Knowledge Based Engineering per la P.M.I. Studio per la configurazione automatica di prodotto

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INTRODUZIONE 
In questo lavoro di tesi  sarà proposto un approccio all’utilizzo dei sistemi informatici 
di ausilio alla progettazione  che si basano sulla manipolazione della “conoscenza 
ingegneristica”, K.B.E., (acronimo di Knowledge Based Engineering). Infatti, poiché sempre 
più compagnie hanno accesso allo stesso processo tecnologico, agli stessi costi 
d’organizzazione e di produzione materiali, l’unico fattore discriminante che differenzia le 
varie imprese è il “capitale intellettuale”. Quindi conservare la base di conoscenza è 
un’esigenza di business essenziale nel contesto della competizione globale. 
La progettazione, e in senso lato l’ingegneria, non sono altro che un’attività di 
manipolazione della conoscenza. Per cui la naturale evoluzione dell’“automation” in 
ingegneria non può che essere orientata verso metodiche d’automatizzazione della 
manipolazione della conoscenza, per affiancare e sempre più sostituire l’uomo in alcune fasi 
della progettazione. 
Siamo di fronte ad una svolta epocale, il passaggio dalla “Progettazione assistita” 
alla “Progettazione automatica”. 
La storia evolutiva del “ Computer Aided Engineering”, e cioè dell’ausilio dei sistemi 
informatici nella progettazione, nasce negli anni ’80 con l’<<era dell’informatica>>, 
attraverso l’introduzione dei personal computer PC, che hanno rappresentato un efficace 
strumento di calcolo e d’immagazzinamento di quantità di dati via via crescenti. Dati che 
diventano informazioni solo in un contesto specifico. Ma che presi in quanto tali, sono 
oggettivi, semplici simboli che rappresentano qualcosa, e indipendenti dalla possibilità di un 
osservatore di capirne il significato.  
Lo step successivo avviene con l’<<era della comunicazione>>, quando negli anni 
’90 ci si rende conto che non era sufficiente avere l’informazione ma bisognava 
“comunicare”. Quindi nascono le prime reti locali di PC, all’inizio circoscritti all’ufficio 
tecnico aziendale (Local Area Network: LAN), in seguito  tra uffici tecnici dislocati in 
differenti località (Wide Area Network: WAN), fino ad aprirsi al mondo intero attraverso il 
Word Wide  Web. Contestualmente sono cresciute le necessità d’integrazione tra i differenti 
sistemi software (standardizzazione dei protocolli d’interscambio dati) e le esigenze di 
garantire la sicurezza degli stessi.  
Ora si schiude l’ <<era della conoscenza>>, della comprensione dell’informazione 
comunicata. Ovvero è necessario che quando l’informazione ci giunge sia univocamente 
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interpretabile e si può verificare la sua validità. La conoscenza è il risultato d’esperienza e dati 
in forma direttamente utilizzabile. E per essere utilizzabile, la conoscenza, deve essere 
catturata in forma accessibile, gestibile e formale. Il difficile non è costituito dalla 
“conoscenza esplicita”, costituita dalle informazioni rintracciabili nelle specifiche di prodotto, 
nelle norme aziendali, nei cataloghi dei fornitori, nei testi accademici, nei documenti tecnici, 
quindi facilmente recuperabile, quanto per la “conoscenza tacita”, che è il know-how degli 
ingegneri che danno vita al progetto e che è comunicata verbalmente all’interno di 
un’organizzazione aziendale, ma che non viene formalizzata in nessuna maniera e rimane 
nella testa dei progettisti, rappresentando la sua competenza e capacità di intraprendere 
intuitivamente e inconsciamente la strada giusta nel problem solving. 
