Industria 4.0 e Smart Factory

Industry 4.0

L’ Industria 4.0 implica l’utilizzo di una serie di tecnologie, per lo più digitali, che offrono soluzioni alle sfide future delle aziende manifatturiere quali, per esempio, raggiungere una maggiore produttività ed efficienza, un processo decisionale più agile e migliore, una personalizzazione di massa dei nuovi prodotti, una maggiore trasparenza e costi di produzione inferiori.

Il concetto dell’Industria 4.0 apparve per la prima volta in un articolo pubblicato nel Novembre 2011 dal governo tedesco come risultato di un’iniziativa relativa alla strategia high-tech per il 2020.

La quarta rivoluzione industriale è ancora nella sua fase iniziale. Ma con il rapido ritmo del cambiamento delle imprese e della società, il momento per applicarla è ora”. Gary Coleman, Global Industry and Senior Client Advisor, Deloitte Consulting

Principali Benefici

Aumento della produttività

L’aumento della prodittività è la causa pricipale di ogni rivoluzione industriale.

Durante la prima rivoluzione industriale, la produzione industriale aumentò dal 22% tra il 1830 e il 1860 al 42% tra il 1860 e il 1880, principalmente a causa del basso costo dell’acciaio.

Durante la seconda rivoluzione industriale, tra il 1880 e il 1900, a causa della produzione di massa, la produzione industriale mondiale aumentò al 67%.

Il trend divenne ancora più evidente durante la terza rivoluzione industriale, anche chiamata rivoluzione dei computer, con la nascita dell’automazione.

Allo stesso modo la quarta rivoluzione industriale, principalmente a causa delle nuove tecnologie digitali, promette di migliorare la produttività dell’industria tedesca in German Industry dal 15% al 35% nei prossimi anni a venire.

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Massimo aumento della Produttività attesa in Germania a causa dell’Industria 4.0 (fonte: Ruessmann M. et al, BCG 2015)

Personalizzazione di massa

Se si guarda all’evoluzione dell’approccio produttivo, è possibile identificare quattro diverse fasi:

  • personalizzazione a bassi volumi: comprende l’utilizzo dei primi processi di produzione rudimentali  per creare prodotti da materie prime quali legname, cera e metalli;
  • standardizzazione a bassi volumi: la ragione principale fu la necessità di avere parti intercambiabili a causa della prima rivoluzione industriale;
  • standardizzazione ad alti volumi: Henry Ford fu il catalizzatore. Con l’introduzione dell’elettricità e dei nastri trasportatori, la produzione di massa divenne realtà; 
  • personalizzazione di massa: Il Toyota Production System rese possibile la personalizzazione di massa.

L’ Industria 4.0 promette di alzare l’asticella della personalizzazione di massa. Tecnologie come la manifattura additiva, per esempio, è la tecnologia più promettente in questa direzione.

Migliore qualità a costi inferiori

Qualità e costi sono due indicatori chiave per aumentare la propria competitività nel mercato di riferimento.

In parole semplici, la Qualità viene raggiunta riducendo la variabilità del processo, che significa migliorare la capacità produttiva. Negli anni passati sono stati sviluppati diversi strumenti e metodologie. L’ Industria 4.0 integra tali metodologie, lavorando di conseguenza in perfetta sinergia.

E i costi? Le aziende manifatturiere hanno trovato benefici dal processo di Globalizzazione spostando i propri stabilimenti produttivi in paesi a basso costo, tagliando conseguenza il costo del lavoro. C’è però un modo più conveniente per ottenere lo stesso risultato. Il costo delle nuove tecnologie si sta riducendo di anno in anno, rendendo di conseguenza l’utilizzo di robot autonomi o stampanti 3D più accessibili e più competitivi rispetto all’offshoring.

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Massima riduzione dei costi produttivi attesa in Germania dovuta all’Industria 4.0 (Schroeder C, THE FRIEDRICH-EBERT-STIFTUNG, 2016)

Accialini Training & Consulting fornisce formazione e consulenza per supportare la transizione verso la Fabbrica Intelligente:

“una fabbrica ottimizzata che facilita il lancio di nuovi prodottiin funzione delle dinamiche di mercato, è sufficientemente scalabile per soddisfare la variazione di domanda dei prodotti esistenti, è capace di produrre prodotti finiti a costi inferiori, ha macchine intelligenti, sensori e robots che sono integrati con l’architettura del sistema informatico per garantire un alto livello di automazione nei processi di transizione e ha un sistema di analisi in tempo reale che aiuta a minimizzare i tempi morti e a migliorare l’efficienza”. Padhi N, Setting up a Smart Factory (Industry 4.0)- A Practical Approach, Nov, 2018.

