Le economie di tutto il mondo sono esplose dopo aver raccolto i frutti della terza rivoluzione industriale, in cui i robot hanno sostituito gli esseri umani nell'esecuzione di attività ripetitive con errori e sforzi umani ridotti al minimo. Tuttavia, questi robot senza operatori umani erano inutili e gli umani volevano dare loro "un cervello autonomo".
Con il comportamento dei consumatori e i mercati in continua evoluzione, le persone oggi sono più attratte da prodotti unici e più complessi. Ciò ha costretto l'industria ad adattarsi a un approccio più decentralizzato, sostituendo i metodi di produzione convenzionali con sistemi più intelligenti, automatizzati e collegati digitalmente.
Tutti questi motivi hanno contribuito alla nascita dell'Industria 4.0. La quarta rivoluzione industriale segna l'era dell'utilizzo dei robot di produzione intelligenti. Si tratta di macchine intrinsecamente autosufficienti e in grado di correggersi da sole. Le fabbriche intelligenti che ospitano questi robot intelligenti mirano all'autoregolazione per massimizzare l'efficienza e ridurre di parecchio il costo dell'intero processo. La produzione digitale costituisce l'elemento fondamentale di queste fabbriche intelligenti e questo articolo prende in considerazione proprio tale tipo di produzione.
Che cos'è la produzione digitale e dove ci porterà?
La produzione digitale è una nuova tecnologia in grado di creare progetti e realizzare prodotti con velocità ed efficienza inimmaginabili. Con i progressi a livello mondiale in tecnologie come intelligenza artificiale (IA) e apprendimento automatico (ML), l'Industria 4.0 non è più un sogno lontano. L'intelligenza non rimarrà più un tratto solo umano quando i robot autonomi che lavorano nelle fabbriche intelligenti prenderanno abitualmente decisioni intelligenti. Terabyte di dati vengono generati ogni minuto in tutto il mondo dai dispositivi IoT. Questi dati, chiamati anche "oro" moderno, potrebbero rendere le tecnologie autonome robuste come mai prima d'ora.
I giganti del mercato potrebbero investire molto in queste tecnologie sia nei paesi in via di sviluppo che in quelli sviluppati, il che sicuramente agirebbe da balsamo sulle cicatrici che il COVID-19 ha lasciato sull'economia mondiale.
Tuttavia, anche se avessimo in mano tali tecnologie, l'attuale struttura delle tecnologie dell'informazione e della comunicazione (TIC) non è pronta a supportare la completa implementazione della produzione digitale. La prima vera sfida sarà quella di sviluppare un processo di standardizzazione per garantire il successo nell'implementazione della visione strategica dell'Industria 4.0.
Capire la produzione digitale
Per "produzione digitale" si intende l'uso di sistemi informatici per simulare, produrre e analizzare l'intero processo di produzione, dalla gestione della catena di approvvigionamento all'assistenza, collegando tutti gli elementi fino a formare un sistema unico robusto e digitale.
La produzione digitale è utilizzata in vari settori manifatturieri. Nel settore automotive, i produttori di apparecchiature originali (OEM) sono in grado di simulare digitalmente tutti i processi come attrezzaggio, lavorazione, sequenza di assemblaggio e layout di fabbrica mentre il team di progettazione lavora ai progetti. La producibilità dei progetti può essere analizzata e commentata con precisione dall'OEM, facendo risparmiare all'azienda molto tempo e risorse.
Tutto ciò è possibile grazie all'evoluzione dei sistemi autonomi basati sui dati e degli strumenti di apprendimento automatico. Le aziende cercano di connettere i dispositivi IoT, raccogliere i parametri critici, visualizzare i dati in tempo reale, analizzare i risultati e ottimizzare i processi di produzione. La produzione digitale consente ai produttori di eliminare i colli di bottiglia del processo di fabbricazione, ridurre le scorte, migliorare la qualità, accorciare il time to market, orientarsi rapidamente per soddisfare le esigenze dei clienti e aumentare il numero di prodotti realizzati.
