In una fabbrica smart, sono la capacità di trasformare i dati aziendali in valore e le tecnologie associate all’industria 4.0 a fare la differenza.
La centralità delle informazioni rappresenta il cuore della fabbrica smart e abilita processi decisionali data-driven. Poter acquisire, organizzare, elaborare e condividere al meglio le informazioni, grazie a una sensoristica di nuova generazione che rende la fabbrica connessa e comunicante, anche con tutti gli attori della supply chain, consente infatti di migliorare e ottimizzare la produzione e distribuzione del prodotto e dei servizi a esso correlati, ma anche di personalizzare la definizione dell’offerta in base alle esigenze del cliente.
Una gestione più intelligente di prodotti, processi e persone è quindi uno dei più grandi vantaggi della fabbrica smart che, potendo aumentare la produzione e ridurre gli sprechi e i margini di errore, ottimizzando e rendendo più efficienti i processi, diventa anche fabbrica sostenibile.
Il ricorso sempre maggiore a progetti di Internet of Thing giustifica la continua crescita del mercato dell’IoT, che nel 2022 ha superato gli 8 mld di euro (+13%), e dell’IIoT (Industrial Internet of Thing).
Dai dati che emergono nel rapporto 2022-2023 dell'Osservatorio Internet of Things del Politecnico di Milano, la quota di piccole e medie imprese italiane a conoscenza di soluzioni IIoT è salita all’87% facendo registrare un incremento del +41% rispetto al 2021, mentre le grandi imprese sono il 98%; inoltre, il 77% delle grandi aziende e il 58% delle PMI ha deciso di avviare almeno un progetto.
Una definizione di fabbrica smart e sostenibile
Quando si parla di fabbrica smart e sostenibile si intende un’impresa manifatturiera che abbia intrapreso un percorso di trasformazione digitale verso la fabbrica 4.0 – intelligente, connessa e sostenibile – basato sull’uso integrato di soluzioni e tecniche di Big Data e Analytics, dispositivi connessi e sistemi di robotic process automation, mediante i quali migliorare la visibilità sulle risorse e sui processi aziendali.
La possibilità di intervenire sulle caratteristiche del processo produttivo e del prodotto tramite i Digital Twin (gemelli digitali) delle entità fisiche e il Virtual Commissioning consente di correggere e ottimizzare le procedure in funzione degli obiettivi di business, dell’effettiva domanda, dello stato di salute degli impianti e della previsione degli stoccaggi.
Di conseguenza, il connubio tra automazione e digitalizzazione migliora la qualità del prodotto e del lavoro degli operatori, aumenta l’efficacia di ciascun task, diminuendo anche l’impatto ambientale dei processi aziendali. Digitalizzare e riconfigurare in modo sostenibile le industrie, aumentando l’efficienza nell’utilizzo delle risorse, riducendo la carbon footprint dell’intero ciclo produttivo, coinvolgendo tutti gli attori della filiera, e rendendo smart il monitoraggio dell’energia contribuisce alla riduzione dei futuri costi economici, ambientali e sociali. Rendere una fabbrica smart significa, dunque, allinearla con gli SDG’s dell’Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile.
Le tecnologie a supporto della fabbrica smart e sostenibile
Le soluzioni tecnologiche dell’industria 4.0 hanno reso i processi di fabbrica ancora più efficienti, affidabili, rispettosi dell’ambiente e all’avanguardia, al punto che la fabbrica smart non è più soltanto un luogo di produzione, ma anche di innovazione.
Dalla progettazione all’ingegnerizzazione del prodotto, dalla gestione della produzione, alla logistica, fino alla gestione del termine del ciclo di vita del prodotto, la fabbrica digitale e sostenibile poggia su nuove tecnologie di produzione integrate, come, ad esempio, l’IIoT, la robotica collaborativa e i sistemi intelligenti di assistenza al lavoratore per prevenire rischi di infortuni sul lavoro, i Big Data e gli Analytics per ottimizzare prodotti e processi produttivi, il tracciamento di prodotto, l’Additive Manufacturing, la realtà aumentata (AR) e virtuale (VR), il Virtual design e lo sviluppo di nuovo prodotto, l’Intelligenza artificiale, il Deep Learning, il Gemello digitale, il Virtual commissioning per analizzare le caratteristiche del processo produttivo e del prodotto e prevenire i difetti di produzione, la produzione snella (Lean 4.0) per avere sistemi di produzione più efficienti e flessibili, il cloud, la cybersecurity industriale, il monitoraggio e controllo smart dei processi industriali e dell’energia, la manutenzione smart (Qualità 4.0).