Il lavoro di tesi riguarda lo studio applicato delle più recenti soluzioni per la gestione 
della conoscenza all’interno delle P.M.I.. In particolare, partendo dall’ analisi del contesto 
(analisi del mercato e caratterizzazione della realtà delle piccole e medie imprese), proporrò 
alcune strategie utilizzabili per affrontare con vigore i competitors nelle nuove sfide del 
mercato: 
• Prodotti altamente personalizzati, con cicli di vita del prodotto sempre più 
breve, 
• La necessità di portare i prodotti sul mercato sempre più rapidamente; 
• Prodotti altamente tecnologici, che richiedono il contributo collaborativo di 
professionalità spinte; 
• Margini di guadagno in riduzione; 
• … 
Strategie, che necessitano del supporto di sofisticati strumenti software in grado di 
integrare tutte le fasi del processo creativo di un azienda (tasks organizzativi, progettuali e 
produttivi). Focalizzando l’attenzione sull’aspetto progettuale, sarà data particolare enfasi su 
un approccio innovativo del loro utilizzo: non semplicemente come semplici strumenti di 
data-processing ma come manipolatori della conoscenza di prodotto (approccio KBE). 
In conclusione, saranno ripercorse le varie fasi dello studio di fattibilità di una tale 
implementazione all’interno di una piccola e media azienda, culminata in un prototipo di 
configuratore automatico di prodotto. 
 
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Capitolo 1.  
CONTESTO E PROBLEMATICHE 
 
Il “motore propulsore” che sta stimolando le Piccole e Medie Imprese (P.M.I.) 
all’utilizzo di sistemi K.B.E. è dovuto alla necessità d’essere competitivi all’interno di un 
mercato globalizzato che spinge verso l’innovazione. Quindi non posso esimermi 
dall’introdurre un analisi del mercato e dalla trattazione delle peculiarità delle PMI 
1.1 Analisi del mercato 
Oggigiorno siamo di fronte ad un “Mercato Globale” sempre più dinamico e 
spregiudicato. Infatti, la “Rivoluzione delle Telecomunicazioni”, attualmente in atto, e 
l’avvento di Internet, ha garantito una facilità e una quantità d’informazioni che ha ristretto 
sempre più la forbice innovativa tra le realtà industriali mondiali che hanno accesso a tale 
risorsa e  sono in grado di sfruttarla ai massimi livelli, stando al passo con l’Information 
Technology, e realtà che si basano sulla sola “forza lavoro”. Ma la globalizzazione non si 
limita all’accesso delle informazioni, ma anche alla velocità e all’abbattimento dei costi nella 
movimentazione di uomini e merci da un capo all’altro del mondo. Per cui per sopravvivere in 
queste condizioni di mercato ci sono due strade: una strategia miope e di breve periodo che è 
il protezionismo economico, l’altra, che è il puntare sull’innovazione. Strategia che si sta 
rilevando categoricamente necessaria. Per cui è necessario essere competitivi e innovativi su 
scala mondiale. Per far ciò si ricorre massicciamente all’”outsourcing” con una distribuzione 
geografica delle aziende in paesi diversi, per ragioni strategiche e di mercato. Per cui si sposta 
la produzione verso località con più basso costo della forza lavoro, mentre la ricerca e lo 
sviluppo sono dislocati in prossimità di attinenti poli industriali e d’eccellenza.  
Questa elevata competitività nel mercato mondiale ha determinato l’innalzamento 
delle aspettative del cliente, al punto che vuole essere libero di decidere su molti aspetti del 
prodotto: prestazionali, estetici, dimensionali, …, quindi il mercato esige prodotti altamente 
“personalizzati”. Ma, non solo, si sono create una serie di sovrastrutture culturali, per cui  
l’acquisto di un prodotto rappresenta un riconoscimento ad una filosofia aziendale di impegno 
ecologico, di risparmio energetico, di impegno sociale,… . Impegno, anche se non sempre 
sostanziale, purché formalmente certificato. Inoltre si guarda anche all’economicità del 
prodotto nel corso della sua vita utile e che possiamo individuare in consumo di energia , 
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manutenzione, parti di ricambio e anche nello smaltimento. Tutto ciò al prezzo più basso 
possibile e nei tempi di progettazione più brevi possibili. 
