Digital Transformation #05 – ⚙ Smart Manufacturing

La digitalizzazione del manifatturiero è in corso, stiamo costruendo la quarta rivoluzione industriale, detta anche Industry 4.0 o Smart Manufacturing.

Lo Smart Manufacturing permette di far lavorare in maniera più intelligente e “connessa” le risorse, portando velocità e flessibilità, elementi di cui le imprese manifatturiere necessitano per recuperare competitività.

Consente inoltre di rendere disponibili tutte le informazioni sul processo di fabbricazione quando e dove risultino necessarie lungo l’intera catena di approvvigionamento della produzione, cicli di vita del prodotto e logistica.

L’ampia definizione di smart manufacturing comprende molte tecnologie diverse. Alcune includono grandi capacità di elaborazione dati (Big Data), dispositivi e servizi Iot industriale e robotica avanzata.

Big Data per lo Smart Manufacturing

Big Data si riferisce ad un metodo per raccogliere e analizzare i grandi set di dati in termini definiti come le tre V, velocità, varietà e volume.

La velocità  informa la frequenza di acquisizione dei dati, che può essere in concomitanza con l’applicazione di dati precedenti. Varietà descrive i diversi tipi di dati che possono essere prelevati dl contesto e successivamente elaborati. Il volume rappresenta la quantità di dati.

 

L’analisi dei Big Data consente all’azienda di sviluppare lo Smart Manufacturing per passare da strategie produttive classiche a predittive: un cambiamento che mira a migliorare l’ efficienza del processo e le prestazioni del prodotto.

Robotica avanzata

Lo Smart manufacturing utilizza tecnologie di orgine robotica come i robot avanzati, noti anche come macchine intelligenti, in grado di operare autonomamente e comunicare con i sistemi di produzione.

Elaborando l’input generato da sensori propri o dalla rete IoT, queste macchine sono in grado di risolvere problemi e prendere decisioni indipendentemente dalle persone. Sono in grado di completare il lavoro andando oltre lo scopo per il quale erano stati inizialmente programmati: utilizzano l’intelligenza artificiale che gli permette loro imparare dall’esperienza.

La loro flessibilità permette di poterle riconfigurare e riutilizzare in attività per le quali non sono state ideate. Ciò conferisce all’evoluzione dei processi produttivi di reagire rapidamente ai cambiamenti di progettazione e all’innovazione, il che rappresenta un vantaggio competitivo rispetto ai processi di produzione più tradizionali.

 

Un’area di interesse che circonda la robotica avanzata è la sicurezza e il benessere degli operatori umani che interagiscono con tali sistemi. Inizialmente, erano state prese misure cautelative per separare i robot dalla forza lavoro umana, ma i progressi nella capacità cognitiva robotizzata hanno aperto opportunità, come i cobot (collaborative robot), di collaborazione tra uomo e macchina.

Dispositivi connessi

Sfruttando le potenzialità Internet, le aziende sono oggi in grado di aumentare l’integrazione e la memorizzazione dei dati. L’ utilizzo di software in cloud consente di accedere a risorse informatiche altamente configurabili. In questo modo è possibile creare e rilasciare rapidamente server, reti e altre applicazioni di storage. Le piattaforme di integrazione aziendale consentono al produttore di raccogliere i dati trasmessi dalle macchine, che possono tenere traccia di metriche quali il flusso di lavoro e la storia delle macchine.

iot filippo scorza

La comunicazione aperta tra i dispositivi di produzione e le reti può essere realizzata anche attraverso la connessione Internet: dai tablet ai sensori di automazione delle macchine consentendo a queste ultime di regolare i loro processi in base a segnali di dispositivi esterni.

La base per qualsiasi implementazione significativa di sistemi ciberfisici è una connessione dati senza soluzione di continuità in ogni fase del processo di creazione di valore aggiunto.

Per ogni prodotto, oltre alla rappresentazione fisica vera e propria, una rappresentazione virtuale (VR) continua a svilupparsi ulteriormente. Di conseguenza, lo sviluppo e l’implementazione dello Smart Manufacturing si focalizzano sull’ integrazione ottimale tra mondo reale e virtuale.

Bit contro Atomi

Un’interessante analisi delle tecnologie abilitanti per le fabbriche intelligenti e la produzione si basa su una tassonomia che definisce il mondo dei Bit, fatto di beni informativi, dati, tecnologie cloud, e quella degli Atomi, relativa agli aspetti fisici della produzione e dell’ interazione uomo-macchina.

Il contesto dei Bit si riferisce a tutte quelle tecnologie cloud industriali che permettono di raccogliere, archiviare, gestire e analizzare i dati. L’obiettivo è quello di acquisire conoscenze strutturate e condividerle in una piattaforma distribuita e collaborativa all’interno della smart factory (es. supply chain management e logistica industriale).

