoluzione delle nuove tecnologie e di sviluppare soluzioni più adatte all’impiego da partedelle PMI.(ii) Identificazione e tracciamento dei prodotti - In un contesto manifatturiero orientato allarealizzazione di piccoli lotti e di prodotti one-of-a-kind l’identificazione certa di ciascun prodotto ècondizione indispensabile per un’efficace controllo di produzione. Ciò è reso ancora piùimportante dall’esigenza di tracciare il prodotto nel suo percorso tortuoso, da quando provienedal fornitore e mentre esce dallo stabilimento per raggiungere unterzista, fino a quando raggiunge il cliente. La tecnologia RFID staconoscendo una rapida crescita grazie alla diffusione di dispositivi(tag) sempre più performanti e di protocolli adatti ad impieghi piùampi e differenziati. La ricerca in questo campo offre prospettive diinnovazione e sviluppo di cui finora sono stati colti solo le primeavvisaglie.(iii) Misurazione e prevenzione dei rischi - È questo un campo tanto critico quanto molto spessoignorato o comunque gestito in modo intuitivo e non sistematico dalle PMI. Il tema comprende lostudio dei rischi, della loro probabilità di trasformarsi in eventi negativi, e della stima degli effetti edell’impatto di tali eventi. Si tratta di utilizzare opportuni strumenti analitici, quantitativi equalitativi. Il contributo che la ricerca ICT può dare a questa tematica ricade nella capacità dimodellare le situazioni di rischio, simularne gli effetti per stimare l’impatto, tracciare gli eventicollegati ai rischi e le conseguenze delle azioni di recupero. Ancora una volta la sfida risiede nellapossibilità di definire soluzioni che siano affrontabili economicamente e adottabili operativamentedalle PMI.Tra le tecniche avanzate più efficaci per il controllo qualità ed il monitoraggio, vi sono quellebasate sul rilievo e l’analisi delle vibrazioni. Infatti, il funzionamento di un sistema meccanicoproduce effetti vibratori con caratteristiche ben definite che possono essere rilevate ed analizzate,impiegandole come sintomo dello “stato di salute” del componente o del sistema. Per ciascunaapplicazione occorre scegliere la tipologia di trasduttori e le procedure di misura più efficaci,individuare le tecniche di analisi del segnale che forniscono parametri sensibili ed affidabili percaratterizzare lo stato di “salute” del sistema, sviluppare procedure decisionali buono/scarto osano/guasto. È possibile applicare analisi dei segnali nei domini del tempo, della frequenza etempo-frequenza, analisi di ciclostazionarietà, analisi spettrali di ordine superiore.Il controllo di qualità sta assumendo un ruolo di importanza crescente nelle aziendemanifatturiere. La qualità dei prodotti è un elemento competitivo importante per le aziendeoccidentali e della nostra regione in particolare: solo competendo sulla qualità si riesce acontrastare la concorrenza dei paesi emergenti. Per questo motivo tecniche per il controllo diqualità assumono un importanza crescente. Le aziende manifatturiere desiderano individuare idifetti il prima possibile e comunque prima della consegna al cliente. Per soddisfare questanecessità è possibile utilizzare lampio ventaglio di tecniche sviluppate nellambito della visione Pag. 44/109
  • artificiale. Un sistema di controllo dei difetti in questo caso prende la forma di una telecamera cheriprende i prodotti e ne analizza le immagini con algoritmi di visione artificiale al fine diidentificarne i difetti. Sistemi di questo genere sono già in uso da tempo presso diverse aziendeanche regionali e vanno integrati con i nuovi sviluppi nel settore della visione al fine di migliorarnele performance.Alle tecniche di visione artificiale si accompagnano anche quelle di classificazione automatica(strumenti knowledge-based per l’autoapprendimento), in modo da poter anche generareclassificazioni di pezzi difettosi ottenute tramite algoritmi di apprendimento automatico,supervisionato a partire da opportuni database di esempi pre-classificati.I benefici attesi sono un miglioramento dei macchinari prodotti dalle aziende regionali seequipaggiati con questo tipo di tecnologie, e conseguentemente, un aumento della competitivitàdelle nostre aziende.Infine, l’auspicabile applicazione delle tecniche proprie dell’AI alla pianificazione dei processipermetterà di generare modelli teorici del sistema produttivo sempre più aderenti alla realtàaziendale. Questi modelli potranno essere impiegati per simulare il comportamento del sistema(singola unità produttiva o insieme distribuito sul territorio di unità produttive) in varie condizionidi mercato (variazione della domanda, ritardi nella fornitura, flussi finanziari irregolari, ecc.) efornire informazione idonee ad ottimizzare la pianificazione dei processi produttivi.MaintenanceLe piattaforme di e-maintenance estendono l’insieme degli strumenti di manutenzione disponibilial personale di supporto tecnico permettendo il monitoraggio, la diagnostica, la configurazione e ilrecovery remoto delle macchine. Questo consente alle imprese di effettuare decisioni “proattive”in diverse aree di gestione, come la strategia, la pianificazione e l’automazione (Muller et al.,2008). Inoltre, gli strumenti tecnici forniti dalle piattaforme di e-maintenance permettono diristrutturare i processi di manutenzione, come il monitoraggio, la diagnostica e la prognostica,portando a un considerevole aumento di efficienza. L’utilizzo delle piattaforme di e-maintenanceinoltre permette e favorisce un cambio di paradigma da strategie di manutenzione di tipo “fail andfix” a strategie di tipo “predict and prevent”, che, riducendo i tempi di inattività delle macchinedovuti ad avarie e interventi di manutenzione non programmati, sono significativamente piùvantaggiose dal punto di vista economico (Campos, 2009) (Lee et al., 2006).Inizialmente, le soluzioni di e-maintenance si sono concentrate sul condition-based monitoring(Jardine et al., 2006) di grandi impianti, in particolare nell’industria energetica e in quella pesante(Kunze, 2003) (Garcia et al., 2006). La dimensione e il costo di queste macchine giustificano eincoraggiano lo sviluppo di sofisticate soluzioni di e-maintenance per migliorarne l’efficienza. Perimplementare il monitoraggio remoto 24x7, le soluzioni di e-maintenance per impianti di grandidimensioni o di importanza critica di solito fanno uso di sistemi Supervisory Control And Data Pag. 45/109
  • Acquisition (SCADA) costosi e spesso proprietari, basati su stack di comunicazione ad hoc, comesistemi radio proprietari operanti su banda UHF o su bande prive di licenza.Le soluzioni di e-maintenance basate su SCADA di solito fanno uso di hardware dedicato e costosoper l’analisi dei dati di manutenzione, spesso relativamente pesante dal punto di vistacomputazionale, e di complesse tecnologie software, come i sistemi multi-agente, che nonbeneficiano del riuso di componenti software esistenti e che sono difficili da integrare con altrisistemi software di tipo enterprise. Il costo delle soluzioni di e-maintenance basate su SCADA lerende inadatte per l’adozione su impianti di produzione di costi relativamente bassi o su macchineautomatiche prodotte in massa.Tuttavia, i costi per realizzare le funzioni di monitoraggio delle macchine si stannosignificativamente riducendo, grazie ai recenti sviluppi nei campi della computazione, dellacomunicazione e delle tecnologie software. Infatti, l’incredibile miglioramento delle tecnologie dicomunicazione Internet ora permette diverse soluzioni, come la connettività a banda larga tramite reti cablate o la connettività mobile tramite GPRS o UMTS, che possono significativamente facilitare l’accesso remoto alle macchine, con diverse tipologie di costo, specialmente per quanto riguarda il traffico dati. Inoltre, microprocessori COTS dalle performance relativamente elevate stanno diventando sempre più accessibili dal punto di vista economico per l’adozione su larga scala, incrementando così le capacità computazionali disponibili per la realizzazione di componenti hardware per il monitoraggio da installare direttamente sulle macchine, purmantenendo i costi ragionevolmente bassi in modo da non incrementare eccessivamente i costi diproduzione. Infine, le moderne tecnologie di sviluppo software basate sul Web per applicazionidistribuite ed embedded semplificano la realizzazione di complesse funzioni di gestione come ladiagnostica e la prognostica.Questi sviluppi tecnologici permettono e suggeriscono l’adozione di soluzioni di e-maintenanceanche per la manutenzione di impianti manifatturieri dal costo relativamente basso o di singolemacchine all’interno di una linea di produzione. L’accesso remoto e ubiquo ai dati di monitoraggiodelle macchine, sia in forma grezza che in forma post-processata tramite strumenti automatizzatidi anomaly detection (Chandola et al., 2009), permette alle imprese di verificare il funzionamentodei propri sistemi di produzione in modo estremamente efficace. Questo consente sia di allocareottimamente le risorse umane dedicate alla manutenzione, permettendo al personale di supportotecnico di effettuare le operazioni di monitoraggio e controllo delle macchine da remoto(possibilmente operando su più macchine contemporaneamente), sia di pianificareopportunamente eventuali interventi di manutenzione on-site.Un altro campo applicativo estremamente interessante per l’e-maintenance è quellorappresentato dalla manutenzione after-sales di macchine automatiche, ad esempio food Pag. 46/109
  • processor e lavatrici industriali. Queste macchine vengono spesso installate in ambientiestremamente eterogenei, dove sono utilizzate da operatori non specializzati. Data l’assenza dipersonale di supporto tecnico on-site, è di critica importanza la realizzazione di un sistema dimonitoraggio automatico delle macchine che individui prontamente guasti e avarie, che fermi lemacchine per prevenire ulteriori danni, e che notifichi immediatamente il personale di supportotecnico. Meccanismi di monitoraggio avanzato che permettano l’individuazione e la risoluzione deiproblemi sono indispensabili per limitare il downtime delle macchine, e quindi preservare i ricavidegli acquirenti.Si noti infine che, incrementando significativamente l’efficienza del processo di manutenzione ediminuendone allo stesso tempo i costi, l’e-maintenance costituisce uno strumento fondamentaleper la servitizzazione, ovverosia la transizione da un modello di business basato sulla fornitura diprodotti a uno basato sulla fornitura di servizi. I clienti non effettuano semplicemente l’acquisto diuna macchina automatica, ma sottoscrivono invece un contratto di servizio che fornisce lamacchina automatica e allo stesso tempo ne garantisce la massima operatività. La servitizzazionedei modelli di business si è dimostrata un modo molto efficace di allineare le offerte delle impresealle esigenze dei propri clienti (Oliva and Kallenberg, 2003) e di fronteggiare la concorrenza daparte dei paesi in via di sviluppo.5.1.3 BENCHMARKING CON I PIVOT REGIONALIDal confronto con i Pivot regionali emerge che la KT “controllo della produzione” è di gran lungaquella ritenuta di maggiore importanza dalle aziende regionali, seguita dalle KT “e-maintenance”“sistemi knowledge-based” e “macchine e robot ad alte prestazioni”. Prognostica Sistemi knowledge-based per la pianificazione di processo Sistemi di produzione riconfigurabili Macchine e robot ad alte prestazioni Nuove tecnologie di manifattura Controllo della produzione E-maintenance Sistemi knowledge-based per lautoapprendimento POCO IMPORTANTE MOLTO IMPORTANTEQuesto risultato può essere interpretato in modo unitario considerando l’importanza che hannoassunto tutte le pratiche che concorrono alla certificazione della qualità nei sistemi produttivioperanti in contesti post-industriali, dove i costi di produzione sono molto maggiori di quellisostenuti in contesti di industrializzazione primaria. Infatti, le prime quattro KT appartengono a Pag. 47/109
  • queste pratiche con il “controllo della produzione” che ne è il dominus; mentre, soltanto la quintaKT è principalmente legata alla riduzione dei tempi di produzione (parametro di riferimentodurante la fase di industrializzazione primaria).Lo sviluppo delle prime quattro KT, nel prossimo futuro, va verso l’integrazione spinta delleaziende presenti sul territorio, in un unico distretto industriale, dove i singoli operatori sono ingrado di interfacciarsi e le risorse hardware sono in grado di agire come un unico sistemaproduttivo. Inoltre, sarà caratterizzato dalla capacità di codificare ed immagazzinare leinformazioni acquisibili durante la vita degli impianti per poterle utilizzare in una gestione“intelligente” del sistema che tenda a ridurre le azioni identificate come “dannose” e adincrementare quelle identificate come “virtuose”. Questa trasformazione sarà resa possibileprincipalmente dalle innovazioni che l’ICT permette oggi di introdurre.Esemplificando, le azioni gestionali (ottimizzazione dei processi, operazioni di manutenzione,servizi forniti dalla PA, ecc.) si trasformeranno per essere implementabili in modo coordinato alivello di distretto e saranno dotate della capacità di “far tesoro dell’esperienza” delle singoleaziende e del sistema integrato.La realizzazione di questo scenario passa attraverso azioni da implementare (i) a livello aziendale e(ii) a livello di distretto. Le azioni da implementare a livello aziendale sono identificabili in (i.1)rendere il sistema informativo aziendale capace di operare sui propri “processi produttivi” 13 siaraccogliendo dati sia inviando comandi, (i.2) dotarsi di metodologie atte ad identificare le azioni“dannose” e quelle “virtuose”, (i.3) strutturarsi agli effetti esterni come un modulo del sistemadistrettuale (standardizzazione delle informazioni scambiate con gli altri attori del distretto,definizione dei margini di operatività della propria azienda, ecc.), (i.4) potenziare le interazioni congli altri attori del distretto secondo il principio “conoscere meglio per operare meglio”. Le azioni daimplementare a livello di distretto sono identificabili in (ii.1) individuare e promuovere le azionisinergiche, (ii.2) gestire servizi di interesse comune (standardizzazione delle procedure,identificazione delle azioni “dannose” e di quelle “virtuose” a livello distrettuale, condivisione dellereti di vendita, ecc.), (ii.3) realizzare le funzioni strategiche a livello distrettuale che non sonopresenti sul territorio (pianificazione a livello distrettuale, interazione con le realtà esterne aldistretto, identificazione di nuovi prodotti e/o servizi che il distretto ha la potenzialità di realizzare,ecc.).13 Nel caso di una azienda erogatrice di servizi il termine “processo produttivo” deve intendersi “modalità dierogazione del servizio”. Pag. 48/109
  • 5.1.4 BIBLIOGRAFIA, SITOGRAFIA E LINKS A DOCUMENTI[1] Piccinetti L., 2005, “Conoscenza e Innovazione : motori di crescita sostenibile per la Strategia di Lisbona,” disponibile on-line sul sito: http://assemblealegislativa.regione.emilia- romagna.it/wcm/antennaed/apub/peu/biblioeu/index/Articoli/Articoli/articolo_piccinetti.pdf[2] Biblioteca europea della regione Emilia-Romagna, http://assemblealegislativa.regione.emilia- romagna.it/wcm/antennaed/apub/peu/biblioeu/[3] J.S. Dai, M. Zoppi and X.W. Kong, 2009, Reconfigurable Mechanisms and Robots, Proceeding of the First ASME/IFToMM International Conference on Reconfigurable Mechanisms and Robots (ReMAR 2009), KC Edizioni, June 2009, http://www.remar2009.com/[4] Osterman P., 2006, "The Wage Effects of High Performance Work Organization in Manufacturing," Industrial & Labor Relations Review, Vol. 59, No. 2, article 1. Available at: http://digitalcommons.ilr.cornell.edu/ilrreview/vol59/iss2/1[5] Forza C., Salvador F., 2001, “Information flows for high-performance manufacturing”, Int. J. Production Economics 70 (2001) 21-36. Available at: http://directory.umm.ac.id/Data%20Elmu/jurnal/I/International%20Journal%20of%20Product ion%20Economics/Vol70.Issue1.Mar2001/2219.pdf[6] Schroeder R.G., Flynn B.B., 2001, “High performance manufacturing: global perspectives”, Ed.: John Wiley and Sons, ISBN: 0-471-38814-9, http://books.google.com/books?id=XWrt4dN7U5IC&lpg=PR4&pg=PR4#v=onepage&q&f=false[7] Dyer J.H., Nobeoka K., 2002, “Creating and managing a high performance knowledge-sharing network: the Toyota case”, MIT report no. IMVP-147b, Available at: http://hdl.handle.net/1721.1/1441[8] Godard J., 2004, “A Critical Assessment of the High-Performance Paradigm”, British Journal of Industrial Relations, 42:2 June 2004 0007–1080 pp. 349–378, Available at: http://www.busi.mun.ca/shart/6320/readings/godard%202004.pdf5.1.5 GRUPPO DI LAVOROUniversità degli Studi di Ferrara: Roberto Pompoli, Giorgio Dalpiaz, Evelina Lamma, Raffaele DiGregorio, Fabrizio Riguzzi, Marco Gavanelli, Marcello Bonfè, Mauro Tortonesi;Università degli studi di Modena e Reggio Emilia: Marcello Pellicciari, Giovanni Berselli. Pag. 49/109
  • 5.1.6 PIVOT REGIONALIBonfiglioli Engineering – Soluzioni per il controllo qualità – Ferrara (FE)Baltur – Sistemi per riscaldamento e raffrescamento – Cento (FE)C.A.T. Progetti – Automazione industriale – Sasso Marconi (BO)CEFLA Dental Group – Apparecchi per odontoiatria – Imola (BO)Carpigiani Group – ALI – Apparecchiature di refrigerazione di uso non domestico – Anzola Emilia(BO) Pag. 50/109
  • 5.2 MANUFACTURING INTELLIGENTEIl dominio del manufacturing intelligente (ICT enabled) è piuttosto ampio, in rapida evoluzione, einclude tematiche che si sovrappongono con altri domini, come ad esempio quella delmanufacturing ad alte prestazioni e quella dei nuovi modelli di business. Occorre quindi partire daun’idea di manufacturing intelligente che cerchi di focalizzarne gli argomenti ed evitare ambiguità.In linea di massima il manufacturing intelligente comprende le attività di ricerca e sviluppo chehanno per obiettivo l’ammodernamento del modello produttivo attraverso la sostituzione e/ol’affiancamento delle funzioni umane con strumenti ICT che ne potenzino la capacità dicomprensione delle situazioni e ne accrescano la rapidità decisionale sulle azioni da intraprendere.Il manufacturing intelligente a cui si fa riferimento è basato sulla conoscenza dei modelli produttividelle aziende regionali, con particolare attenzione per quelle di piccole-medie dimensioni, e lanciauna sfida che può essere così sintetizzata: “come ottenere il massimo di competitività e diefficienza con gli strumenti produttivi attuali, rivedendone l’impiego e ottimizzandone ilcomportamento”.Dunque, rispetto ai domini limitrofi del manufacturing ad alte prestazioni e dei nuovi modelli dibusiness, il manufacturing intelligente si distingue per un paio di importanti ragioni:  Studia e propone nuovi strumenti ICT per ottimizzare l’organizzazione della fabbrica, sia essa monolitica o distribuita, accettando come dato di fatto l’attuale parco macchine presente nelle aziende che può vedere la coesistenza di macchine tradizionali e di macchine ad alte prestazioni. Pag. 51/109
