Industria 4.0: l’impatto delle nuove tecnologie all’interno dei sistemi produttivi

Il termine “Industria 4.0” è stato utilizzato per la prima volta in Germania nel 2011 alla fiera di Hannover al fine di descrivere il mutamento che subirà la configurazione della catena di valore nelle aziende, dove i processi produttivi saranno basati sulla tecnologia e su dispositivi che comunicano tra di loro.

L'industria 4.0 sarà caratterizzata dall'uso simultaneo delle tecnologie menzionate nel precedente capitolo al fine di creare dei cyber-physical sistems (CPS), ovvero una serie di sistemi informatici in grado di interagire con i sistemi fisici in cui operano, che sono dotati di capacità computazionale, di comunicazione e di controllo. Grazie a questi sistemi il confine tra parte digitale (cyber) e la parte fisica dei processi produttivi diventa molto sottile.

importante dunque comprendere in che modo l'utilizzo delle tecnologie abilitanti può portare ad un incremento dell'efficienza e della produttività.

• Manifattura additiva (digital manufacturing)

La manifattura additiva (o stampa in 3D) è una modalità produttiva che, partendo da un modello virtuale 3D realizzato mediante appositi software (p.e. Cad), consente la creazione di oggetti (parti componenti, semilavorati o prodotti finiti) generando e sommando strati successivi di materiale; ciò contrasta con quanto accade in molte tecniche della produzione tradizionale in cui si procede per sottrazione da un blocco di materiale grezzo (tornitura, fresatura, ecc.).

I vantaggi derivanti da questo nuovo metodo sono prima di tutto la possibilità di creare oggetti personalizzati in modo molto più facile rispetto al metodo tradizionale;
inoltre vi è un immediato risparmio di costi, dal momento che viene utilizzato un preciso quantitativo di materiale per realizzare il prodotto.

La stampa 3D non è una tecnologia recentissima; infatti già negli anni '80 si utilizzava nell'ambito della prototipazione rapida, ma nel corso degli anni abbiamo assistito a un aumento delle capacità delle stampanti 3D, che ora riescono a produrre oggetti più complessi in un minor tempo rispetto al passato. Oltretutto una diminuzione dei loro costi ha reso conveniente il loro utilizzo anche in piccole e medie imprese.

Questa nuova tecnologia consente la produzione di oggetti con geometrie complesse che non potrebbero realizzarsi con i metodi tradizionali. Altro vantaggio legato alla manifattura additiva riguarda la velocità con cui si passa dalla fase di design a quella di produzione: infatti la flessibilità delle stampanti 3D permette di realizzare diversi tipi di prototipi, ciascuno con un materiale o una forma diversi, al fine di effettuare valutazioni funzionali o estetiche. Questo procedimento porta anche a un notevole risparmio di tempo e costi di progettazione del prodotto. Settori come quello biomedico o aerospaziale fanno già uso di oggetti creati tramite la stampa 3D.

Un esempio di come la manifattura additiva possa influenzare positivamente l'efficienza aziendale è rappresentato dall'Avio Aero, azienda che opera nella progettazione, produzione e manutenzione di componenti e sistemi per l'aeronautica civile e militare.
Quando nel 2013 è state acquistata da General Elettric questa azienda ha intrapreso un cammino che le ha permesso di diventare un centro di eccellenza mondiale del settore.

L'Avio Aero ha saputo cogliere le opportunità offerte dalla manifattura additiva, che ha consentito all'azienda di creare componentistica per i motori con una notevole riduzione di costi e tempo di produzione e con un'accresciuta qualità ed efficienza del prodotto. Per costruire una paletta della turbina di un Boeing 787 con il processo tradizionale sono necessari 4 kg di materiale grezzo per ottenere 1 kg di prodotto (la paletta pulita e rifinita), mentre con l'additive manufacturing il rapporto è 1,5 kg a 1 kg, il che si traduce in minor uso di materiale, meno ore di lavoro per ripulire il pezzo e minor peso per l'intero motore. Il processo permette quindi una diminuzione dei costi di realizzazione e dei tempi di sviluppo, aumentando la resa complessiva del processo. Il cuore della produzione è rappresentato dallo stabilimento di Cameri (nella zona di Novara), uno dei più grandi al mondo riguardo alla produzione additiva.

• Internet of things e big data

IoT e Big Data sono considerate due delle principali tecnologie abilitanti per Industria 4.0; infatti il loro utilizzo simultaneo assicura la “CyberPhysical Convergence”, ovvero la convergenza tra il mondo fisico e quello virtuale.

La miniaturizzazione dei vari sensori consente di includere ormai in quasi ogni oggetto fisico questi ultimi al fine di raccogliere informazioni sull'ambiente fisico e, successivamente, comunicarli in rete (sistemi “Embedded”). Per oggetti che nascono privi di tali dispositivi è quindi possibile aggiungerli in un secondo momento; pertanto, ogni oggetto fisico ha (o può avere) la capacità di generare dati sul suo stato e lo stato dell'ambiente fisico che lo circonda. Questo crea un processo circolare dove le informazioni e i dati elaborati dai sensori passano dal mondo fisico a quello digitale; qui, infatti, queste informazioni vengono elaborate e analizzate al fine di agire sugli oggetti stessi per configurarli. Si può dunque dire che l'IoT genera una copia virtuale del mondo fisico; con questa copia virtuale è possibile simulare una miriade di processi ed effettuare tutti i test desiderati prima di agire nel mondo fisico. [...]