Produzione intelligente: pianificare la propria risposta al cambiamento delle condizioni

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“Perché spedire degli atomi potendo trasmettere dei bit?”

Nicholas Negroponte, co-fondatore del MIT Media Lab e primo investitore della rivista WIRED, formulò questa domanda nel suo bestseller del 1995: Being Digital. Al tempo, Blockbuster noleggiava videocassette (atomi) presso i suoi 9.100 negozi sparsi in tutto il mondo. Oggi l’azienda non esiste più e Netflix, che inizialmente spediva CD ai propri clienti, si è adattata alla digitalizzazione del mercato, trasmette bit ed è valutata 223 miliardi di dollari.

Sebbene le probabilità che il vostro settore faccia la fine di quello delle videocassette siano ridotte, la pandemia in corso ha dimostrato che in qualsiasi momento può verificarsi un’enorme variazione nella domanda di determinati prodotti. Tali variazioni introducono la necessità di essere agili dal punto di vista digitale e fisico, ora divenuta fondamentale per avere successo.

Indipendentemente da ciò che producete, tutto ciò che può diventare digitale all’interno della vostra attività deve diventarlo. Solo allora potrete trasmettere bit all’interno e all’esterno, utilizzando sistemi ciberfisici per convertire i bit in atomi quando e dove volete, così come nelle quantità necessarie.

Secondo il National Institute for Standards and Technology (NIST), “i sistemi ciberfisici (CPS) sono costituiti da componenti digitali, analogici, fisici e umani che interagiscono tra di loro e sono progettati per funzionare attraverso l’integrazione di aspetti fisici e logici. Questi sistemi costituiscono le fondamenta della vostra infrastruttura critica, fanno da base ai vostri servizi smart futuri ed emergenti e migliorano la qualità della vita in molte aree."1 A loro volta, la tecnologia ingegneristica, la tecnologia operativa e l’informatica costituiscono le fondamenta dei sistemi ciberfisici:

• la tecnologia ingegneristica supporta la progettazione, la produzione o l’acquisto delle attrezzature e dei sistemi utilizzati all’interno dei vostri stabilimenti

• l’hardware e il software operativi individuano o effettuano regolazioni della produzione attraverso il monitoraggio diretto o il controllo di attrezzature, processi ed eventi

• il software IT integra i dati generati dai sistemi di produzione nelle vostre piattaforme di gestione aziendale e finanziaria.

Come gestire tuttavia i requisiti di elaborazione e archiviazione risultanti? Con più di 100 milioni di abbonati in tutto il mondo che guardano ogni giorno 125 milioni di ore di film e spettacoli televisivi, Netflix ricorre agli Amazon Web Services (AWS) pressoché per tutte le sue esigenze di elaborazione e storage, utilizzando più di 100,000 istanze server su AWS.2 L’accesso a risorse informatiche flessibili ha consentito a Netflix di trasformare i propri requisiti a livello di hardware da costi di capitale a spese operative. Sebbene le vostre esigenze a livello di IT possano non essere enormi quanto quelle di Netflix, un’infrastruttura e una piattaforma cloud potrebbero comunque essere necessari.

In modo simile, le vostre esigenze a livello di attrezzature produttive potrebbero essere soddisfatte dai fornitori di tecnologie di stampa 3D e di servizi di stampa gestiti. I clienti sfruttano servizi esterni quando hanno capacità limitate, al fine di usufruire della flessibilità di produzione necessaria per sopperire alla carenza di capacità di stampa 3D. Tuttavia, la situazione peggiore è quella in cui non si prevede tale carenza di capacità, con conseguente impatto negativo sui clienti. La produzione intelligente offre gli strumenti necessari per sintetizzare i sistemi ciberfisici in modo tale da migliorare la propria operatività ed essere avvertiti in caso di cambiamenti a livello di domanda e offerta.

Cos’è la produzione intelligente?

La produzione intelligente integra progettazione, operatività e informatica al fine di acquisire, analizzare e fornire i dati sulle prestazioni necessari per prendere decisioni, sia automatizzate che formulate da esseri umani, in modo tale da adattarsi al cambiamento delle condizioni all’interno di stabilimenti, catene di fornitura e mercati.