Le tecnologie abilitanti

I robot interagiranno l’un l’altro e lavoreranno in maniera sicura fianco a fianco con gli operatori imparando dagli stessi. Tali robots costeranno meno e avranno un’ampia gamma di capacità rispetto a quelli utilizzati nei siti produttivi oggi.

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Diminuzione del costo dei robot industriali (1995-2015) (fonte: Dyer J, 2018)

I sistemi basati sulla realtà aumentata supportano una varietà di servizi, quali  la scelta delle parti in un magazzino e l’invio di istruzioni di riparazione attraverso dispositivi mobili. Tali sistemi sono al momento ancora allo stato iniziale, ma nel futuro le aziende faranno un uso molto più ampio della realtà aumentata per fornire agli operatori informazioni in tempo reale e migliorare il processo decisionale e le istruzioni di lavoro.

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Occhiali AR venduti entro il 2022*

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Utilizzatori AR entro il 2020*

*Fonte: NewGenApps,  Augmented IDC Research, Goldman Sachs

Le aziende hanno appena iniziato ad adottare la manifattura additiva, pricipalmente per prototipazione e produrre prodotti singoli. Con l’Industria 4.0 metodi additivi saranno ampiamente utilizzati per produrre piccoli lotti di prodotti personalizzati e che offrono vantaggi costruttivi, come progettazione di componenti a geometria complessa e ad elevata rigidezza e leggerezza.

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Time saving in Fixturing (source: Stratasys)

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Cost saving in Fixturing (source: Stratasys)

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3D Printing Market by 2021 (source: Barnatt, 2014)

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Market value 2013 - 2021 (source: Barnatt, 2014)

La simulazione verrà utilizzata in maniera ancor più estesa nelle operazioni di fabbrica per far leva sui dati disponibili in tempo reale e specchiare il mondo fisico in un mondo virtuale, che include macchinari,  prodotti e persone. Questo permetterà agli operatori macchina di testare e ottimizzare il settaggio macchina per il successivo prodotto in linea nel mondo virtuale prima che nel mondo reale, riducendo pertanto i tempi di settaggio macchina e aumentando la qualità.

“Con i modelli di simulazione, è possibile visualizzare in modo esplicito come un’operazione esistente può essere eseguita con vari input e come un’operazione nuova o proposta potrebbe comportarsi con input uguali o diversi, analizzare il flusso di materiale e ottimizzare il lay-out dell’impianto. Oggi la simulazione può essere utilizzata per il supporto decisioni critiche con la gestione della supply chain, il flusso di lavoro e l’analisi della capacità produttiva, la progettazione del lay-out, l’utilizzo e l’allocazione delle risorse, la gestione delle risorse e i cambi di processo” (Kokareva V.V. et al, 2015)

L’Internet of Things (IoT) o Internet delle Cose è la rete di dispositivi fisici, veicoli, elettrodomestici e altri apparati integrati con elettronica, software, sensori, attuatori e un sistema di connessione che rende possibile la comunicazione tra di essi, quindi la racoclta e lo scambio di dati.

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Impatto delle opportunità dell’ IoT entro il 2025 (The Economist, 2016)

Con l’ Industria 4.0, aziende, dipartmenti, funzioni e nuove capacità produttive diventeranno molto più interdipendenti, in quanto  reti integrate di dati consentono catene di valore realmente automatizzate.

Sempre più imprese produttive richiederanno una maggiore condivisione dei dati tra siti aziendali. Di conseguenza, i dati, le informazioni e le funzionalità della macchina verranno via via sempre più trasferiti nel cloud, consentendo l’utilizzo di ulteriori servizi basati sul cloud.

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costo in 3 anni nel passaggio da Microsoft Office a Google App da parte di Telegraph Media Group (fonte: Barnatt, 2010)

Una grande quantità di dati può essere raccolta attraverso la digitalizzazione dei prodotti e dei servizi. Questa quantità di dati può essere analizzata per predire i trend di mercato, migliorare il processo produttivo, analizzare la performance della supply chain. Intelligenza artificiale (AI): è la scienza di rendere le macchine capaci di fare cose che richiederebbe l’intelligenza delle persone per farle. Uno degli obiettivi principali dei sistemi AI è quella di riprodurre il processo decisionale umano ma in maniera più veloce.

