Tecnologie abilitanti industria 4.0: definizione, benefici e rischi

Industria 4.0 tecnologie abilitanti: secondo la definizione della Comunità Europea rientrano in questa definizione le tecnologie “ad alta intensità di conoscenza e associate a elevata intensità di R&S, a cicli di innovazione rapidi, a consistenti spese di investimento e a posti di lavoro altamente qualificati”.

Sono tecnologie fondamentali perché aumentano il valore della catena del sistema produttivo e hanno la capacità di innovare i processi, i prodotti e i servizi in tutti i settori economici dell’attività umana. Si tratta dell’utilizzo dell’intelligenza artificiale applicata agli oggetti, creare pertanto un collegamento ed una collaborazione tra la realtà fisica e quella virtuale.

Quali sono le tecnologie abilitanti industria 4.0?

Secondo quanto definito dal Piano Nazionale Industria 4.0 le Tecnologie Abilitanti rientrano nelle 9 macrocategorie seguenti:

1. ROBOT COLLABORATIVI
2. MANIFATTURA ADDITTIVA
3. REALTÀ AUMENTATA
4. SIMULAZIONE
5. INTEGRAZIONI DIGITALI
6. INDUSTRIAL INTERNET
7. CLOUD
8. CYBERSECURITY
9. BIG DATA – ANALYTICS

Benefici e criticità dell’introduzione delle tecnologie abilitanti industria 4.0

Secondo un recente studio della Commissione per le attività produttive della Camera dei Deputati, le aziende che hanno già adottato alcune delle tecnologie chiave della quarta rivoluzione industriale all’interno dei propri asset hanno registrato una crescita dell’efficienza produttiva pari al 30-50%.

La scalabilità è uno dei primi vantaggi delle tecnologie abilitanti industria 4.0: grazie ai Big Data è possibile elaborare modelli scalabili, grazie a sensori IoT che permettono ai macchinari di dialogare fra loro e con l’ambiente circostante, è possibile ottimizzare le prestazioni e l’impiego delle risorse.

Dalla progettazione alla realizzazione finale del prodotto, dalla fornitura di materiali grezzi e semilavorati alla gestione ottimizzata dello stoccaggio, del prelievo e della movimentazione degli item, i potenziali benefici delle tecnologie industria 4.0 sono tantissimi.

I parametri di miglioramento riguardano:

• Miglioramento della Customer Experience ed aumento fidelizzazione clienti. Produrre on demand soddisfacendo le specifiche richieste dal cliente grazie ad una produzione flessibile, snella e digitalizzata. Offrire al cliente nuovi servizi complementari al prodotto secondo le logiche dell’end to end integration (es. servizio di manutenzione predittiva sui propri prodotti)
• Riduzione dei costi. La tecnologia difatti semplifica molto il processo produttivo e lo ridimensiona permettendo una produzione decentralizzata di alcune componenti (es. l’introduzione delle stampanti 3D riducono i tempi, di conseguenza i costi, di assistenza al cliente e permette all’azienda di ridurre al minimo i pezzi di ricambio a magazzino).

• Maggiore flessibilità organizzativa. La comunicazione e la collaborazione tra le varie funzione della filiera produttiva sono favorite dai sistemi di integrazione verticale ed orizzontale, dando all’azienda la capacità di rispondere velocemente al mercato.
• Innovazione di prodotto e di servizio. I tempi di sviluppo dei nuovi prodotti saranno sempre più brevi grazie all’introduzione di tecnologie digital twin e simulazione.

• Nuovi modelli di business. Le nuove tecnologie introducono nuovi modelli di business, le aziende possono così diversificare il loro business già esistente.
• Miglioramento delle condizioni lavorative dei dipendenti in relazione a sicurezza, ergonomia e sforzo fisico.

Eppure, da diverse ricerche effettuate è emerso come la maggior parte delle aziende manifatturiere non si sente né pronta né preparata a cavalcare l’onda montante delle tecnologie 4.0 per fare smart manufacturing.

