6
INTRODUZIONE
Questa tesi è incentrata sui nuovi sistemi di automazione impiegati in ambito
logistico, contestualizzati nell'ottica di Industria 4.0.
Per Industria 4.0 s'intende la quarta rivoluzione industriale, quel processo basato
su una nuova concezione di produrre e spedire i prodotti: lungo la catena del
valore ogni operazione è connessa, a ogni prodotto sono associate informazioni
precise che lo orientano verso il luogo in cui sarà processato e verso il cliente al
quale è destinato. Tutto ciò è reso possibile grazie all'Internet delle cose, ossia
l'insieme di oggetti a comportamento autonomo, caratterizzati da intelligenza e
adattabilità, in grado di comunicare tra loro e recepire le informazioni. Una
quantità sempre maggiore di dati e operazioni registrate ed elaborate è diventata
digitale. Realtà fisica e virtuale creano un'unica rete.
L'obiettivo della trattazione è fornire una descrizione dei veicoli a guida
autonoma, impiegati per il trasporto dei materiali nei magazzini, mettendone in
luce le opportunità e i vantaggi offerti nel settore logistico.
Le ragioni della scelta del suddetto obiettivo risiedono nell'importanza crescente
che oggigiorno la logistica sta assumendo, in un contesto in cui deve soddisfare
la domanda dei clienti, garantendo loro consegna delle merci in tempi rapidi.
A supporto del lavoro sono state utilizzate riviste scientifiche internazionali,
inerenti a tematiche nell'ambito della ricerca operativa e scienze manageriali.
Si è fatto poi riferimento ad articoli disponibili su siti di: fornitori leader globali
di tecnologie e servizi, multinazionali di consulenza strategica e manageriale e
associazioni per l'intelligenza artificiale, improntate su ricerca e analisi di sistemi
robotici. Inoltre è stata posta l'attenzione su articoli di vari quotidiani digitali,
italiani e internazionali, focalizzati su economia, tecnologia e le nuove tendenze
dell'innovazione digitale e del business. Infine sono stati consultati siti di analisi
e raccolta di dati provenienti da istituti di ricerca, start-up e clienti, eseguite da
professionisti della logistica ed esperti di tecnologia. I dati sono impiegati per lo
studio di previsioni ed evoluzione delle tendenze in ambito economico.
Il tutto è corredato da interviste, opinioni e dibattiti di esperti nel settore.
La tesi è articolata in tre capitoli. Nel primo capitolo sarà spiegato in cosa
consiste Industria 4.0 e come impatta sulla catena del valore, ponendo l'accento
sui motivi per i quali la produzione nell'ambito della quarta rivoluzione
industriale si distingue dalla produzione tradizionale. In seguito, sarà fornita una
panoramica sull'Internet delle cose, concetto frutto di varie definizioni e visioni
secondo diverse istituzioni. Ne saranno poi descritti gli elementi che lo
7
compongono, come RFID tags, reti di sensori e software, i relativi scenari di
applicazione e vantaggi.
Il secondo capitolo sarà focalizzato sulla nuova logistica nell'ambito di Industria
4.0. Sarà esaminato il fattore principale, che contribuisce al cambiamento nella
modalità di movimentare, immagazzinare e spedire le merci: l'Internet fisico,
fondato su un'interconnettività digitale. In particolare saranno illustrati gli aspetti
della digitalizzazione che rendono il sistema logistico più intelligente, autonomo
e in grado di adeguarsi ai cambiamenti del mercato. Sarà poi analizzato un caso
di studio, finalizzato a comprendere qual è la dimensione su cui impatta
maggiormente l'ecosistema logistico: economica, ambientale o sociale. In seguito
saranno descritte le tecnologie digitali che hanno reso innovativa la logistica, tra
cui Big Data, Internet delle cose e dei servizi, stampa 3D e veicoli a guida
autonoma.
Successivamente sarà presentato uno studio condotto sulla base di interviste di
diversi esperti, al fine di valutare gli effetti prodotti da Industria 4.0 sulla
logistica riguardo al Just-In-Time, Just-in-sequence e il sistema Kanban. Si tratta
di modelli gestionali che mirano a produrre e fornire al momento giusto
esattamente ciò che il cliente richiede, comportando una riduzione delle scorte,
degli errori e dei tempi di attesa. Saranno poi analizzate alcune applicazioni di
logistica di trasporto, utili sia per le aziende, per monitorare a distanza il flusso
di materiale trasportato, sia per i clienti, i quali possono essere meglio informati
sullo stato della spedizione della merce richiesta.