  •  Studia e propone nuovi strumenti ICT per supportare i flussi di dati con cui si misurano le condizioni operative della fabbrica e per elaborarli allo scopo di ottenere un adeguato supporto alle decisioni e, in generale, una sistematica e tempestiva conoscenza dei processi in corso.Come già detto, il manufacturing intelligente è un dominio applicativo piuttosto ampio. Nei recentidocumenti della Commissione Europea esso comprende aspetti dell’automazione industriale comel’impiego dei robot e delle macchine intelligenti, il concetto di fabbrica virtuale o di fabbrica in retee le sue implicazioni operative, fino alle nuove tecniche di produzione orientate al cliente.Per quanto detto in precedenza sulla focalizzazione, e tenuto conto della necessità di proiettare leattività di ricerca e sviluppo del manufacturing intelligente (a) su un orizzonte temporale di almeno5 anni e (b) su argomenti che siano di sicuro interesse per il tessuto economico regionale, le suetematiche possono essere convenientemente limitate ai tre obiettivi seguenti:Ottimizzazione dei processi. Si tratta di innovare drasticamente nel campo della revisione deiprocessi produttivi, con particolare attenzione per le attività di fabbrica, attraverso nuovetecnologie che consentano di schedulare efficacemente l’impiego delle risorse disponibili, dianalizzare le prestazioni, di studiare nuove soluzioni tramite la simulazione.Fabbrica virtuale. Si tratta di favorire ed elevare lo standard qualitativo della collaborazioneproduttiva fra imprese (co-manufacturing, networked factory) attraverso tecniche avanzate dipianificazione distribuita e di supervisione, di adattamento e reattività agli eventi, di gestioneintegrata della logistica in rete, di interoperabilità dei sistemi informativi.Automazione industriale. Si tratta di estendere l’automazione di fabbrica attraverso l’introduzionedi nuovi impianti efficienti e di costo contenuto, e al tempo stesso di spingere verso una loro piùstretta integrazione con gli strumenti ICT presenti (ERP, MES, SCADA, DCS) allo scopo di realizzareun’automazione industriale di nuova generazione guidata dall’ICT.5.2.1 TEMATICHE IDENTIFICATE E KEY TECHNOLOGIESPrendiamo in esame le tematiche identificate cercando di coniugarne gli aspetti salienti conriferimento alla situazione delle aziende produttive regionali, specie quelle di piccole-mediedimensioni, che riescono a sopravvivere in un mercato sempre più competitivo e che solo in casodi necessità affrontano le problematiche della informatizzazione. A tali aziende occorreprospettare soluzioni innovative di manufacturing intelligente che rispondano a precisi requisiti.Fra tali requisiti i più stringenti sono presto detti: le soluzioni “abilitanti ICT” devono essere a bassoinvestimento iniziale, semplici da inserire nel contesto operativo corrente, facili da abbandonare incaso di insoddisfazione e, molto importante, tali da non distogliere risorse significative dal core Pag. 52/109
  • business aziendale. In altre parole, le soluzioni innovative devono essere esplicitamente concepiteper aziende di quella natura e di quelle dimensioni.Ottimizzazione dei processiL’ottimizzazione dei processi aziendali va perseguita operando in diverse direzioni e quindiproponendo alla singola azienda di produzione il mix di soluzioni che meglio si adattano alle suespecifiche esigenze.La prima direzione è quella della schedulazione ottimale delle risorse. Il mercato offre una limitatavarietà di schedulatori concepiti essenzialmente per aziende di medie-grandi dimensioni. Le PMIche ne fanno uso sono veramente poche e le ragioni principali sono l’elevato costo d’avviamento,la complessità d’uso e la rigidità del modello sottostante. In realtà le PMI presentano unostraordinario spettro di esigenze che richiedono soluzioni ad hoc, interfacciabili con i sistemilegacy e possibilmente accessibili da remoto con dispositivi mobili. In questo campo c’è molto dainnovare su almeno due piani: (a) studiare tecniche di schedulazione innovative capaci di coglierela grande varietà di situazioni del mondo reale, e (b) facilitare l’adozione di questa tecnologiapresso una massa significativa di PMI.Un altro aspetto importante è l’analisi e la valutazione delle prestazioni dei processi, vale a dire lacapacità di imparare a misurare i comportamenti e i risultati alla ricerca continua di difetti daeliminare. La condizione, ancora poco soddisfatta specialmente dalle PMI, consiste nel teneretraccia di tutte le azioni compiute e nell’eseguire su questi dati adeguate operazioni di analisi. Letecniche che meritano speciale attenzione sono il Process Mining e la Business Intelligence darendere accessibili alle aziende meno dotate di risorse. Crescente interesse riscuotono anche letecniche di auto-apprendimento basate sulla rappresentazione della conoscenza simbolica e suregole possono essere di ausilio anche a fini di addestramento e formazione di personale e dimanutenzione di macchinari.Altrettanto importante è la possibilità di introdurre il miglioramento attraverso tecniche disimulazione strategica. Infatti una vera discontinuità nel modo di introdurre i miglioramenti neiprocessi produttivi è data dalla possibilità di valutare, preventivamente a tavolino, il loro possibileimpatto sull’azienda. Ciò permette di contrastare con efficacia la naturale resistenza alcambiamento che molto spesso rappresenta il principale ostacolo all’innovazione. Il metodoprincipale è quello della simulazione, vale a dire l’esecuzione virtuale dei processi sotto studionelle diverse condizioni ipotizzate. L’obiettivo è duplice (a) modellare e formalizzare i processitipicamente con tecniche di workflow management, e (b) impiegare tecniche esatte o euristicheper la generazione degli eventi e il calcolo degli effetti della loro esecuzione virtuale. Pag. 53/109
  • Fabbrica virtualeLa fabbrica virtuale è un concetto che astrae molti dei comportamenti che si incontranoquotidianamente nel tessuto produttivo regionale, dove piccole aziende realizzano l’intero cicloproduttivo svolgendo ciascuna alcune delle sue fasi.Un aspetto fondamentale è quello della pianificazione e supervisione distribuita. Ilcomportamento della fabbrica virtuale è governato da processi distribuiti, vale a dire processi lecui attività sono affidate a risorse indipendenti e geograficamente distinte, organizzate in rete. Perquesto nella fabbrica virtuale è individuata una funzione di coordinamento, capace di applicare inmodo neutrale le regole concordate, che svolge un duplice ruolo: pianificare i processi assegnandole attività ai nodi più adatti o convenienti, eventualmente in concorrenza, e supervisionare il lorosvolgimento per assicurare il raggiungimento degli obiettivi pianificati. Le tecniche ICT vanno dallamodellazione del workflow alla pianificazione dei processi, fino alla rilevazione degli eventisalienti.Collegata al punto precedente vi è la capacità di reattività e adattamento agli eventi. Si è dettoche uno dei più importanti requisiti della fabbrica virtuale è la capacità di reagire velocemente alleeccezioni che possono accadere nella rete per presentare al cliente un’immagine unitariaefficiente. Le eccezioni possono essere sollevate dallo stesso cliente o venire da uno dei nodi, laloro comune conseguenza è di mettere in pericolo il rispetto del piano di lavoro. A questo lafabbrica virtuale deve saper rispondere scambiando tempestivamente informazioni fra i nodi dellarete e ripianificando le attività in modo da ridurre al più presto la perturbazione. Servono quinditecniche efficaci (autonomiche) di reazione e algoritmi efficienti di revisione della pianificazione,che adattino al meglio la configurazione della rete alla nuova situazione.La fabbrica virtuale richiede poi una gestione integrata della logistica. Infatti, altro aspettoimportante è la necessità di trasportare i materiali da lavorare da un nodo all’altro seguendo ilpiano. Il risultato è, per un territorio come quello della regione Emilia-Romagna, un’intensagenerazione di trasporti di corto raggio e a bassa saturazione dei mezzi, con pesanti conseguenzein termini di costi, di traffico e di impatto ambientale. La logistica delle materie prime, deicomponenti e delle parti da lavorare deve essere presa in seria considerazione e adeguatamenterazionalizzata. Le nuove soluzioni ICT sono chiamate a determinare i migliori percorsi e un usoottimizzato dei mezzi attraverso tecniche preferibilmente euristiche, per rendere comprensibile ed accettabile alle PMI il risultato del calcolo. Infine, ma non meno importante, viene la questione dell’interoperabilità dei sistemi informativi. Si tratta della evidente necessità, per i nodi della rete, di facilitare le comunicazioni e gli scambi dei documenti di business con i partner, avendo nel frattempo assicurata la salvaguardia degli investimenti ICT già fatti per i propri sistemi informativi aziendali.Ciò comprende anche la possibilità di costruire cataloghi integrati dei prodotti e dei servizi offerti Pag. 54/109
  • dalla fabbrica virtuale partendo da quelli individuali dei suoi membri. La risposta a questoproblema viene dallo sviluppo di tecniche di interoperabilità basate sulla costruzione di adeguateontologie di rete e sui meccanismi di mappatura (annotazione) dei modelli di dati proprietari con iconcetti del modello comune della rete, fino alla generazione del codice che assicura, inautomatico, la conversione dei formati e la traduzione dei contenuti.Automazione industrialeQuesto termine, volutamente generale, si riferisce a quell’importante settore dell’economiaregionale che riguarda la produzione di macchine e impianti automatici, spesso guidata dallespecifiche provenienti dalle stesse aziende che li richiedono.Per i produttori l’innovazione nel settore dell’automazione industriale passa principalmenteattraverso l’introduzione di metodi avanzati di progettazione e l’adozione di standardinternazionali. La storia di questa Key Technology è ben nota e parla di un approccio inizialeelettromeccanico la cui componente ICT (di controllo) è progressivamente evoluta verso laprogrammazione di alto livello. Oggi l’incidenza di tale componente è piuttosto bassa (qualchepercento dell’intero impianto) ma è sempre maggiore il suo impatto su qualità del risultato,soddisfazione del cliente, affidabilità e sicurezza, riusabilità di progetti precedenti, eccetera. Inaltre parole si assiste ancora, in molti casi, alla realizzazione di un’automazione industriale efficace(in termini di successo di mercato) ma a rischio, in quanto impostata su metodi di progettazionepoco formali e su ambienti di sviluppo proprietari, nonadeguati agli standard internazionali.Dal lato degli utilizzatori dell’automazione industriale ladirezione di sviluppo è nel senso di architetture di fabbricascalabili (ad esempio, le cosiddette SOA o service-orientedarchitecture) capaci di assicurare alti livelli di integrazione edi scambio dei dati fra i sistemi di automazione e i sistemiinformativi aziendali (ERP, MES, SCADA, DCS) a tutti i gradidel processo produttivo. Con questo nuovo approccio, guidato dall’ICT, è possibile perseguire piùampie condizioni di flessibilità, efficienza e affidabilità oggi rese difficili da un’organizzazione difabbrica a compartimenti stagni. Ancora una volta l’innovazione passa da una profonda revisionedei processi produttivi, inclusi quelli dotati di automazione, e dallo sviluppo di strumenti chepermettano una piena interoperabilità nello scambio di dati fra le parti in gioco. Richiede inoltreuna più intensa collaborazione fra produttori e utilizzatori per condividere un cambio diprospettiva (paradigm shift) che richiede piena consapevolezza e accettazione.Quest’ultima direzione di sviluppo e, in generale, la necessità di esercitare un completo controllosul funzionamento della fabbrica dotata di automazione industriale, richiedono un importantesforzo di innovazione sulla identificazione e sul tracciamento delle risorse impiegate e dei prodotti Pag. 55/109
  • realizzati. Ciò è tanto più importante in un contesto manifatturiero orientato alla realizzazione dipiccoli lotti e di prodotti “one-of-a-kind”, e capace di coinvolgere una complessa rete di partnernel ruolo di fornitori e terzisti. Funzioni come il controllo delle giacenze, la gestione della linea diproduzione, gli accessi “handsfree”, la tracciabilità di parti, pallet e container, richiedonol’introduzione di specifiche soluzioni ICT. La tecnologia RFID e wireless sta conoscendo una rapidacrescita grazie alla disponibilità di dispositivi sempre più performanti e di protocolli adatti adimpieghi più ampi e differenziati, mentre la sua diffusione di massa stenta ad affermarsi. La ricercain questo campo offre prospettive di innovazione e sviluppo di cui finora sono state coltesolamente le prime avvisaglie.5.2.2 TREND DELLE KEY TECHNOLOGIESEsaminiamo ora lo stato dell’arte e le tendenze delle Key Technologies e delle problematichetecniche sopra richiamate, dedicando particolare attenzione al grado di sviluppo che presentanopresso le piccole-medie imprese del tessuto economico regionale.KT 2.1 - SCHEDULAZIONE OTTIMALE DELLE RISORSEStrumenti di schedulazione delle risorse produttive si sono cominciati a diffondere dai primi anni’90, quando sono apparsi sul mercato sistemi di calcolo capaci di elaborare in tempi ragionevolipiani produttivi molto dettagliati e di rappresentarli adeguatamente con interfacce grafichesempre più user-friendly.Oggi l’uso di questi strumenti è ancora ristretto alle aziende medio-grandi (si consideri che illeader di mercato in Italia vanta solo 400 istallazioni) perché l’affidabilità del piano di produzionerichiede un investimento molto elevato nella modellazione accurata del processo produttivo, il checomporta personale dedicato che imprese di limitata dimensione non si possono permettere. Nona caso varie aziende usano strumenti di project management per eseguire una pianificazione acapacità finita delle risorse, anche se piuttosto approssimativa.Un altro elemento critico della schedulazione è la necessità di modificare il piano a fronte di eventiesterni alla fabbrica, come il ritardo nella consegna da parte di fornitori e terzisti, o interni allafabbrica, come l’avaria di una risorsa.Anche il recente work programme Europeo nel settore ICT – FoF (http://cordis.europa.eu/fp7/ict/)individua la necessità di un nuovo approccio alla schedulazione, più integrato con ilcomportamento delle singole unità produttive interne (smart factory) ed esterne (virtual factory).Questa idea di elaborazione distribuita del piano va nella direzione di limitare i costi dimodellazione, in quanto lo schedulatore ha un’architettura modulare che non si basa più su unmodello onnicomprensivo ma su tante entità che sono in grado di pianificarsi autonomamente e dicoordinarsi le une con le altre. Pag. 56/109
  • KT 2.2 - Process mining e business intelligenceGli strumenti di business intelligence, basati principalmente sull’analisi multi-dimensionale dei dati(ipercubi OLAP - On-Line Analytical Processing) e balance scorecard, hanno cominciato adiffondersi da oltre un decennio, almeno tra le aziende della grande distribuzione e della sanitàche servono ogni anno centinaia di migliaia se non milioni di utenti. L’obiettivo è indirizzare almeglio la propria offerta tenendo conto dei bisogni e delle preferenze dei fruitori.Oltre ai principali e ben noti prodotti proprietari di business intelligence, strumenti molto validi sitrovano anche nel mondo open-source, come Pentaho (www.pentaho.com) che è utilizzato daAutostrade e Coop Italia. Meno diffuso, anche perché più complesso concettualmente e moltocostoso in termini computazionali, è il data mining, offerto come funzione avanzata da DBMS con qualche proposta open-source come Orange (orange.biolab.si). L’applicazione all’analisi di processo è relativamente recente, anche perché richiede la disponibilità di una cospicua mole di dati generati da sistemi di monitoraggio, e possibilmente anche di schedulazione. L’adozione da parte di piccole e medie imprese èfrenata innanzitutto dalla difficoltà concettuale, per cui serve un consulente per estrarre unaconoscenza che vada oltre le semplici statistiche sull’occupazione delle risorse e la conseguenteproduttività. Inoltre, il modello di produzione intermittente o addirittura su commessa spesso nonsi presta a basare decisioni strategiche su un’analisi, anche molto approfondita, degli eventipassati.KT 2.3 - Tecniche di simulazione strategicaDecisioni strategiche tipiche delle aziende di produzione riguardano il “make or buy” così come ladefinizione di contratti quadro che fissano le condizioni di fornitura su un arco temporale di mesi oanni. L’instabilità del mercato e la diversificazione di prodotto sono ormai tendenze moltoradicate, che rendono difficile studiare scenari realistici con i normali sistemi MRP, che obbligano aformulare la domanda esterna a livello di specifico prodotto. Gli strumenti di Master ProductionSchedule proposti negli anni ‘80 hanno sempre avuto poco successo perché poco flessibili esoprattutto adatti ad una configurazione della domanda stabile. Un limite intrinseco ai sistemiMRP è poi quello di non considerare cicli produttivi alternativi per la stessa parte, rendendo ognianalisi “make or buy” lunga e farraginosa.D’altra parte l’uso a scopo di analisi strategica di strumenti di business intelligence riguardanecessariamente aspetti distinti del problema, o solo la domanda o solo l’utilizzo delle risorseproduttive, ma non il legame tra domanda e consumo che è determinante per le aziende diproduzione. Pag. 57/109