Per cui le aziende nell’ottica del “customer satisfaction” sono sempre più stimolate ad 
assecondare le esigenze del cliente a scapito di economie di scala, ottimizzazione di lotti di 
produzione, …, ma cercando di ottimizzare e automatizzare le fasi di progettazione che 
rappresentano un aspetto cruciale nel “ciclo vita” del prodotto determinando a priori i costi 
che si realizzeranno nelle fasi successive. Da ciò si desume che la produzione di massa, 
secondo l’approccio storico di Henry FORD, si può ritenere più che morta e sepolta. Inoltre a 
complicare il tutto c’è il rapido e schizofrenico cambiamento delle preferenze e abitudini dei 
clienti alle quali bisogna rispondere con elevata flessibilità. 
Tutto ciò ha determinato una drastica compressione del ciclo vita di un prodotto e una 
conseguente riduzione del “Time to Market” per i nuovi prodotti, con la spinta al 
miglioramento e all’innovazione continua. Questa compressione del ciclo di vita dei prodotti 
raggiunge livelli tali che bisogna iniziare la progettazione di una nuova generazione di 
prodotti prima che quella precedente abbia terminato il proprio ciclo di vita. Questo non solo 
per i prodotti high-tech, com’era tradizionalmente, ma anche per i beni di consumo, pena la 
perdita di quote di mercato dovute al ritardo nell’uscita dei nuovi prodotti.   
Il mercato richiede un ampia gamma e tipologia di prodotti, in relazione alla pressante 
richiesta di diversificazione dei clienti, ma sopratutto prodotti complessi e con funzionalità 
sempre maggiori che richiedono quindi lunghi tempi di sviluppo. E tale complessità richiede 
sempre più uno sforzo di collaborazione tra diversi campi (meccanica, elettronica, chimica, 
ambiente, …) rendendo più intricato e laborioso il flusso informativo tra gli attori in gioco. 
Inoltre il mercato richiede, quasi esclusivamente, prodotti certificati (certificazione di 
prodotto), per sopperire quello sbilanciamento di conoscenza informativa di prodotto tra 
produttore ed acquirente in una qualsiasi transazione economica. Tali “certificazioni di 
qualità” sul prodotto, di conseguenza, determinano la necessità di certificare il processo 
produttivo (certificazione del processo produttivo), in maniera tale da garantire la ripetibilità 
del processo produttivo e quindi del suo risultato, il prodotto, e quindi una sempre crescente 
condivisione di know-how tra le aziende.  Ciò s’innesta perfettamente con l’utilizzo di 
strumenti P.L.M. (Product Lifecycle Management) poiché concorrono entrambi alla 
standardizzazione del processo di “storage” della conoscenza e dei metodi del processo 
produttivo. 
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Accanto al prodotto assume grande rilevanza il servizio fornito al cliente, quindi la 
garanzia e l’assistenza post vendita; diventa quindi vitale l’attuazione di una cultura aziendale 
<<cliente centrica>> tale da poter supportare gli appropriati processi di raccolta dati, e di 
azione di marketing, vendita e fornitura di servizi per mezzo di applicazioni organizzative e 
tecnologiche. 
1.2 Tipicità delle P.M.I.  
Le Piccole e Medie Imprese (P.M.I.) hanno dei limiti e delle risorse peculiari, 
specifiche della realtà produttiva in cui operano. Però sono costrette ad affrontare le stesse 
sfide delle grandi aziende: cicli di vita del prodotto più brevi, necessità di portare i prodotti sul 
mercato più rapidamente, margini in riduzione e la concorrenza dei paesi emergenti con costo 
del lavoro molto inferiore. 