Nella seconda parte del secondo capitolo, in un'ottica di logistica 4.0, saranno
illustrate le novità di un magazzino automatico, che lo contraddistinguono da
quello tradizionale. In particolare saranno introdotti i componenti principali di un
tipico centro di distribuzione automatizzato: sistemi automatici di stoccaggio e
recupero, scaffali di stoccaggio, nastri trasportartori. Successivamente saranno
presentati due casi di aziende italiane che hanno assistito a un cambiamento delle
logiche di magazzino, impiegando le tecnologie tipiche dell'Internet delle cose e
sistemi di movimentazione automatica. Poi saranno descritti layout e benefici dei
mezzi di trasporto merci, rientranti nella categoria dei sistemi di
deposito/recupero, quali trasloelevatori, sistemi a carosello, convogliatori e
robot. Una sezione sarà poi dedicata alla fase preliminare di simulazione eseguita
per il progetto di un magazzino. In particolare saranno illustrati i diversi modelli
analitici e algoritmi proposti nel tempo da diversi ricercatori, con l'obiettivo di
stimare i tempi di ciclo dei macchinari, e individuare le aree ottimali di
stoccaggio e relativi metodi. Si procederà con la descrizione delle attività di un
magazzino: ricezione, storage, ossia immagazzinamento, prelievo ordini e
spedizione. In merito all'order picking, sarà posta attenzione sui modelli
simulativi finalizzati a ridurre i tempi di prelievo e attraversamento dei lotti di
produzione.
8
Nella parte conclusiva del secondo capitolo saranno introdotti i veicoli a guida
autonoma, classificati a seconda delle diverse tipologie di piste percorse nel
magazzino.
Nel terzo capitolo saranno analizzate le nuove tecnologie di automazione nell'e-
commerce. Inizialmente sarà posta l'attenzione su Kiva system, una società
americana che produce robot per il trasporto di scaffali contenenti merci. Dopo
aver descritto nel dettaglio il sistema di movimentazione, ci si focalizzerà sulle
operazioni di allocazione e assegnazione delle risorse, ossia inventario, spazi
delle scaffalature di stoccaggio e contenitori delle merci trasportate. Verrà
descritta inoltre l'attività di pianificazione del percorso che il robot deve seguire
nell'attraversare il magazzino. Dopo aver illustrato i benefici della soluzione del
sistema Kiva, saranno esaminati diversi casi specifici di sistemi di automazione,
impiegati da aziende come Amazon, Alibaba e diverse start-up che stanno
avendo un ruolo preponderante nell'era dell'e-commerce.
Saranno descritti vari robot che, implementati secondo le più avanzate tecnologie
di intelligenza artificiale e dell'Internet delle cose, sono in grado di trasportare le
merci nel magazzino, attraversare in verticale gli scaffali e anche prelevare gli
oggetti. Infine sarà posta enfasi su come i suddetti sistemi impattano sulle
aziende, dal punto di vista produttivo, logistico e operativo.
9
CAPITOLO 1 – LA QUARTA RIVOLUZIONE
INDUSTRIALE
Nel corso dei secoli si sono susseguite quattro grandi rivoluzioni industriali, le
quali hanno contribuito all'evoluzione in ambito manifatturiero. La prima,
Industria 1.0, caratterizzata dall'invenzione nel 1784 del telaio meccanico, il
quale semplificò il processo di produzione dei prodotti tessili.
La seconda, Industria 2.0, fu segnata dall'introduzione da parte di Henry Ford
della prima linea di assemblaggio nel 1913, permettendo la produzione di massa
del classico modello T. Ne conseguirono ottimizzazione del lavoro degli operai e
riduzione dei tempi di produzione.
L’Industria 3.0 venne avviata nel 1969 con la nascita del Programmable Logic
Controllers
1
(PLCs), un apparecchio dotato di intelligenza, che consentì ai
produttori di massimizzare il tempo di funzionamento. Rese infatti possibile il
miglioramento di qualsiasi linea di produzione, macchina, funzione o processo,
dovuto all'abilità di mutare e replicare un'operazione durante il reperimento e la
trasmissione di informazioni utili.
Poco dopo, venne introdotta la tecnologia Electronic Data Interchange
2
(EDI),
che consentì ai produttori di migliorare ulteriormente le prestazioni e la
flessibilità delle loro operazioni.
L’Industria 4.0 rappresenta un’era del tutto nuova che ha consentito alle aziende
di convertire il proprio business in ambito digitale, godere di nuovi servizi
fondati sul web-based business model
3
grazie all'utilizzo di nuove tecnologie
intelligenti, connesse e sostenibili, da cui si traggono benefici in termini di
efficienza e profitti. Essa ha condotto ad un cambiamento decisivo in ambito
1
Programmable Logic Controllers è un sistema di controllo di un pc industriale, che monitora
continuamente lo stato dei dispositivi di input, e prende decisioni basate su un programma
personalizzato, per controllare lo stato dei dispositivi in uscita.
