I concetti base dell’Industry 4.0

Come le tecnologie dell’Industria 4.0 stanno cambiando la produzione

L’Industria 4.0 sta rivoluzionando il modo in cui le aziende producono, affinano e distribuiscono i loro prodotti. I costruttori stanno via via integrando nuove tecnologie, tra cui l’Internet of Things (IoT), il cloud computing e gli strumenti di analisi dati, nei loro impianti di produzione e in tutte le loro attività.

Queste fabbriche intelligenti sono dotate di sensori avanzati, software incorporato e robotica in grado di raccogliere e analizzare i dati e consentire migliori processi decisionali. Quando i dati provenienti dalle operazioni di produzione vengono combinati con i dati operativi provenienti da ERP, supply chain, customer service e altri sistemi aziendali, si crea un ulteriore valore aggiunto che permette di ottenere nuovi livelli di visibilità e comprensione da informazioni prima frammentate.

Questo tipo di tecnologie digitali porta a una maggiore automazione, alla manutenzione predittiva, all’auto-ottimizzazione dei processi e, soprattutto, a un nuovo livello di efficienza e reattività nei confronti dei clienti che prima non era possibile.

Lo sviluppo delle fabbriche intelligenti rappresenta un’incredibile opportunità per l’industria manifatturiera di entrare nella quarta rivoluzione industriale. L’analisi delle grandi quantità di dati raccolti dai sensori presenti in fabbrica garantisce una visibilità in tempo reale degli asset produttivi e può fornire strumenti per eseguire la manutenzione in tempi utili al fine di ridurre al minimo i tempi di fermo delle apparecchiature.

L’utilizzo di dispositivi IoT ad alta tecnologia nelle fabbriche intelligenti (IIoT) porta a una maggiore produttività e a un miglioramento della qualità. Sostituire i modelli di ispezione manuale con analisi visive basate sull’intelligenza artificiale riduce gli errori di produzione e fa risparmiare tempo e denaro. Con un investimento minimo, il personale addetto al controllo qualità può configurare uno smartphone collegato al cloud per monitorare i processi produttivi praticamente ovunque. In tal modo i produttori possono rilevare gli eventuali errori immediatamente, anziché in una fase successiva, quando gli interventi di riparazione risulterebbero più costosi.

Dal vapore al sensore: il contesto storico dell’Industria 4.0

La prima rivoluzione industriale

Iniziata alla fine del XVIII secolo in Gran Bretagna, la prima rivoluzione industriale ha contribuito a rendere possibile la produzione di massa utilizzando l’energia dell’acqua e del vapore al posto di quella puramente umana e animale. I prodotti finiti venivano costruiti con le macchine anziché essere prodotti faticosamente a mano.

La seconda rivoluzione industriale

Un secolo dopo, la seconda rivoluzione industriale introdusse le catene di montaggio e l’uso di petrolio, gas ed energia elettrica. Queste nuove fonti di energia, insieme a sistemi di comunicazione più avanzati come il telefono e il telegrafo, portarono alla produzione di massa e a un certo grado di automazione dei processi produttivi.

La terza rivoluzione industriale

La terza rivoluzione industriale, iniziata a metà del XX secolo, ha introdotto nei processi produttivi i computer, le telecomunicazioni avanzate e l’analisi dei dati. La digitalizzazione delle fabbriche è iniziata con l’inserimento di controllori logici programmabili (PLC) nei macchinari per aiutare ad automatizzare alcuni processi e per raccogliere e condividere i dati.

La quarta rivoluzione industriale

Oggi ci troviamo nella quarta rivoluzione industriale, detta anche Industria 4.0. È caratterizzata da una crescente automazione e dall’impiego di macchine e fabbriche intelligenti, ed è in questo contesto che la raccolta dati aiuta a produrre in modo più efficiente e flessibile, potenzialmente ottimizzando l’intera catena del valore. La flessibilità viene rafforzata in modo che i produttori possano soddisfare meglio le richieste dei clienti grazie alla personalizzazione di massa, e cercando in definitiva di raggiungere l’efficienza con, in molti casi, un lotto di dimensioni pari a uno. Attraverso la raccolta di un sempre maggior numero di dati dalla fabbrica e grazie alla loro combinazione con gli altri dati operativi aziendali, una fabbrica intelligente può ottenere la piena trasparenza delle informazioni e prendere decisioni migliori.

Quali tecnologie stanno guidando l’Industria 4.0?

Internet of Things (IoT)

L’Internet of Things (IoT) è un componente chiave delle fabbriche intelligenti. Le macchine in produzione sono dotate di sensori con un indirizzo IP che consente alle stesse di connettersi con altri dispositivi in rete. Questa automatizzazione e le connettività OT/IT rendono possibile la raccolta, l’analisi e lo scambio di grandi quantità di dati preziosi.