  • Su questo punto serve quindi una nuova generazione di strumenti ICT, che permettano dimodellare domanda e impegno delle risorse in termini di famiglie e non di singoli codici, di definirein modo intuitivo cicli alternativi sia in termini di percorsi che di risorse utilizzate, di definire leipotesi di lavoro in modo semplice e intuitivo, con rappresentazioni grafiche dei risultati di impattoimmediato.KT 2.4 - Pianificazione e supervisione distribuitaAnche in Italia cominciano a diffondersi strumenti di Supply Chain Collaboration, intesasoprattutto come monitoraggio di una catena di fornitura, basati sul controllo elettronicodistribuito dello stato di avanzamento degli ordini di acquisto e di conto lavoro attraverso unmodello di work-flow flessibile.Molto meno diffusi sono gli strumenti di pianificazione distribuita, soprattutto basati su un veroparadigma collaborativo che assegna alle diverse entità il compito di pianificarsi autonomamentenell’ambito dei vincoli generali del piano. Esistono prototipi sviluppati in progetti di ricercauniversitari (http://cercauniversita.cineca.it/php5/prin/cerca.php?codice=2001097238), spessobasati sul paradigma degli agenti (http://www.di.uniba.it/~disys/masB2.pdf).Esiste anche una vasta letteratura di studi e prototipi realizzati in progetti Europei su impresevirtuali (www.pro-ve.org), generalmente più focalizzata sugli aspetti organizzativi che suglistrumenti di supporto.Un elemento centrale nella pianificazione distribuita, soprattutto in reti di imprese con pari diritti come quelle che si stanno sempre più promuovendo, è il mantenimento della capacità decisionale a livello di singolo nodo, senza riprodurre quei meccanismi gerarchici basati sulla conoscenza di dettaglio della capacitò produttiva del singolo nodo che, essendo irrealistici, non hanno mai davvero preso piede. Presupposto per una vera pianificazione distribuita è l’utilizzo di Internet come sistema di comunicazione in tempo reale. Per questo motivo ci si aspetta che nei prossimi anni, grazie anche alle architetture orientate aiservizi che permettono un’esecuzione organizzata dei processi distribuiti, sul mercato apparirannonuovi strumenti sempre più adatti allo scopo.KT 2.5 - Reattività e adattamento agli eventiLa flessibilità rispetto ai cambiamenti della domanda e a ogni altro tipo di imprevisti è semprestata vista come uno dei fattori di successo delle aziende di produzione italiane, specialmente lepiccole e medie imprese. Questa flessibilità si basa in gran parte sulla tempestività e sullaprofessionalità di persone che sono abituate a prendere decisioni in breve tempo e a trovaresoluzioni creative. I problemi si complicano quanto più si riduce il lead time produttivo e siaumenta il grado di distribuzione del processo, e quindi il numero degli attori coinvolti,. Pag. 58/109
  • Per questo è utile disporre di adeguati supporti informatici alle procedure di “exception handling”che per prima cosa riescano a catturare immediatamente il verificarsi di un evento che possapotenzialmente impattare sull’organizzazione del lavoro, e cerchino di ripianificare le risorseinterne ed esterne in modo da minimizzare l’impatto della perturbazione, infine riassegnino leattività secondo il nuovo piano e generino eventualmente altri eventi per trasferire ad altri partnerla componente restante della perturbazione.A livello commerciale le uniche proposte sono basate su sistemi di workflow integrati con i sistemidi pianificazione e schedulazione, ma in generale l’approccio è quello di gestire gli imprevistimanualmente, modificando direttamente date e quantità di ordini e impegni, e rigenerarecompletamente i piani a distanza di giorni. Questo comportamento è efficace, visto che alla fine lafabbrica distribuita produce quello che deve, ma spesso non efficiente, in quanto la soluzione di unimprevisto talvolta non tiene conto di tutte le possibili conseguenze e quindi genera ulterioriimprevisti aumentando l’entropia.Il paradigma più adatto a descrivere concettualmente questo comportamento è quelloautonomico (http://ima.ac.uk/papers/shackleton2005.pdf), nato per gestire in modo autonomoreti complesse di sistemi di calcolo e che, nel caso di fabbriche distribuite, persegue l’obiettivo diautomatizzare il più possibile la capacità di reazione dei nodi della rete dove ciascuno gode dellamassima indipendenza nella definizione e nell’applicazione delle regole comportamentali.KT 2.6 - Gestione integrata della logisticaEsiste un’ampia offerta di soluzioni commerciali per la gestione della logistica interna, quindi deimagazzini, sfruttando vari livelli di automazione che vanno dalla guida alle operazioni di prelievo ecarico fatte dai carrellisti, alla gestione della fase di entrata e uscita merce tramite lettori RFID,fino all’utilizzo di sistemi automatici di storage e handling. Esiste anche una buona offertariguardante il monitoraggio di flotte di trasporto, soprattutto da quando i sistemi satellitari sonodiventati diffusi e poco costosi. Un’area molto scoperta, e che invece ha un impatto ambientale molto serio, è quella dell’ottimizzazione dell’uso di piccole flotte aziendali da parte di aziende di produzione, tipicamente utilizzate per i flussi di conto lavoro e le tanto frequenti quanto problematiche “urgenze”. Studi svolti dal Settore Trasporti della Regione Emilia-Romagna nell’ambito di alcuni recenti progetti INTERREG (CORELOG, GILDANET,MATA-ARI) hanno mostrato che il 70% dei flussi sulle strade regionali si svolge all’interno di unraggio di 100 km e che il tasso di carico dei mezzi preposti a questo corto raggio è molto inferioreal 50%. Per questo l’evoluzione verso modelli di aggregazione della domanda di più aziende dellostesso distretto produttivo è indispensabile per ottenere un impatto ambientale effettivamentepositivo, ovviamente nel rispetto delle vigenti normative (ad esempio non si possono aggregare Pag. 59/109
  • carichi di più aziende su mezzi di proprietà di una singola azienda, bisogna necessariamentericorrere al conto terzi).Un fattore strategico di miglioramento sarebbe la riduzione delle “urgenze”, che spesso costanopiù viaggi a medio-lungo raggio, ma questo passa attraverso una vera pianificazione integrata delleattività logistiche interne ed esterne, ovvero su un modello di processo integrato che formalizzi leattività interne alla fabbrica, le attività di trasporto e le attività assegnate all’esterno secondo unmodello unitario che per ora nessun prodotto software propone.KT 2.7 - Interoperabilità dei sistemi informativiIl work programme FP7 ICT FoF pone esplicitamente l’accento sull’interoperabilità tra sistemiinformativi sia nella smart factory (ERP vs. scheduler vs. MES vs. sistemi di controllo di singoleunità produttive) sia nella virtual factory, ovvero tra più aziende che concorrono insieme arealizzare la produzione secondo un modello distribuito.Di interoperabilità si parla concretamente da quando sono disponibili modelli concettuali estrumenti di supporto, come le ontologie e i relativi editor, e formati di scambio dati espressiviquali l’XML. Queste evoluzioni hanno portato a creare degli standard noti e adottati da centinaia diaziende, soprattutto di grandi dimensioni, spesso specializzati per contesto (eBIZ-TCF – www.ebiz-tcf.eu per il tessile e le calzature, Rosetta Net – www.rosettanet.org per l’elettronica, CBI2 -www.cbi-org.eu per le banche). Oggi si sta ormai abbandonando la ricerca dello standard unico egenerale (l’ultimo sforzo di creare uno standard generalista è stato UBL, e la sua versione per smallbusiness http://www.oasis-open.org/committees/tc_home.php?wg_abbrev=ubl).Gli strumenti semantici permettono oggi di mappare diversi standard tra di loro, minimizzando leperdite di informazione, e soprattutto di annotare i modelli dei dati che utilizzano i sistemiinformativi delle singole aziende su standard di riferimento noti. Queste mappature possonoessere tradotte in codici eseguibili, e quindi essere attivate da opportuni processi di conversionedei dati ogniqualvolta si crei un bisogno di traduzione da un sistema informativo all’altro.Se l’interoperabilità tra dati ha già una forte letteratura alle spalle e adeguati strumenti ditraduzione, anche se poco diffusi, l’interoperabilità tra processi è più complessa perché implica altempo stesso l’interoperabilità tra i dati e quella tra le fasi di workflow diversi. Questo campo èancora oggetto di ricerca e sperimentazione, ma esistono soluzioni prototipali (si veda il progettoEuropeo SUPER www.ip-super.org).KT 2.8 - Standard per la programmazione del controlloUno dei maggiori problemi di cui soffre ancora l’automazione industriale è la babele di linguaggi edi ambienti di programmazione del controllo mentre, al contrario, si sono notati notevoli progressinella standardizzazione dei sensori e dei protocolli di comunicazione. Pag. 60/109
  • Importanti enti di certificazione, in particolare la IEC (International Electrotechnical Commission,www.iec.ch) hanno lavorato intensamente per porre rimedio a questa situazione. Il primoimportante risultato è stato lo standard IEC 61131, pubblicato nel 1993 e rivisto nel 2003,fortemente supportato dalla organizzazione internazionale PLC Open (www.plcopen.org). In tempipiù recenti è stato proposto lo standard IEC 61499 per il controllo distribuito basato sullo sviluppodei function block già presenti nello standard precedente.Nonostante questi sforzi, e la disponibilità di librerie sempre più ricche di funzioni e function blockstandard per il motion control, la situazione del mercato è sconfortante. I maggiori produttori disistemi di controllo come Siemens, Allen Bradley e Omron, hanno formalmente adottato ilinguaggi dello standard IEC 61131-3 ma continuano a supportare con maggiore forza i propriambienti proprietari, evidentemente per rendere difficile il passaggio dei loro clienti allaconcorrenza. E per quanto riguarda le numerose aziende del territorio che realizzano ed esportanomacchine e impianti automatizzati, si continua a far ricorso ai tradizionali linguaggi di più bassolivello.Le conseguenze negative di questa situazione sono numerose e vanno dalla scarsadocumentazione del software di controllo ai lunghi tempi di test sul campo fino alla difficoltà aeseguire correzioni ed estensioni funzionali da parte dei tecnici che non hanno partecipato allafase di sviluppo.Occorre quindi forzare la lenta evoluzione in questo campo con interventi mirati a spostarel’attenzione dalla programmazione a una progettazione supportata da modelli e strumenti, quellidegli standard sopra menzionati, che consentono di operare ad un più alto livello di astrazione.KT 2.9 - Piena integrazione ICT di fabbricaUna fabbrica moderna anche di dimensioni medio-piccole, che sia almeno in parte automatizzata,dispone di una combinazione di supporti informatici che corrispondono, con qualcheapprossimazione, alle seguenti tipologie: SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) per ilcoordinamento delle operazioni e l’interfacciamento dell’operatore, ERP (Enterprise ResourcePlanning) per l’approvvigionamento dei materiali e la pianificazione dell’uso delle risorse, MES(Manufacturing Execution System) per la schedulazione fine delle risorse e il monitoraggio delle operazioni eseguite, e DCS (Distributed Control System) per il controllo dei processi di fabbricazione attraverso una rete di dispositivi. Uno dei maggiori limiti che ancora si riscontra è la difficoltà di mettere in comunicazione e integrare tali supporti ICT in un unico sistema. La difficoltà nasce principalmente dagli ostacolifrapporti dagli stessi fornitori, che operano solitamente con un approccio a mondo chiuso, e quindidai costi elevati di una tale operazione. Pag. 61/109
  • Tuttavia, i fornitori più avveduti delle soluzioni ICT iniziano a riportare nei loro rispettivi campid’azione la tendenza diffusa ad adottare modelli standard di networking, ad esempio la ben notaSOA (Service Oriented Architecture). In qualche caso si arriva alla proposta di supporti informaticiospitati su piattaforme remote e utilizzabili a consumo attraverso client leggeri. È probabilmentequesta la direzione verso cui spingere per rendere l’automazione industriale adeguatamenteflessibile ed efficiente.KT 2.10 - Identificazione e tracciamentoL’identificazione e il tracciamento a radio frequenza sta conoscendo negli ultimi tempi unrinnovato trend di sviluppo. Il fatto abilitante è stata la liberalizzazione di bande di frequenza UHFche hanno reso possibile ottenere con facilità letture a distanza di metri, in luogo delle distanze dicentimetri consentite dalle bande HF. Inoltre il costo dei tag, almeno di quelli passivi, stascendendo anche al di sotto di 0,10 Euro (per grandi volumi), rendendoli applicabili in modosostenibile alla identificazione di prodotti di valore progressivamente decrescente.Nonostante queste nuove condizioni le piccole e medie imprese utilizzano la tecnologia diidentificazione a radio frequenza in modo ancora marginale, tanto che la Commissione Europea halanciato specifiche iniziative per creare casi pilota emblematici (si veda ad esempio il progettowww.rfid-sme.eu).Un fattore critico di successo su cui esiste una generale convergenza di opinioni (www.promise.no,www.intechopen.com/articles/show/title/rfid-technology-in-product-lifecycle-management) è lapossibilità di sfruttare l’identificazione tramite tag in varie fasi del ciclo di vita del prodotto,dall’acquisizione di parti critiche alla gestione dell’avanzamento della produzione, alla fase diprelievo e spedizione, fino alla fase di vendita e post-vendita.Sono ancora aperte molte questioni a livello di interoperabilità dei sistemi di lettura e di gestionedei segnali dei tag, visto che queste fasi possono essere controllate da diverse aziende dotate ditecnologie distinte.Una proposta interessante su questo punto è dato dal middleware open-source del progettoASPIRE (www.fp7-aspire.eu), che permette di gestire con il minimo sforzo di configurazione diversisistemi di lettura e scrittura su tag purché implementino lo standard EPC Global. L’obiettivo èquello di ridurre il TCO (Total Cost of Ownership) nello sviluppo di progetti basati su RFID, inquanto costituisce tuttora una barriera da superare se si vuole ottenere un’adozione di massa diquesti sistemi. Pag. 62/109
  • 5.2.3 BENCHMARKING CON I PIVOT REGIONALILa posizione delle aziende pivot intervistate rispetto alle problematiche del manufacturingintelligente è indicativa della situazione attuale del tessuto economico regionale che, a quantopare, presenta più luci che ombre. Vediamo di suddividere questa breve analisi in due partiriguardanti come le aziende pivot si posizionano, rispettivamente, verso i megatrend d’interesse everso le tecnologie chiave che sono state proposte, e di completarla con uno sguardo su unorizzonte più lungo di innovazione di fabbrica.Posizionamento verso i megatrendLe risposte fornite dalle aziende pivot sono del tutto concordi sull’importanza dell’ottimizzazionedei processi aziendali e sui benefici che possono venire da un più alto tasso di automazione difabbrica, innovazioni che rientrano sotto la voce “Fabbrica del Futuro”. Ciò corrisponde in pienoalla condizione di aziende che sono abituate a valutare criticamente le proprie prestazioni e apraticare miglioramenti continui senza per questo introdurre pericolosi elementi di discontinuità.La posizione non è così compatta sull’idea di fabbrica virtuale o di nuovi modelli di business. Anchese il campione intervistato è piuttosto limitato si può affermare (e lo confermano le keytechnology) che talune aziende sono già molto avanti nella trasformazione della propria catena difornitura in un nuovo organismo distribuito, adeguatamente coordinato, mentre altre non hannoancora considerato questa possibilità e pertanto dimostrano un limitato interesse. 5. VIRTUAL WORLD 12. FACTORY OF 6. NEW BUSINESS THE FUTURE: MODEL SMART E GREEN Pag. 63/109
  • Posizionamento verso le key technologyLe precedenti considerazioni sono ampiamente confermate dall’analisi di maggior dettaglio offertadalle key technology. Diciamo subito che si nota un’ampia convergenza d’interesse verso letecnologie che riflettono l’idea di analisi prestazionale e miglioramento continuo: (a) usoottimizzato delle risorse interne, (b) rapida reattività agli eventi, (c) interoperabilità dei sistemiinformativi, (d) integrazione ICT di fabbrica, e infine (e) tracciabilità dei prodotti. Come si vede nelgrafico sottostante esse riportano valori compresi fra 3 e 4 (il massimo).È quindi più interessante analizzare le tecnologie sulle quali tale convergenza non è statariscontrata, quelle con valori 1 o 2, in quanto probabilmente rappresentano meglio le tematiched’avanguardia o che sono ancora oggetto di discussione: Identificazione e tracciamento Piena integrazione ICT di fabbrica Std per programmazione del controllo Interoperabilità dei sistemi informativi Gestione integrata della logistica Reattività e adattamento agli eventi Pianificazione e supervisione distribuita Tecniche di simulazione strategica Business intelligence e process mining Schedulazione ottimale delle risorse POCO IMPORTANTE MOLTO IMPORTANTEBusiness intelligence. È la tecnologia che misura i comportamenti aziendali del recente passatoapplicando adeguate politiche di analisi dei dati raccolti nel sistema gestionale durante losvolgimento delle attività operative. Ciò richiede uneffettiva disponibilità dei dati da analizzare enon tutte le aziende sono ancora oggi in queste condizioni.Simulazione strategica. È la tecnologia che permette di valutare preventivamente l’impatto chepotrà avere un forte investimento o cambiamento organizzativo. È quindi giudicata pocosignificativa da chi attua piccole modifiche progressive, e oggi è solitamente sostituita daconsulenze aziendali che si limitano a fornire indicazioni qualitative.Pianificazione di rete e logistica integrata. Sono due tecnologie molto legate all’idea di impresadistribuita che, come visto prima, è considerata interessante e meritevole di attenzione solo da unsottoinsieme di aziende. Oggi la pianificazione di rete è lasciata all’esperienza dell’ufficio acquistimentre la logistica è vissuta come un costo da mettere in conto. In entrambi i casi non si ha la Pag. 64/109
  • percezione dei benefici che potrebbero venire da una gestione consapevole e ottimizzata diciascuno dei due aspetti attraverso adeguate tecnologie.Standard nello sviluppo dei controlli. Questo è il tema che riceve minore consenso in assoluto, perdue buoni motivi: riguarda da un lato le sole aziende che sviluppano o integrano sistemi dicontrollo, e introduce la problematica della standardizzazione che è spesso vissuta come un inutilecosto e appesantimento organizzativo dalle SME.Prospettive d’innovazioneSeguendo questi posizionamenti delle aziende pivot sembra di poter individuare due principaliprospettive d’innovazione nel settore del manufacturing intelligente:Trasferimento tecnologico. Il grado di adozione delle tecnologie del manufacturing intelligente èancora molto basso nella maggior parte delle aziende del settore, e ciò viene pagato in termini diminore produttività e competitività. Una prima importante prospettiva di innovazione è quindiquella che punta ad elevare il livello medio di efficienza delle aziende target attraverso la massimadiffusione di tecnologie che già sono presenti, seppure in modo disomogeneo, sul mercato.Ricerca industriale. La seconda importante prospettiva d’innovazione è quella orientata allo studioe all’introduzione di nuove tecnologie attraverso attività di ricerca industriale in collaborazione fralaboratori di ricerca e le pmi più dotate. Non si tratta quindi solo di evoluzione progressiva ma diimpegnare le migliori risorse in interventi che rappresentino vere discontinuità, specie nei campioggi meno considerati dalle imprese in quanto considerati futuribili. Sarà poi compito delleiniziative di trasferimento tecnologico assicurare che questi risultati raggiungano e siano adottatidalla più ampia base di imprese.5.2.4 BIBLIOGRAFIA, SITOGRAFIA E LINK A DOCUMENTIBonfatti F et al. (2011): Sustainable transport models by simulation, in Sustainable Transport, PGolinska & M Hajdul Eds, Springer.Conferenza internazionale annuale (www.pro-ve.org) con vasta letteratura sul concetto e larealizzazione di imprese virtuali.Organizzazione internazionale PLC Open (www.plcopen.org) per la promozione degli standard diprogrammazione dei sistemi di controllo.Progetto Europeo CIP-ICT-PSP RFID-ROI-SME (http://rfid-sme.eu) sull’adozione massiccia dellatecnologia RFID presso le SME.Progetto Europeo FP6-IST SEAMLESS (http://www.seamless-eu.org) sull’interoperabilità deisistemi informativi fra imprese che collaborano. Pag. 65/109