Il problema è che queste tecnologie hanno una velocità di cambiamento grandissima e la curva di apprendimento di noi umani è mediamente molto al di sotto della velocità che servirebbe per seguire l’evoluzione. Adottare efficacemente strumenti e tecnologie dell’industria 4.0 richiede di cambiare l’operatività in modo sostanziale, ragionare con mentalità più veloce, più globale, più apera al cambiamento e soprattutto smettere di ragionare in modo lineare e addizionale come si è – tradizionalmente- sempre fatto.

Significa che è necessario dotarsi di nuove competenze e raggiungere un livello più alto di coinvolgimento e di partecipazione dei lavoratori nei processi produttivi.

E tutto ciò richiede un’azione di snellimento dei processi, la riduzione degli sprechi e delle attività a non valore aggiunto.

Per questo motivo integrare un processo di innovazione industria 4.0 con un processo di riorganizzazione in ottica di lean production è così fondamentale.

Che cosa si intende per Industria 4.0?

“Così come l’energia è la base della vita stessa, e le idee la fonte dell’innovazione, così l’innovazione è la scintilla vitale di tutti i cambiamenti, i miglioramenti ed il progresso umano” (Theodore Levitt)

Negli sviluppi e nelle tendenze future degli ambienti di lavoro, “Industry 4.0” e “Quarta Rivoluzione Industriale” sono alcuni dei termini più diffusi.

Con l’avvento della rivoluzione industriale nel 18° secolo, ha avuto luogo un nuovo modo di produrre. Dall’inizio di questa trasformazione, la tecnologia umana ha permesso a diverse trasformazioni dirompenti nella produzione industriale.

La prima rivoluzione industriale, che ebbe luogo tra la fine del 18° e l’inizio del 19° secolo, ha segnato il passaggio dall’artigianato alla produzione industriale grazie alla scoperta della macchina a vapore, e ciò comportò la possibilità di sfruttamento della potenza di acqua e vapore per meccanizzare la produzione.

Durante la seconda rivoluzione industriale, tra la fine del 19° e il 20° secolo, al vapore subentrarono nuove forme di energia come l’elettricità e il petrolio (fu introdotto il motore a  scoppio) e ciò permise di iniziare a parlare di produzione di massa e di catena di montaggio.

Seguì, poi, la terza rivoluzione industriale, negli anni 70 del novecento, con l’introduzione dell’informatica e di internet che consentirono nuovi livelli di automazione della produzione.

Oggi stiamo entrando nella quarta rivoluzione industriale, che ha come principale caratteristica l’uso di sistemi cyber-fisici (Cyber-Physical Systems o CPS), ovvero l’integrazione ottimale dei sistemi di produzione con le capacità dell’uomo tramite reti di informazioni (intelligenza artificiale, bioingegneria, cloud computing, ecc), ma anche utilizzo nanotecnologie e nuovi materiali efficienti e intelligenti.

Il prefisso “cyber” fa riferimento all’immagine virtuale, mentre il termine “fisico” si riferisce all’oggetto nel mondo della produzione reale, così come lo percepiamo con i nostri cinque sensi.

Nelle industry 4.0 gli impianti di produzione intelligenti sono sempre più capaci di suggerire modifiche alle attività produttive e aggiustare i parametri operativi, senza dover aspettare passivamente l’intervento di un operatore, anticipare anomalie e minimizzare la manutenzione e le riparazioni, grazie all’elaborazione istantanea di dati digitali.

La smart factories (azienda in attività mediante l’uso di sistemi automatizzati e intelligenti) rappresentano la chiave per il futuro, grazie alla flessibilità della produzione ed all’aumento della qualità del prodotto.

L’obiettivo principale è la soddisfazione del cliente.

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Tecnologie abilitanti industria 4.0 in dettaglio

Secondo la definizione della Commissione Europea le tecnologie abilitanti (dall’inglese Key Enabling Technologies), sono tecnologie “ad alta intensità di conoscenza e associate a levata attività di Ricerca & Sviluppo, a cicli di innovazione rapidi, a consistenti spese d’investimento e a posti di lavoro altamente qualificati”.

