Smart Factory: i sistemi intelligenti per l'automazione industriale

L'applicazione delle tecnologie 4.0 presenta innumerevoli sfaccettature che ruotano principalmente intorno alla necessità di integrare le nuove tecnologie digitali (sistemi cyber-fisici, cloud computing, sensori e dispositivi connessi) all'interno dei processi industriali. Il tutto è legato all'automatizzazione e all'ottimizzazione dei processi attraverso la loro digitalizzazione (linguaggi machine to machine - M2M - e Industrial Internet of Things - IIoT).

Quali sono i fattori vincenti del passaggio dalla fabbrica tradizionale alla fabbrica 4.0? Quali le applicazioni che abilitano la produzione intelligente?

Fabbrica 4.0: il concetto di Smart Factory

La smart factory rappresenta per molti la svolta verso la quarta rivoluzione industriale. Si tratta di un'impresa ad elevatissimo know-how, contraddistinta dalla crescente automazione, integrazione di sistemi cyber-fisici nei sistemi industriali, dalla comunicazione machine to machine (M2), dalla digitalizzazione e informatizzazione dell'intero processo industriale, volta all'ottimizzazione dei processi. Per una panoramica completa sulla tematica si invita alla lettura di "Meccatronica, oleodinamica e automazione industriale: scopri il futuro"

L'ottimizzazione dei processi industriali è mossa dalla necessità delle imprese di ridurre gli sprechi (energetici, di manutenzione, fermo macchina etc.), e la Smart Factory è in tal senso un'impresa efficiente. 

La conferma che la Smart Factory sarà un driver vincente per affrontare il cambiamento arriva dallo studio del Capgemini Research Institute: le fabbriche intelligenti potrebbero aggiungere almeno 1.500 miliardi di dollari all’economia globale grazie a maggiore produttività, incremento di qualità e quota di mercato.

Dalla fabbrica tradizionale alla fabbrica 4.0: i passaggi fondamentali

Il passaggio dalla ‘fabbrica tradizionale’ alla fabbrica 4.0 rappresenta uno scoglio difficile da affrontare più dal punto di vista della mentalità che nell'operatività.

Le principali caratteristiche delle fabbriche tradizionali sono:

• risorse limitate e predeterminate, la logica è quella della linea di produzione fissa in cui non è possibile compiere variazioni del processo, a meno che non vi sia una riconfigurazione manuale del sistema da parte di un operatore;
• rete di controllo dell’impresa non connessa, i bus di campo possono essere utilizzati per collegare il controller con le sue stazioni slave; ma non sempre avviene la comunicazione tra le macchine o tra le macchine e il sistema impresa;
• controllo indipendente, ogni macchina è programmata per eseguire le funzioni assegnate e qualsiasi malfunzionamento del singolo dispositivo interrompe  la linea completa;
• isolamento delle informazioni, le informazioni di processo qualora registrate da una macchina non possono essere condivise con le altre macchine e i sistemi di monitoraggio aziendali per una mancanza di comunicazione tra le macchine.

Le Smart Factory adottano un approccio innovativo alla produzione in quanto permettono una forte personalizzazione dei prodotti sulla base delle esigenze dei clienti, la tracciabilità lungo tutta la filiera, una maggiore efficienza energetica ed economica, data dalla capacità delle macchine di auto-regolarsi, e un'accelerazione dei tempi decisionali grazie alla disponibilità di informazioni e alla capacità delle macchine di prendere decisioni autonome e predittive. Quali sono dunque le principali caratteristiche e condizioni che garantiscono il successo delle Smart Factory? 

• Gestione del ciclo di vita. Attraverso la gestione online di macchinari, processi e dati vengono ottimizzati sia i tempi e i costi di sviluppo di nuove linee di produzione smart, che i tempi di aggiornamento delle piattaforme esistenti. Questo garantisce la possibilità di poter gestire al meglio il ciclo di vita del macchinario, adeguandosi velocemente alle richieste del mercato.
• Comunicazione in real time. Tutti i macchinari e i sistemi impiegati nei processi produttivi - e non solo - forniscono una rappresentazione virtuale in tempo reale: gli elementi virtuali sono in stretto contatto con gli elementi fisici, permettendo la restituzione all'operatore di informazioni contestuali per agevolare il miglioramento dei processi produttivi. 
• Trasparenza delle informazioni. I sistemi cyber-fisici sono in grado di creare connessioni e collegamenti tra il mondo reale e digitale attraverso la lettura dei dati raccolti ed elaborati dai sensori, al fine di contestualizzare l'informazione restituita in real time all'utente, mediante dispositivi mobili e interfacce intuitive.

Tre strade per avviare la produzione intelligente

Applicare il paradigma di Industria 4.0 vuol dire che tutti i passaggi e i processi come la pianificazione della produzione, lo sviluppo della logistica e il controllo della produttività sono completamente connessi e integrati.

In questi termini, l’obiettivo per le aziende è quello di sfruttare la potenza e l’efficienza delle tecnologie più avanzate, in modo da connettere tra loro i macchinari già presenti all’interno delle imprese, migrando dunque l’organizzazione dal tipo tradizionale a quello smart.

In tal senso, gli elementi che abilitano la produzione intelligente sono:

• sistemi cloud: l’adozione delle architetture di cloud computing è sostenuta dal fatto che agevolano l'acquisizione e invio dei dati, la connessione e l'accesso remoto. TTConnect Wave e  TTConnect Cloud Service sono le applicazioni di HYDAC che permettono di connettere con semplicità e sicurezza i veicoli al cloud. La soluzione permette applicazioni che spaziano dal semplice monitoraggio remoto e data logging a quelle più avanzate come la prognostica.
• Sensori intelligenti che permettono la manutenzione predittiva e un approccio on condition: ad esempio è così possibile monitorare le condizioni del fluido idraulico. Gli output dei sensori consentono di effettuare l'analisi degli andamenti e, quindi, identificare condizioni critiche e anticipare guasti che porterebbero l’impianto ad un blocco delle attività. In sostanza, avere un segnale di preavviso della rottura di un componente permette al manutentore di poter organizzare preventivamente interventi mirati sull'impianto.
• Data management & IIOT: dal recente report “Internet of Things: l’innovazione parte da qui” dell’Osservatorio di Milano emerge che, oggi nel 51% dei casi all’interno delle Smart Factory vengono utilizzate applicazioni IIoT per il controllo in tempo reale della produzione, diagnostica, interventi di manutenzione smart e manutenzione da remoto.
  Una soluzione che rispecchia questo trend è la piattaforma Nerve di HYDAC:  basata sui sistemi di edge e fog computing, oltre ad avere un’intelligenza computazionale a bordo offre al mondo industriale, macchine utensili, impianti di processo, la possibilità di diagnostica, monitoraggio e raccolta dati smart, ottimizzando quindi i processi in termini di Life Cycle Cost Management.  

In conclusione, la Smart Factory rappresenta un luogo in cui le applicazioni intelligenti consentono una produzione agile abbattendo tempi e costi di produzione. Le linee di produzione, grazie alle applicazioni intelligenti, diventano pronte ad un'ottimizzazione della produzione anche su quantità elevate.

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