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Edge Computing

Le esigenze real-time delle operazioni di produzione richiedono che alcune delle analisi dei dati vengano effettuate ai “margini”, cioè dove i dati vengono creati. In questo modo si riduce al minimo il tempo di latenza dal momento in cui i dati vengono prodotti a quello in cui è necessaria una risposta. Ad esempio, il rilevamento di un problema di sicurezza o di qualità può richiedere un intervento quasi in tempo reale sulla macchina e il tempo necessario per inviare i dati al cloud aziendale e poi tornare al reparto produttivo potrebbe essere troppo lungo e dipenderebbe dall’affidabilità della rete. L’utilizzo dell’edge computing consente, inoltre, di mantenere i dati OT vicino alla loro origine, riducendo i rischi per la sicurezza.

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Digital twin

La trasformazione digitale offerta dall’Industria 4.0 ha permesso ai produttori di creare gemelli digitali che sono repliche esatte di processi, linee di produzione, fabbriche e catene di fornitura. Un gemello digitale viene creato estrapolando i dati da sensori IoT, dispositivi, PLC e altri oggetti interconnessi. I produttori possono utilizzare i Digital Twin per aumentare la produttività, migliorare i flussi di lavoro o progettare nuovi prodotti. Simulando un processo di produzione, ad esempio, i produttori possono testare le modifiche apportate al processo per trovare il modo di ridurre al minimo i tempi di inattività o migliorare a capacità produttiva.

Cybersecurity

Le aziende manifatturiere non hanno sempre preso in considerazione l’importanza della cybersecurity o dei sistemi cyber-fisici. Tuttavia, la stessa connettività delle apparecchiature operative in fabbrica o sul campo (OT), che consente di ottenere processi produttivi più efficienti, espone anche nuove vie di accesso per attacchi e malware. Quando si intraprende una trasformazione digitale verso l’Industry 4.0, è essenziale considerare una strategia di cybersecurity che comprenda sia le apparecchiature IT che quelle OT.

Cloud computing

Il cloud computing è una pietra miliare di qualsiasi strategia di Industria 4.0. La piena realizzazione della produzione intelligente richiede la connettività e l’integrazione di ingegneria, catena di fornitura, produzione, vendita e distribuzione e assistenza. Il cloud contribuisce a renderlo possibile. Inoltre, la grande quantità di dati che vengono generalmente archiviati e analizzati può essere elaborata in modo più efficiente ed economico utilizzando il cloud.

AI e machine learning

L’intelligenza artificiale e l’apprendimento automatico consentono alle aziende manifatturiere di sfruttare appieno il volume di informazioni generate non solo in fabbrica, ma in tutte le unità aziendali e persino da partner e fonti terze. AI e machine learning possono fornire spunti di riflessione in termini di visibilità, prevedibilità e automazione delle operazioni e dei processi aziendali. Un esempio: le macchine industriali sono soggette a guasti durante il processo di produzione; l’utilizzo dei dati raccolti da questi asset può aiutare le aziende a eseguire una manutenzione predittiva basata su algoritmi di machine learning, con conseguente aumento dei tempi di attività e dell’efficienza.

Caratteristiche della fabbrica intelligente

Analisi dati per un processo decisionale ottimale

I sensori incorporati e i macchinari interconnessi producono una quantità significativa di dati per le aziende manifatturiere. L’analisi dei dati può aiutare i produttori a studiare le tendenze storiche, a identificare i modelli e a prendere decisioni migliori. Le fabbriche intelligenti possono anche utilizzare i dati provenienti da altre parti dell’organizzazione e dal loro ecosistema esteso di fornitori e distributori per creare approfondimenti. Esaminando i dati provenienti dalle risorse umane, dalle vendite o dal magazzino, i produttori possono prendere decisioni sulla produzione sulla base dei margini di vendita.

Integrazione IT-OT

L’architettura di rete della fabbrica intelligente dipende dall’interconnettività. I dati in tempo reale raccolti dai sensori, dai dispositivi e dalle macchine presenti in fabbrica possono essere acquisiti e utilizzati immediatamente da altri asset della fabbrica e condivisi da altri componenti dello stack software aziendale, tra cui l’ERP (Enterprise Resource Planning) e altri software di gestione aziendale.

Produzione personalizzata

Le fabbriche intelligenti possono produrre beni personalizzati che soddisfano le esigenze dei singoli clienti in modo più efficiente dal punto di vista dei costi. In effetti, in molti segmenti industriali, i produttori aspirano a raggiungere il “lotto uno” in modo economicamente vantaggioso. Grazie all’utilizzo di applicazioni software di simulazione, di nuovi materiali e di tecnologie come la stampa 3D, i produttori possono facilmente creare piccoli lotti di articoli specializzati per determinati clienti. Mentre la prima rivoluzione industriale riguardava la produzione di massa, l’Industria 4.0 riguarda la personalizzazione di massa.

Supply chain

Le operazioni industriali dipendono da una catena di fornitura trasparente ed efficiente, che deve essere integrata con le operazioni di produzione come parte di una solida strategia di Industria 4.0. Questo trasforma il modo in cui i produttori si approvvigionano di materie prime e consegnano i prodotti finiti. In particolare, condividendo alcuni dati di produzione con i fornitori, i produttori possono programmare meglio le consegne. Se, ad esempio, una linea di assemblaggio subisce un’interruzione, le consegne possono essere deviate o ritardate per ridurre sprechi di tempo e costi.

La blockchain sta emergendo come tecnologia chiave per consentire la trasparenza nelle catene di approvvigionamento.

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