La lista delle industria 4.0 tecnologie attribuite all’Industria 4.0 è lunga e articolata, di seguito illustriamo le nove individuate dal Governo Italiano nel Piano Industry 4.0.

• Advanced manufacturing solution

Comprende il gruppo di tecnologie additive composto da diversi modelli di macchine o sistemi che si possono connettere tra loro e permettere il controllo da remoto.

La componente principale è la “Robotica Collaborativa” ovvero la condivisione di uno spazio di lavoro tra uomo e robot in modo efficiente e sicuro grazie all’intelligenza artificiale delle macchine che sono in grado di percepire lo spazio circostante.

L’uso dei robot nel processo di produzione non è nuovo, tuttavia, anche quest’ultimi sono soggetto a miglioramenti ed evoluzione. I nuovi robot saranno più autosufficienti, autonomi, interativi ed costruiti in modo come unità di lavoro integrata che funziona al fianco della forza lavoro umana.

Andranno a sostituire i lavori semplici e ripetitivi (facilmente standardizzabili e adattabili alle capacità delle macchine) e in parte complementare l’occupazione della forza lavoro poiché nasceranno nuove attività basate sulle soft skill, ovvero quelle abilità che garantiscono la capacità di problem solving.

• Additive manufacturing

I termini stampanti 3D e additive manufacturing sono spesso usati in modo intercambiabile in quanto entrambi si riferiscono alla creazione di oggetti fisici tridimensionali a partire da un modello digitale che rappresenta il loro design.

Nella manifattura tradizionale la realizzazione di un prodotto avveniva tramite l’asportazione di materiale da un componente grezzo. Con la manifattura additiva, invece, un componente viene realizzato mediante il deposito stratificato di materiale.

Ne deriva la possibilità di creare prodotti personalizzati e con caratteristiche geometriche complesse, non realizzabili con le tecniche tradizionali, utilizzando una minor quantità di materia prima, ma ancor più una riduzione dei tempi di prototipazione e dei costi relativi alle varianti.

L’innovazione della stampa 3D non è recente, ma oggi il campo di utilizzo di questa tecnologia è più ampio poiché si possono realizzare oggetti di maggiori dimensioni in una gamma ampia di materiali (metallo, ceramica, cera, polimeri ecc) ed il costo delle macchine ha subito una riduzione.

• Augmented reality

L’evoluzione della realtà virtuale, basata su un ambiente informativo totalmente fittizio, è rappresentata dalla realtà aumentata che, al contrario, integra la realtà con informazioni di qualsiasi forma (testuale, grafica, sonora ecc) in tempo reale.

La realtà aumentata è da considerarsi quindi un’integrazione dell’ambiente fisico con l’obiettivo di semplificare l’attività dell’utente e potenziare le interazioni con il mondo reale.

La possibilità di sostituire la documentazione cartacea (es. istruzioni di lavoro, disegni tecnici ecc) con comandi vocali direttamente nel campo visivo dell’operatore, la visualizzazione delle operazioni da svolgere in una particola fase di lavoro in tempo reale sono alcuni esempi di attività che si potranno eseguire aumentando la qualità del prodotto e rendendo il lavoro più flessibile.

• Simulation

Le simulazioni vengono utilizzate nei processi di produzione per analizzare i dati reali in tempo reale in un modello virtuale controllato, considerando impianti, prodotti e personale operativo. L’obiettivo è quello di testare e ottimizzare i processi prima ancora della loro realizzazione fisica, riducendo i tempi di installazione ed aumentando la qualità del prodotto.

In tal modo sarà possibile attuare correzioni nel processo produttivo di un determinato prodotto senza affrontare gli ingenti costi derivanti dal learning-by-doing, ridurre il tempo di setup della macchine ed incrementare la qualità dei processi  industriali nonché dei prodotti realizzati.

• Horizontal/Vertical integration

L’adozione di tecnologie interconnesse, sia in modo verticale che orizzontale, permette di analizzare i big data e creare sistemi aperti per la loro condivisione in tempo reale. Questo consentirà la digitalizzazione e l’integrazione lungo tutta la catena del valore, al fine di creare un flusso automatizzato efficiente ed efficace. In generale si ottiene un risparmio di tempi e costi lungo tutto il processo produttivo ed un aumento di valore del prodotto per il cliente.

