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Smart Factory
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Cos’è la fabbrica intelligente?
La fabbrica intelligente (smart factory) è un complesso cyber-fisico che si avvale di tecnologie avanzate per analizzare i dati, promuovere processi automatizzati e imparare dall’esperienza.
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Panoramica della fabbrica intelligente
Come suggerisce il nome, la fabbrica intelligente è… smart. Rete interconnessa di macchine, meccanismi di comunicazione e potenza di calcolo, la fabbrica intelligente è un complesso cyber-fisico che sfrutta tecnologie avanzate come l’intelligenza artificiale (AI) e il machine learning per analizzare i dati, promuovere processi automatizzati e imparare dall’esperienza.
Le fabbriche intelligenti, così come lo smart manufacturing, sono manifestazioni di quella trasformazione tecnologica nota come Industry 4.0 o quarta rivoluzione industriale. Ciascuna delle tre precedenti rivoluzioni industriali era nata dall’introduzione di altrettante tecnologie innovative che avevano cambiato radicalmente il modo di lavorare e di fabbricare i prodotti: il motore a vapore, la catena di montaggio e la potenza del calcolo informatico. Oggi la quarta rivoluzione è trainata dalla trasformazione digitale e dall’automazione intelligente.
Fabbriche intelligenti per un mondo che cambia
Negli ultimi anni è emerso con crescente chiarezza per i dirigenti d’impresa che la trasformazione digitale è una priorità urgente per qualsiasi supply chain o attività produttiva che punti a essere competitiva e resiliente negli anni 2020. La pandemia ha messo ulteriormente in luce le debolezze della supply chain globale e le vulnerabilità del settore. Come ribadito da un articolo pubblicato nella rivista Forbes, “il COVID-19 ha rivelato al mondo qualcosa che l’industria manifatturiera avrebbe già dovuto sapere. Le supply chain e gli ecosistemi manifatturieri tradizionali stanno cedendo e dobbiamo passare a una soluzione più adattabile e agile, completamente abilitata al digitale”.
Sono le stesse aspettative dei consumatori a stimolare lo sviluppo delle tecnologie della fabbrica intelligente e del futuro. Noto come “effetto Amazon”, la domanda dei consumatori di una consegna entro il giorno successivo cresce a un ritmo rapido e costante. Secondo un commento apparso nel 2019 nella rivista Entrepreneur, “Nel bene o nel male, l’economia statunitense e quella globale devono fare i conti con l’effetto Amazon. […] le società dell’e-commerce sono incalzate dalle richieste sempre più pressanti di stare al passo con la velocità e l’efficienza di Amazon, e non vi sono segni che le aspettative dei consumatori si stiano allentando.” Questa tendenza è stata tra le principali cause all’origine della crescente richiesta di tecnologie per la fabbrica intelligente, data l’incapacità dei sistemi tradizionali di raggiungere gli ordini di grandezza per la logistica e l’immagazzinamento necessari per tenere il passo con questo fenomeno.
Nel tentativo di ridurre al minimo la dipendenza dai partner internazionali, le aziende manifatturiere e i responsabili delle supply chain si espongono ora a ulteriori rischi e disfunzioni. Soluzioni per la fabbrica intelligente come la produzione on-demand e gli inventari virtuali sono sicuramente in grado di sciogliere i legami con i fornitori e produttori esteri. Tuttavia, come sottolineato dall’Harvard Business Review in un articolo del 2020, riportare la produzione negli Stati Uniti è cosa più facile a dirsi che a farsi. “Le aziende manifatturiere si sono rivolte a specialisti e subappaltatori che si concentrano esclusivamente su un unico settore, e persino questi sono costretti ad affidarsi a molti altri partner. Legando le proprie sorti a regioni diverse per risorse naturali come il minerale di ferro o il litio, il mondo si è ritrovato a dipendere dalle aree in cui risiedono tali specialisti”. La crescita della produzione interna può indubbiamente ridurre i costi e i rischi della supply chain, ma non elimina necessariamente la necessità di partner esteri né riesce a limitare il numero totale di anelli della catena. Appare pertanto più cruciale che mai dotarsi di fabbriche digitali che con le loro tecnologie riescano a ottimizzare efficienza e visibilità.