Uno dei limiti predominanti è dovuto alla non disponibilità di elevate risorse 
economiche, per cui sono costretti a centellinare gli investimenti e sfruttare al massimo i beni 
strumentali  a disposizione (uomini e mezzi), ottenendo il massimo da poco. Per cui si 
richiede una certa oculatezza negli investimenti, per aver il massimo ritorno economico nel 
minor tempo possibile, a scapito di strategie di più lungo periodo. Per cui quest’approccio 
“cost oriented” impedisce qualsiasi progetto di ricerca e sviluppo di natura più prettamente 
metodologica e speculativa. 
La scarsità di personale, se da un lato, determina lo svantaggio che non si possono 
investire molte ore-uomo nell’innovazione, dall’altro lato, determina la fortuna delle P.M.I, in 
quanto il personale è molto più flessibile e poliedrico, poiché si deve “naturalmente” occupare 
di molti aspetti dell’iter progettuale e quindi è dotato di una maggiore predisposizione al 
problem-solving. Però questa conoscenza poliedrica e flessibile si scontra con la crescente 
esigenza di conoscenza specialistica sempre più richiesta per l’aumentare della complessità 
dei problemi affrontati. E d’altro canto, le PMI a differenza dei loro competitori di maggiore 
dimensione, non possono permettersi personale specializzato in particolari settori, per 
esempio nell’I.T. (Information Technology) e nei sistemi di automatizzazione. 
Questa dipendenza delle PMI da personalità carismatiche e d’esperienza, determina 
una critica sensibilità delle stesse al turn-over dei progettisti. E questo è un fenomeno molto 
diffuso nelle PMI, dove, per essere concorrenziali con Paesi Emergenti (Cina, India, …) con 
costo del lavoro molto più basso,  piuttosto che puntare su innovazione, design, qualità, … 
spesso si è cercato di concorrere sullo stesso fronte dei prezzi, facendo ricadere le inefficienze 
del sistema industriale sul sistema retributivo, abbassandolo ai minimi sindacali e/o attraverso 
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contratti a tempo determinato. Infatti l’allontanamento del personale e quindi la contrazione 
della forza lavoro è una tipica strategia d’abbattimento dei costi a cui le PMI sono costrette a 
ricorrere per adattarsi alle fluttuazioni del mercato. E questa è una strategia tanto dolorosa 
(per problematiche aziendali e sociali) quanto necessaria, in quanto a differenza dei 
concorrenti di maggiore dimensione, le PMI non sono garantite da ammortizzatori sociali e 
strumenti socio-economici di ausilio nei periodi di magra.  
Quindi, l’allontanamento di un progettista comporta la perdita di know-how aziendale 
ed in particolare di quella “conoscenza tacita” che costituisce la personale competenza dello 
stesso e derivata da esperienze personali (tanto più preziose, quanto più concentrate in uno 
stesso ambito industriale per molti anni). Perciò è un esigenza pressante per le PMI 
“patrimonializzare” questa conoscenza tacita, facendola propria dell’Azienda e rendendola 
facilmente usufruibile per le nuove leve. E come vedremo le applicazioni K.B.E. perseguono 
esattamente questi obiettivi. 
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Capitolo 2.  
LE STRATEGIE 
 
Le possibili strategie attuabili dalle PMI per incrementare la loro competitività non 
possono che essere circoscritte all’ ambito aziendale. Per cui i due fronti su cui possono 
focalizzare la loro attenzione è quello di una più efficace organizzazione della produzione e di 
ridurre, ottimizzandoli, i tempi di progettazione. 
2.1 Organizzazione del sistema produttivo  
Le PMI basano il loro core business su prodotti specializzati e personalizzati, per cui 
sono costrette ad assumere un’organizzazione produttiva di tipo a commessa singola, con tutte 
le problematiche che ne conseguono, quali la progettazione ad hoc dell’impianto/macchina, la 
non ottimizzazione dei lotti d’acquisto e di produzione e quindi degli elevati costi e tempi 
necessari. 