Dall’ alba della civiltà al 2003, sono stati creati solamente 5 exabytes; ora stiamo creando questa stessa quantità ogni 2 giorni. Entro il 2020, la cifra prevista è di 53 zettabytes (53 trilioni di gigabytes) — un incremento di 50 volte.” — Hal Varian, Chief Economist di Google.

Con l’incremento della connettività e l’utilizzo di protocolli di comunicazione standard che verranno creati con l’Industria 4.0, la necessità di proteggere infrastrutture industriali critiche e linee di produzione da minacce alla sicurezza informatica aumenterà in maniera considerevole. Di conseguenza, lutilizzo di canali di comunicazione sicuri e affidabili così come  sistemi sofisticati di gestione dell’identità e di accesso ai macchinari saranno essenziali.

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stima dei guadagni degli attacchi informatici nel 2016 (fonte: World Economic Forum)

Come possiamo aiutarti?

Il programma formativo è stato sviluppato per coprire i seguenti argomenti chiave: 

Per comprendere le ragioni che hanno portato al concetto di Industria 4.0 è fondamentale comprendere le rivoluzioni precedenti. La prima rivoluzione industriale (1760 – 1850) inizia in Gran Bretagna, e molte delle innovazioni tecnologiche di questo periodo sono inglesi. La seconda rivoluzione industriale (1870 – 1914) è un periodo di rapido sviluppo industriale, principalmente in Inghilterra, Germania e Stati Uniti, ma anche in Francia, Italia e Giappone. La terza rivoluzione industriale inizia negli anni 60. Viene comunemente chiamata rivoluzione dei computer o rivoluzione digitale in quanto viene generata dallo sviluppo dei semiconduttori, mainframe computing (anni 60), personal computing (anni 1970 e 80) e di internet (anni 1990).

E la quarta rivoluzione industriale?

In questo modulo viene fornito un riassunto di ogni rivoluzione industriale, prendendo in considerazione quattro aspetti principali:

  • Il contesto storico;
  • Scienza & Tecnologia;
  • Approccio produttivo;
  • Impatto socio-economico.

Diversamente dalle precedenti rivoluzioni industriali, la quarta rivoluzione industriale non è caratterizzata da invenzioni o tecnologie, ma piuttosto da un set di tecnologie digitali già conosciute, che si stanno diffondendo in ogni settore della nostra società.

Questo modulo mira a descrivere nel dettaglioalcune delle tcnologie chiave dell’Industria 4.0. A causa dell’esteso contenuto dell’argomento, si è deciso di separare la spiegazione di queste tecnologie in tre parti.

Più nello specifico, laprima parte si focalizza sulle seguenti tecnologie:

  • Manifattura avanzata, che comprende  Robots Autonomi (AGV e cobots), Interfacce uomo-macchina (HMI) e Intelligenza Artificiale;
  • Realtà aumentata;
  • Realtà virtuale.

Il professionista imparerà nel dettaglio l’essenza di ogni tecnologia e come applicarla nel mondo industriale reale: per ogni tecnologia vengono riportati una serie di esempi.

La seconda parte si focalizza sulle seguenti tecnologie:

  • Manifattura Additiva: dopo qualche breve cenno storico, vengono presentate le varie tecnologie additive;
  • Simulazione: la discussione verterrà principalmente alla simulazione ai processi produttivi, in particolare alla simulazione agli elementi discreti;
  • Integrazione orizzontale e verticale dei sistemi IT: la sezione si focalizza sia sui benefici che sul portafoglio dei sistemi IT comunemente utilizzati da aziende medio grandi. 

Il professionista imparerà nel dettaglio l’essenza di ogni tecnologia e come applicarla nel mondo industriale reale: per ogni tecnologia vengono riportati una serie di esempi.

La terza parte si focalizza sulle seguenti tecnologie:

  • Internet of Things, ovvero la rete di dispositivi che contengono elettronica, software, attuatori e dispositivi di connessione che permettono l’interazione e lo scambio dati tra gli stessi;
  • Cloud Computing è l’ambiente dove applicativi software, archiviazione di dati, potenza di calcolo e la stessa Intelligenza Artificiale hanno accesso attraverso la rete Internet da ogni dispositivo digitale;
  • Sicurezza informatica, ovvero la protezione dei dispositivi  digitali e dei loro canali di comunicazione per mantenerli stabili, affidabili e ragionevolmente sicuri da pericoli o minacce;
  • Big Data Analytics, che si riferisce ai metodi di analisi predittiva usati per estrarre valore da un’enorme quantità di dati.

