Macchine utensili evolute, robot, macchine a tecnologia additiva, unitamente a IoT, BIG DATA, sono fra le tecnologie abilitanti di Industria 4.0 e quindi il motore del cambiamento verso la cosiddetta quarta rivoluzione industriale. In realtà queste tecnologie hi-tech sono sempre state al centro dell’evoluzione del sistema manifatturiero e anche il concetto di connessione, insito in Industria 4.0, non è certo nuovo, basti pensare al Computer Integrated Manufacturing (CIM) oggetto di numerosi dibattiti negli anni 80, ma che non si è mai realmente sviluppato. 

a cura di Bruno Maiocchi, Enrico Annacondia – Direzione Tecnica UCIMU-SISTEMI PER PRODURRE

 

Cosa differenzia la situazione attuale da quella del passato?  In buona misura ha influito uno slogan indovinato, una operazione di marketing di successo e la comunicazione, che ha trovato ampio spazio nei mass media e l’attenzione della politica. Vi sono comunque vari aspetti sostanziali che stimolano l’interesse e agevolano la diffusione di questo modello:

  • l’evoluzione delle tecnologie consente oggi di disporre di soluzioni meno costose e più affidabili;
  • i costi di progettazione e sviluppo sono diminuiti e quindi anche le PMI possono usufruire dei vantaggi di Industria 4.0 e agire in collaborazione e condivisione con gli altri partner all’interno della catena del valore;
  • dati e in­formazioni sono sempre più facilmente reperibili, sia internamente ai processi sia esternamente, ed è possibile pervenire a modelli virtuali dei processi.

Se la situazione attuale sembra consentire prospettive di sviluppo rapide ed efficaci verso l’ottimizzazione della catena del valore e la sostenibilità, le macchine oggi disponibili possiedono realmente tutte le caratteristiche necessarie? Nel seguito, qualche indicazione e considerazione.

Come si vede dalla figura, dagli anni 60 al 2010 gli sviluppi nell’ambito delle macchine sono stati rapidissimi ed oggi il tasso di innovazione è ancora più veloce. In effetti le nuove tecnologie consentono una più rapida assimilazione con conseguenti migliorie in tutte le capacità del processo:

  • Aumento della produzione
  • Riduzione delle operazioni ripetitive / pericolose
  • Riduzione degli scarti e dei costi
  • Aumento della precisione
  • Aumento della qualità
  • Riduzione dell’influenza del fattore umano sul processo
  • Possibilità di geometrie / processi più complessi
  • Aumento della sicurezza
  • Migliore Integrazione fra la macchina e l’ambiente di produzione
  • Miglioramento delle funzionalità di controllo della macchina.

Fondamentali sono state le ricadute sugli aspetti di flessibilità che consentono di rispondere rapidamente alle esigenze del mercato. Un sistema è flessibile quando è capace di adattarsi ai cambiamenti esterni e le innovazioni tecnologiche sono oggi in grado di intervenire su tutti gli aspetti di componente e di sistema:

  • Flessibilità di una macchina: i diversi tipi di operazione che una macchina può eseguire (macchine multifunzionali e multiassi).
  • Flessibilità di gestione dei materiali: la capacità di spostare i prodotti all’interno di un impianto di produzione (sistemi di movimentazione automatici).
  • Flessibilità operativa – La capacità di produrre un prodotto in modi diversi.
  • Flessibilità di processo – l’insieme dei prodotti che il sistema può produrre.
  • Flessibilità dei prodotti – Possibilità di aggiungere nuovi prodotti nel sistema.
  • Flessibilità di allocazione – I diversi percorsi (attraverso macchine e officine) che possono essere utilizzati per produrre un prodotto nel sistema.
  • Flessibilità volumetrica: la facilità di aumentare o ridurre in modo proficuo l’output di un sistema esistente.
  • Flessibilità di espansione – la possibilità di incrementare la capacità di un sistema.
  • Flessibilità del programma – Capacità di avviare un sistema automaticamente.
  • Flessibilità di produzione – il numero di prodotti che un sistema può attualmente produrre.
  • Flessibilità del mercato – La capacità del sistema di adattarsi alle esigenze del mercato.

Sta all’azienda individuare ove intervenire e le conseguenti risorse da dedicare. L’orientamento verso produzioni sempre più customizzate (mass customization) e la crescente variabilità del mercato ha però introdotto un ulteriore e diversa esigenza: la riconfigurabilità.

Questa si traduce nella realizzazione di sistemi che siano facili da modificare in relazione ai diversi obiettivi produttivi. L’utilizzo di questi sistemi consente di adattare le capacità e funzionalità richieste ai processi, in relazione alla variabilità ed imprevedibilità della domanda, evitando di dover sovradimensionare le risorse. Ma qual è l’impatto sul manifatturiero della customizzazione di massa?

La customizzazione di massa pone diverse sfide ai sistemi di produzione:

  • Lotti non deterministici
  • Variabilità nella domanda
  • Produzione a lotto 1
  • Variabilità nel design del prodotto
  • Mix fra parti standard e parti personalizzate
  • Controllo dei costi
  • Risposta rapida
  • …..

