Che cosa significa smart machine nel campo della produzione industriale? La connotazione smart implica l’abilità di raccogliere i dati giusti, al momento giusto, per combinarli in modo corretto, attribuendo loro un significato e, quindi, utilizzare tali dati per estrarre informazioni preziose, in modo da eseguire le azioni appropriate per migliorare la produttività e l’efficienza, riducendo al minimo gli sprechi, il consumo di energia e i tempi di inattività in fabbrica.
Smart Machine
Principi base e opportunità
Il concetto di “smart machine” nasce dall’integrazione di funzioni di tipo tecnologico e da fattori che rappresentano il punto di vista dell’utente finale e del mercato. A partire da questa integrazione, i costruttori di macchine possono orientarsi alla progettazione di macchinari sempre più idonei a soddisfare al meglio le esigenze degli utilizzatori, in linea con i principi di Industria 4.0, e dei consumatori finali, secondo i nuovi trend della mass customization.
Che cos’è una Smart machine
Di cosa parliamo, dunque, quando ci riferiamo a una “smart machine” per la produzione industriale? Essenzialmente, di una macchina più connessa, più flessibile, più efficiente e più sicura, in grado di adattarsi perfettamente ai requisiti di Industria 4.0 e dell’IIoT (Industrial Internet of Things).
Una smart machine è in grado di favorire in pieno le applicazioni dell’IIoT, che includono non solo la comunicazione tra le macchine (M2M), ma anche tra macchine e persone, tra macchine e oggetti e tra persone e oggetti.
Queste comunicazioni consentono l’acquisizione di dati da un elevato numero di dispositivi e applicazioni contemporaneamente. E questi “Big Data” restano accessibili, spesso tramite Cloud, per essere analizzati con avanzati strumenti di analisi.
Il livello di intelligenza delle macchine automatiche industriali è destinato a crescere in modo esponenziale, nell’ottica di una maggiore accuratezza della pianificazione e una maggiore flessibilità operativa, ottimizzando al contempo l’efficienza attraverso la collaborazione intuitiva con gli utilizzatori, in particolare gli operatori di fabbrica.
Una smart machine, inoltre, è in grado di abilitare strategie di manutenzione predittiva, riducendo al minimo l’impatto ambientale e il Total Cost of Ownership (TCO).
Il costruttore di macchine che intende migrare con successo all’ingegnerizzazione di una smart machine, deve considerare attentamente l’integrazione di dispositivi e componenti intelligenti, connessi a Internet, in grado di consentire processi industriali sempre più automatizzati e digitali e un accesso ai dati di produzione in tempo reale.
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All’utilizzatore finale investire in una smart machine permette di ottenere vantaggi in termini di riduzione dei costi e dei tempi di inattività, di miglioramento della qualità e della produttività, di pianificazione di programmi di manutenzione predittiva e di accesso remoto alle macchine. Ottiene, insomma, un importante vantaggio competitivo a livello globale di business e vi preparate a sostenere nuove logiche di customizzazione di massa della produzione.
COME SI PROGETTA UNA SMART MACHINE? TRE CONSIDERAZIONI BASE
Intraprendere lo sviluppo di una smart machine vi impone la considerazione di tre fattori principali: trend tecnologici, market trend e richieste provenienti dagli end-user.
Per quanto riguarda l’innovazione tecnologica, ecco i trend emergenti:
- Connettività Ethernet: consente l’integrazione delle reti e un migliore accesso ai dati; Ethernet è anche la base per costruire modelli basati sul servizio e per la cybersecurity.
- Porte Ethernet multiple: questa possibilità sui dispositivi di automazione in commercio, favorisce una connettività avanzata nella smart machine
- Wireless (Rfid): consente l’immissione rapida e automatica dei dati.
- Mobile: le tecnologie mobili abilitano a un utilizzo remoto dei componenti e dei dispositivi a bordo macchina.
- CPU potenti: l’aumento della capacità di elaborazione e calcolo delle unità di controllo permette un incremento del throughput a costi inferiori.
- Digitalizzazione: consente lo sviluppo a basso costo di programmi di simulazione dell’automazione di macchina, aprendo la strada a test avanzati e Digital Twin).
- Riduzione delle dimensioni dei componenti: nuove opportunità legate alla maggiore densità di potenza al metro quadro.
- Realtà aumentata e riconoscimento biometrico: migliora sia l’interazione macchina-operatore sia la sicurezza.
Quale connettività serve per realizzare una smart machine?
La smart machine deve essere pensata come un sistema aperto, dotato di tecnologie di motion, logica distribuita e comunicazione industriale integrate, che promuove la cooperazione tra oggetti fisici e virtuali e rappresenta una base di dati per costruire applicazioni di Industrial IoT abilitanti nuovi servizi, a partire dalla gestione dei dati e delle risorse in Cloud per manutenzione e diagnostica evolute.
Al momento le tecnologie cablate sono ancora uno standard di riferimento per la quasi totalità delle applicazioni industriali.
Anche la comunicazione wireless sta iniziando a occupare uno spazio sempre più consistente nei sistemi di produzione, grazie ai costi e ai tempi di installazione, configurazione e gestione più ridotti rispetto al passato, in particolare per connettere alcuni sottosistemi nelle infrastrutture di rete cablate o delle reti di sensori.
Nel scegliere le diverse tecnologie di comunicazione industriale sul mercato, è bene ricordare che – sebbene non esista “la” soluzione o “il” protocollo per eccellenza adatto a risolvere inefficienze o problematiche di macchina – il futuro della smart machine è sicuramente nell’interoperabilità massima, inclusa la possibilità di integrare reti cablate e wireless.