2
Electronic Data Interchange (EDI) è l’interscambio di dati tra sistemi informativi attraverso un
canale dedicato e in un formato tale da non richiedere l’intervento umano salvo in casi
eccezionali. Le aziende comunicano digitalmente le informazioni che tradizionalmente erano
comunicate in forma cartacea.
3
Il Business model è uno dei principali strumenti a disposizione del management per interpretare
e gestire le dinamiche interne ed esterne all’azienda. Costituisce l’insieme delle soluzioni
organizzative e strategiche attraverso le quali un’azienda acquisisce vantaggio competitivo.
organizzative e strategiche attraverso le quali un’azienda acquisisce vantaggio competitivo.
10
produttivo. Ha permesso alle organizzazioni di creare operazioni di connessione
all'interno della produzione e attorno attraverso la catena del valore, e far
diventare i produttori connessi. La correlazione di prodotti e risorse create dalle
aziende ha dato forma a una nuova catena del valore, costruendo nuove relazioni
tra fornitori, macchinari all’interno del loro impianto, sistemi e stakeholders,
catena di distribuzione e catena della domanda, concernente i clienti finali.
I vantaggi di Industria 4.0
Markus Löffler, capo del McKinsey
4
’s Stuttgart office, sottolinea la differenza
tra la produzione tradizionale e produzione nell’Industria 4.0. Nel primo
caso il flusso dei componenti attraverso la catena di distribuzione è separato
dall'informazione, e solo successivamente si provvede a come e dove gestirlo e
sincronizzarlo. La quarta rivoluzione industriale, invece, segna il progressivo
attenuarsi della separazione tra informazione e materiali: «i prodotti saranno
inestricabilmente collegati alle loro informazioni», dice Löffler. Egli parla poi di
«consolidazione di dispositivi e process management». Spiega, pertanto che gli
oggetti fisici diventano parte integrante del processo. Il flusso di lavoro non
costituisce più un mero layer logistico indipendente, bensì crea un'unica entità
col macchinario.
La visibilità in tempo reale di attività e prodotti è la chiave per migliorare le
prestazioni delle operazioni. I produttori possono estrapolare informazioni utili
attraverso la catena di distribuzione e della domanda riguardo all'invio del
servizio, a come un prodotto viene impiegato, i suoi requisiti di manutenzione. I
dati estratti vengono poi sfruttati per varie finalità: ridurre la manodopera e i
costi di garanzia, migliorare l'esperienza del consumatore, sviluppare il servizio
cliente, aumentare i guadagni e migliorare in tempo utile i parametri di
prestazione.
Grazie alla perfetta integrazione tra catena della domanda e catena di
distribuzione realizzata combinando business process e tecnologia, l’azienda
acquisisce conoscenza sui suoi clienti, distributori e processi di produzione.
Siegfried Dais, vicepresidente del consiglio di amministrazione presso l’azienda
multinazionale tedesca Robert Bosch GmbH, sostiene che per mantenere ogni
cosa interconnessa occorrono specialisti abili nello strutturare quelli che da lui
sono definiti “steering instruments”, potenti algoritmi e software in grado di
4
McKinsey & Company è una società internazionale di consulenza manageriale fondata nel 1926
con sede a New York. Serve le principali aziende nel mondo oltre a governi, istituzioni e
organizzazioni no profit. Aiuta i propri clienti a realizzare miglioramenti duraturi nelle loro
performance e a conseguire i loro obiettivi più importanti.
11
garantire che ogni cosa sia sincronizzata attraverso la catena del valore. Di
seguito sono elencati i vantaggi che si traggono dal loro impiego.
Utilizzo efficiente della manodopera
L’incontro tra clienti e aziende non si limita ad avvenire nel reparto vendite, ma
diventa un’interazione continua, finché il cliente usufruisce di un prodotto o
servizio. Il prodotto diventa un elemento interattivo con l’uomo e fornisce
molteplici servizi oltre il tempo di vita. Siegfried Dais considera l’esempio di un
blocco di materia: «[...] questo materiale indefinito sa già dove, a quale cliente è
destinato, e porta con sé tutte le informazioni su dove e quando sarà processato».