I 10 vantaggi di una fabbrica smart e sostenibile
È evidente che le aziende che adottano alcune delle tecnologie sopra considerate, hanno la capacità di generare risultati migliori, sia a livello economico che di sostenibilità ambientale e sociale, risultando più produttive, flessibili e competitive sui mercati. Dalla progettazione alla realizzazione finale del prodotto, dalla fornitura di materie prime alla gestione ottimizzata della logistica, compresi lo stoccaggio, il prelievo e la movimentazione dei prodotti, i vantaggi di una fabbrica smart e sostenibile sono diversi.
1. Processi più efficienti e riduzione degli sprechi
L’introduzione di una metodologia Lean permette di avere una produzione guidata da logiche Just-in-Time e caratterizzata da una tensione al miglioramento continuo, grazie alla quale si riducono i tempi di risposta, si abbassano i costi di produzione e si evitano sprechi, scarti di produzione e investimenti inutili o addirittura dannosi per il proprio business.
2. Continuità operativa e miglioramento della produttività nella fabbrica smart
Grazie alla collezione in tempo reale dei dati, il monitoraggio dei tempi di funzionamento delle macchine e delle relative condizioni proposto all’utente finale mediante diverse interfacce uomo-macchina – dallo smartphone o tablet, a quelle più avanzate, come wearable per Realtà Virtuale e Aumentata – migliora le politiche di manutenzione e consente la pianificazione degli interventi prima del guasto, garantendo non solo la continuità operativa del sistema ma anche un miglioramento della produttività.
3. Prodotti più complessi e personalizzati
Combinando processi tradizionali e nuovi paradigmi di produzione (Additive Manufacturing), la fabbrica smart e sostenibile permette la creazione di prodotti caratterizzati da nuovi materiali, strutture, geometrie e prestazioni, non realizzabili con metodi alternativi. È così possibile avere grande libertà di design e parti altamente customizzate, con una sensibile riduzione di tempi e costi per produzioni di piccoli lotti, degli scarti e possibilità di riciclo dei materiali.
4. Monitoraggio dei consumi e riduzione dei costi
Le informazioni raccolte dai eKPI (energy Key Performance Indicators) permettono agli utenti di monitorare i consumi, identificare gli sprechi e intraprendere azioni correttive, così come simulare il carico energetico necessario a svolgere un determinato insieme di lavorazioni. Questo consente, da un lato, di risparmiare sull’utilizzo di risorse che impattano sul processo produttivo e, dall’altro, di diminuire i costi dovuti a inefficienze.
5. Ottimizzazione dei tempi e dei modi dello sviluppo
Grazie all’introduzione di tecnologie Digital twin e simulazione, è possibile ridurre i tempi di sviluppo dei nuovi prodotti, prevedere le prestazioni della fabbrica vista come sistema complesso di interazione di molteplici asset, prevenire errori di progettazione senza dover testare sul campo (Virtual Commissioning) e, replicando le condizioni di lavoro della postazione manuale e simulando le attività svolte dall’operatore, calcolare il rispetto dei parametri di sicurezza ed ergonomia, nonché trovare la configurazione delle attività e della postazione che ottimizza sforzi e produttività.
6. Miglioramento delle condizioni lavorative
L’introduzione dei robot collaborativi (Cobot), progettati per operare in sicurezza assieme agli operatori umani in ambienti di lavoro condivisi, oltre a migliorare gli indici di produttività, porta al lavoratore benefici cognitivi, ergonomici e fisici. Lo stesso accade per i sistemi intelligenti per l’assistenza agli operatori.