Cos'è una fabbrica intelligente? E come utilizza la produzione digitale?
Una fabbrica intelligente potrebbe essere definita come il prodotto finale del processo di digitalizzazione. In una fabbrica intelligente ogni dispositivo è consapevole dell'ambiente circostante e tutti gli elementi dell'ecosistema interagiscono tra loro per ottenere il risultato desiderato. Complessivamente, le caratteristiche di una fabbrica intelligente sono:
1. Analisi dell'enorme quantità di dati prodotti dai vari sensori e contatori.
2. Sistemi interconnessi che utilizzano i dati in tempo reale trasmettendoli immediatamente ad altri nodi della fabbrica e sottoponendoli all'analisi dell'insieme di software dell'azienda.
3. Produzione su misura in base alle esigenze personalizzate dei diversi clienti. Utilizzando applicazioni software di simulazione avanzata, nuovi materiali e tecnologie come la stampa 3D, i produttori possono creare facilmente piccoli lotti di articoli specifici per clienti particolari. Mentre la prima rivoluzione industriale riguardava la produzione di massa, l'Industria 4.0 porta a una personalizzazione di massa.
4. Catena di approvvigionamento migliore e trasparente, in cui le informazioni pertinenti sono condivise con diversi nodi della catena stessa.
Tecnologie utilizzate nelle fabbriche intelligenti
Le fabbriche intelligenti utilizzano svariate tecnologie per ottimizzare i processi di produzione intelligente.
Queste tecnologie includono:
1. IIoT (Industrial Internet of Things): si tratta di un elemento chiave delle fabbriche intelligenti. Le macchine all'interno della fabbrica sono dotate di sensori che hanno un indirizzo IP e ciò consente a tali macchine di connettersi ad altri dispositivi in grado di collegarsi al Web.
2. Cloud Computing: l'enorme quantità di dati raccolti dai diversi nodi dell'intero processo vengono archiviati, analizzati ed elaborati nel cloud.
3. Intelligenza artificiale e apprendimento automatico: l'intelligenza artificiale e l'apprendimento automatico consentono alle aziende manifatturiere di sfruttare appieno il volume di informazioni generate non solo in fabbrica, ma anche nelle varie unità aziendali e persino da partner e fonti terze. L'intelligenza artificiale e l'apprendimento automatico sono in grado di creare informazioni dettagliate fornendo visibilità, prevedibilità e automazione delle operazioni e dei processi aziendali
4. Gemelli digitali: la trasformazione digitale offerta dall'Industria 4.0 ha consentito ai produttori di creare dei gemelli digitali, cioè delle repliche virtuali di processi, linee di produzione, fabbriche e catene di approvvigionamento. Un gemello digitale viene creato estraendo dati da sensori IoT, dispositivi, PLC e altri elementi connessi a Internet. I produttori possono utilizzare i gemelli digitali per contribuire ad aumentare la produttività, migliorare i flussi di lavoro e progettare nuovi prodotti simulando un processo di produzione.
Casi d'uso resi possibili dalla produzione digitale
La produzione digitale con i suoi numerosi vantaggi consente innumerevoli casi d'uso. Uno dei più importanti è la manutenzione predittiva negli impianti per evitare costosi guasti. Con i dati dei sensori inseriti in tempo reale nel sistema e l'integrazione di intelligenza artificiale e apprendimento automatico, gli stabilimenti possono eseguire il monitoraggio in tempo reale dello stato dei sistemi ed eliminare eventuali tempi di inattività indesiderati nel processo. Inoltre, la produzione digitale consente il rilevamento della qualità per monitorare e testare apparecchiature e prodotti in tempo reale con un'analisi visiva. Ciò ottimizza le postazioni di lavoro offrendo dei vantaggi all'intera linea di produzione e dando la possibilità di adattare la produzione per soddisfare le mutevoli esigenze dei clienti e gli ordini recenti.