Il professionista imparerà nel dettaglio l’essenza di ogni tecnologia e come applicarla nel mondo industriale reale: per ogni tecnologia vengono riportati una serie di esempi.

La Fabbrica Intelligente è una fabbrica ottimizzata e altamente flessibile. L’obiettivo è quello di facilitare il lancio dei nuovi prodotti in funzione delle dinamiche di mercato, è sufficientemente scalabile per soddisfare la variazione di richiesta dei prodotti esistenti, è capace di produrre prodotti finiti a costi inferiori, ha macchine intelligenti, sensori e robots che sono integrati con l’architettura dei sistemi IT per garantire un alto livello di automazione nei processi di transizione e ha una capacità analitica in tempo reale che aiuta a minimizzare i tempi morti e a migliorare l’efficienza.

Nonostante la grande varietà di tecnologie utilizzate nella Fabbrica Intelligente, la sua spina dorsale è generata dalle competenze umane. In tal senso, non è un azzardo affermare che la Fabbrica Intelligente e fatta da e per i lavoratori.

Questo modulo mira a presentare al professionista i benefici e i rischi associati alla fabbrica intelligente.

Questo modulo mira a presentare al professionista un approccio pratico all’implementazione della Fabbrica Intelligente. Il modulo si suddivide principalmente in 3 parti:

  • La prima parte si focalizza all’ implementazione del mondo reale, incluse le infrastrutture necessarie, sistemi produttivi riconfigurabili e il layout di fabbrica;
  • La seconda parte si focalizza sull’ implementazione del mondo virtuale, incluse le infrastrutture IT e strumenti chiave quali per esempio la simulazione multi-fisica;
  • La terza parte si focalizza sull’ implementazione del cosiddetto “Gemello Digitale” o Digital Twin, ovvero una copia digitale della fabbrica reale basata su sistemi cyber-fisici.

L’onda dirompente della quarta rivoluzione industriale influenzerà le nostre vite in una misura impossibile da prevedere. Ciononostante, è importante riconoscere l’impatto potenziale che questa rivoluzione porterà in modo da poter affrontare i futuri cambiamenti e sfide globali al meglio.

Questo modulo mira a fornire al professionista un’ampia conoscenza degli impatti della quarta rivoluzione industriale sulle nostre vite. Infatti, l’Industria 4.0 non impatterà solo a livello industriale e produttivo, bensì anche in ogni aspetto della nostra società:

  • Crescita economica e produttività: l’impatto sarà positivo o negativo?
  • Business: come cambieranno i modi di fare business?
  • Industria: come le nuove tecnologie modificheranno le fabbriche?
  • Infrastrutture: come cambieranno le nostre città?
  • Sicurezza globale: saremo più o meno sicuri?
  • Società: progrediremo o no?

Nei moduli precedenti sono state discusse le principali ragioni e le tecnologie chiave che hanno portato alla quarta rivoluzione industriale. Inoltre sono state presentati i principali benefici derivanti dall’utilizzo di tali tecnologie. Il professionista ha anche la possibilità di apprendere cos’è una Fabbrica Intelligente e i principali impatti di tale rivoluzione.

In questo modulo il professionista apprenderà quali sono i principali requisiti e le principali competenze richieste per far fronte alla trasformazione digitale con gli strumenti adatti.

Per supportare i benefici derivanti dalle tecnologie 4.0, alle aziende è richiesto di istituire 6 pilastri digitali. In questo modulo, tali pilastri vengono descritti nel dettaglio:

  • Sviluppo di una cultura ad elevata performance;
  • Costruire competenze digitali;
  • Facilitare la collaborazione;
  • Gestire i dati come un bene prezioso;
  • Sviluppare un’architettura e un’infrastruttura IT agile;
  • Garantire la sicurezza informatica.

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Classe virtuale

Faccia a faccia

Lo scopo principale del Walk Through è quello di identificare le opportunità nascoste e di definire una Roadmap Industria 4.0 Strategica, nella quale vengono presentate nel dettaglio le diverse soluzioni per migliorare capacità, capability, performance e ridurre i costi.

Il nostro approccio è strutturato nel modo seguente:

Il primo passo consiste nel fornire una panoramica generale del significato di Industria 4.0, e include una breve descrizione delle 9 tecnologie chiave, i principali benefici, gli impatti e le sfide principali da affrontare.      

Il walk through implica la visita della tua fabbrica. In funzione delle dimensioni, può impiegare da mezza giornata fino a 3 o più giorni.   