7. Innovazione di prodotto e di servizio
I dati digitali, i processi virtuali e la loro integrazione lungo tutto il processo di sviluppo prodotto garantiscono l’ottenimento di prodotti efficienti, efficaci e ottimizzati. La raccolta, l’analisi e il monitoraggio dei dati di prodotto e di processo, quando opportunamente sensorizzati, abilitano il miglioramento continuo degli stessi nel tempo. Inoltre, grazie agli strumenti per la progettazione digitale di ultima generazione – visori o stanze per la realtà virtuale (CAVE) nelle quali più persone possono “immergersi” – viene consentita la visualizzazione dei risultati progettuali e abilitata la collaborazione per ottimizzazione delle fasi di revisione.
8. Aumento della sicurezza sul lavoro
Nella logistica 4.0, il monitoraggio in tempo reale degli asset mobili attraverso sistemi RTLS garantisce la sicurezza nei processi di movimentazione e migliora la produttività delle risorse. Grazie al tracciamento continuo, infatti, possono essere facilmente identificate potenziali situazioni pericolose legate alla velocità e alla prossimità tra mezzi di movimentazione e persone, a vantaggio della sicurezza di lavoratori e merci.
9. Creazione di valore aggiunto e fidelizzazione dei clienti
Passa dalla raccolta e dall’analisi dei dati anche la creazione di valore aggiunto al prodotto mediante l’aggiunta di servizi post-vendita che rappresentano un vantaggio competitivo per le imprese e implementano e/o ottimizzano la Customer Experience, fidelizzando il cliente.
10. Miglioramento della reputazione e aumento della fiducia da parte degli stakeholder
La sempre maggiore sensibilità dei potenziali clienti verso tematiche ambientali e sociali, fa sì vengano richiesti beni e servizi che rispecchino in modo chiaro questi valori. Comunicare efficacemente la propria strategia di sostenibilità accresce il valore dell’azienda sul mercato e ne aumenta la competitività nei confronti dei propri stakeholder. Il miglioramento della propria reputazione e il riconoscersi da parte del cliente negli stessi valori, impatta positivamente sulla fiducia dei consumatori e di tutte le parti con cui l’azienda si rapporta.
Le competenze per gestire i vantaggi della fabbrica smart e sostenibile
Dato questo scenario, non è difficile comprendere quanto possa essere complesso gestire tutte le variabili che contribuiscono alla creazione della fabbrica smart e sostenibile.
Dalla creazione di una cultura aziendale orientata alla crescita e al miglioramento continuo, alla formazione delle competenze tecniche necessarie per implementare progetti di innovazione dei prodotti e dei relativi processi di produzione, è fondamentale l’offerta di servizi di orientamento rivolti alle imprese che vogliano approfondire i vari tasselli del sistema 4.0, attività di formazione per la realizzazione di una fabbrica digitale e sostenibile e progetti di trasferimento tecnologico per sviluppare nuove soluzioni, prodotti e servizi o migliorare quelli esistenti.
Informare e mostrare le tecnologie 4.0, spiegandole attraverso attività di formazione ad-hoc, per arrivare a trasferire e implementare le soluzioni tecnologiche mediante progetti concreti, è l’obiettivo di MADE, Competence Center Industria 4.0.
Nell’ambito delle attività di MADE, oltre ai progetti R&I sviluppati con i partner, sono diversi i progetti R&I collaborativi finanziati da programmi europei (e.g. Horizon 2020, Horizon Europe, EIT Manufacturing), nazionali e regionali (e.g. fondi FESR).
Ecco qualche esempio realizzato grazie alle tecnologie e competenze di MADE, Competence Center Industria 4.0:
- ottimizzazione del design e dell’ingegneria di linee di assemblaggio di produzione del sistema di frenatura delle auto mediante Digital Twin (DIGITbreak);
- miglioramento della tecnologia dei robot collaborativi per assemblare un sistema di irrigazione intelligente per l’agricoltura (RAINBOT);
- creazione di solette sensorizzate per il monitoraggio terapeutico dei pazienti (STEP);
- sostegno per le aziende tecnologiche (PMI e start-up) e gli imprenditori con il coaching per aiutare i paesi RIS a portare le loro tecnologie verdi sul mercato (DEMO4GREEN).
