La Fabbrica rappresenta da sempre un elemento centrale per la crescita del sistema economico italiano in quanto volano di occupazione, inclusione, creatività e benessere sociale. Essa testimonia la radicata tradizione che rende l’Italia la seconda nazione manifatturiera in Europa – la settima al mondo – e la costante ricerca e adozione di competenza e innovazione per incrementare l’efficienza dei processi, la qualità dei prodotti e le condizioni di lavoro.
di Andrea Mazzoleni, Giacomo Copani, Roberta Curiazzi, Marzia Morgantini
L’evoluzione della Fabbrica in smart factory è caratterizzata da una serie di elementi che storicamente rappresentano un’interruzione di continuità rispetto al tradizionale modus operandi: nel 18th secolo la potenza vapore venne utilizzata per il funzionamento degli stabilimenti, in seguito l’elettricità e il petrolio permisero l’affermarsi delle catene di produzione di massa e successivamente l’elettronica e i computer consentirono la nascita dell’automazione.
In tempi più recenti il connubio tra automazione, digitalizzazione, connessione e programmazione ha reso possibile la Quarta Rivoluzione Industriale.
Il paradigma attuale – identificato con il termine “Industria 4.0” – si differenzia per la velocità con cui la trasformazione avviene e per essere abilitato dalla complementarità di una serie di tecnologie come il Cloud Computing, i Big Data, la Manifattura Additiva, la Robotica Avanzata, la Realtà Aumentata, la Cybersecurity, la Simulazione, l’Internet delle Cose (IoT) nonché dall’applicazione del digitale per connettere tra loro i vari reparti della Fabbrica e gli attori della filiera.
I benefici ad esso connessi comprendono tra gli altri la possibilità di ottenere lavorazioni a piccoli lotti al costo delle economie di scala ed un aumento di produttività reso possibile dalla contrazione dei tempi di set-up e dalla riduzione degli errori e dei fermi macchina.
Inoltre, digitalizzazione e tecnologia hanno reso la manifattura più rapida – attraverso il contenimento del tempo che intercorre tra prototipazione e produzione – e di qualità grazie alla riduzione degli scarti e degli errori di lavorazione.
Si assiste, in aggiunta, ad un progressivo aumento delle funzionalità dei prodotti che accrescono sempre più la competitività delle imprese le quali non si limitano più ad offrire solo un prodotto ma sempre più spesso si rivolgono ai clienti con una soluzione prodotto-servizio adeguata alle specifiche richieste.
In questo scenario, l’aspetto centrale è rappresentato dai dati, dalla loro generazione, raccolta, inferenza e dall’utilizzo pervasivo del digitale per connettere, innovare e governare i processi e l’intera catena del valore per produzioni estremamente flessibili, rapide e di qualità.
Ne consegue come la Fabbrica tradizionale stia progredendo verso il concetto di Smart Factory, un paradigma che facilità la collaborazione tra operatori, macchine e strumenti nel medesimo ambiente produttivo e che, grazie alle infrastrutture informatiche, rende possibile l’integrazione dei sistemi aziendali interni e degli attori della filiera secondo una logica di ottimizzazione, efficienza e sostenibilità.
La chiave di volta della Smart Factory è rappresentata dai Cyber Physical Systems (CPS); essi sono la base del concetto di “Industria 4.0” e sottintendono la possibilità di integrare le tecnologie ICT in componenti, macchine e ambienti per creare gemelli digitali e monitorare i processi al fine di poterli adattare al variare delle condizioni operative.
Nel dettaglio, i CPS sono sistemi informatici che connessi alla rete interagiscono in modo continuo con l’ambiente in cui sono collocati. Essi si basano su dispositivi come sensori e attuatori che rendono “intelligente” il componente e/o la macchina generando, acquisendo ed elaborando i dati che vengono a loro volta integrati per fornire supporto al processo decisionale.
Risulta evidente come la transizione verso la Smart Factory richieda sia una nuova concezione tecnologica sia una rinnovata visione strategica e culturale della Fabbrica. Da un lato sono infatti necessari investimenti in macchinari e strumentazioni per realizzare un’infrastruttura che permetta la connessione e il continuo scambio di informazione tra componenti, macchine, processi e operatori, dall’altro è fondamentale definire una strategia di trasformazione digitale – coerente con gli obiettivi complessivi dell’organizzazione – che vada oltre le barriere aziendali.