L’obiettivo dell’industria 4.0 è la convergenza e convivenza tra il sistema Operation Technology (OT) e Information Technology (IT).

In particolare l’integrazione verticale permette all’azienda di rapportarsi con tutti i membri della catena del valore, dai fornitori ai clienti finali, determinando degli standard e degli obiettivi di lavoro condivisi. L’integrazione orizzontale, invece, supporta la gestione delle informazioni tra aree aziendali che contribuiscono alla definizione del ciclo di vita di un prodotto.

• Industrial internet

Il concetto di Internet of Things (IoT) esprime l’applicazione di componenti e dispositivi tecnologici inseriti all’interno di oggetti fisici (che possono essere i macchinari) rendendoli “intelligenti” ed in grado di comunicare ed interagire tra loro e con il mondo circostante, attraverso internet e grazie ad un linguaggio standardizzato.

Non si parla solo di una interfaccia macchina-macchina, ma bensì di un sistema uomo-macchina. Con l’IoT ci si può focalizzare su un insieme di tecnologie che consentono di collegare ad internet qualsiasi tipo di dispositivo.

Flessibilità, personalizzazione del prodotto, dialogo in tempo reale tra cliente, progettazione, fornitore e produzione sono gli effetti dello sviluppo dell’IoT.

• Cloud

Il Cloud consiste in una infrastruttura IT comune, flessibile e di progettazione aperta per condividere dati, informazioni e applicazioni attraverso internet oltre i confini aziendali, in modo da seguire la trasformazione dei modelli di business con la capacità necessaria.

In un contesto di notevole flessibilità dei processi produttivi ed organizzativi e vista la crescente domanda di personalizzazione del prodotto da parte del consumatore nell’industry 4.0″, il cloud rappresenta il mezzo più idoneo per realizzare la collaborazione tra imprese e, una volta raggiunto l’obiettivo prefissato, consentire lo smantellamento di tali organizzazioni virtuali temporanee, in funzione di nuove opportunità di business.

• Cybersecurity

In un mondo totalmente connesso sulla rete e l’uso di protocolli sempre più standardizzati, richiesti anche dall’industria 4.0 stessa, accresce il tema dei sistemi di Cybersecurity per garantire all’azienda la sicurezza delle informazioni rilevanti per il business. Il motivo è semplice: qualsiasi dispositivo connesso a internet è violabile.

La necessità di proteggere i sistemi industriali dalle minacce informatiche, alle comunicazioni sicure e affidabili, alla gestione dell’identità e degli accessi di macchine e utenti sono essenziali.

ll termine cybersecurity indica l’insieme delle tecnologie (processi, prodotti e standard) volte alla protezione dei sistemi informatici da attacchi che possono portare alla perdita o alla compromissione di dati ed informazioni.

• Big Data and Analytics

Con il termine Big Data and Analytics si intende la raccolta e l’analisi di dati provenienti da fonti diverse che transitano attraverso internet e che descrivono, per esempio, i trend del mercato, le abitudini dei consumatori, la reputazione dei marchi, la domanda di beni ed altro ancora.

A partire dagli anni ’90 ad oggi l’analisi dei dati si è evoluta da supporto alla decisione a sostegno all’esecuzione delle decisioni a livello di top management.

Attraverso opportuni strumenti per la gestione dei big data, le imprese possono effettivamente estrarre valore economico dalle operazioni di acquisizione ed elaborazione di grandi volumi e varietà di dati, essendo in grado di identificare possibili scenari futuri e quali azioni intraprendere per ottimizzare i risultati.

Le prospettive di crescita sono enormi. Bisogna che le aziende generino le opportune competenze per personalizzare il percorso, adattandolo alla propria realtà senza perdere preziose opportunità.

Concetto chiave, davanti a tanta nuova tecnologia disponibile, non innamorarsi della novità e inseguirla a tutti i costi per diventare tecnologici, perché l’obiettivo rimane quello di diventare più competitivi.