  • Progetto Europeo FP7-CIP-ICT ASPIRE (http://fp7-aspire.eu) sullo sviluppo di un middleware perapplicazioni RFID open-source e gratuito.Progetto Europeo FP7-SME eBEST (http://www.ebest.eu) sulla costituzione e configurazione di retidi SME e la pianificazione dei processi distribuiti.Progetto Europeo Interreg Central Europe KASSETTS (www.kassetts.eu) sull’ottimizzazione deitrasporti, regionali e a lunga distanza, generati dai distretti industriali.Programma Europeo MNP-ICT (http://cordis.europa.eu/fp7/ict/) su Factories of Future (FoF).Standard OASIS-UBL (http://www.oasis-open.org/committees/tc_home.php?wg_abbrev=ubl) perlo scambio di documenti di business fra SME.5.2.5 GRUPPO DI LAVOROUNIMORE: Flavio Bonfatti, Matteo Berselli, Federico StradiUNIFE: Evelina Lamma5.2.6 PIVOT REGIONALICentro Alesatura – Lavorazioni meccaniche – Vignola (MO)Tellure Rota – Soluzioni per il movimento – Formigine (MO)Dico Service –Sistemi meccanici completi – Ozzano Emilia (BO)Net Made – Soluzioni per plastica e gomma – Correggio (RE)Elettric 80 – Logistica di fine linea – Viano (RE) Pag. 66/109
  • 5.3 MANUFACTURING SOSTENIBILEIl concetto di sostenibilità è stato definito per la prima volta dalla Commissione Brundtland alleNazioni Unite nel 1987. Secondo tale definizione, la sostenibilità è la capacità di rispondere abisogni del presente senza compromettere la capacità delle generazioni future di rispondere aipropri bisogni.Tale concetto, applicato al tema della produzione e tenendo conto delle tendenze più attuali delmercato può essere descritto ed analizzato come mostrato nello schema che segue, che evidenziale dimensioni dei drivers di mercato, delle sfide da vincere e delle più rilevanti soluzioni chepossono essere utilizzate per perseguire un obiettivo di sostenibilità14.14 Sustainable Technologies in Factory Automation - D24F-TI – Dicembre 2010 – Frost & Sullivan Pag. 67/109
  • •Normativa •Esiste una forte tendenza normativa verso luso di soluzioni energicamente efficienti, pulite e verdi. Questa tendenza è stata avviata dallEuropa ma al momento è di interesse anche di DRIVERS economie emergenti, come la Cina •Riduzione della disponibilità di risorse •Molte risorse, acqua e alcuni tipi di materiali, sono scarsamente disponibili e questo richiede soluzioni più efficineti dal punto di vista delluso di tali risorse •Trasformazione •Limpatto ambientale dei prodotti può essere ridotto durante la loro vita utile operando su fattori quali lenergia necessaria per la trasformazione; occorre inoltre operare per il riciclo, il SFIDE riuso, la riproduzione. Una grande attenzione deve essere riservata alla selezione del tipo di materiale utilizzato •Paradosso del consumatore •Il consumatore si dimostra molto sensibile ai temi della sostenibilità, ma raramente è disponibile a riconoscere un aumento di prezzo per questo •Controllo avanzato •E opportuno un monitoraggio costante delle condizioni per la sostenibilità e dellutilizzo di energia. Ad esempio, i dati dimostrano che gran parte di energia è sprecata in fasi non SOLUZIONI produttive, che quindi devono essere minimizzate •Modularità •Per ottimizzare il riciclo e la riproduzione occorre perseguire la modularità e progettare la possibilità di separazione di materiali fin dal concept di prodottiIl manufacturing sostenibile può dunque essere modellizzato considerando tre obiettivi essenziali: Limitazione Aumento della dellimpatto Sicurezza redditività ambientale •Efficienza energetica •Rapido ritorno •Sicurezza dei lavoratori •Riduzione delluso di dellinvestimento •Sicurezza dellambiente acqua •Ridotti costi operativi •Riduzione delle •Aumento di emissioni competitività •Riduzione delluso di •Soddisfazione del cliente materie prime •Sostituzione di materiali e sostanze pericoloseEsso richiede, inoltre, mutamenti significativi fin dalle fasi di progettazione, che dovranno tenereconto dei seguenti aspetti: Pag. 68/109
  • DESIGN FOR SUSTAINABILITY Efficienza energetica/consumi Utilizzo di materialiPROGETTAZIONE PER UTILIZZO DELLE RISORSE ED Costi di installazione e di trainingECONOMIA Costi operativi Uso di energia rinnovabile Ciclo di vita Effetti ambientaliPROGETTAZIONE PER L’IMPATTO AMBIENTALE Efficienza ecologica e bilancio ecologico Impatto locale e globale Smontaggio RicicloPROGETTAZIONE PER RICICLO/ RILAVORABILITA’ Disponibilità Rilavorabilità/riusabilità Sicurezza Effetti sulla salute e sul benesserePROGETTAZIONE PER IMPATTO SOCIALE Responsabilità etica Impatto sociale Vita utile/Durabilità Modularità Facilità d’usoPROGETTAZIONE PER LA FUNZIONALITA’ Aggiornabilità Ergonomia Affidabilità Efficacia funzionale Metodi di produzione ConfezionamentoPROGETTAZIONE PER LA PRODUCIBILITA’ Assemblaggio Trasporto Stoccaggio Pag. 69/109
  • Inoltre, la produzione sostenibile richiede cambiamenti concettuali anche nella fase di post-utilizzo, spostando il fuoco dal modello 3R al modello 6R come indicato nello schema che segue: Riduzione Ri- Riuso produzione Riduzione Riprogettaz Riciclo ione Riciclo Riuso RecuperoIn ogni aspetto della sostenibilità, occorre tenere in gran considerazione il Life Cycle Cost, cioèoccorre considerare i costi associati a tutte le fasi della vita dei prodotti e dei processi, e non solo aquella utile, includendo quindi anche fasi tradizionalmente trascurate, quali quelle del riuso, dellari-produzione e del riciclo, nonché tutti gli effetti derivanti dall’integrazione di prodotti e processiin sistemi più complessi, in cui gli effetti legati all’uso delle risorse possono avere incrementi critici.Si sottolinea infine, che ogni elemento qui discusso presenta un importante fattore comune: sologli aspetti che sono misurati e controllati possono essere utilizzati in una gestione sostenibile. E’dunque cruciale tener alto il livello di attenzione operativa su questo aspetto, ed enfatizzare lacapacità delle imprese di analizzare se stesse in modo quantitativo. La roadmap per l’adozione dimetodi di produzione sostenibile può essere ricondotta alla figura sotto 1515 Sustainable Technologies in Factory Automation - D24F-TI – Dicembre 2010 – Frost & Sullivan Pag. 70/109
  • Si può affermare dunque che il manufacturing sostenibile ha molteplici dimensioni ed implicazioni.Tra esse si è qui effettuata la scelta di rivolgere l’attenzione sui temi dell’efficienza energetica edella riduzione del consumo di acqua, sia per la loro significatività in senso assoluto che perl’impatto che questi temi hanno nella realtà regionale. In particolare, si è scelto di focalizzarel’attenzione all’efficienza energetica ed alla riduzione di utilizzo di acqua nei processi alimentari.Altri temi potranno essere trattati in edizioni successive.5.3.1 TEMATICHE IDENTIFICATE E KEY TECHNOLOGIESTra le linee di intervento del Piano Energetico Regionale approvato dallAssemblea legislativa dellaRegione Emilia-Romagna nella 88^ seduta della VIII Legislatura il 14 novembre 2007- nel capitolo"8. 2. 2. Il ruolo dell’industria per il risparmio energetico e la limitazione delle emissioni di gas adeffetto serra" - è evidenziata la necessità del risparmio energetico e delluso efficiente dell’energianegli insediamenti produttivi. In particolare si pongono gli obiettivi di (i) diffondere l’applicazionedi impianti ad alta efficienza energetica, di sistemi e componenti in grado di contenere i consumidi energia nella produzione di manufatti, di ridurre i consumi specifici di energia nei processiproduttivi, di valorizzare i reflui di processo, il calore recuperabile nei fumi di scarico o di impiantitermici, nonché le altre forme di energia recuperabile nei processi e di (ii) diffondere gli impiantidi produzione di energia in autoproduzione con particolare riferimento alla cogenerazione e allefonti rinnovabili. Questultima misura è riportata anche nella Direttiva 2009/28/CE del ParlamentoEuropeo e del Consiglio del 23 aprile 2009 nel punto in cui si raccomanda a tutti i soggetti, inparticolare agli organi amministrativi locali e regionali di garantire l’installazione diapparecchiature e sistemi di produzione di elettricità, calore e freddo da fonti energetiche Pag. 71/109
  • rinnovabili in sede di pianificazione, progettazione, costruzione e ristrutturazione di areeindustriali o residenziali. Lo stesso è richiamato anche nel Decreto di recepimento della Direttiva2009/28/CE approvato dal Consiglio dei Ministri il 3 marzo 2011 che dispone anche la redazione dischede standardizzate per quantificazione dei risparmi di energia primaria conseguiti mediantemisure di efficientamento nel settore dellimpiantistica industriale.K3.1 - Efficienza energetica mediante incremento della stabilità dei processi.Il modo più importante per salvaguardare le risorse ed utilizzarle in modo ottimale è ridurre leperdite di materiali collegate all’esecuzione del processo. E’ dimostrato che le fasi operative chepercentualmente hanno maggiore influenza nelle perdite di materiale sono quelle di start-upall’avvio del processo e di restart-up dopo uno stop, cioè quando i parametri operativi (velocità,temperatura, pressione, …) non sono ancora (o non sono più) a regime. L’attività di R&S orientataa rendere veloci ed affidabili i processi di produzione e alla loro stabilizzazione può contribuire inmodo significativo alla conservazione delle risorse in termini di tempo, materiali ed energia.K3.2 - Efficienza energetica nei processi di produzione di tipo meccanico, termico e chimicoI processi produttivi che generano cambiamenti nello stato dei materiali, che coinvolgonotrattamenti termici o che determinano grandi perdite di materiale devono essere ripensati intermini energetici. Per ciò che riguarda le macchine operatrici e i relativi impianti, i maggioririsparmi in termini energetici possono essere ottenuti mediante la rimodulazione dei carichi edevitando picchi di potenza assorbita. I processi per asportazione di truciolo possono esseresostituiti con operazioni di formatura e stampaggio, generando una significativa riduzione nelconsumo (e nello spreco) di materiale. Nel breve termine i processi dovranno essere ottimizzati.Nel medio-lungo termine dovranno essere ridotti o eliminati tutti i processi maggiormente energy-intensive e material-intensive.K3.3 - Risorse in ciclo chiuso – integrazione delle risorse nel processoLa tendenza all’uso di tecniche di gestione dell’energia in ciclo chiuso è ben noto in molti campi applicativi. In aggiunta rispetto agli usuali aspetti di riciclo e riuso, è crescente l’attenzione verso una loro integrazione nei processi e nella produzione in generale. In futuro le tecniche per la produzione di energia, il trasferimento, la conversione, il recupero e lo stoccaggio potranno essere utilizzate in prossimità delle macchine e dei processi in modo molto maggiore di quanto fatto finora. La loro integrazione con i cicli di produzione sarà un aspetto di cruciale importanza. Pag. 72/109
  • K3.4 - Gestione loss-free delle infrastrutture degli impianti produttiviGli aspetti relativi al consumo di energia e all’efficienza energetica devono entrare a pieno dirittonella gestione delle reti degli impianti di produzione, siano esse interne agli impianti stessi (reti didistribuzione dell’energia elettrica, dell’acqua, del calore, dellaria compressa, dei gas tecnici, etc.)che, più in generale, reti logistiche e di subfornitura. In questa area è dunque importante lacreazione di modelli per le “catene di fornitura di energia” (Energy supply chain) e la valutazionedelle loro ripercussioni nella rete di produzione.K3.5 - Metodi per la gestione sostenibile dell’energia e dei materialiUna produzione efficiente dal punto di vista energetico può essere realizzata solo se sonodisponibili tutti i dati e le misure dei parametri che la influenzano. Molti sprechi di risorse nonsono al momento considerati né contabilizzati perché i parametri rilevanti non vengono misurati equindi sfuggono al monitoraggio. I progetti di investimentousualmente prendono in considerazione solo i costi puridell’investimento stesso. E’ invece necessario avere a disposizionestrumenti e metodi che rendano possibile la misura e la valutazione ditutte le variabili collegate all’energia e ai materiali, in modo darendere possibile la valutazione, la pianificazione, l’ottimizzazione e lariduzione dei consumi energetici e di materiali sia in fase di definizionedel piano di investimento che nell’operatività. Le tecniche di TotalEnergy Management possono essere prese in considerazione come strumenti per integrare edestendere pianificazione e controllo alla fabbrica e al sistema produttivo nel suo insieme, conl’obiettivo di ridurne i consumi energetici.K3.6 - Recupero e riciclo di acqua di qualità alimentare nelle industrie che operano lavaggi, cotture e raffreddamentiTra i numerosi tipi di reflui che sono prodotti dall’attività dell’industria alimentare, si trova moltospesso una quantità enorme di acqua a diversi livelli di contenuti di soluti e di sostanze sospese.Ad esempio, nei trattamenti di lavaggio e di cottura o di blanching sono originate acque che hannoun notevole contenuto di BOD e certamente devono essere trattate al fine di poterne scaricarneuna parte nella rete idrica, con rispetto delle disposizioni legislative a riguardo.Accanto alle acque, l’industria alimentare genera anche un notevole quantitativo di reflui solidi osemisolidi, legati alla preparazione e alla produzione degli elaborati a destinazione alimentare. Unaparte di questi “sottoprodotti”, dopo eventuale trattamento in azienda, sono destinati al settoremangimistico o, in altri casi, allo smaltimento attraverso la produzione di gas o per smaltimentoclassico, con conseguente differenti impatti ambientali. Pag. 73/109
  • La gestione dei reflui nelle industrie agroalimentari è un aspetto di interesse trasversale, in quantoè percepita come una necessità inevitabile che ha un costo crescente nel tempo. In molti casi neireflui fluidi sono contenute sostanze che potrebbero essere preziose per le possibili utilizzazioni.Trovandosi però in un sistema complesso sono da separare o estrarre, al fine di poterle sfruttaredal punto di vista economico.Le iniziative orientate a dare una risposta a queste problematiche dovrebbero essere integratenella fase di generazione del refluo, in modo che esso possa essere efficacemente trattato per ilrecupero e il successivo smaltimento finale.5.3.2 TREND DELLE KEY TECHNOLOGIESK3.1 - Efficienza energetica mediante incremento della stabilità dei processi.Il controllo efficace dei parametri, cioè la loro misura e lapplicazione di tecniche e metodi per laloro stabilizzazione può affrontare positivamente il problema delle perdite per prodotti difettosi,che generano sia perdite di materia prima che perdite derivanti dalla quota di energia necessariaper la loro produzione. In generale, le tecniche per il controllo del processo necessitano dimiglioramenti per aumentare l’affidabilità e ridurre i tempi di risposta. Sono necessari unaprofonda conoscenza dei parametri di processo, la loro modellizzazione e simulazione, nonchétecniche di interpretazione di segnali multi-sensor e algoritmi multi-criteri. Un’altra modalità perstabilizzare i processi può essere rappresentata dalle tecniche di Plant Asset Management.E’ da sottolineare, infine, come la stabilità dei processi possa essere migliorata in modosignificativo con l’utilizzo di tecniche per l’ottimizzazione dei cicli di manutenzione e dellecondizioni di servizio. Le tecniche di Device Management, Condition Monitoring e PerformanceMonitoring dovranno essere sempre più integrate, sia dal punto di vista tecnico che organizzativo,e richiederanno lo sviluppo di metodi adeguati ad assicurare interoperabilità per spaziare dallasingola macchina operatrice all’intera linea produttiva.K3.2 - Efficienza energetica nei processi di produzione di tipo meccanico, termico e chimicoIn una logica di Life Cycle Cost, è opportuno evitare di considerare ogni fase di lavorazione (o ognicomponente del prodotto finito) come un elemento a sé stante da ottimizzare in sé. Al contrario,occorre enfatizzare una logica di tipo integrato, in cui ottimizzare il sistema nella sua completezza.Ad esempio, nella pianificazione di compiti di macchine operatrici, non sempre l’esecuzione di cicliin parallelo può essere una soluzione efficace, perché riduce il tempo ciclo associato, ma somma lapotenza necessaria e quindi il sistema deve essere dimensionato, dal punto di vista energetico, sulivelli superiori. Ciò è particolarmente significativo per processi che richiedono molta energia, qualiad esempio quelli termici, per i quali le modalità di pianificazione in ottica energetica sono Pag. 74/109