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Come funziona la fabbrica intelligente?
Si parla spesso di processi automatizzati come se fossero prerogativa unica della smart factory, quando di fatto l’automazione e la robotica sono in uso da decenni nelle attività produttive. Le stesse fabbriche tradizionali si affidano per vari aspetti del loro funzionamento a macchine automatizzate come scanner di codici a barre, fotocamere e apparecchiature di produzione digitalizzate. Ma questi dispositivi non sono interconnessi. In una fabbrica tradizionale, le persone, gli impianti e i sistemi di gestione dei dati operano tutti isolati l’uno dall’altro e per essere coordinati richiedono un continuo intervento manuale.
La fabbrica digitale intelligente funziona invece integrando macchine, persone e Big Data in un unico ecosistema connesso in rete. Oltre a curare e analizzare i dati, la smart factory apprende di fatto dall’esperienza. Interpreta e trae conoscenze dai set di dati per prevedere tendenze ed eventi e per raccomandare e implementare workflow di produzione intelligente e processi automatizzati. La fabbrica intelligente è soggetta a un miglioramento procedurale continuo verso l’auto-correzione e l’auto-ottimizzazione, ossia la capacità di insegnare a se stessa (e all’uomo) a essere più resiliente, produttiva e sicura
La struttura della fabbrica intelligente
A grandi linee, la struttura di base della smart factory può essere sintetizzata in tre step:
- Acquisizione dati: l’intelligenza artificiale e le tecnologie dei database di nuova generazione consentono la cura e la raccolta di utili set di dati eterogenei dall’intera azienda, dalla supply chain e dal mondo in generale. Attraverso sensori e gateway, l’Industrial Internet of Things (IIoT) permette alle macchine connesse di far confluire dati nel sistema. Tramite un gran numero di altri portali di dati, i sistemi alimentati dall’AI possono compilare set di dati relativi a prestazioni, tendenze di mercato, logistica o qualsiasi altra fonte di possibile interesse.
- Analisi dei dati: il machine learning e i sistemi aziendali intelligenti sfruttano l’analisi avanzata e le moderne soluzioni di gestione dei dati per dare un senso a tutti i dati disparati raccolti. I sensori IIoT sono in grado di avvertire quando le macchine necessitano di riparazione o manutenzione. La compilazione dei dati operativi e di mercato permette di individuare opportunità e rischi. Lo studio dell’efficienza dei flussi di lavoro nel tempo consente di ottimizzare le prestazioni e di autocorreggersi, a seconda dei casi. I set di dati che possono essere confrontati e analizzati offrono di fatto possibilità pressoché infinite di combinazioni su cui basare l’ottimizzazione della fabbrica digitale e la formulazione di previsioni per la supply chain.
- Automazione della fabbrica intelligente: una volta compiute l’acquisizione e l’analisi dei dati, vengono stabiliti i flussi di lavoro e inviate istruzioni alle macchine e ai dispositivi all’interno del sistema. Questi dispositivi possono trovarsi tanto all’interno del perimetro della fabbrica quanto fisicamente distaccati, in vari anelli logistici o produttivi della catena di fornitura. I flussi di lavori e i processi intelligenti sono sottoposti a un’azione continua di monitoraggio e ottimizzazione. Se giunge la segnalazione di un picco di domanda per un determinato prodotto, è possibile istruire i flussi di lavoro delle stampanti 3D per dare rapidamente priorità alla produzione di quell’articolo. Se una spedizione di materie prime subisce un ritardo, i buffer di magazzino possono essere messi in rotazione per ovviare a qualsiasi interruzione.