Per la scarsità di mezzi e risorse economiche è bene che le PMI si orientino verso 
un’organizzazione produttiva snella (Lean Production), per ridurre le immobilizzazioni di 
capitali nei beni a magazzino, e verso una produzione “Just in Time”. Tutto ciò richiede un 
notevole sforzo organizzativo sia per evitare rotture di scorte ma anche per pianificare 
correttamente la produzione e garantire che tutto si trovi dove serve, esattamente nel momento 
giusto in cui serve. 
Altra esigenza cruciale delle PMI è quello di garantire, oltre che un nutrito ventaglio di 
tipologie di prodotti per assecondare le stringenti ed esose esigenze dei clienti, anche una 
certa flessibilità di volumi. E poiché le commesse possono richiedere volumi di produzione 
molto differenti, per le limitate risorse, le PMI sono costrette a far ricorso pesantemente 
all’”outsourcing” e a costituire “Reti d’Impresa”. Nasce, quindi, il concetto di “Supply 
Chain”, definita anche come rete logistica di supporto al prodotto, consistente nell’insieme di 
fornitori, centri produttivi, depositi, centri distributivi e punti di vendita al dettaglio, e anche, 
a monte, nell’insieme di materie prime, scorte di semilavorati e prodotti finiti che circolano 
tra i diversi punti. La “Supply Chain” comprende, quindi, i processi di gestione degli 
approvvigionamenti (sourcing), di programmazione (marking), e di gestione degli ordini 
cliente e servizio post-vendita (delivering).  
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Tutto ciò ha reso necessario un imponente flusso informativo tra le aziende che 
collaborano organicamente alla realizzazione di un manufatto per condividere competenze e 
metodi produttivi al fine di garantire prodotti certificati, affidabili e ripetibili; perché, come 
abbiamo gia visto, la necessità di certificazioni di qualità del prodotto richiede la 
certificazione di tutta la filiera produttiva. Quindi l’infrastruttura di gestione 
dell’informazione è estesa oltre i confini fisici dell’azienda per includere fornitori (out-
sourcing), collaboratori (co-maker ship) e clienti fino a formare un’azienda virtuale estesa 
(virtual enterprise). 
Ciò ha determinato la nascita dell’“INGEGNERIA SIMULTANEA” in cui emergono 
forme di collaborazione con i fornitori (co-design o co-engineering) che prevedono lo 
sviluppo di soluzioni e prodotti attraverso il coinvolgimento dei fornitori in un gruppo 
interfunzionale di progetto. Ciò consente al cliente di sfruttare le conoscenze tecnologiche e di 
processo del fornitore, mantenendo nel contempo il pieno controllo del progetto/prodotto. 
Questo ha determinato l’aspetto debole dei primi strumenti P.L.M. verticali di prima 
generazione, molto laboriosi per l’elaborazione del flusso informativo e molto rigidi, mentre 
l’esigenza di dover collaborare con situazioni differenti e variabili, dovuti alla varietà dei 
giocatori in campo (ognuno con proprie capacità e caratteristiche produttive) richiede 
notevole flessibilità d’uso. Ma d’altro canto ciò ne sta decretando il loro successo, nelle nuove 
configurazioni, per l’esigenza di uno strumento di supporto a tale flusso d’informazioni, ma 
specialmente affinché adegui automaticamente il progetto, in funzione dei cambiamenti 
ambientali (per esempio esigenze produttive, di fornitura materie prime…). 
Questo ha anche determinato la specializzazione spinta delle PMI che ormai si 
occupano d’aspetti molto ristretti della produzione, per cui ci sono aziende specializzate nel 
taglio laser, nella saldatura laser, nell’assemblaggio meccanico, … che ha portato allo 
svuotamento dei task interni all’azienda  e ad appesantire  i compiti organizzativi.