Gli stabilimenti implementano la produzione intelligente adottando sistemi ciberfisici che migliorano l’agilità operativa e l’efficienza, favorendo al contempo l’innovazione. I dati in tempo reale sulle prestazioni dei vostri sistemi, analizzati tramite tecniche di intelligenza artificiale, vi consentono di organizzare persone, processi di produzione e risorse della catena di fornitura. L’analisi dei dati, abbinata a una vista consolidata delle vostre strutture produttive, ottimizza le decisioni a livello nazionale e internazionale.

I macchinari e i processi di assemblaggio flessibili consentono di prendere decisioni all’ultimo minuto su quando e dove produrre, così come su quanto produrre. Sebbene la produzione di volumi elevati con macchinari specializzati, come ad esempio la stampa a iniezione, non scomparirà, sta prendendo sempre più piede la produzione di articoli personalizzati e in piccole quantità attraverso la stampa 3D. Per esempio, Heineken utilizza stampanti 3D per produrre attrezzature su misura per la sicurezza, la manutenzione e il controllo qualità, così come per stampare pezzi di ricambio e ottimizzare le proprie linee di produzione. Una piattaforma di produzione intelligente evidenzia gli aspetti in cui è possibile migliorare l’efficienza operativa, ridurre i costi e rispondere alle variazioni di domanda.

Il potenziale della produzione intelligente

La vostra azienda è sicuramente già digitale sotto alcuni aspetti, ad esempio l’utilizzo di disegni CAD per prodotti e pezzi, l’emissione di distinte base digitali, gli ordini online ecc. Tuttavia, quando si tratta di produzione, il software che gestisce l’attività spesso non è integrato con le piattaforme aziendali. Le inefficienze risultanti hanno un impatto negativo sul tempo e sui costi necessari per realizzare i vostri prodotti. L’integrazione ciberfisica della produzione intelligente vi aiuta a superare questi limiti.

L’accesso a dati preziosi e pertinenti riguardo alla produzione consente di valutare in tempo reale i comportamenti e le tendenze del vostro stabilimento. Se abbinata a sistemi di produzione flessibili, genera una capacità di risposta agile altrimenti difficile, se non impossibile, da ottenere. Per esempio, la realtà aumentata utilizza versioni digitali di attrezzature e sistemi per apparire sul display del casco o sul tablet di un addetto alla manutenzione. Il lavoratore legge le informazioni utili, incluse le operazioni per la risoluzione dei problemi, mentre guarda un’attrezzatura. In modo simile, la stampa 3D consente di sostituire velocemente componenti rotti per i quali pezzi di ricambio non esistono o non sono prontamente disponibili. Gli addetti possono eseguire una scansione del componente danneggiato, creare un file CAD e realizzare il componente con una stampante 3D.

Questi vantaggi non si limitano agli stabilimenti, bensì riguardano anche lo sviluppo dei prodotti e i tempi di commercializzazione. La Smart Manufacturing Leadership Coalition ha riscontrato che gli stabilimenti “smart” conseguono una riduzione dei costi di simulazione e modellazione pari al 75%, così come una riduzione della durata dei cicli pari al 40%.4 La digitalizzazione è fondamentale per migliorare i processi di produzione fisici.

La produzione intelligente è facilitata da “gemelli digitali” che gestiscono, controllano e mantengono i macchinari e i processi di produzione. I gemelli digitali sono una simulazione dei comportamenti digitali e fisici delle vostre attività produttive, incluse le performance di macchine e prodotti, quelle degli operatori, gli obiettivi e i risultati a livello di qualità, la conformità ai requisiti di sicurezza, la programmazione e gli utilizzi. Aaron Frankel, Vice President – Additive Manufacturing di Siemens, afferma che un gemello digitale completo consente di progettare, realizzare e ottimizzare il proprio ambiente di produzione:

• Prodotto (aspetti della progettazione, inclusi elementi meccanici, elettronici e software)

• Processo di produzione (rappresenta le fasi e i piani di assemblaggio dei componenti principali)

• Linea e sistema di produzione (distinta base, layout)

• Procedure di produzione (pacchetto tecnico per la gestione della produzione di assemblaggi e sottoassemblaggi di componenti)

• Performance di produzione (comprendere come l’oggetto si è comportato nell’ambiente operativo)

Un gemello digitale completo facilita l’analisi dei sistemi esistenti e ottimizza le attività, al fine di prevedere i futuri requisiti del mercato.