  • largamente migliorabili. Un altro esempio significativo può essere individuato nelle unità ditrattamento dell’aria che sono presenti in tutti gli impianti. Se si opera minimizzando il costo diacquisto, si opta per l’uso di motore elettrico a basso rendimento a punto fisso ottenendo lamodulazione delle performance del ventilatore in maniera dissipativa, cioè strozzandolo. Alcontrario, operando in una logica di minimizzazione di Life Cycle Cost, si possono utilizzare motorielettrici ad alto rendimento accoppiati ad inverter che permettano la modulazione in velocità di rotazione ottenendo così un notevole risparmio energetico. In molte aree della produzione, l’uso di macchine per asportazione di truciolo è una soluzione molto utilizzata per la sua elevata flessibilità. Essa però determina una notevole perdita di materiale, e tale effetto può ridurne la usabilità sostenibile. Al contrario la formatura o lo stampaggio, non presentano tale aspetto negativo, se si esclude lo stampaggio a caldo e si considerano, invece, soluzioni a freddo. In questo caso l’uso di materiali che consentono lo stampaggio a freddo, garantendouna adeguata qualità di prodotto, e le relative tecnologie, sono da tenere in considerazione, cosìcome tecniche di produzione additiva o netshape (MIM – metal injection moulding), che possonolimitare molto la necessità di operazioni di finitura dopo il processo.Un ulteriore possibile vantaggio delle tecniche di formatura è relativo al rivestimento superficialeo alla verniciatura. Questa fase, infatti, se realizzata su prodotti finiti e con notevole complessitàgeometrica richiede impianti costosi e notevole uso di energia. La sostituzione di questa fase conpretrattamenti a polveri (su forme geometriche più semplici), con ricoprimenti realizzatidirettamente nello stampaggio o nella formatura, può ridurre drasticamente sia il tempo ciclo sial’uso di energia associato.K3.3 - Risorse in ciclo chiuso – integrazione delle risorse nel processoUna quota di perdita di energia nei cicli produttivi è ineliminabile, ma il suo valore può essereridotto attraverso opportune operazioni di recupero, trasformazione e trasporto. Questo puòessere realizzato in vari modi, ma occorre che sforzi ulteriori siano fatti per migliorare l’efficienzadei sistemi e la loro integrazione completa nel ciclo produttivo. Possono essere migliorati sialintegrazione della produzione energetica, in particolare la cogenerazione, nel processo, sia ilriutilizzo di energia di processo (per esempio calore a bassa temperatura proveniente dalraffreddamento delle macchine o dei manufatti) allinterno del processo stesso, trasformandola inenergia di maggior pregio (per esempio in energia elettrica), sia, infine, il riutilizzo dei residui dilavorazione a fini energetici (per esempio i fanghi di conceria per produrre energia tramite pirolisi).Le tecniche per il riuso o il riciclo di materiali consentono di operare in ottica di cicloenergeticamente chiuso. E’ qui opportuno ricordare che l’esigenza di riciclo deve essere Pag. 75/109
  • considerata nella fase di pianificazione logistica di un processo, in modo da consentire l’avvio dimateriali a linee di evacuazione differenziate e al fine di evitare successive operazioni di selezione,sempre costose e a volte impossibili.K3.4 - Gestione loss-free delle infrastrutture degli impianti produttiviSia gli impianti interni ai luoghi di produzione, che la logistica e conseguentemente le relazioninell’ambito della rete del valore dovranno considerare come fondamentali gli aspetti energetici inottica Life Cycle Cost. Al momento la gestione della catena di subfornitura è attuata su basiclassicamente logistiche. La connessione tra questi aspetti e quelli più tipici della gestioneintegrata di risorse (mezzi, materiali, energia, …) è ancora largamente da definire. Ad esempio, laselezione di località di subfornitura è spesso basata su costi, disponibilità di forza lavoro,normative, mentre elementi quali uso di linee energetiche altamente efficienti o disponibilità difonti energetiche rinnovabili sono largamente trascurati. Lo sviluppo di questa consapevolezzapresenta un elevato potenziale di recupero in termini di Total cost.Per ciò che riguarda le infrastrutture interne alla fabbrica, è opportuno che la gestione di acqua,elettricità, gas, condizionamento, caldo/freddo, liquidi di processo e refrigeranti, sia unitaria ed integrata. Inoltre, molto importanti sono gli aspetti relativi alla manutenzione di tali reti ai fini dell’efficienza energetica. Un esempio può essere dato dai filtri dellaria nei sistemi di trattamento. Essi generalmente non sono progettati correttamente per i bisogni effettivi, ma sovradimensionati, e non sono mantenuti correttamente. Ciò comporta un aumento delle perdite di carico e un aumento dellenergia necessaria alla movimentazione dellaria.Sforzi notevoli dovranno essere fatti in futuro per definire modalità di ottimizzazione integrata ditutte le reti interne. Pag. 76/109
  • K3.5 - Reflui dell’industria alimentare, smaltimento ed impatto ambientaleLo smaltimento dei reflui delle industrie alimentari che preveda recuperi di componenti diinteresse applicativo, appare un problema futuro, anche se l’impatto ambientale negativo è giàriconosciuto come un problema attuale. Il motivo principale di questo ritardo è dovuto allo scarsointeresse che esiste nell’affrontare un argomento poco conosciuto, nel quale si ritiene che laricerca abbia costi elevati e solo utilità ambientali.Gli aspetti principali che sono condizionanti uno sviluppo del settore dei recuperi prima deldefinitivo smaltimento, sono legati alla scarsa conoscenza dei materiali di partenza, delle differenticomposizioni in relazione a numerosi parametri e dell’incerto interesse commerciale che riguardale sostanze recuperate. Le industrie alimentari impiegano enormi quantità di acqua nelle diversefasi della trasformazione [industrie lattiero-casearie, frantoi oleari, industrie di lavorazionedell’orto-frutta (pomodoro, patate, verdure, surgelati di vegetali, ecc.), cantine e aziendeenologiche, ecc.], con la conseguente necessità di smaltire volumi enormi di liquidi acquosi adiverso livello di BOD e gestire diversi intervento nello smaltimento. Attualmente, le innovazioni nel settore della filtrazione “tangenziale” a membrana, sempre maggiormente impiegata anche nel settore alimentare, consente di elaborare fluidi diluiti con l’ottenimento a costi limitati di acqua (“permeato”) con buone caratteristiche d’impiego nella stessa industria che le ha generate. Questa possibilità di per sé rappresenta un consumo ridotto di acqua della rete, con vantaggi di tipo economico e anche ambientale in relazione ad un minore intervento di potabilizzazione. Il liquido di scarto (“retentato”, concentrato) che si ottiene dallapurificazione dell’acqua nei reflui, è più concentrato nei componenti che le membrane hannofermato: questo è un vantaggioso materiale di partenza per recuperare componenti che sarebberointeressanti per utilizzi applicativi anche di carattere remunerativo.L’attività di ricerca che dovrà essere ancora sviluppata, prevede la conoscenza delle composizionidei reflui da considerare come materie prime di sfruttamento, insieme alle caratteristiche dimodificazioni in relazione allinstabilità del tipo di materie prime.In futuro si può prevedere un continuo miglioramento delle tecnologie di lavorazione dei reflui perlo scopo del recupero, accanto ad una più ampia conoscenza dei prodotti che si possono otteneree, quindi delle possibili utilizzazioni pratiche.Lo studio che, in generale, si può prevedere nel prossimo futuro, sarà indirizzato alle applicazioniche i componenti recuperabili e disponibili potranno rendere economicamente vantaggioso ilprocesso di recupero. Il settore alimentare, quello degli alimenti salutistici e quello dei prodotti Pag. 77/109
  • cosmetici, oltre ai settori sensibili alle problematiche ambientali, sono prevedibilmente quelli chepotranno avere i maggiori interessi alle ricerche da portare avanti in questo settore.K3.6 - Recupero e riciclo di acqua di qualità alimentare nelle industrie che operano lavaggi, cotture e raffreddamenti - il caso dei reflui da frantoio olearioI reflui oleari, pur non contenendo sostanze tossiche, hanno un tasso inquinante fra i più elevatinellambito dellindustria agro-alimentare per la presenza di composti ad attività biostatica, quali ipolifenoli. Tali composti sono inibenti dei microorganismi gram+, dellattività delle cellulasi e dialtri enzimi e dellattività di microrganismi responsabili della degradazione anaerobia delle stesseacque di vegetazione. Oltre alla tradizionale decantazione (inferni) sono stati fino ad ora propostivari sistemi di depurazione e smaltimento del refluo, quali, ad esempio, interventi chimico-fisici(decantazione con calce e/o ossidazione totale; concentrazione ed incenerimento; ultrafiltrazioneed osmosi inversa), di tipo "agronomico" (lagunaggio verde; spandimento superficiale), di tipozootecnico (utilizzo diretto nellalimentazione del bestiame e/o previo arricchimento, anche coninterventi fermentativi) e di tipo "biotecnologico". In questultimo gruppo si possono annoveraretutta la serie di approcci microbiologici al problema: trattamenti di depurazione di tipo aerobio edanaerobio - che hanno trovato difficoltà di realizzazione a causa dei residui oleosi e dellazioneantimicrobica della frazione fenolica, fermentazioni con produzione di etanolo o metano efermentazioni con produzione di biomasse microbiche e fungine.Tuttavia, tali approcci, oltre a presentare notevoli difficoltà e parzialità di risultato, sottovalutano irifiuti dei frantoi quali risorse, per la presenza di zuccheri semplici e complessi oltre che disostanze di interesse agro-alimentare o più strettamente chimico quali, ad esempio, compostiaromatici, antiossidanti, pigmenti.La filosofia di considerare i reflui oleari come "materia prima" seconda ha dato origine a numerosericerche volte alla utilizzazione e valorizzazione del refluo per vie biologiche e chimiche, al fine diottenere prodotti a medio o alto valore aggiunto e, al contempo, labbattimento del potereinquinante. Lutilizzo di detti reflui, costituiti oltre che da cellulose, emicellulose e lignine insolubiliin acqua, anche da molecole a basso peso molecolare solubili in acqua, va effettuata conbioconversioni in fase solida e in fase sommersa nonché mediante reattivi ecocompatibili perproduzione di intermedi per l’industria e di fine-chemicals. Ciò è reso possibile dalla presenza disostanze aromatiche con un ampio spettro di pesi molecolari (fenoli e polifenoli) che possonoessere considerati precursori di molecole antiossidanti e coloranti nonché di compostifarmacologicamente attivi quali i chinoni. Alcuni di questi composti, quali i flavanoidi, si prestanoad essere convertiti con processi ossidativi selettivi, in flavoni bioattivi e coloranti cianici(antocianidine).I processi di biodegradazione si basano su un insieme di reazioni biochimiche che possono essereriassunte, in prima approssimazione, in azioni di idrolisi per la demolizione di molecole ad elevato Pag. 78/109
  • peso molecolare (pectine, polisaccaridi, grassi, ecc) e di ossidasi e/o perossidasi specifiche per lademolizione delle sostanze aromatiche Dallazione di questa serie di enzimi si ottengono compostiorganici a più basso peso molecolare e quindi più facilmente utilizzabili come "materie prime"seconde. Per lottimizzazione della bioconversione delle molecole aromatiche sonoparticolarmente importanti alcuni aspetti quali luniformita dei processi di bioconversione, lavelocita di trasformazione, la riproducibilita dei risultati, lefficienza della degradazione,lottimizzazione delle condizioni di bioconversione.Sostanze fenoliche presenti nell’olivo e nelle acque di vegetazioneNelle foglie e nelle drupe di Olea europaea L. (Oleraceae) sono state identificate numerosesostanze di natura fenolica appartenenti alle varie classi di struttura nelle quali vengono classificatii diversi composti fenolici presenti nelle piante. In particolare, sono stati identificati: acidoprotocatecuico, acido caffeico, acido p-cumarico, i flavonoidi catechina, apigenina, crisoeriolo,kempferolo, luteolina e quercetina, gli antociani cianidina e peonidina, esculetina ed i fenoli dinatura polimerica, tannini e catecolmelanine. Tutte queste sostanze sono presenti in varia misuraanche nei reflui oleari. Una sostanza di natura fenolica tipica dell’ Olea europaea L., da cui prendeil nome, è l’oleuropeina, un glucoside amaro presente sia nelle drupe che nelle foglie, il quale èstato isolato anche in frutti maturi e foglie di Ligustrum lucidum e L. japonicum. A questa sostanzavengono riconosciute varie proprietà biologiche, in particolare un’attività antiossidante,antiipertensiva, batteriostatica, dilatatrice delle coronarie, anticancerogena [Hamdi], spasmoliticae vasodilatatrice.Normalmente nelle acque di vegetazione delle olive l’oleuropeina è quasi del tutto assente,mentre si ritrovano alcuni prodotti di degradazione: acido elenolico, idrossitirosolo e l’agliconedell’oleuropeina. Oltre alle sostanze citate, nelle acque di vegetazione si ritrovano catecolo, 4-metilcatecolo, tirosolo, e gli acidi p-idrossibenzoico, vanillico, siringico e gallico, oltre ai variflavonoidi e polimeri presenti nelle drupe e nelle foglie. Da un punto di vista quantitativo,catecolo, 4-metilcatecolo, tirosolo ed idrossitirosolo rappresentano i principali costituenti delleacque di vegetazione, dove raggiungono una concentrazione di 10-3 M.Per questi ultimi composti sono state condotte ricerche miranti a mettere in evidenza alcuneproprietà biologiche. Queste prime indicazioni, unite ad altre informazioni ancora da approfondiree che assegnano a queste sostanze proprietà antiossidanti, allelochimiche, antivirali edantifungine, oltre che antibatteriche, fanno supporre che sia possibile ipotizzare un utilizzo dellesostanze fenoliche estratte dalle acque di vegetazione sia in campo alimentare e cosmetico(coloranti, antiossidanti) sia nel settore agrario (biopesticidi, fitoregolatori).I reflui oleari contengono elevate concentrazioni di sostanze fenoliche di natura monomerica epolimerica (tra lo 0,6 % e l’1,6 %). Tale concentrazione dipende dalla varietà e dallo stadiofenologico della drupa, nonché dalla procedura utilizzata per l’estrazione dell’olio, la cui strutturachimica e la relativa attività biologica sarà oggetto di accurato studio. Pag. 79/109
  • 5.3.3 BENCHMARKING CON I PIVOT REGIONALII 5 pivot regionali sono stati interpellati sull’impatto di quattro megatrend considerati rilevanti peril tema della sostenibilità nella produzione Città e infrastrutture intelligenti per i temi riguardanti la consapevolezza del valore ambientale e di sostenibilità delle scelte relative a materiali e processi Innovazione Zero per l’approccio “total cost” e l’obiettivo di ridurre gli effetti negativi dell’innovazione Fabbrica del futuro intelligente e verde per cogliere la trasformazione dei requisiti normativi in opportunità di crescita e misurare l’approccio verso l’automazione, la personalizzazione, il controllo Nuovi modelli di business per verificare l’interesse verso modalità non convenzionali di approccio al mercato.L’analisi degli output mostra una sostanziale convergenza rispetto a tutte le tendenze considerate,ma mentre le prime tre tendenze, risultano note e ugualmente importanti per i mercati diriferimento dei pivot, seppur disomogenei, si segnala una insufficiente attenzione a modelli dibusiness alternativi rispetto a quelli attualmente utilizzati. Ulteriori elementi di interesse sono unaprecisa consapevolezza dell’importanza di un approccio “total cost” e l’interesse a considerare ivincoli normativi (sia cogenti che volontari) come una buona opportunità per affrontare il temadella revisione di prodotti e processi in ottica di sostenibilità. Pag. 80/109
  • In riferimento all’analisi delle tecnologie chiave proposte, si conferma nella sostanza la grandeimportanza riconosciuta a tutte le tecniche che possono “efficientare” i processi dal punto di vistaenergetico. Un elemento di possibile miglioramento dell’approccio sostenibile delle imprese pivotpuò riscontrarsi sull’attenzione alle infrastrutture e agli impianti di servizio (aria compressa, acqua,energia elettrica) che essendo “esterni” alle macchine di processo vere e proprie, a volte nonvengono tenuti in considerazione. Al contrario i dati mostrano che interventi sugli impianti diservizio possono incrementare significativamente l’efficienza energetica dell’impresa nel suocomplesso. Estrazione di materiale dai fluidi di processo Recupero dei fluidi di processo Gestione sostenibile dell’energia e dei materiali Gestione loss-free delle infrastrutture degli impianti produttivi Risorse in ciclo chiuso – integrazione delle risorse nel processo Efficienza energetica nei processi di produzione di tipo meccanico, termico e chimico Efficienza energetica mediante incremento della stabilità dei processi. POCO IMPORTANTE MOLTO IMPORTANTE5.3.4 BIBLIOGRAFIA, SITOGRAFIA E LINKS A DOCUMENTISustainable Technologies in Factory Automation - Disruptive Technology Track-Technology MarketPenetration and Roadmapping, F&S, D24F-TI, Dicembre 2010Energy Efficiency in Production – Future Action Fields, Fraunhofer Gesellschaft, 2009OLEUM Manuale dellolio da olive, a cura di A. Ricci, Ed. Edagricole GRUPPO24ORE, Bologna, 2011,pp. 1 - 37. ISBN:978-88-506-5276-1.L’ulivo, Collana Coltura & Cultura, BayerCropScience Ed., a cura di R. ANGELINI, M. PISANTE, P.INGLESE E G. LERCKER, Milano, 2009, pp. 606-619. ISBN 978-88-902791-6-4T. Gallina Toschi, M. Bonoli, G. Lercker, Fare olio o …acqua?., Bologna Dipartimento di Scienzedegli Alimenti, 2009, 1-92. ISBN 978-88-902152-1-6A. Bendini, L. Cerretani, A. Carrasco-Pancorbo, A.M. Gómez-Cavarca, A. Segura-Carretero, A.Fernández-Gutiérrez, G. Lercker, Phenolic molecules in olive oils: a survey of their sensoryproperties, health effects, antioxdant activity and analytical methods. An overview of the lastdecade., Molecules, 12, 1679-1719 (2007) Pag. 81/109
  • L. Villanova, L. Villanova, G. Fastello, A. Merendino, S.R.L. Lachifarma. Patent n°: EP1623960(8.2.2006).5.3.5 GRUPPO DI LAVOROUNIVERSITA’ DI BOLOGNA: Giovanni Lercker, Tullia Gallina ToschiASTER: Leda BologniUNIVERSITA’DI FERRARA: Mirko Morini5.3.6 PIVOT REGIONALICONSERVE ITALIA – Filiera della conservazione di prodotti vegetali – San Lazzaro di Savena (BO)IMA – Sistemi per il confezionamento – Ozzano dell’Emilia (BO)MANDELLI SISTEMI – Sistemi flessibili di produzione – Piacenza (PC)OROGEL – Prodotti surgelati – Cesena (FO)PIZZOLI – Trasformazione della patata – Budrio (BO) Pag. 82/109
  • 5.4 LA PROGETTAZIONE DEL FUTUROI metodi e le tecniche di progettazione saranno fondamentali per la creazione di nuovi sistemi emodelli di produzione capaci di innovare radicalmente il manufacturing.I sistemi di produzione del futuro andranno progettati in tempi minori e ad un livello diaccuratezza nettamente superiore, valutando in dettaglio aspetti e modalità operativeattualmente considerati solo marginalmente. Questo comporta inevitabilmente un incremento diattività da svolgere, che può essere affrontato solamente attraverso l’adozione di approccicollaborativi, interdisciplinari e sinergici, unitamente all’impiego massivo degli strumenti disimulazione. Tali approcci sono mirati alla razionalizzazione delle attività, e delle macchineprogettate, mediante la sistematica formalizzazione della conoscenza e il riutilizzo delleesperienze.La progettazione del futuro, in ambito innovazione del manufacturing, deve essere espressamentemirata a risolvere le complessità e le nuove sfide connesse ai temi del manufacturing ad alteprestazioni, del manufacturing intelligente (ICT enabled) e, indirettamente, ai nuovi modelli dibusiness.In questi pillars sono infatti evidenti trend evolutivi chiari e definiti, che richiedono modificheradicali dell’attuale processo di progettazione e conseguentemente impongono l’ideazione edadozione di specifici metodi ingegneristici, si citano ad esempio: il netto incremento del numero di sensori ed attuatori programmabili in ogni macchina l’adozione su cinematismi e gruppi funzionali di tecnologie realizzative alternative a quelle consolidate (in particolare incremento di servomeccanismi; filosofia “more electric”..), la conformità a legislazioni sempre più complesse e severe, che impongono processi accurati e documentati, l’aumento del numero di operazioni da eseguire sul prodotto, l’aumentata complessità delle logiche di controllo e di tutto il software di macchina/impianto, Pag. 83/109