Durante il walk through vengono identificate opportunità 4.0. Per esperienza ogni stabilimento nasconde diverse opportunità dove tecnologie 4.0 possono essere sfruttate senza bisogno di ingenti investimenti.       

Viene preparato un report finale, la tua Industry 4.0 Roadmap, che include le nuove potenziali tecnologie  da implementare, una stima preliminare dei costi, benefici e ulteriori raccomandazioni.     

Con l’aumentare della concorrenza industriale, diventa sempre più evidente che livelli migliori di produzione, efficienza e qualità possono essere raggiunti solo progettando sistemi di produzione migliori anziché semplicemente esercitando un maggiore controllo su quelli esistenti. La progettazione di un sistema di produzione comprende un insieme collegato di attività di ampia portata e comporta problemi comuni a una varietà di situazioni, indipendentemente dalla tecnologia e dal processo utilizzati.

Sia che tu abbia bisogno di implementare una nuova cella di produzione o di migliorare un sistema esistente, ti offriamo il giusto supporto. L’implementazione di una cella di produzione implica diversi passaggi:

Il primo passo consiste nella definizione dei requisiti del sistema di produzione come ad esempio:

  • Disponibilità di spazio;
  • Varianti del prodotto;
  • Volumi produttivi attesi;
  • Disponibilità economica;
  • OEE.

In questo senso, utilizzare un metodo adeguato e gli strumenti giusti diventa essenziale per raggiungere il risultato atteso.

La pianificazione del progetto una volta che i requisiti e i margini base del progetto sono stati definiti e compresi.  

Il terzo passo implica un’analisi preliminare della sequenza di fabbricazione e / o assemblaggio. Questa fase è critica, poiché influisce su tutti i passaggi a valle.

Il quarto passaggio è probabilmente il più dispendioso in termini di tempo e implica una definizione dettagliata del processo complessivo di produzione e / o assemblaggio, incluso:

  • tempo di installazione e processo;
  • tipo e numero di macchine, attrezzature, strumenti;
  • tipo e numero di lavoratori;
  • tempo di spostamento stimato tra le diverse stazioni;
  • soluzione di conservazione;
  • soluzioni di sollevamento.

 

La Simulazione ad Eventi Discreti è uno strumento molto potente che viene utilizzato per dimensionare e stimare gli indicatori chiave. Un DES modella il funzionamento di un sistema come una sequenza discreta di eventi nel tempo. Ogni evento si verifica in un determinato istante nel tempo e segna un cambiamento di stato nel sistema. Tra eventi consecutivi, non si presume che si verifichino cambiamenti nel sistema; quindi, il tempo di simulazione può passare direttamente al tempo di occorrenza del prossimo evento, che si chiama progressione del tempo del prossimo evento. Gli indicatori tipici sono:

  • rendimento massimo
  • costo di produzione
  • tempi di consegna
  • utilizzo della macchina e dei lavoratori
  • produttività

Per ridurre lo spreco di tempo associato alle inefficienze all’interno della linea, si raccomanda che tutte le stazioni durino praticamente lo stesso lasso di tempo. Questo passaggio può essere eseguito utilizzando un Simulazione ad Eventi Discreti o, in modo più semplice (ma meno accurato) con un file Excel.

 

“Il lay-out prevede sia l’allocazione dello spazio sia la disposizione delle apparecchiature in modo tale da ridurre al minimo i costi operativi complessivi” James Lundy

 

La simulazione di processo è un approccio utile all’analisi di fattori importanti quali:

  • ergonomia
  • utilizzo dello spazio
  • collisioni
  • dimensione degli attrezzi

 

Il Virtual Build Event consiste in un Worksho di 1 o 2 giorni nel quale il team e gli stakeholders valutano il concetto finale utilizzando la Realtà Virtuale.

 

Sei alla ricerca di nuove tecnologie per migliorare i tuoi KPI? Abbiamo una rete di oltre 100 aziende che offrono soluzioni 4.0. Siamo in grado di supportarti nella selezione della tecnologia più adatta alle tue esigenze.

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Nicola è un manufacturing engineer con molta esperienza, specialmente per quanto riguarda gli ingranaggi. Ha adottato idee derivanti dal mondo dell’Industria 4.0, Big Data e Automazione trasformandole in soluzioni pragmatiche.

Tim Sowa
Capability Acquisition Leader, Aerospace Transmission Technologies

Profonda conoscenza nel campo el manufacturing per la produzione di ingranaggi e ottime competenze organizzative nei processi di miglioramento continuo.

Ezio Dadone
Gears & Special processes Business Leader, Avio Aero - a GE Aviation Business