Queste sfide non possono essere affrontate in modo tradizionale. L’agenda strategica della “Fabbrica del Futuro” individua quattro trends: Sostenibilità; Produzione intelligente abilitata dalle tecnologie ICT; Produzione ad elevate prestazioni; Sfruttamento dei nuovi materiali attraverso tutto il processo di produzione.

Ciò consente di: migliorare l’efficienza dei costi; ottimizzare i consumi; accorciare il time-to-market tramite le tecnologie ICT; porre maggiore attenzione a componenti / beni ad alto valore aggiunto; soddisfare i criteri di adattabilità/ riconfigurabilità sopra richiamati; ottenere una qualità del prodotto elevata e stabile; migliorare la  produttività con una maggiore sicurezza e una migliore ergonomia, aumentando la riutilizzabilità dei sistemi di produzione; progettare e realizzare  nuovi prodotti, che richiedono nuove tecnologie di produzione adatte a nuove funzionalità.

Come si vede in tutto ciò l’ICT gioca un ruolo fondamentale

Ma vediamo alcuni esempi di produzione intelligente/ digitale:

Macchine utensili

Le macchine utensili sono oggi sempre più sistemi ciber-fisici grazie alla combinazione di sistemi computerizzati (CN), automazione, sensori, sistemi di moto intelligenti, ecc.. ciò consente di rispondere alle caratteristiche di: flessibilità, riconfigurabilità, integrabilità in sistemi di produzione complessi.

Possibili sviluppi futuri possono derivare da: apertura dei sistemi di controllo per facilitare gli scambi dei dati con l’ambiente circostante;  standardizzazione dei protocolli di comunicazione; gestione on-board dei BIG-DATA che provengono da sensori embedded; possibilità di ottenere una «foto istantanea» dello stato della macchina con un impatto sulla manutenzione, sull’affidabilità e sulla sicurezza; interfacce utente intelligenti in grado di guidare l’operatore durante le attività di produzione/manutenzione; integrazione della macchina in cloud per gestire sistemi di produzione distribuiti geograficamente; creazione di database e librerie di part program da condividere con i clienti; sensorizzazione della macchina, per raccogliere dati sul suo utilizzo e per meglio monitorare il funzionamento con un incremento della sicurezza.

Robot

La robotica è in continua e rapida crescita in tutto il mondo, per le riconosciute doti di qualità, affidabilità, flessibilità, adattabilità, sicurezza, evitando alle persone lavori altamente ripetitivi e pericolosi.  Particolare attenzione viene oggi rivolta ai cosiddetti cobot o robot collaborativi, che formano una categoria particolare di robot industriali di nuova generazione realizzati per lavorare insieme all’uomo e in sicurezza, senza le tradizionali barriere o gabbie protettive che li confinano in spazi protetti e separati dagli operatori. I robot collaborativi sono quindi più simili ai robot di servizio, perché condividono lo stesso ambiente delle persone e sono capaci di agire in modo coordinato con l’operatore.  I vantaggi dei cobot sono la loro facilità di installazione e gestione, i costi ridotti e il rapido ritorno dell’investimento. Certamente non sono adatti a tutte le applicazioni e non hanno la velocità dei robot tradizionali, inoltre va attentamente valutato l’aspetto della sicurezza, sia quella intrinseca sia soprattutto in funzione dei tool e degli accessori che vengono montati sul cobot in base alla specifica applicazione.

 Tecnologie additive

Le tecnologie additive sono quei processi che aggregano materiali al fine di creare oggetti partendo dai loro modelli matematici tridimensionali, solitamente per sovrapposizione di layer e procedendo in maniera opposta a quanto avviene nei processi sottrattivi (o ad asportazione di truciolo). Le tecnologie additive sono in rapida crescita anche nel settore della lavorazione del metallo perché consentono numerosi vantaggi:

  • Realizzazione di parti complesse difficilmente ottenibili con altre tecnologie
  • Processi near net shape
  • Mass customization
  • Flessibilità di design e riconfigurazione
  • Possibilità di ottimizzazione topologica
  • Riduzione assemblaggi
  • Ridotti tempi di set-up
  • Pochi limiti alla progettazione
  • Riduzione degli scarti

Essendo ancora in fase di rapido sviluppo, per comprendere appieno le reali potenzialità è necessario attendere le future evoluzioni (anche nell’ambito delle soluzioni ibride asportazione/addizione materiale) e la crescita dell’esperienza applicativa, nonché la messa a disposizione di materiali innovativi capaci di modificare in modo sostanziale le attuali caratteristiche dei prodotti.

A conclusione di questo breve excursus su alcuni temi di attualità che coinvolgono il settore vogliamo ricordare che dal 9 al 13 ottobre 2018, a fieramilano Rho, andrà in scena la 31esima edizione di BI-MU, la più importante manifestazione italiana dedicata all’industria costruttrice di macchine utensili a asportazione e deformazione, robot, automazione, digital manufacturing, tecnologie ausiliarie e tecnologie abilitanti.

L’unica mostra di settore in Italia di vero respiro internazionale, la prima ad aprirsi al mondo della connettività per l’industria presentando un focus speciale su internet of things, big data, cyber security, cloud computing, realtà aumentata, system integrator, additive manufacturing, vision e systems control.

 

 

 

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