Lo scopo è recepire stimoli, best practices e metodologie da tutti gli attori della filiera, incluse le Università e i Centri di Ricerca, per poterli metabolizzare e conseguire così una trasformazione digitale completa ed integrata.
Infatti, con l’Industria 4.0, l’ecosistema tecnologico si allarga; la cooperazione e la reciproca contaminazione tra i diversi attori del mondo industriale, accademico e della ricerca è la chiave per una trasformazione di successo e per mantenere la competitività del business, in un contesto incerto e dinamico come quello che caratterizza la Quarta Rivoluzione Industriale.
In particolare, fare rete e capitalizzare le diverse sinergie in ottica di Open Innovation è fondamentale soprattutto per le PMI affinchè esse possano rispondere alle numerose sfide richieste dal mercato e reperire le competenze necessarie per implementare e gestire il cambiamento.
In linea con quanto descritto, un esempio virtuoso di collaborazione di successo è rappresentato dal progetto SMART4CPPS-Smart Solution for Cyber Physical Production Systems.
Il progetto nasce infatti dalla cooperazione di un gruppo di Imprese, Università e Centri di Ricerca del territorio lombardo nel contesto dei gruppi di lavoro di AFIL- Associazione Fabbrica Intelligente Lombardia, il Cluster riconosciuto da Regione Lombardia quale soggetto di riferimento per la R&I nel manifatturiero avanzato.
SMART4CPPS, il cui valore totale è di 6,5 milioni di €, è cofinanziato da Regione Lombardia nell’ambito degli “Accordi per la Ricerca, lo Sviluppo e l’Innovazione” nel quadro del POR-FESR 2014/2020, uno strumento operativo istituito da Regione Lombardia per favorire, sostenere e promuovere l’ecosistema della R&I all’interno del territorio in coerenza con la Strategia di Specializzazione Intelligente (S3).
In questo contesto, SMART4CPPS – guidato dalla capofila Cosberg –, ambisce a “disegnare” le Fabbriche Intelligenti del Futuro, sviluppando applicazioni innovative nel contesto manifatturiero lombardo dei produttori di componenti e macchine con il fine ultimo di conseguire una produzione flessibile, di qualità e con zero difetti.
In linea con le finalità del bando “Accordi per la Ricerca, lo Sviluppo e l’Innovazione”, il progetto vanta un ricco partenariato di 17 realtà rappresentative di una forte e proficua sinergia tra Imprese, Università e Centri di Ricerca.
Attivi nei settori dei macchinari, tessile, software e integrazione di sistemi i membri industriali (5 PMI e 8 Grandi Imprese) sono Cosberg SpA, Ratti, TXT e-solutions, Camozzi Automation, Balance System, Porta Solutions, Cavagna Group, Scaglia Indeva, C.M.S., Quantra, Ste Industries e Fincons, con il supporto di ABB.
Il lato accademico e della ricerca è invece rappresentato dal Politecnico di Milano (Dipartimento di Elettronica, Informazione e Bioingegneria ed Ingegneria Gestionale), dall’Università degli Studi di Brescia, dall’Università degli Studi di Bergamo e dall’Istituto CNR-STIIMA – Sistemi e Tecnologie Industriali per il Manifatturiero Avanzato.
Le attività del progetto mirano allo sviluppo di infrastrutture digitali modulari innovative capaci di consentire la gestione efficace del dato industriale in tutte le fasi del suo ciclo di vita.
In particolare, SMART4CPPS indirizza componenti smart e a basso costo in grado di autodiagnosticare il proprio stato di salute ed estrarre valore per attività di diagnostica e prognostica, macchine smart che evolvono per mantenere sempre la massima produttività riducendo i fermi e prevenendo le anomalie e strumenti per la Smart Factory che possano abilitare il monitoraggio e il tracciamento dei processi facilitando al contempo l’interazione collaborativa e sicura tra uomo e macchinari.
