Article by Jeremi Wójcicki

Industria 4.0: il futuro della fabbrica intelligente

La quarta rivoluzione industriale

In quest’ultimo decennio abbiamo potuto osservare una digitalizzazione quasi completa in quasi tutti gli aspetti della nostra vita quotidiana. Una solida base di questo processo è stata formata grazie ai personal computer economici, ma il grande cambiamento nel modo in cui oggi viviamo è stato significativamente accelerato da un altro dispositivo: lo smartphone. La possibilità di essere costantemente collegati in internet ci ha permesso di raggiungere chiunque, in tutto il mondo, più velocemente che mai e in modo conveniente e senza sforzo. La comunicazione e i servizi digitali sono oggi dati per scontato e sembra difficile immaginare come potrebbe essere la nostra vita senza di loro. Questo cambiamento ha avuto effetto su di noi, ma anche sulle imprese, che hanno dovuto adeguare i loro modelli di business alla rapida evoluzione del mondo. La nuova realtà ha generato molte opportunità, ma anche selezionato i perdenti. In tutta questa ‘gara alle tecnologie’, alcune industrie sono rimaste un po’ indietro: un esempio è il settore manifatturiero. Le industrie manifatturiere sono sempre state più tradizionali; l’affidabilità, la sicurezza e la standardizzazione sono sempre state la priorità di questo settore, che ha quindi lasciato l’innovazione in secondo piano.

L’automatizzazione, che ha fatto parte dell’ultima rivoluzione, ci ha lasciato un efficiente sistema di produzione. L’attuale tendenza verso la personalizzazione del prodotto e l’alta variabilità che provengono dalla produzione flessibile e orientata alla domanda, ha però dimostrato che il nostro attuale modo di guardare la produzione potrebbe non essere sufficiente e che abbiamo bisogno di fare un ulteriore salto per soddisfare le crescenti aspettative. ‘Industria 4.0’ è solo una frase accattivante che ci avvisa che per la produzione il tempo di cambiare è finalmente arrivato.

Christoph Roser www.allaboutlean.com, own work

Che cos’è l’industria 4.0?

Se si dovesse rispondere con una sola parola, questa sarebbe connettività. Naturalmente vi è molto di più, ma il collegamento dei macchinari industriali fra loro e al cloud è uno dei principali pilastri dell’industria 4.0. Le informazioni fluiranno dalle fabbriche al cloud e lì i dati saranno opportunamente raggruppati da diversi algoritmi e, infine, trattati per ottenere informazioni sintetiche e utili che potrebbero essere di interesse per molti. Da un lato, gli utenti potranno ottenere un’ampia visione dei loro sistemi di produzione, sapere come gli ordini dei loro clienti vengono gestiti, ciò che è in ritardo, ciò che manca, qual è lo stato di salute delle loro macchine e quali sono le azioni da intraprendere affinché tutto continui senza intoppi. Le informazioni accurate sullo stato di un sistema di produzione miglioreranno certamente la comunicazione lungo il processo di distribuzione andando al di là di ciò che è possibile fare con i sistemi di gestione attualmente disponibili (Supply Chain Management Systems – MSC). Un altro valore aggiunto dell’industria 4.0 è che i costruttori di macchine avranno anche la possibilità di accedere alle informazioni su come viene utilizzato il loro hardware, informazioni che spesso mancano. I dati sull’affidabilità raccolti saranno un motore per i miglioramenti che sicuramente estenderanno il ciclo di vita delle macchine. Le informazioni sull’utilizzo delle macchine possono portare anche benefici in termini di efficienza energetica, ad esempio conoscere con maggiore dettaglio come viene gestito il processo di produzione consentirà di implementare l’applicazione di strategie di risparmio energetico su misura. Macchine intelligenti dotate di algoritmi di manutenzione predittiva saranno in grado di avvisare in anticipo sia l’utente che il costruttore circa il bisogno di sostituire dei componenti.

Da dove proverranno tutti questi dati?

Ci sono numerose potenziali fonti di dati. Nei moderni sistemi di produzione ci sono già migliaia di campioni di dati che viaggiano attraverso un’infrastruttura di rete interna tramite una serie di collegamenti industriali. Questi campioni di dati provenienti da vari sensori indipendenti o interni alle macchine. Tuttavia, alcune grandezze non possono essere semplicemente misurate con un sensore o sarebbe troppo costoso/impraticabile, un esempio sono l’affidabilità o l’usura. I ricercatori ritengono che implementare il cosiddetto ‘gemello cyber-fisico’ dei dispositivi può essere una soluzione. Il concetto è in realtà abbastanza semplice: ogni macchina avrà il suo modello virtuale e matematico che ne rappresenta le caratteristiche principali, le proprietà e le funzionalità. Mentre la vera macchina esegue azioni, il gemello digitale è alimentato da informazioni provenienti dai sensori, e ne replica le azioni. Un gemello ben allineato può rivelare, attraverso le variabili di stato del modello matematico interno, le quantità non misurabili.