  •  produzioni sempre più flessibili con lotti di dimensioni sempre minori sino al “one piece flow”, con elevato livello di personalizzazione e riconfigurazione frequente e rapida, approcci adattivi ed auto-ottimizzanti, in cui i cicli di lavorazione vengono modificati dinamicamente per garantire la massima precisione e qualità, riduzione dei tempi di consegna (“time to market”) e messa a regime (ramp up per il “time to volume”) di macchine ed impianti che devono garantire certezza operativa con manutenzione predittiva e teleassistenza (health monitoring, prognostica, e-maintenance).E’ evidente che lo sviluppo del manufacturing secondo questi trend coinvolge diversi dominidell’ingegneria, pertanto il già delicato processo di progettazione e sviluppo prodotto ne risultacomplicato da nuove problematiche quali, ad esempio, la corretta valutazione delle realiprestazioni nell’affrontare produzioni estremamente flessibili.Tali problematiche possono essere correttamente ideate, verificate, validate ed ottimizzate soloattraverso un impiego diffuso, continuamente aggiornato nei vari domini, di simulazioni realisticheche, emulando i singoli gruppi funzionali, vengono sviluppate ed elaborate su livelli di dettagliosuperiori sino alla simulazione degli interi processi produttivi di fabbrica, in cui può essere valutatoanche il contributo dell’operatore.La progettazione del futuro dovrà quindi ideare, simulare ed ottimizzare processi produttivisempre più complessi ed articolati: da un lato i processi su grandi quantità (in cui comunque ledimensioni di lotto diminuiranno sensibilmente, come, ad esempio, nelle filiere regionali delceramico, alimentare, farmaceutico..) diverranno più complessi in termini di numero dioperazioni/lavorazioni e, soprattutto, controllo ed ottimizzazione dinamica della qualità, dall’altro(specialità puramente emiliana romagnola) processi di alta qualità a personalizzazione totale in cuisarà richiesta estrema flessibilità su lotti ridottissimi, con cicli produttivi articolati ericonfigurazione continua di lavorazioni e attrezzature.Quindi la progettazione dovrà essere pesantemente basata sulla simulazione, sull’integrazionecollaborativa di diverse attività prima separate e sull’estensione dell’orizzonte operativo all’interociclo di vita, in cui assume una sempre crescente importanza la valutazione dell’impattoenergetico.Dovendo proiettare la ricerca e sviluppo della progettazione del futuro in ambito innovazione nelmanufacturing su un orizzonte temporale di almeno 5 anni e su argomenti di sicuro interesse perl’economia regionale, le tematiche possono essere convenientemente limitate ai tre obiettiviseguenti:Progettazione ed ottimizzazione di servomeccanismi. L’obiettivo è sia innovare la progettazionedi cinematismi e gruppi funzionali ad elevata dinamica delle macchine, incentivando l’impiego distrumenti evoluti di simulazione (eventualmente anche integrati con la sperimentazione), siastimolare l’adozione di soluzioni tecnologiche alternative basate su attuatori programmabili,idonei a realizzare comportamenti flessibili, adattivi e riconfigurabili. Pag. 84/109
  • Simulazione realistica di celle flessibili e linee di produzione. Riguarda le tecniche di simulazionedei processi di fabbrica visti nel loro insieme: dalla generazione delle sequenze operative e dei ciclidi lavoro ottimizzati, con il conseguente sviluppo dei layout, sino alla simulazione realistica di tutti iprocessi di fabbrica, inclusi quelli logistici e manuali, in cui integrare le conoscenze di prodotto,processo e risorse.Virtual Commissioning. Riguarda la simulazione di tutti i processi di messa a punto, installazione(collaudo) e raggiungimento delle massime prestazioni (ramp up) di nuovi sistemi di produzione;sono inclusi anche i processi di training degli operatori e la formalizzazione della conoscenza edelle migliori pratiche del personale esperto. Si fa particolare riferimento a sistemi di produzioneflessibile ed automatizzata in cui è fondamentale validare ed ottimizzare con la massima efficienzale logiche di controllo.5.4.1 TEMATICHE IDENTIFICATE E KEY TECHNOLOGIESRiguardo alle tre tematiche si identificano gli aspetti salienti e le tecnologie chiave espressamenteriferite alla situazione contingente delle aziende produttive regionali.Progettazione ed ottimizzazione di servomeccanismiL’obiettivo è innovare la progettazione di cinematismi e gruppi funzionali di macchine ad elevatadinamica, incentivando l’impiego di strumenti evoluti di simulazione (eventualmente ancheintegrati con la sperimentazione), nonché stimolare l’adozione di soluzioni tecnologichealternative basate su attuatori programmabili, idonei a realizzare comportamenti flessibili, adattivie riconfigurabili.KT4.1 - Progettazione integrata di camme elettroniche.L’impiego di servomeccanismi, specie direct drive, consente di razionalizzare la struttura dellamacchina nonché acquisire la necessaria flessibilità e programmabilità, ed è quindi una tecnologiaabilitante e fondamentale per l’innovazione del manufacturing. Tradizionalmente le leggi di motoin queste macchine sono state ottenute mediante camme meccaniche, soluzioni che consentonocertamente elevate dinamiche, ma che operativamente sono intrinsecamente rigide. Perraggiungere, e superare, queste prestazioni con servomeccanismi (camme elettroniche) ènecessario condurre complesse ottimizzazioni con cui evidenziare e sfruttare gli effetti sinergici,mutuamente interdipendenti, del cinematismo meccanico, dei servomotori (ed eventuali riduttori)e del sistema di controllo, incluse le leggi di moto programmate e gli algoritmi con cui questevengono interpretate. A tale scopo risulta fondamentale lo sviluppo di metodi e strumenti disimulazione accoppiata, fortemente interdisciplinari. Si ritengono pertanto strategiche azioni diricerca sul tema della progettazione integrata di camme elettroniche, al fine di garantire aicostruttori regionali di sistemi di produzione, il vantaggio competitivo attualmente acquisito. Pag. 85/109
  • KT4.2 - Alleggerimento di cinematismi ad elevata dinamicaL’incremento delle prestazioni delle macchine in termini di velocità di esecuzione e cadenza delleoperazioni richiede unaccurata ottimizzazione della dinamica dei cinematismi. Tale obiettivo varaggiunto tramite l’individuazione di architetture idonee (sintesi funzionale) tramite simulazionedinamica e cineto-elastodinamica (flexible multibody modelling) nonché tramite simulazioniaccoppiate che includano anche il contributo frequenziale dei sistemi di attuazione. In questoambito, lo sviluppo di soluzioni progettuali innovative comporta inoltre l’utilizzo di metodologiebasate su una stretta interazione tra simulazioni numeriche ed analisi sperimentali; in particolarel’impiego di modelli previsionali opportunamente validati, permette di ridurre tempi e costi disviluppo del progetto. Infine si suggeriscono iniziative di ricerca anche su valutazioni di sensitivitàrelative alle condizioni di gioco, tolleranze e precisione di realizzazione.Simulazione di celle flessibili e linee di produzioneRiguarda le tecniche di simulazione dei processi di fabbrica visti nel loro insieme: dalla generazionee ottimizzazione delle sequenze operative e dei cicli di lavoro con il conseguente sviluppo deilayout sino alla simulazione realistica di tutti i processi di fabbrica, inclusi quelli logistici e manuali,in cui integrare le conoscenze di prodotto, processo e risorse.KT4.3 - Progettazione integrata di celle flessibili di lavorazione. I nuovi paradigmi di produzione flessibile devono eliminare il più possibile le costose operazionimanuali a basso valore aggiunto, affaticanti e pericolose, affidando a macchine, robot eautomazioni in generale le operazioni in cui sia richiesta elevata precisione, rigidezza, potenza eproduttività. Va in ogni caso sottolineato che produzioni adelevato mix e flessibilità operativa esaltano comunque ilcontributo di operatori esperti, determinanti per garantireestrema adattabilità alle celle con ridotti costi di investimento.Tale aspetto va adeguatamente valutato in fase progettualeideando anche specifici strumenti, metodi e tecniche diprogettazione. Lo sviluppo di una nuova generazione di celleflessibili di lavorazione, in cui possano essere integrateoperazioni di lavorazione, assemblaggio e controllo di qualità con la massima flessibilità operativa,è un tema ad alta priorità per l’economia della regione. In particolare, la superiore flessibilitàoperativa va studiata in fase progettuale ed ottimizzata rigorosamente tramite simulazionicomportamentali in grado di determinare con precisione l’effettiva produttività in caso difrequenti riconfigurazioni e riattrezzaggi. Inoltre, grande attenzione va rivolta allo studio e allosviluppo di opportuni metodi dell’ingegneria mirati a ideare soluzioni di alimentazione flessibile,ad esempio manipolazione ad elevata destrezza e prelievo da cassone, piuttosto che sistemi difissaggio e riferimento ad elevata precisione. Pag. 86/109
  • KT4.4 - Simulazione realistica di linee di produzione e assemblaggio.Riguarda la progettazione di sistema di intere linee di produzione, in cui è necessario ottimizzarecomplesse sequenze di operazioni manuali e/o automatiche congiuntamente a tutti i processi di manipolazione e trasferimento prodotto. Dalle conoscenze di prodotto si generano sequenze di operazioni da validare nei diversi scenari operativi, in funzione delle risorse disponibili. La progettazione, ad esemoio, è basata su simulazioni che modellano i processi in diversi livelli di dettaglio: dall’emulazione del funzionamento di ogni singolamacchina/operazione alla valutazione del flusso totale delle operazioni. Particolare attenzione vadedicata all’ottimizzazione dei processi di assemblaggio, caratterizzati da un elevato numero dioperazioni, in gran parte manuali, e dalla durata spesso sensibilmente variabile in funzione didiversi parametri operativi. Le operazioni manuali svolgono un ruolo critico e fondamentale,specialmente seguendo approcci lean, e vanno valutate anche da un punto di vista ergonomico edi sicurezza sul lavoro. Si ritiene che l’adozione di approcci progettuali collaborativi, basati susimulazione, possa permettere non solo di ridurre sensibilmente i costi di produzione ma ancheidentificare soluzioni non convenzionali idonee a realizzare nuovi modelli di business.Virtual CommissioningRiguarda la simulazione di tutti i processi di messa a punto, installazione (collaudo) e messa infunzione a pieno regime di nuovi sistemi di produzione, includendo anche i processi di training e dicattura della conoscenza/best practices del personale che li dovrà usare, con particolareriferimento a sistemi di produzione flessibile e automatizzata in cui è fondamentale validare eottimizzare con la massima efficienza le logiche di controllo.KT4.5 - Prototipazione virtuale con approccio hardware in the loop.L’integrazione tra le diverse aree disciplinari dell’ingegneria è fondamentale nella progettazione diun sistema di produzione intelligente, riconfigurabile e ad alte prestazioni. Le diverse areedispongono di strumenti di progettazione e simulazione che, ad oggi, hanno singolarmenteraggiunto un ottimo livello di efficacia rispetto ad ottimizzazioni monodisciplinari. Per contro, talistrumenti non sono tuttora integrati ed impongono delicate ed onerose messe a punto in fase dicollaudo finale su impianti e macchine reali, con conseguenti ingenti costi e ritardi di consegnaattualmente non accettabili. Si ritiene quindi necessario lo sviluppo di metodi e tecniche diprototipazione virtuale con un approccio hardware in the loop, in cui verificare ed ottimizzare inmodo integrato il comportamento meccanico delle macchine ed il relativo sistema di controllo. Intal modo sarebbe possibile ottimizzare e mettere a punto le macchine prima ancora di costruirleriducendo drasticamente i tempi di consegna e creando le condizioni per una completaottimizzazione prestazionale. Pag. 87/109
  • KT4.6 - Messa a punto e collaudo virtuale in ambiente virtuale 3D interattivoLa messa a punto e il collaudo dei nuovi sistemi di produzione sono estremamente delicati e richiedono l’impiego intensivo di personale esperto che deve interagire continuamente con le macchine fisiche per verificare le prestazioni effettivamente ottenute, regolare parametri di lavorazione e, soprattutto, validare le logiche di controllo sino al raggiungimento delle prestazioni desiderate. Riuscire a virtualizzare la messa a punto e il collaudo permetterebbe quindi, non solo di ridurre nettamente i tempi di consegna ma anche di pervenire ad una completaottimizzazione dei sistemi di produzione realizzati. Pertanto, si rende necessario lo sviluppo diprototipi virtuali interattivi, basati su motori di simulazioni accoppiate, con cui poter validare lelogiche di controllo su modelli CAD 3D che incorporano anche gli aspetti cinematici e dinamicidelle macchine.KT4.7 - Addestramento tramite simulazione.L’addestramento degli operatori specializzati è un’attività onerosa in termini di tempo e costi econtribuisce pesantemente nel determinare le reali prestazioni ottenibili con i moderni sistemi diproduzione. La disponibilità di un ambiente virtuale 3D,eventualmente immersivo, in cui l’operatore interagisce conprototipi virtuali di macchine e processi, consente diformalizzare tecniche e procedure di addestramentoorientate all’esperienza delle operazioni da compiere sullamacchina, sia durante il normale funzionamento sia nellefasi di manutenzione o riconfigurazione.L’addestramento tramite esperienza virtuale risulta ancor più importante quando vi sia lanecessità di ripetere scenari difficili da riproporre nella realtà per ragioni di tempo (perché troppolenti o veloci) o di sicurezza (per operatori e/o cose), eventi la cui gestione viene attualmenteinsegnata attraverso lezioni frontali o esercitazioni prive dei reali fattori di rischio.L’addestramento tramite esperienza virtuale è comunque una pratica avanzata di progettazioneche consente di valutare gli human factors negli ambienti di lavoro, per renderli non solo più sicurie confortevoli ma anche più prestanti e produttivi. L’utilizzo dei medesimi strumenti da parte dioperatori esperti consentirebbe infine l’ottimizzazione dei modelli comportamentali di operatori emacchine nonché la formalizzazione e il riutilizzo della conoscenza mediante progettazionecollaborativa. Pag. 88/109
  • 5.4.2 TREND DELLE KEY TECHNOLOGIESL’impiego massivo delle key technologies proposte permetterebbe alle aziende del territorio dimantenere la leadership acquisita abilitando nuovi approcci progettuali e nuove soluzionialtrimenti difficilmente realizzabili. In particolare si perverrebbe ad una reale ottimizzazione dimacchine e sistemi di produzione riducendo i tempi e i costi delle delicate messe a punto suprototipi fisici. Progettazione ed ottimizzazione di servomeccanismiAllo stato dell’arte la progettazione di servomeccanismi prevede simulazioni e ottimizzazioni difatto separate nei diversi domini meccanico ed elettrico-controllistico. La simulazione meccanica,multibody a corpi rigidi ed elastodinamica, è fondamentale per sviluppare e dimensionare ilcinematismo, ricavando le leggi di moto da assegnare all’attuatore tramite cinematica inversa eottimizzando le dinamiche. Un simile approccio proattivo nello sviluppo del servomeccanismoandrebbe però validato con un modello controllistico del servo azionamento, in cui si evidenzino lereali dinamiche effettivamente realizzabili da azionamento e servomotore nonché i relativicontributi armonici. Gli approcci controllistici sono invece basati su modelli meccanici decisamentesemplificati, sia per quanto riguarda la meccanica del sistema che il reale sistema di controlloproprietario, di cui, ad esempio, i loop di corrente e di comunicazione, sono noti solo in modosemplificato. Esistono infine tools forniti dai costruttori degli azionamenti che permettono undimensionamento di massima del servomeccanismo. Per pervenire ad una reale ottimizzazione diservomeccanismi occorre però valutare e esaltare i contributi sinergici e mutuamenteinterdipendenti, del servo azionamento e del cinematismo meccanico, sviluppando simulazioniaccoppiate in entrambi i domini. Tale approccio è tuttora in fase di sviluppo ma si presentaestremamente promettente ed abilitante per lo sviluppo di servomeccanismi di nuovagenerazione, idonei a realizzare le dinamiche tipiche delle camme e dei cinematismi meccanici,con la flessibilità operativa garantita da attuatori programmabili e riconfigurabili.Simulazione dicelle flessibili e linee di produzioneAllo stato dell’arte celle flessibili e linee di produzione vengono di fatto progettate, dimensionate esviluppate con approcci discreti ed approssimati che validano comportamenti nominali, di fattosensibilmente diversi dalle condizioni operative in cui dovranno realmente operare. Attualmentesono disponibili ambienti di simulazione in grado di sviluppare modelli digitali completi di interisistemi di produzione (Digital Manufacturing), però impiegati con successo solo dai maggiorigruppi internazionali di costruttori automotive ed aeronautici. La sfida tecnologica consistenell’introdurre con successo tali strumenti e metodi anche nelle aziende regionali, sviluppandosoluzioni e metodi opportunamente adattati alle diverse realtà aziendali e catenecollaborative.Virtual CommissioningLa simulazione delle operazioni e dei processi di messa a punto, collaudo e ramp-up di sistemi diproduzione è un tema di ricerca di grande attualità ed interesse che da solo permetterebbe unnotevole incremento di redditività e competitività a diverse filiere regionali. Strumenti disimulazione di ultima generazione promettono di virtualizzare macchine e creare prototipi virtuali Pag. 89/109