Grande capacità informatica, Big data, reti wireless industriali (IWN), machine2machine (M2M), machine learning, auto ID (RFID, NFC utilizzato come raccolta dati) e realtà aumentata (AR) sono alcune delle tecnologie che possono essere integrate al’interno dei processi produttivi delle smart factory.

Quando invece parliamo di Atomi, ci riferiamo a sistemi robotici e gli smart device, che sono strettamente legati alla realizzazione fisica di un prodotto industriale. In questo caso i bit non mirano a sostituire gli atomi, ma piuttosto a cambiare il modo in cui li produciamo: la robotica, l’interazione uomo-macchina avanzata, i processi produttivi avanzati, la realtà aumentata (AR) e l’apprendimento delle macchine.

All’ interno di questa tassonomia, il machine learning e la realtà aumentata (AR) potrebbero effettivamente inserirsi in entrambi i mondi, garantendo loro la possibilità di interazione.

L’ apprendimento della macchina utilizza serie di informazioni per consentire un addestramento automatico ed efficiente dei robot mentre la realtà aumentata (AR) utilizza sensori fisici per arricchire la raccolta dei dati di addestramento.

Cloud Manufacturing

Il Cloud Manufacturing spazia dalla virtualizzazione delle risorse fisiche necessarie alle macchine di fabbrica a quella di applicazioni, ovvero dati e processi vengono ospitati da piattaforme di “e-execution” ed “e-collaboration” in Cloud.

Anche le risorse produttive, abilitate ad esempio da piattaforme come Makercloud, divengono uno spazio condiviso su cui caricare le specifiche di produzione di un bene (disegni, requisiti, volumi, etc.) e da cui ottenere proposte di fornitura.

In sostanza il Cloud Manufacturing può essere definito come un metodo per abilitare, tramite la rete, l’accesso diffuso agevole e a richiesta, ad un insieme condiviso e configurabile di risorse manufatturiere (ad esempio software di supporto alla produzione, risorse e capacità produttive ) che possono essere acquisite e rilasciate rapidamente e con minimo sforzo di gestione o di interazione con il fornitore di servizi.

Con il Cloud Manufacturing i processi di progettazione, produzione e logistina diventano “aspaziali” in quanto ptremo immaginare di realizzare un unico prodotto in network: design in Corea, sviluppo in Italia e vendita dalla Cina.

Attraverso internet, in futuro, sarà possibile progettare un oggetto in qualche zona del mondo e inviarlo in produzione grazie a stampanti 3D o a macchine a controllo numerico di nuova generazione che si trovano da tutt’altra parte e appartengono ad aziende diverse. Tutto il processo sarà controllato da piattaforme informatiche in cloud. Le fasi della produzione potranno essere seguite via webcam. E infine si potrà riceverlo per posta.

 

Advanced Automation

Indica i più recenti sviluppi nei sistemi di produzione automatizzati in campi come la capacità d’interazione con l’ambiente, l’auto-apprendimento (machine learning) e la guida automatica (compresi i droni), l’uso di tecniche di visione e pattern recognition (sistemi di manipolazione, controllo qualità) e infine la capacità di interagire con gli operatori.

Sono inclusi, in questo contesto, gli ormai consolidati display touch o gli Scanner 3D per la rilevazione dei gesti, e soluzioni più innovative e bidirezionali, come i visori per la realtà aumentata a supporto di attività operative e training degli operatori.

Nell’automazione avanzata possiamo inserire anche le Stampa 3D: tecnologia rivoluzionaria rispetto ai processi produttivi tradizionali (per asportazione o deformazione plastica del materiale), perché si giunge a creare un oggetto “stampandolo” strato per strato.

Negli ultimi la stampa 3D anni ha riscontrato un notevole interesse in campo , allargando il numero dei processi tecnologici di base (tra i principali, Selective Laser Sintering, Electron Beam Melting, Fused Deposition Modeling, Stereolithography) e dei materiali trattabili (plastiche, metalli) con buone prestazioni di finitura e resistenza meccanica.

Le stampanti 3D sono generalmente più veloci, più affidabili e più semplici da usare rispetto ad altre tecnologie per la produzione sottrattiva.

Offrono la possibilità di stampare e assemblare parti composte da diversi materiali con diverse proprietà fisiche e meccaniche in un singolo processo di costruzione. Le tecnologie di stampa 3D avanzate creano modelli che emulano molto da vicino l’aspetto e le funzionalità dei prototipi.

Scarica una copia di questo articolo in formato pdf:  Digital-Transformation #5 Smart Manufacturing.pdf (55 download)

 

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