Consumo di energia
È importante per le organizzazioni avere una chiara conoscenza di che dati sul
consumo di energia si ha bisogno per impattare sul business. A un macro livello,
un’operazione connessa comporta un consumo minore di energia dato che
l’azienda ottimizza l’utilizzo del macchinario, migliora l’efficienza delle
operazioni, la manodopera e la consegna del prodotto e servizio. Al micro
livello, le aziende possono monitorare il consumo di energia dei loro prodotti per
migliorare il servizio clienti. Se ci fosse un consumo eccessivo, si potrebbe
risolvere nell'immediato la questione col cliente o persino prevenirla.
Catena di distribuzione
Le aziende spesso lottano per gestire il magazzino, in modo che la giusta
quantità di prodotto o parte di attrezzatura sia disponibile al momento giusto. Per
esempio, lo staff di supporto tecnico, per risultare efficiente, deve avere nel
deposito pezzi di ricambio dell’attrezzatura. Portare avanti una quantità eccessiva
di scorte genera inefficienza, immagazzinamento di capitale addizionale e costi
di manutenzione. Al contrario, scorte limitate possono essere causa di tempi
morti della macchina, insoddisfazione dei clienti e soprattutto perdita di profitti.
Perciò le aziende si impegnano a mantenere il livello ottimale di scorte. Questo
traguardo è raggiungibile creando una rete digitale di fornitori, fabbriche, centri
di distribuzione, magazzini, rivenditori, e clienti, e raccogliendo e processando
dati in tempo reale. In questo modo, viene colmata la distanza tra oggetti
materiali e la loro rappresentazione nei sistemi informativi.
Qualità
I produttori connessi monitorano la qualità dei loro prodotti non solo per tutto il
processo di produzione, ma anche una volta che i materiali sono stati distribuiti
dai clienti. Qualora emergano problemi di qualità, i clienti accedono ai dati in
12
prossimità in tempo reale. Le informazioni ricavate risultano utili nella ricerca e
nei processi di sviluppo, per aumentare la qualità dei prodotti e minimizzare i
tempi di inattività non pianificati.
Garanzie
Tradizionalmente un'azienda fornisce garanzia senza troppa visibilità su come i
clienti stanno usando i loro prodotti. Controllando i prodotti, invece, è possibile
capire se essi sono stati impiegati secondo l’uso a cui sono destinati. In caso
negativo si può verificare se il problema concerne l'attrezzatura o è dovuto a
errore dell'utente. Vengono ridotti così i costi di garanzia.
L’Internet delle cose
L’Industria 4.0 deve il suo sviluppo principale all’Internet of Things (IoT), che
rappresenta la generazione successiva di Internet. Essa consiste nei cosiddetti
Tecnology enablers, ossia tecnologie e soluzioni comunicative quali reti di
sensori, tags, attuatori wired e wireless, protocolli di comunicazione, reti mobili,
reti IP-connected del pc, apparecchiature e dispositivi, gateway
5
, batterie e
piattaforme. I suddetti strumenti sono finalizzati all'impiego di servizi
indipendenti e applicazioni caratterizzate da connettitività in rete, un alto livello
di cattura autonoma dei dati e trasferimento di eventi.
Secondo la società di analisi Machina Research
6
, entro il 2022 14 miliardi di
dispositivi abilitanti IP
7
saranno connessi.
Dieci anni fa, i sensori erano delle dimensioni di un disco di hockey e costavano
intorno ai 300$. Essi erano inoltre connessi attraverso una linea fissa e dotati di
batteria a durata limitata. Attualmente i sensori hanno le dimensioni di una
moneta da cinque centesimi di dollaro, impiegano tecnologia wireless e sono
dieci volte più costosi dei precedenti. Le batterie possono avere dimensioni
ridotte e durano più a lungo anche in condizioni ambientali avverse come a più
basse e alte temperature e negli ambienti umidi. I recenti gateway risultano molto
più efficienti ed economici, poiché trasmettono i dati non continuamente, ma
solo quando è necessario. La riduzione in termini di dimensioni, peso, consumo
5
I gateway sono dispositivi di rete operanti al livello di rete e con lo scopo principale di veicolare
i pacchetti di rete all’esterno di una rete locale.
6
Machina Research è il fornitore guida globale di mercato intelligente e intelligenza strategica al
sistema Machine-to-Machine (M2M), Internet of Things e Big Data. Fondata nel 2011, è stata
acquisita nel 2016 da Gartner.
7
Un indirizzo IP (dall’inglese Internet Protocol address) è un’etichetta numerica che identifica
univocamente un dispositivo collegato a una rete informatica che utilizza l’Internet Protocol
come protocollo di rete.
Ricevi informazioni sui nostri servizi, sulle offerte e non perdere news e consigli su università e lavoro.