Le ricadute sul tessuto economico, manifatturiero ed occupazionale del territorio sono molteplici. Un aspetto cardine riguarderà infatti lo sfruttamento e la replicabilità dei risultati in altri settori chiave del manifatturiero regionale, come l’automotive, il farmaceutico, l’aerospazio, l’alimentare, la cosmetica, la metallurgia, il tessile e la gomma-plastica.
Infatti, i prototipi saranno ulteriormente sviluppati per creare nuovi prodotti destinati al mercato favorendo nuove opportunità per la competitività del manifatturiero in Lombardia, con particolare riguardo alle PMI.
La “Smart Factory” in SMART4CPPS
In Smart4CPPS, la visione complessiva della Smart Factory è declinata attraverso 6 dimostratori o “Pilot” in cui le tecnologie ICT non sono più solo di supporto ai processi produttivi, ma vengono integrate in componenti, macchine e ambienti per renderli intercomunicanti e intelligenti. Nel dettaglio, i 6 dimostratori che contribuiranno alla definizione della Fabbrica Intelligente del Futuro sono:
• Il PILOT 1 – “ANALYTICS FOR SMART COMPONENTS” riguarda l’auto-diagnosi dei componenti meccatronici. Camozzi Automation, Ste Industries e l’Università degli Studi di Bergamo collaborano per sviluppare un attuatore elettromeccanico o pneumatico che sia in grado di auto-diagnosticare il proprio stato operativo e di trasmettere questa informazione al sistema di fabbrica.
• Il PILOT 2 – “NEW CPS ARCHITECTURE FOR SMART MACHINE” indirizza il Sistema Cyber-Fisico per macchine intelligente. Balance Systems, il Politecnico di Milano e l’Università degli Studi di Brescia collaborano per realizzare macchine bilanciatrici intelligenti in grado di auto-diagnosticare il proprio stato di salute e fornire servizi di monitoraggio, manutenzione predittiva e assistenza da remoto.
• Il PILOT 3 – “INCREASE SMART MACHINE PERFORMANCE FROM BIG DATA ANALYSIS” si focalizza sull’incremento delle prestazioni della macchina con l’uso dei Big Data. Porta Solutions, CMS, l’Università degli Studi di Brescia, Cavagna Group, TXT e-solutions e Quantra collaborano per studiare e sviluppare tecniche e modelli avanzati di diagnostica e prognostica che individuino condizioni di funzionamento della macchina non note a priori per diagnosticare anomalie, ridurre i fermi, prevenire guasti e programmare interventi.
• Il PILOT 4 – “BACTH ONE, DEFECT ZERO” mira alla produzione a “Lotto Uno” e “Zero Difetti”. Cosberg, STIIMA–CNR, l’Università degli Studi di Bergamo e ABB – come utente finale – collaborano per realizzare una macchina intelligente, nel dettaglio un macchinario per assemblare componenti ad alta variabilità geometrica, che possa garantire il monitoraggio continuo della qualità del processo produttivo e superare le problematiche legate ai difetti di produzione, conseguendo il paradigma di una produzione senza scarti.
• Il PILOT 5 – “HUMAN-ROBOT COLLABORATION” indirizza la collaborazione uomo-macchina. Indeva, il Politecnico di Milano e STIIMA-CNR lavorano per realizzare un manipolatore robotico collaborativo che possa aumentare la produttività e facilitare lo sforzo dell’operatore affinchè si possa eseguire l’attività lavorativa in totale sicurezza.
• Il PILOT 6 – “DIGITAL AND SUSTAINABLE FASHION” mira all’integrazione tra prodotto, processo e la tracciabilità. Ratti, il Politecnico di Milano, l’Università degli Studi di Bergamo e Fincons collaborano per realizzare un sistema digitale di collegamento tra il processo produttivo e gli impianti per monitorare l’avanzamento della produzione, la tracciabilità dei prodotti e i fermi macchina con applicazione al settore tessile.
Smart4CPPS ambisce inoltre a realizzare un’architettura digitale che possa connettere tutti gli elementi Cyber-Fisici per la gestione dei dati e la relativa inferenza.
Per contattare la redazione di Innovareweb :
Via Spadolini 7, 20141 – Milano
Tel. +39 02 864105
