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Smart Manufacturing, come cambia il modo di produrre

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L’evoluzione dei processi di produzione e le rivoluzioni industriali

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Smart Manufacturing, come cambia il modo di produrre

  1. 1. L’era industriale, che iniziò in Inghil- terra circa 200 anni fa e poi si estese rapidamente negli Stati Uniti, in Giap- pone e nei maggiori Paesi dell’Europa continentale, si è evoluta attraversan- do varie fasi di maturazione chiamate, come sappiamo,‘rivoluzioni industriali’. La prima rivoluzione industriale, che iniziò alla fine del ‘700 con le macchi- ne a energia idraulica e poi a vapore, durò oltre un secolo. La seconda rivoluzione industriale, a cavallo tra ‘800 e ‘900, sfruttò la diffu- sione dell’energia elettrica,del petrolio e dei motori a combustione interna per iniziare la produzione di massa tramite le catene di montaggio di au- tomezzi, elettrodomestici e altri pro- dotti di grande serie. La terza rivoluzione industriale, nei primi Anni ’70, fu caratterizzata dall’u- tilizzo dell’elettronica e dell’informatica per controllare la produzione, in un primo tempo a livello di singole mac- chine a controllo digitale (macchine utensili a controllo numerico, robot di produzione), poi collegate nelle pri- me celle di produzione automatizzate. La strada verso l’automazione Già nel 1974 fu concepito il primo modello concettuale di fabbrica com- pletamente automatizzata grazie a una gerarchia di controlli automatici a loop chiuso (fabbrica a luci spente), che già delineava le principali caratteristiche delle odierne smart factory (ovvero fabbriche intelligenti), e fu coniato per la prima volta il termine CIM nel libro Computer Integrated Manufacturing di Joseph Harrington, ma rimase let- tera morta fino alla metà degli Anni ’80 poiché le tecnologie non erano sufficientemente mature ed econo- miche: gli operai lavoravano in molti casi ancora meglio delle macchine e i benefici in termini di riduzione dei costi non erano sempre apprezzabili vista proprio la scarsa resa di diversi processi automatizzati. Nella prima metà degli Anni ’90, nell’ambito dei programmi Esprit (Eu- ropean Strategic Program on Rese- arch in Information Technology) del- la Comunità Europea, fu sviluppata l’architettura di riferimento CIMOSA (CIM Open System Architecture) che definiva i primi standard europei per i sistemi CIM. A partire dal 2012, quasi vent’anni dopo, questo modello è stato ripreso in Germania e denominato“Industrie 4.0”, adeguandolo alle nuove tecno- logie e ai nuovi modelli di business, e oggi che si sta estendendo anche ai maggiori Paesi industrializzati di tutto il mondo, in Italia dall’anno scorso, si parla comunemente di ‘Industry 4.0’. Questo modello descrive una fabbri- ca intelligente e un modo di produrre intelligente (smart manufacturing) ba- sato su una rete integrata di sistemi di produzione che comprende i se- guenti elementi. 1. Un’automazione sempre più spinta in tutti i campi di applicazione gra- zie a sistemi sempre più intelligenti, autonomi e in grado di apprendere (machine learning). 2. L’utilizzo di nuovi sistemi di proto- tipazione (stampa 3D) e di produ- zione (AM) integrati con gli impianti esistenti (CNC, robot) per con- sentire maggiore agilità e flessibilità nella produzione e quindi maggio- re personalizzazione di massa dei prodotti industriali. 3. Un elevato livello di interconnessio- ne e comunicazione tra dispositivi e sensori (RFID, M2M, IoT), tra com- puter, tablet e smartphone (cloud computing), tra uomini e macchine (M2H, HMI), tra uomini e uomini (H2H),attraverso reti private locali o geografiche o tramite Internet (IoE). 4. Sistemi di visione artificiale, realtà aumentata e virtuale, simulazione di processi. 5. Reti di sensori distribuiti nell’am- biente (sensor cloud, smart dust), nelle macchine e negli indumenti (wearable computing),per acquisire enormi quantità di dati (Big Data) che consentono varie applicazioni SMART MANUFACTURING, COME CAMBIA IL MODO DI PRODURRE L’EVOLUZIONE DEI PROCESSI DI PRODUZIONE E LE RIVOLUZIONI INDUSTRIALI 92 gennaio-febbraio 2017 Giancarlo Magnaghi Consulente g.magnaghi@studiomagnaghi.it INDUSTRIA 4.0