Ostacoli alla produzione intelligente

La digitalizzazione è richiesta in tutti i settori ed è particolarmente importante per quello aerospaziale, quello dei dispositivi medicali e per altri settori con margini rigidi e poca tolleranza per i guasti. La certificazione dei processi, i risultati delle prove e la tracciabilità dei prodotti devono essere forniti al cliente oggi, dopodiché devono essere disponibili per anni, se non decenni, indipendentemente dal fatto che i prodotti siano stati realizzati con tecnologie tradizionali o con la stampa 3D. È necessario adottare tecnologie di intelligenza artificiale per analizzare lo stato attuale delle vostre operazioni e recuperare in futuro i dati ai fini del riordino o del tracciamento dei prodotti.

Tuttavia, come avete probabilmente sperimentato in prima persona, gli stabilimenti non modernizzano i propri sistemi con la stessa frequenza del business che supportano. I responsabili operativi cercano, giustamente, di evitare i rischi per non disturbare un processo che realizza prodotti con costi e qualità accettabili. Dispongono di fondi limitati, utilizzati principalmente per acquisire attrezzature di produzione, il che impedisce l’implementazione di una piattaforma di produzione intelligente. Ne risulta un mix di macchinari che utilizzano dati e formati di tipo proprietario, spesso incompatibili tra di loro. Tuttavia, il successo di un’implementazione di produzione intelligente richiede una visione strategica orientata al futuro, così come investimenti a livello di azienda e catena di fornitura.

Un potenziale ostacolo è rappresentato dal fatto che una piattaforma di produzione intelligente utilizza una notevole quantità di dati da integrare, gestire e condividere in modo accurato, puntuale e distribuito. Tuttavia, se la vostra azienda è simile a molte altre, diverse unità di business hanno implementato sistemi con terminologie, priorità e parti interessate diverse. Il superamento della babele di sistemi che non comunicano velocemente o in modo adeguato è difficile e, spesso, politico, tuttavia è fondamentale per il successo dell’iniziativa di produzione intelligente.

Raccomandazioni

Venticinque anni dopo l’opera più importante di Nicholas Negroponte, la digitalizzazione è presente nella produzione. Osservate queste raccomandazioni per garantire che la vostra azienda tragga beneficio dalla digitalizzazione:

• Prendete in esame i vostri sistemi digitali, fisici e basati su esseri umani per determinare se generano tutte le informazioni complete e in tempo reale necessarie per sostenere un’attività di produzione efficiente

• Distillate i dati complessi e generate analisi utili, in grado di sostenere decisioni strategiche in tempo reale tramite tecniche di intelligenza artificiale

• Sviluppate capacità produttive agili e adattabili, eseguendo inizialmente sistemi digitali flessibili e processi fisici su un’unica linea di assemblaggio, oppure all’interno di un unico stabilimento, mentre pianificate gli utilizzi futuri presso più stabilimenti

• Implementate una piattaforma di produzione intelligente in grado di orchestrare più requisiti di fornitura e produzione, in modo agile e sfruttando la stampa 3D per produrre rapidamente e in modo localizzato

1. National Institute of Standards and Technology, USA Department of Commerce; https://www.nist.gov/el/cyber-physical-systems

2. Netflix su AWS; https://aws.amazon.com/solutions/case-studies/netflix/

3. Come la fabbrica smart può rendere la produzione ancora più intelligente; https://www.ey.com/en_gl/alliances/how-the-smart-factory-can-make-your-shop-floor-smarter

4. Smart Manufacturing Leadership Coalition; https://smlconsortium.org/