  • interattivi su cui è possibile validare logiche di controllo, modelli di produzione, e modi d’uso,giungendo anche all’addestramento degli operatori su prototipo virtuale. Alcuni progetti di ricercae casi industriali hanno dimostrato la validità dell’approccio e confermato i ritorni economiciauspicati.BENCHMARKING CON I PIVOT REGIONALII pivot regionali sono stati identificati per il proprio livello di eccellenza e vocazione all’innovazionein differenti ambiti tecnologici: farmaceutico, robotica, metalmeccanico, macchine automatiche,beverage/alimentare, assemblaggio, ceramico. Il campione delle aziende è anche diversificato perdimensioni aziendali. Le aziende proposte detengono una posizione di leadership tecnologica nellerispettive filiere, anche se, specie a causa delle proprie dimensioni, talvolta non risultano aversfruttato appieno le potenzialità della progettazione basata su simulazione. I pivot regionaliproposti hanno in genere identificato come strategiche le key-technologies e stanno valutando diintraprendere azioni di ricerca ed innovazione.La progettazione del futuro si integra in una visione del futuro del manufacturing strutturatosecondo una visione 3-C: Competizione, Collaborazione, Conformità.La Competizione in mercati globalizzati richiede un drastico incremento di prestazioni e spessouno stravolgimento progettuale della filosofia delle macchine e sistemi di produzione stessi, chedevono essere pensati soprattutto per garantire massima affidabilità, agilità operativa ericonfigurabilità. La Collaborazione è fondamentale per raggiungere tali obiettivi, in particolare inun distretto tecnologico e produttivo come quello regionale, caratterizzato da aziende didimensioni nettamente inferiori e con disponibilità finanziarie molto minori a quelle dellemultinazionali estere con cui devono competere. Anche la Conformità a norme legislazioni semprepiù stringenti e diversificate su mercati globalizzati impongono l’adozione di approcci progettualibasati su simulazione comportamentale, prototipazione digitale e virtual commissioning congestione collaborativa di dati e modelli, che risultano dunque da stimolare per incrementarne illivello di adozione e reale sfruttamento.Le imprese intervistate hanno mostrato un buon interesse generale verso i megatrend e grandeattenzione verso le nuove tecnologie. Pag. 90/109
  • 2. NEW GENERATIONS 13. GLOBAL POWER 5. VIRTUAL WORLD GENERATION 12. FACTORY OF THE 6. NEW BUSINESS MODEL FUTURE: SMART E GREEN 9. INNOVATIVE 7. WIRELESS INTELLIGENCE TECHNOLOGIES OF THE AND ADVANCEMENT IN FUTURE NETWORKS 8. INNOVATING TO ZEROL’approccio basato sui megatrend non era conosciuto ed è stato valutato con interesse e curiosità.I megatrend ritenuti più importanti e destinati ad avere maggior impatto sono “Virtual World”,“Factory of The Future” e “Wireless Intelligence and Advancement in Networks” seguiti da“Innovating to Zero” “New Business Model” “Innovative Technologies of the Future. La validitàdell’approccio proposto pare confermato dal fatto che le aziende pivot, scelte tra le diverse filiereregionali, hanno identificato i megatrend più importanti con sorprendente omogeneità mentrehanno invece dimostrato interessi più diversificati per le diverse tecnologie chiave, a seconda deipropri settori di riferimento e dimensioni. I pivot regionali hanno dimostrato un buonposizionamento competitivo ed un notevole interesse ad innovare i propri processi con letecnologie chiave proposte. Tutte le aziende hanno auspicato di investigare e verificare lepotenzialità delle tecnologie chiave proposte, ed in genere hanno dimostrato estremo interesseper una singola tecnologia chiave ritenuta strategica e fondamentale. Pag. 91/109
  • Addestramento tramite simulazione Messa a punto e collaudo virtuale in ambiente 3D interattivo Prototipazione virtuale con approccio hardware in the loop Simulazione realistica di linee di produzione ed assemblaggio Progettazione integrata di celle flessibili di lavorazione Alleggerimento di cinematismi ad elevata dinamica Progettazione integrata di camme elettroniche Inoltre POCO IMPORTANTE MOLTO IMPORTANTESono risultate già attive diverse azioni di ricerca esplorativa, in parte autonome in parte con lacollaborazione dei laboratori regionali della rete Alta Tecnologia. Le aziende del territorio sonocaratterizzate da un elevato livello tecnologico ma in genere non sfruttano adeguatamente lepotenzialità offerte dai nuovi strumenti di simulazione e prototipazione virtuale. Si proponedunque di stimolarne l’adozione ad un livello più approfondito ed esteso, in quanto essenziali pergarantire competitività, intesa sia in termini di prestazioni che di riduzione dei costi e dei tempi diconsegna e messa a regime.5.4.4 BIBLIOGRAFIA, SITOGRAFIA E LINKS A DOCUMENTIY. Koren, U. Heisel, F. Jovane, T. Moriwaki, G. Pritschow, G. Ulsoy and H. Van Brussel"Reconfigurable Manufacturing Systems”, CIRP Annals-Manufacturing Technology Volume 48,Issue 2, 1999, Pages 527-540H.-P. Wiendahl, H.A. ElMaraghy, P. Nyhuis, M.F. Zäh, H.-H. Wiendahl, N. Duffie and M. Brieke,"Changeable Manufacturing - Classification, Design and Operation” CIRP Annals - ManufacturingTechnology Volume 56, Issue 2, 2007, Pages 783-809Andrisano A. O, Leali F, Pellicciari M., Vergnano A., “Engineering method for adaptivemanufacturing systems design” International Journal of Interactive Design and Manufacturing(2009) 3:81–91 DOI10.1007/s12008-009-0065-9 SpringerAndrisano A. O, Leali F, Pellicciari M., Pini F., Vergnano A., “Virtual prototype based method forhybrid reconfigurable assembly systems design in top class automotive industry”, IDMME - VirtualConcept 2010 Bordeaux, France, October 20 – 22, 2010 Pag. 92/109
  • Andrisano A.O., Leali F., Pellicciari M., Pini F., Vergnano A., “Design methods for intelligent roboticdeburring cells” IPMM 2007 6th International Conference on Intelligent Processing andManufacturing of Materials, Salerno – 2007Andrisano A.O., Leali F., Pellicciari M., “Digital engineering methods for enhanced flexibility ofrobofacturing (robotic manufacturing) applications”, proceedings of the “IADAT-aci 2006International Conference on Automation Control and Instrumentation” Valencia - July 5/7, 2006Krüger, T.K. Lien, A. Verl, ”Cooperation of human and machines in assembly lines” CIRP Annals -Manufacturing Technology, Volume 58, Issue 2, 2009, Pages 628-646J. Reinhart and Wünsch, “Economic application of virtual commissioning to mechatronicproduction systems”, Production Engineering, 1: 371-379, 2007 Springer Berlin / Heidelberg,Germany5.4.5 GRUPPO DI LAVOROUNIVERSITA’ DI MODENA E REGGIO EMILIA: Marcello Pellicciari, Giovanni Berselli, AlbertoVergnanoUNIVERSITA’ DI FERRARA: Raffaele Di Gregorio5.4.6 PIVOT REGIONALISIR – Robotica industriale – Modena (MO)BORGHI – Soluzioni per l’industria delle spazzole – Castelfranco Emilia (MO)ITG - Innovation Technology Group – Prototipi e preserie per il packaging - Ozzano DellEmilia (BO)INGEGNERIA CERAMICA – Servizi per l’industria ceramica – Sassuolo (MO)IMA – Sistemi per il confezionamento – Ozzano dell’Emilia (BO) Pag. 93/109
  • 5.5 MATERIALI A FUNZIONALITÀ INCREMENTATAE’ sempre più diffusa la consapevolezza che, in questo periodo di crisi economica, il rilancio delsistema industriale, nazionale ed internazionale, debba essere promosso con un forte impulso allaricerca scientifica e tecnologica. In n tale contesto la parola chiave è innovazione, per offrirenuove soluzioni, conferire migliori prestazioni o qualità ai prodotti, progettare e fabbricare conmetodi e tecnologie d’avanguardia, ridurre i costi di produzione. E’ noto che gran parte delleinnovazioni, in ogni ambito in cui sono promosse, passano inevitabilmente per la ricerca nelcampo dei materiali e delle loro applicazioni, poiché le tecnologie dei materiali hanno da semprecostituito uno degli strumenti fondamentali allo sviluppo della nostra civiltà e continuano adessere uno degli indicatori principali dello sviluppo industriale.Al fine di implementare sistemi di produzione sostenibili per prodotti ad alto valore aggiunto, unnumero crescente di aziende è quindi sicuramente interessato sia ai materiali innovativi o che allapossibilità di a potenziare le caratteristiche di materiali tradizionali, in termini di peso, miglioratefunzionalità, compatibilità ambientale ed efficienza energetica. I nuovi materiali pongono peraltronuove sfide in termini di tecnologie di processo sostenibili, caratterizzate da un basso consumo dirisorse, dall’integrazione con processi ibridi e richiede inoltre un ricorso sempre più spintoall’utilizzo di tecniche di modellazione e simulazione avanzate, con un approccio di co-design. Siritiene quindi che le tematiche principali del Pillar in oggetto siano le tre seguenti:  Materiali a prestazioni migliorate e intelligenti  Processi volti ad aumentare funzionalità e qualità dei componenti Pag. 94/109
  •  Tecniche avanzate di modellazione e simulazione per la progettazione integrata e la produzione sostenibile di componenti5.5.1 TEMATICHE IDENTIFICATE E KEY TECHNOLOGIESMateriali a prestazioni migliorate e intelligentiLa produzione e la caratterizzazione di materiali innovativi consentirà di migliorare le prestazioni dicomponenti destinati ad impieghi diversi, con particolare riferimento ai settori più avanzati diattività industriali strategiche, quali: meccanica, aerospaziale, trasporti, microelettronica,produzione di energie alternative, biomedicale, nano-tecnologie.KT5.1 - Materiali metallici a prestazioni migliorate.L’esigenza, nel settore dei trasporti di una riduzione dei consumi e delle emissioni richiede undrastico cambiamento, volto ad un crescente utilizzo di materiali ad elevata resistenza specifica (inottica alleggerimento) ed, eventualmente, a migliorata stabilità termica. Di qui l’uso crescente dileghe leggere (alluminio, titanio, magnesio) sia tradizionali, che innovative (rinforzate connanoparticelle, ad esempio prodotte con tecniche plasma, o nanodispersoidi, eventualmenteformati in-situ); schiume metalliche; acciai di nuova generazione alto-resistenziali (a strutturamulti-fase); ghise innovative a prestazioni migliorate.KT5.2 - Polimeri e relativi compositi.Nell’ambito dei materiali compositi a matrice polimerica, la ricerca è particolarmente indirizzataad ottimizzarne le prestazioni, ad esempio con l’inserimento nella matrice di nanoparticelledisperse o nanofibre (ad esempio prodotte mediante elettrofilatura). Particolarmente interessanteè anche lo sviluppo di materiali polimerici dotati di proprietà autoriparanti, ottenute medianteinglobamento nella matrice di un catalizzatore e di un monomero di riparazione o attraversointerazioni supramolecolari. E’, infine, di grande interesse anche la ricerca nell’ambito dei polimeriottenuti mediante processi biologici (biopolimeri) sia in forma pura, che rinforzata con fibrenaturali (biocompositi) con elevate doti di biodegradabilità e sicurezza.KT5.3 - CeramiciI materiali ceramici tradizionali e innovativi, massivi o in forma di coating, trovano largo impiegoin molteplici ambiti: biomedicale (es. materiali bioattivi e bioriassorbibili), strutturale (funzionitermiche, anti-usura, anti-proiettile, per impieghi nel nucleare), elettrico ed elettronico(piezoelettrici, superconduttori, ossidi e composti elettroconduttivi). Pag. 95/109
  • KT5.4 - SMART materialsL’uso di SMART materials consente di migliorare prestazioni di sistemi esistenti, grazie allasostituzione di parti passive con sistemi semi-attivi o attivi, in particolare nel campo dellamicroattuazione (materiali a memoria di forma SMA, polimeri elettroattivi PEA), dell’automotive(fluidi magnetoreologici MRF) e del recupero energetico (materiali piezoelettrici PEM). Labiocompatibilità delle leghe SMA al titanio, inoltre, le rende molto interessanti per applicazionibiomedicali.KT5.5 - Materiali per il packaging.La ricerca in questo ambito è rivolta sia ad incrementare la shelf-life dei prodotti che, al contempo,a ridurre le problematiche ambientali connesse a produzione e smaltimento degli imballaggi. Losviluppo di imballaggi innovativi, generati mediante la deposizione di film sottili organici-inorganicisu materiali da imballaggio tradizionali, consente la realizzazione di imballaggi "attivi", che non silimitano a impedire lesposizione del prodotto a condizioni degradative, ma anzi intervengonoattivamente su di esso (Active Packaging) o contengono al loro interno sistemi sensoriali adatti acontrollarne la qualità organolettica (Intelligent Packaging).KT5.6 - Membrane.Nell’ambito dei materiali innovativi, ampie ricadute sull’industria chimica e di processo,elettrochimica, biomedica, alimentare ed energetica, per fuel cells, hanno i materiali checonsentono di regolare e controllare in modo selettivo il flusso dei fluidi. Alcuni processi amembrana sono già industriali (osmosi inversa, ultrafiltrazione ecc); attualmente la ricerca èfocalizzata maggiormente sulla rimozione di CO2 dai combustibili (biogas e gas naturale) e sullapurificazione di idrogeno.Processi volti ad aumentare funzionalità e qualità dei componentiLinnovazione tecnologica nei settori della produzione primaria precede necessariamente quellarelativa alle applicazioni. La disponibilità di materiali innovativi per le applicazioni meccaniche estrutturali dipende essenzialmente dallo sviluppo tecnologico delle aziende che realizzano iprocessi produttivi dei materiali medesimi. I paradigmi fondamentali di questa area sono ilrisparmio energetico, il controllo di processo, la produzione net-shape e net-properties. Losviluppo delle tecnologie produttive dei materiali è di seguito delineato per aree tematiche. Pag. 96/109
  • KT5.7 - Innovazione nei processi fusori.Le principali tecnologie in corso di sviluppo riguardano la produzione di slurry semisolido, imeccanismi di iniezione nel sistema - stampi, l’evacuazione dell’aria, la solidificazione controllatada sistemi attivi.KT5.8 - Innovazione nei trattamenti termici.L’utilizzo crescente di leghe leggere (di alluminio, titanio e magnesio) soprattutto nel settore deitrasporti stimola ad un maggiore approfondimento delle condizioni ottimali di trattamentotermico, sicuramente meno note rispetto alle tradizionali leghe ferrose. Altrettanto degne diinteresse saranno le tecniche innovative di trattamento termico e/o termochimico di materialiferrosi, volte ad esempio a ridurre l’impatto ambientale (quali ad esempio la cementazione a bassapressione) o ad estendere i settori applicativi di alcune importanti categorie di acciai (quali lacementazione o nitrurazione a bassa temperatura di inox austenitici). Molto interessanti sonoinoltre le applicazioni di processi basati sull’utilizzo di plasma termico induttivo e ad arco trasferitoper il trattamento dei rifiuti, per la produzione di nanopolveri metalliche e ceramiche, per il taglioin alta definizione di materiali metallici.KT5.9 - Innovazione nelle tecniche di modificazione superficiale.Riguarda la progettazione, realizzazione e caratterizzazione di rivestimenti e trattamenti dimodificazione superficiale, atti alla protezione e/o alla funzionalizzazione dei materiali, per unmiglioramento del comportamento a fatica, tribologico o di resistenza a corrosione. Comprende,ad esempio, i processi di laser ablation, laser a diodi, plasma-assisted, i trattamenti termochimicidi diffusione innovativi (a bassa pressione o a bassa temperatura), i rivestimenti sottili multistratodepositati con tecniche PVD (ad esempio di DLC).KT5.10 - Innovazione nei processi di giunzione.Un’ampia attività di ricerca e sviluppo, negli ultimi anni, ha riguardato le tecniche di giunzione allostato solido per attrito quali, ad esempio, la Friction Stir Welding e la Linear Friction Welding, cheeliminano molte delle problematiche dei processi di saldatura per fusione e sono inoltre idoneeanche alla giunzione di materiali dissimili. Degni di rilievo sono anche i processi di saldatura laserinnovativi (saldatura ibrida metallo-polimero, saldatura ibrida Laser-MIG), nonché le giunzioniincollate e ibride incollaggio/saldatura/rivettatura/clinciatura, forzamento, ed i collegamentiinnovativi albero-mozzo e bullonati. Pag. 97/109
  • KT 5.11 - Innovazione nei processi di deformazione plastica.La sempre crescente richiesta di microstrutture ottimali ed elevate caratteristiche meccaniche neiprodotti determina la necessità di sviluppare tecnologie di deformazione ad elevato controllo in-situ dei parametri di processo.KT 5.12 - Innovazione nei processi produttivi per polimeri e compositi e relativi componenti.L’alto costo dei processi di fabbricazione di componenti in materiale composito, essenzialmentedovuto all’elevato utilizzo di manodopera per la stesura delle fibre, sta generando un crescenteinteresse allo sviluppo di tecnologie di formatura automatica in stampo di compositi a fibra corta.Degne di interesse sono inoltre le attività di ricerca e sviluppo nell’ambito delle soluzionitecnologiche innovative per la produzione di nanofibre polimeriche da elettrofilatura, nonché losviluppo di paradigmi progettuali innovativi per l’impiego di FRP (fibre-reinforced polymer, FRP).Tecniche avanzate di modellazione e simulazione per la progettazione integrata e la produzionesostenibile di componentiIl principale paradigma dello sviluppo di componenti e prodotti ad elevato contenuto tecnologicoè quello basato sulla progettazione integrata prodotto-processo. L’innovazione in questo ambitorichiede lo sviluppo di tecniche avanzate per la simulazione e la modellazione del comportamentomeccanico dei materiali e dei relativi processi di produzione.KT 5.13 - Selezione dei materiali, previsione e ottimizzazione del comportamento meccanico Il processo di progettazione strutturale di un componente meccanico comprende diversi aspetti: la definizione della forma del componente, la scelta del materiale e l’identificazione della tecnologia produttiva, compresi i processi di giunzione. Questi vanno ottimizzati in base alle funzioni da realizzare e dei carichi cui il componente sarà soggetto in esercizio. Laprogettazione di componenti con una particolare vita utile richiede, inoltre, l’analisi dettagliata delprocesso di danneggiamento che il materiale subirà. L’esigenza di ridurre l’impatto ambientale deisistemi e dei processi meccanici impone una costante attenzione all’ottimizzazione deicomponenti, con particolare riguardo alla riduzione dei pesi. Tali obiettivi possono essere raggiuntimediante la definizione e l’impiego di tecniche avanzate di ottimizzazione strutturale (sviluppo dimodelli, algoritmi e strumenti di calcolo numerico), volte alla determinazione della particolaremorfologia del componente, che determina lo sfruttamento più razionale possibile del materiale,garantendo al contempo le prestazioni strutturali e funzionali richieste. Fondamentale per ilsuccesso di tali metodologie è la ricerca nel campo dei modelli previsionali del comportamentomeccanico del materiale. Da un lato, infatti, lo sviluppo di modelli per la determinazione delle Pag. 98/109