  2. 2. come la manutenzione predittiva e l’ottimizzazione dei processi pro- duttivi e della qualità dei prodotti. 6. L’integrazione sempre più stretta tra elettronica e meccanica per creare macchine sempre più autonome (veicoli a guida automatica, robot, stampanti 3D) e complessi sistemi cyberfisici (CPS). 7. L’integrazione tra sistemi gestiona- li (ERP), sistemi di progettazione (CAD,CAE,PLM,calcolo strutturale e simulazione), sistemi di produzio- ne (LMS, SFC, MES, MOM), sistemi logistici (RFID),controlli di processo (SCADA),sistemi di sicurezza logica e fisica,sistemi di controllo ambien- tale ed energetico (ESM, BMS), ov- vero l’integrazione tra information technology (IT), operation techno- logy (OT) e automation technology (AT). Questo comporta anche la necessità di cambiamenti organiz- zativi e di maggiore coordinamen- to tra i responsabili delle diverse funzioni aziendali (CIO,CTO,COO, altri). 8. La connessione con il resto dell’a- zienda, la supply chain e il mondo esterno tramite cloud computing e applicazioni Internet. L’utilizzo coordinato di queste e altre tecnologie abilitanti consente di rivolu- zionare il funzionamento dell’industria manifatturiera, ottimizzare i processi e produrre in tempo reale e senza sprechi (lean manufacturing). La società di consulenza Roland Berger prevede che lo smart manufacturing genererà in Europa un fatturato di 500 miliardi di euro e 6 milioni di posti di lavoro entro il 2030. Industry 4.0 nell’information society Industry 4.0 non è un fenomeno li- mitato all’ambiente di produzione, ma si colloca in uno scenario sociale, economico e tecnologico molto più complesso. Infatti, da alcuni anni, è in atto a livello mondiale un processo di modifica ed evoluzione dello stile di vita delle persone (digital life style) e del mondo economico/professionale (digital business style) che ha trasfor- mato il mondo nell’odierna ‘informa- tion society’. Una trasformazione guidata essenzial- mente dalle componenti più innovative dell’ICT – da internet ai social, dall’e- commerce al digital marketing, dalla mobility alla geolocalizzazione e poi business intelligence, big data e intelli- genza artificiale – che stanno portando allo sviluppo di un ecosistema digitale globale e che impone alle imprese la tanto invocata ‘digital transformation’ indispensabile per mantenere la pro- pria competitività sul mercato. La Commissione Europea ha recen- temente pubblicato i risultati 2016 dell’Indice di Digitalizzazione dell’E- conomia e della Società (Desi) che aggrega i risultati della ricerca nelle cin- que macro-aree principali del mondo digitale: connettività, capitale umano e competenze digitali, uso di Internet, integrazione delle tecnologie digitali nei processi aziendali, servizi pubblici digitali (e-government). L’Italia si po- siziona solamente al 25° posto nella classifica dei 28 Stati membri dell’UE, e quelle che sono messe peggio sono le PMI.Infatti,mentre le grandi aziende hanno iniziato già da tempo il processo di digitalizzazione, molte PMI non si sono ancora mosse con sufficiente de- terminazione, soprattutto per quanto riguarda l’adozione di moderni sistemi software. Questo gap costituisce un elemento frenante per la realizzazio- ne di fabbriche intelligenti in Italia nel breve termine. Il piano italiano Industria 4.0 Il piano del Governo italiano per l’In- dustria 4.0 prevede 13 miliardi di euro di incentivi fra il 2017 ed il 2020 per sostenere le aziende italiane nel pro- cesso di digitalizzazione e robotizza- zione dei sistemi produttivi e stanzia una consistente quantità di risorse pubbliche allo scopo di “attivare in- vestimenti innovativi con incentivi fi- scali” (super-ammortamento e iper- ammortamento) per l’acquisizione di macchinari, sistemi e software basati su ben determinate tecnologie abili- tanti. L’obiettivo è quello di ridurre il nostro gap tecnologico nei confronti degli altri Paesi industrializzati. 93gennaio-febbraio 2017 INDUSTRIA 4.0 I NUOVI ACRONIMI DA CONOSCERE Il tema Industria 4.0 che da quest’anno verrà trattato con questa nuova rubrica, arricchisce il linguaggio dell’ICT di molti nuovi acronimi, che probabilmente non tutti conoscono. Ecco dunque una lista di quelli utilizzati in questo articolo. AGV Automated Guided Vehicle AM Additive Manufacturing AR Augmented Reality BMS Building Management System CAD Computer Aiaded Design CAE Computer Aided Engineering CAM Computer Aided Manufacturing CIM Computer Integrated Manufacturing CIMOSA CIM Open System Architecture CIO Chief Information Officer CNC Computer Numerical Control COO Chief Operation Officer CPS Cyber Physical System CSO Chief Security Officer CTO Chief Technology Officer DMCS Distributed Manufacturing Control System ESM Enterprise System Management ERP Enterprise Resource Planning FEM Finite Elements Analysis FMS Flexible Manufacturing System H2H Human-to-Human HMI Human Machine Interface IMS Infrastructure Management System IoE Internet of Everything IoT Internet of Things IT Information Technology LMS Line Management System M2H Machine-to-Human M2M Machine-to-Machine MES Manufacturing Execution System MOM Manufacturing Operation Management MRP Material Requirements Planning MRP2 Manufacturing Resource Planning OT Operational Technology PLC Programmable Logic Controller PLM Product LifeCycle Management PM Predictive Maintenance RFID Radio Frequency Identification SCADA Supervisory Control and Data Acquisition SCM Supply Chain Management SFC Shop Floor Control VR Virtual Reality

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