Direttamente al cloud

L’obiettivo dell’industria 4.0 è reindirizzare parti di questi flussi di dati attraverso un gateway internet direttamente al cloud (con evidenti protocolli di sicurezza e il rispetto delle regole sulla privacy), dove verranno elaborati da alcune potenti algoritmi di Big Data. Non solo i sistemi di produzione integrali sono una buona fonte di informazioni – qualsiasi macchina, dispositivo o sensore può essere collegato direttamente al suo cloud storage, formando il cosiddetto Internet delle cose (IoT). Stimiamo che le dimensioni dell’IoT cresceranno fino a circa 20-30 miliardi di dispositivi entro il 2020. Questa architettura è molto flessibile in quanto può beneficiare non solo da reti di produzione più concentrate, ma anche da settori con risorse distribuite, come l’agricoltura.

La produzione centrata sull’essere umano

Leggendo a proposito di industria 4.0 si potrebbe pensare che nella produzione completamente automatizzata e intelligente del futuro, l’essere umano sarà completamente rimosso dall’equazione. Nulla potrebbe essere più lontano dalla verità. La domanda di personalizzazione di massa lascerà molto indietro le linee di produzione che producono milioni di copie di prodotti identici. L’uomo, con la sua eccellente agilità fisica, percezione e competenze decisionali sarà uno degli elementi chiave della prossima generazione di sistemi di produzione. Gli operatori potranno lavorare assieme alle macchine, condividendo il loro spazio fisico anche con bracci robotici. Affinché questa cooperazione abbia successo, lo scambio di informazioni tra gli esseri umani e le macchine sarà fondamentale. L’operatore stesso può essere considerato un faro di informazioni, passando i suoi comandi sintetici ma elaborati e il suo feedback al cloud.

Industria 4.0 e thin client

Questo tipo di comunicazione richiede un’interfaccia flessibile e un grande esempio sono i pannelli HMI che usano i thin client. Questi dispositivi economicamente efficienti, leggeri e funzionali, permettono all’utente di far passare la loro comunicazione tramite un pannello touch a un server e di ricevere rapidamente un feedback da esso. L’utente può inviare comandi, rapporti di errore o comportamenti anomali, richieste di assistenza o richiedere le istruzioni o la documentazione tecnica necessaria per completare agevolmente i suoi compiti. Analizzare la storia delle sue richieste memorizzata nel cloud, può essere utile per migliorare il suo ambiente di lavoro e personalizzare i compiti assegnati.

Alla luce di ciò che l’industria 4.0 sta diventando, i dispositivi intelligenti giocano un ruolo importante nelle fabbriche. È un dato di fatto, il numero di dispositivi intelligenti richiesti dalle fabbriche sta aumentando per poter affrontare sfide quali: minimizzare i tempi di inattività, ridurre i costi di manutenzione e gestione, oltre ad assicurare sistemi affidabili e sicuri. Sfide che possono essere facilmente superate scegliendo thin client affidabili, che possono aiutare la gestione IT a migliorare le prestazioni complessive dell’azienda. Inoltre, altri importanti vantaggi che i thin client sono in grado di fornire alle fabbriche possono essere ritrovati nella loro semplicità d’uso: sono veramente facile da installare, configurare, così come da gestire; caratteristiche che stanno diventando sempre più importanti nelle fabbriche al giorno d’oggi. Ma i benefici di questi dispositivi vanno ben oltre tutto questo. Dentro le fabbriche, in molti casi, i dispositivi sono utilizzati in ambienti estremi o polverosi, condizioni in cui i PC sono meno performanti, ma in cui degli hardware a lungo termine, e più precisamente le ventole di cui sono dotati i thin client, non trovano un ostacolo. Ultimo beneficio, ma non meno importante, se utilizzati con la configurazione automatica, i thin client possono anche assicurare la continuità operativa della macchina in caso di necessità.

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L’autore: Jeremi Wójcicki

Jeremi Wójcicki

Jeremi Wójcicki ha ottenuto laurea in meccatronica presso l’Università di Scienza e Tecnologia (AGH) a Cracovia, in Polonia nel 2012, mentre lavorava in un laboratorio di ricerca commerciale, come giovane specialista di R&D. Nel dicembre 2014 è stato assunto come ricercatore presso l’Istituto di Tecnologie Industriali e Automazione del Consiglio Nazionale delle Ricerche in Italia e contemporaneamente sta seguendo un programma di dottorato di ricerca presso Dipartimento di Meccanica del Politecnico di Milano. Negli anni 2013-2016 ha collaborato al progetto finanziato a livello europeo EMVeM, “Energy efficiency Management for Vehicles and Machines”, volto alla riduzione dell’impatto ambientale della produzione in Europa. La sua ricerca riguarda la produzione sostenibile e si concentra sugli aspetti riguardanti l’efficienza energetica delle macchine utensili e sistemi di produzione discreta. Nella sua ricerca utilizza metodi basati su modelli per la stima del consumo di energia e rilevatori wireless per l’identificazione dei sistemi cyber-fisici.

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