  • proprietà meccaniche, a partire dai principali parametri microstrutturali del materiale, consentedi stimare con buona sicurezza, fin dalla fase di design, le proprietà del materiale e la lorovariabilità all’interno di compenti complessi, in funzione delle condizioni di processo; dall’altro, lamodellazione dei fenomeni di danneggiamento (in condizioni di carico statico, a fatica, a creep,tribologico, per diffusione di solidi e liquidi, etc.) consente di prevedere con maggiore sicurezza ildecadimento delle proprietà meccaniche del componente, fino alla sua rottura. La disponibilità diquesti dati permetterà al progettista di conoscere con maggiore dettaglio le proprietà delmateriale, all’interno di componenti ottenuti dal particolare processo di produzione adottato, dipredirne con maggiore accuratezza la vita utile e quindi di dimensionare il componente in modopiù ottimizzato.KT5.14 - Tecniche di simulazione di processo.Lo sviluppo di tecniche avanzate di simulazione di processo trova immediata applicazione sia nellaproduzione e trasformazione di componenti meccanici (casting, lavorazione alla macchineutensili, deformazione plastica, formatura di compositi, etc), che in altre importanti realtàindustriali (ad esempio la simulazione dei processi di confezionamento per l’industria alimentare).L’implementazione di tali metodologie richiede la comprensione e la modellazione dei fenomenifisici coinvolti (caratterizzazione tecnologica dei materiali, studio delle problematichetermofluidodinamiche e di trasmissione del calore, etc) e quindi lo sviluppo di codici disimulazione numerica affidabili che consentano di verificare, già in fase di design del prodotto edel relativo processo, il soddisfacimento delle caratteristiche richieste sul prodotto finito.5.5.2 TREND DELLE KEY TECHNOLOGIESIl manufacturing rappresenta il settore trainante dell’economia europea (21% del PIL e 20%dell’occupazione). La ricerca sui materiali è decisiva per sfruttare le potenzialità del settore: imateriali innovativi ad elevato contenuto tecnologico, con funzionalità e performance migliorate,sono infatti critici per oltre 25 diversi settori industriali. L’evoluzione del settore segue due trend dibreve-medio termine:high value market, ovvero il progressivo passaggio da una tipologia di produzione il cui vantaggiocompetitivo è basato sul costo, ad una fondata sull’ideazione e fabbricazione di prodotti adelevato valore aggiunto. In questo modo l’Europa può evitare la competizione con economie daibassi costi di produzione e può soddisfare le richieste di un fondamentale gruppo di consumatori:individui giovani, inurbati, con livelli istruzione e stile di vita sempre più evoluto (Generation Y, 2.5miliardi di persone nel 2020). Il successo in tale mercato dipenderà non solo delle caratteristichetecniche dei prodotti, ma anche dal soddisfacimento delle aspettative sociali e ambientali deiconsumatori (45% dei consumatori britannici e 53% di quelli americani si dicono disposti a pagaremaggiormente prodotti eco-compatibili). La chiave per raggiungere l’obiettivo è l’aumento delcontenuto tecnologico dei prodotti (dal 16% al 20% nel 2020). Pag. 99/109
  • Sustainability, ossia migliore gestione delle problematiche di Life Cycle Cost e di impattoambientale, grazie agli impieghi innovativi di materiali avanzati. Il futuro del manufacturingeuropeo dipenderà anche dalla competitività, in termini di efficienza, nella gestione delle risorseambientali e sociali, in un contesto altamente competitivo. Si stima, infatti, che nel 2025:  2.8 miliardi di persone vivranno in regioni con carenze idriche, a fronte di fabbisogni idrici industriali che ammonteranno al 22% del totale;  il consumo energetico industriale avrà subito un aumento medio dell’1.43% all’anno, con l’80.3.% della produzione energetica ottenuta da combustibili fossili;  l’Occidente avrà assistito a un declino della popolazione in età da lavoro del 5.5%.Sviluppare attività di ricerca secondo queste linee può portare i seguenti benefici, in accordo conle indicazioni rilasciate dalle Piattaforme Tecnologiche Eumat e Manufuture:  Europa leader in sviluppo e utilizzo di materiali avanzati e relativi processi di produzione;  Formazione di forza lavoro altamente specializzata;  Riduzione di life cycle cost e costo energetico di impianti industriali e infrastrutture del 30%;  Riduzione del downtime degli impianti fino al 25% e degli incidenti sul lavoro fino al 50%, grazie all’impiego di materiali più affidabili nella fabbricazione di sistemi e strutture;  Aumento dell’efficienza di riciclo dei materiali a fine vita (fino al 95% per i materiali metallici e 70% per altri materiali ingegneristici avanzati).Per queste ragioni la Commissione Europea ha dato grande risalto a tali tematiche all’interno del7° Programma Quadro, in particolare, nel tema "Nanosciences, nanotechnologies,materials andnew production technologies - NMP". Analogamente, per quanto attiene alla realtà nazionale eregionale, il Piano Nazionale della Ricerca 2011-2013 identifica la tecnologia dei materiali comeuna delle tecnologie abilitanti da sviluppare nel programma.Materiali a prestazioni migliorate e intelligentiLa ricerca sui materiali a prestazioni migliorate condurrà ad opportunità interessanti in varimolteplici comparti industriali. Ad esempio, nel settore automobilistico, lo sviluppo di materialiinnovativi, sia metallici, che polimerici avanzati, e con i relativi compositi, consentirà di aumentaresicurezza ed efficienza energetica dei veicoli, diminuendone il peso, a parità di prestazionistrutturali (risparmio atteso del 5% nel consumo, a fronte di una riduzione del 10% del peso delveicolo).La ricerca nel settore del packaging avanzato consentirà di mantenere l’attuale vantaggiodell’industria italiana ed europea in un mercato dal valore attuale di 16.9 miliardi di dollari (2008),con una crescita prevista del 6.9% annuo. A beneficiare della ricerca in questo settore sarà sia larealtà industriale, grazie a miglioramenti nella logistica e nella soddisfazione dei clienti, che ilconsumatore, che disporrà di prodotti con vita prolungata e caratteristiche organolettiche migliori. Pag. 100/109
  • Il settore dei biomateriali assisterà ad una forte espansione, soprattutto per quanto riguarda ilmercato biomedicale. I trend correnti della ricerca in questo settore sono lo sviluppo di polimeri ingrado di rimpiazzare i tradizionali materiali metallici, conferendo maggiore biocompatibilità,facilità di produzione e minori costi; la creazione di polimeri con funzionalità avanzate tipiche deglismart materials, quali materiali con memoria di forma in grado di variare la propria morfologia alvariare di condizioni esterne, quali temperatura o pH; lo sviluppo di biomateriali compositi basatisu costituenti di tipo ceramico e polimerico; la sostituzione dei polimeri sintetici tradizionali conbiopolimeri ottenuti da sorgenti biologiche.Processi volti ad aumentare funzionalità e qualità dei componentiLo sviluppo di materiali avanzati necessita di uno sforzo di ricerca analogo per sviluppare i relativiprocessi di produzione e trasformazione. I prevalenti trend di ricerca sono rivolti all’aumentodell’efficienza e della sostenibilità dei processi, mediante la diminuzione degli scarti, lo sviluppo diprocessi net-shape, l’ottimizzazione energetica, lo sviluppo di nuove tecniche di riciclaggio e losviluppo di sensori, attuatori e sistemi di controllo, capaci di gestire il processo nella sua interezza,mantenendone l’efficienza e l’affidabilità ai valori massimi nel tempo. Tra i benefici attesi si citanouna diminuzione dei materiali grezzi utilizzati del 20%, un aumento della vita utile di impianti eutensili del 20% e una riduzione dell’utilizzo di aria, acqua e liquidi tecnologici fino al 30%.Tecniche avanzate di modellazione e simulazione per la progettazione integrata e la produzionesostenibile di componentiLa ricerca nell’ambito della modellazione e predizione del comportamento meccanico dei materialiè rivolta alla modellazione delle relazioni tra le proprietà microstrutturali e il comportamentomeccanico del materiale. Tale attività di ricerca si caratterizza per l’approccio multidisciplinare,che richiede la collaborazione tra ricercatori di diverse aree scientifiche. L’analisi impiegata è ditipo multi-scala: i metodi della scienza dei materiali, della meccanica e della chimica sono applicatiallo studio dei fenomeni che avvengono nel materiale a scale dimensionali e temporali diverse,insieme a metodi analitici e numerici per il calcolo delle corrispondenti proprietà macroscopichedel materiale. La risultante migliore capacità di previsione del comportamento del materialeconsentirà di superare le procedure trial and error, caratterizzate da elevati costi economici edimpatto ambientale, riducendo al contempo il time-to-market dei nuovi prodotti. Pag. 101/109
  • 5.5.3 BENCHMARKING CON I PIVOT REGIONALIAd ogni pivot è stato richiesto di indicare il grado di impatto previsto dei singoli megatrend,rispetto al prodotto dell’impresa e al mercato di riferimento. Come si evince dal diagramma infigura, le imprese intervistate individuano i Mega Trend Factory of the Future: Smart and Green,Innovating to Zero e Innovative Technologies of the Future come quelli per loro di maggiorimportanza, con giudizi di impatto compresi tra medio e alto. FACTORY OF THE FUTURE: SMART E GREEN NEW INNOVATING TO GENERATIONS ZERO INNOVATIVE SMART CITIES AND TECHNOLOGIES OF INFRASTRUCTURES THE FUTURE GLOBAL POWER VIRTUAL WORLD GENERATIONI restanti megatrend ricevono invece giudizi meno unanimi, registrando tipicamente valutazioni dimedio o alto impatto da parte di un solo pivot tra quelli intervistati. Questa tendenza può esseregiustificata dalla diversa pervasività dei megatrend investigati rispetto al settore di operatività delpivot: il megatrend con impatto totale maggiore delineano infatti tendenze di stampo trasversale(organizzazione, produzione, gestione dell’innovazione) e quindi comuni alla maggioranza deisettori industriali, mentre i Mega Trend con impatto medio minore descrivono tendenze conricadute riferibili a mercati e produzioni specialistiche.I pivot hanno successivamente valutato quanto le singole Tecnologie Chiave, identificate in questocapitolo, concorrano a migliorare la sostenibilità del processo produttivo dell’impresa. E’ evidenteche i risultati sono fortemente influenzati dal numero limitato di pivot cui è stato possibilesomministrare i questionari. Pag. 102/109
  • Processi produttivi per polimeri e compositi e relativi … Membrane Processi di deformazione plastica Materiali per il packaging SMART materials Ceramici Polimeri e relativi compositi Tecniche di modificazione superficiale Selezione, previsione e ottimizzazione del… Innovazione nei processi di giunzione Innovazione nei trattamenti termici Innovazione nei processi fusori Materiali metallici a prestazioni migliorate Tecniche di simulazione di processo POCO IMPORTANTE MOLTO IMPORTANTEDal grafico (Fig. 5.2) si vede come le Tecnologie Chiave con maggiore impatto rispetto alla totalitàdei pivot intervistati siano le Tecniche di simulazione di processo e l’Innovazione nei trattamentitermici. Interesse leggermente minore è riscosso dalle varie Tecnologie impiegate per laproduzione di componenti (processi fusori, di modificazione superficiale, di giunzione), dallaTecnologia Materiali metallici a prestazioni migliorate e da quella relativa ai materiali ceramici.Anche per le Tecnologie Chiave si osserva una tendenza simile a quella riscontrata per i MegaTrend: le imprese tendono a considerare maggiormente impattanti le Tecnologie immediatamenteapplicabili alla loro realtà produttiva e al loro ambito industriale, per cui i consensi maggiori siregistrano per Tecnologie trasversali con possibilità di applicazione a un numero maggiore dimateriali o produzioni.Le indicazioni fornite dalle imprese riguardo l’adozione delle Tecnologie Chiave da parte deiprincipali concorrenti di mercato (figura sotto) confermano sostanzialmente, seppure in presenzadi dati parziali (due imprese non hanno fornito dati), le valutazioni date alle Tecnologie dai pivotstessi. Come atteso, la Tecnologia Chiave con la maggiore diffusione risulta essere Tecniche disimulazione di processo, che comprendendo al suo interno un elevato numero di metodi disimulazione utilizzabili in una grande varietà di ambiti gode già di buona diffusione nel panoramaindustriale. Pag. 103/109
  • Tecniche di simulazione di processo Selezione dei materiali, previsione e ottimizzazione del … Innovazione nei processi produttivi per polimeri e… Innovazione nei processi di deformazione plastica Innovazione nei processi di giunzione Innovazione nelle tecniche di modificazione superficiale Innovazione nei trattamenti termici Innovazione nei processi fusori Membrane Materiali per il packaging SMART materials Ceramici Polimeri e relativi compositi Materiali metallici a prestazioni migliorate POCO IMPORTANTE MOLTO IMPORTANTE5.5.4 BIBLIOGRAFIA, SITOGRAFIA E LINKS A DOCUMENTIVision of the Future of Manufacturing and Production Module-1, F&S 2011Vision of the Future of Manufacturing and Production Module-2, F&S 2011Documenti relativi alla piattaforma tecnologica Manufuture – A vision for 2020 -http://www.manufuture.orgDocumenti relativi alla piattaforma tecnologica SusChem - http://www.suschem.org/Documenti relativi alla piattaforma tecnologica Eumat - http://eumat.eu/Documenti relativi al 7° Programma Quadro - http://cordis.europa.eu/fp7/home_en.htmlProgramma Nazionale della Ricerca 2011-2013 -http://www.miur.it/Documenti/ricerca/pnr_2011_2013/PNR_2011-2013_23_MAR_2011_web.pdfBCC, Active, Controlled and Intelligent Packaging for Foods and Beverages, 2008Biomaterials for Medical Applications-Trends and Opportunity Analysis – F&S - 2011European Bioplastics Packaging Market – F&S - 2011 Pag. 104/109
  • Prevalent Substitution Trends within Materials and Chemicals in Automotive Lightweighting– F&S -2011Global Trends Impacting the Global Chemicals and Materials Industry– F&S - 20115.5.5 GRUPPO DI LAVOROUNIVERSITA’ DI BOLOGNA: Lorella Ceschini, Cristiano FragassaUNIVERSITA’ DI PARMA: Alessandro Pirondi, Stefano Pini,5.5.6 PIVOT REGIONALICFT – Macchine per l’industria alimentare – Parma (PR)DUCATI – Produzione motocicli – Bologna (BO)RI-BA COMPOSITES - Progettazione e lavorazione di materiali compositi – Faenza (RA)MARAZZI – Ceramica – Sassuolo (MO)SCM FONDERIE - Produzione di getti in ghisa a grafite lamellare e sferoidale – Rimini (RN) Pag. 105/109
  • 6 CONCLUSIONI E RACCOMANDAZIONISi è visto come incrociando lo stato dell’arte delle tecnologie con le tendenze generali dei mercatisi possano individuare alcune linee di azione o pillar che possono dare suggerimenti al sistemaeconomico per affrontare le sfide della competizione.Sono state qui selezionate 9 tendenze particolarmente importanti per il tema dell’innovazione nelmanufacturing. Sono stati anche individuati 5 pillars che rappresentano il modo concreto in cuil’innovazione nel manufacturing contribuisce ad affrontare le sfide contenute in tali tendenze. Lemutue relazioni non sono uniformi, alcune di esse sono di maggior importanza. La mappa cherisulta dalla elaborazione qui proposta è la seguente: MATERIALI A MANUF. ALTE MANUF. MANUF. PROGETTAZIONE PRESTAZIONI PRESTAZIONI INTELLIGENTE SOSTENIBILE DEL FUTURO MIGLIORATECITTA’ EINFRASTRUTTURE ★ ★INTELLIGENTINUOVACOMPOSIZIONE ★ ★GENERAZIONALEDELLA POPOLAZIONEMONDO VIRTUALE ★ ★ ★ ★NUOVI MODELLI DI ★ ★ ★ ★BUSINESSWIRELESSINTELLIGENCE AND ★ ★ADVANCEMENT INNETWORKSINNOVAZIONE-ZERO ★ ★ ★ ★TECNOLOGIEINNOVATIVE DEL ★ ★ ★FUTUROIMPRESA DEL FUTURO, ★ ★ ★ ★ ★INTELLIGENTE E VERDEGLOBAL POWER ★ ★GENERATIONPer ogni pillar sono stati interpellate 5 imprese particolarmente rappresentative (pivot) delterritorio regionale, allo scopo di coglierne gli orientamenti sia in relazione ai 9 megatrend che alletecnologie identificate. Mediante questo processo sono stati acquisiti utili elementi per chiarirneed interpretarne gli obiettivi tecnologici. Tali elementi possono contribuire alla definizione di unorizzonte tecnologico di interesse per il sistema economico regionale, fornendo indicazioni sia Pag. 106/109
  • sullo stato dell’arte scientifico, che sulle tendenze di mercato, che, infine, sulle modalità piùaggiornate attraverso le quali prepararsi per rispondere a tali tendenze.Un primo esito del lavoro è il grado di importanza relativa che le 25 imprese intervistateassegnano ai 9 megatrend per il proprio segmento di mercato. SMART CITIES AND INFRASTRUCTURES GLOBAL POWER NEW GENERATIONS GENERATION FACTORY OF THE FUTURE: SMART E VIRTUAL WORLD GREEN INNOVATIVE TECHNOLOGIES OF THE NEW BUSINESS MODEL FUTURE WIRELESS INTELLIGENCE AND INNOVATING TO ZERO ADVANCEMENT IN NETWORKSLe imprese pivot assegnano maggiore importanza alle tendenze più strettamente legate alletecnologie di produzione, piuttosto che alle specifiche di prodotto. E’ questa una conseguenzadiretta del sistema economico regionale, costituito in larga parte da nodi della rete di creazionedel valore, con la dominanza dei rapporti cliente-fornitore sul controllo diretto delle specifiche diprodotto. E’ d’altra parte vero che una maggiore focalizzazione sul prodotto, per quantointermedio, potrebbe supportare efficacemente riposizionamenti a seguito di situazioni di crisi neirapporti di subfornitura. Da questo punto di vista, l’analisi attenta dei megatrend , sviluppati nellaprospettiva dell’utente finale (o consumatore) sono di grande importanza nella individuazione diprodotti innovativi, nella cui catena di produzione la innovazione del manufacturing offriràcertamente suggerimenti ed opportunità per una crescita verso settori/mercati in espansione. Pag. 107/109
  • Nata nellambito delle strategie di sviluppo e promozione dellinnovazione che la Regione Emilia-Romagna ha attivato dal 2002, la Rete Alta Tecnologia dell’Emilia-Romagna rappresenta uno deipiù importanti investimenti che la Regione ha fatto negli ultimi anni per sviluppare ricercaindustriale di qualità, diffusa e accessibile per tutto il sistema delle imprese.La Rete è costituita da 34 Laboratori di ricerca industriale e 11 Centri per l’innovazione ed èorganizzata, per meglio incontrare i fabbisogni del sistema produttivo, in sei PiattaformeTematiche - Agroalimentare, Costruzioni, Energia Ambiente, ICT e Design, Meccanica Materiali,Scienze della vita.La gestione e il coordinamento della Rete sono affidati ad ASTER, il Consorzio tra la Regione Emilia-Romagna, le Università, gli Enti di ricerca nazionali operanti sul territorio - CNR ed ENEA - leAssociazioni imprenditoriali regionali e lUnione regionale delle Camere di Commercio, nato con loscopo di promuovere e organizzare azioni per la crescita del sistema produttivo regionale verso laricerca industriale e strategica, il trasferimento delle conoscenze e delle competenze tecnologichee lo sviluppo in rete di strutture dedicate alla ricerca di interesse industriale.www.aster.it Pag. 108/109
  • ASTER S. Cons. p. A.CNR - Area della Ricerca di Bologna Via Gobetti, 101 40129 – Bologna Tel. +39 051 6398099 info@aster.it www.aster.it Pag. 109/109