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Smart machine: i trend di mercato
Le nuove tecnologie creano nuove e maggiori aspettative negli operatori di macchina in fabbrica e modificano anche gli approcci alla formazione in campo sia per i dipendenti nuovi sia per i veterani.
- Con l’aumento dell’utilizzo di Internet nella vita quotidiana, sono forti le aspettative dei lavoratori di avere accesso ai dati di produzione in tempo reale.
- La maggiore mobilità spinge verso l’uso di dispositivi indossabili o mobile per ottenere informazioni da qualsiasi luogo.
- Gli operatori si aspettano dispositivi e macchinari che siano “plug-and-play”, facili da installare e da utilizzare, come si gestisce un iPhone, una chiave Usb, un dispositivo Bluetooth.
- La diffusione di una “mentalità web interattiva” sta promuovendo l’aspettativa che le smart machine e i centri di controllo collaborino più o meno allo stesso modo in cui le persone interagiscono e collaborano sui social network.
- I social network crea l’aspettativa che smart machine e centri di controllo debbano collaborare tra loro come avviene tra le persone sui social.
Le aspettative degli utilizzatori quando si parla di smart machine
La richiesta di massima flessibilità da parte consumatori finali indirizza inevitabilmente il modo in cui si progettano smart machine e applicazioni IIoT. Come costruttore di macchine è meglio pensare da subito a questa richiesta, integrando in qualsiasi progetto di smart machine alcuni precisi requisiti:
- Capacità di accogliere ordini su larga scala, ma anche produrre beni personalizzati (hyper-personalization trend) da introdurre rapidamente sul mercato.
- Possibilità di inserirsi in una linea di produzione altamente flessibile che deve poter essere facilmente modificabile in tempo reale, adeguandosi a nuovi parametri di lavorazione o frequenti cambi formato.
- Tracciabilità e trasparenza su prodotti, beni e processi.
- Utilizzo delle risorse ottimizzato mediante una pianificazione intelligente.
- Gestione dati in tempo reale.
- Facile integrazione delle nuove tecnologie, per garantire la compatibilità per l’aggiornamento successivo degli impianti.
- Miglioramento della qualità dei prodotti e riduzione dell’impatto ambientale.
- Accessibilità immediata alle informazioni e alla diagnostica (il 50% della spesa per la manutenzione oggi è focalizzata sulla ricerca di informazioni relative a un guasto).
- Garanzia di sicurezza e protezione al fine di proteggere l’utente e la macchina.
Smart machine: i dati raccolti creano valore
Se siete utilizzatori finali e avete scelto la strada della smart machine, scoprirete bene presto che avete messo in fabbrica una preziosa fonte di dati grezzi che, una volta abbinati ad algoritmi di Machine Learning o Deep Learning, complice l’Intelligenza Artificiale, potranno generare informazioni preziose per la pianificazione e il controllo della produzione, ma anche per nuove strategie di manutenzione predittiva.
La manutenzione predittiva è una delle migliori opportunità in ottica Industrial IoT attualmente abilitate dalle smart machine, in grado di avere ricadute positive e significative in termini di efficienza, anche energetica, e produttività.
Tra le altre opportunità, vanno senz’altro menzionati la riduzione dei costi legati al consumo energetico, alla manodopera e all’inventario, oltre a una maggiore qualità del prodotto finito e alle minori perdite legate ai downtime di impianto.
Di fatto, grazie all’utilizzo massivo di sensori di ultima generazione e grazie alle informazioni generate dai dati raccolti da tali sensori, una smart machine oggi permette un monitoraggio e una visibilità in tempo reale di un livello avanzato, mai visto in precedenza.
Software, il nuovo alleato della smart machine
Quando parliamo di software e smart machine, non dimentichiamo però che esso può essere un prezioso alleato anche dei costruttori di macchine, già in fase di Engineering di una smart machine.
Negli ultimi anni l’importanza del software è aumentata e, in alcuni casi, il software potrà sostituire l’hardware nell’ambiente delle smart machine. Il software, inoltre, costituisce il collegamento tra svariati sistemi e contribuisce a collegare il mondo logico con quello fisico.
La digitalizzazione stessa della progettazione di una fabbrica o di una linea è un esempio dell’impatto positivo del software. Il software di simulazione e prototipazione è in grado di creare un modello virtuale che semplifica l’acquisizione di numerosi requisiti del sistema di controllo, accelerando l’implementazione del progetto, specialmente nella fase di programmazione. Delle specifiche inaccurate possono implicare notevoli sprechi di tempo prezioso (e costoso).
Gli strumenti di simulazione software, inoltre, consentono agli operatori di familiarizzare con un nuovo sistema prima di installarlo, incrementando sia l’efficienza che la sicurezza.
Dalla prospettiva dei costruttori di macchine, l’attenzione è rivolta spesso su soluzioni pratiche e sulla semplificazione della progettazione dei sistemi meccatronici e di controllo.
Tra i vantaggi enormi che si possono cogliere dalla digitalizzazione, in quest’ambito c’è la possibilità di simulare il programma di automazione senza hardware. Oppure di inserire sempre più funzioni intelligenti che distingueranno le macchine, grazie al valore aggiunto basato sul software e sull’applicazione.
Come costruttori di macchine, potreste sviluppare anche nuovi modelli di business per monetizzare nuovi servizi e funzioni che garantiscano l’integrazione intelligente, la disponibilità dei dati o analisi avanzate, tutte basate sul software.
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