INDUSTRIA 4.0 E VISIONE INDUSTRIALELa promessa dello sviluppo verso Smart Factory e Internet of Things a livello industriale

White Paper: Industria 4.0 e visione industriale 32

Uno degli argomenti attualmente più dibattuti nel mondo produttivo riguarda l'Industria 4.0. Come insieme di innovazioni emergenti nell'automazione industriale e nell’ambito dello scambio di dati, secondo una definizione ampia, l'Industria 4.0 dimostra un notevole potenziale di aumento della produttività, riduzione degli scarti, affinamento della qualità dei prodotti, aumento della flessibilità industriale e riduzione dei costi operativi, offrendo agli stabilimenti produttivi molti altri vantaggi.

Produttori e distributori hanno punti di vista diversi su cosa comporterà l'"Internet of things in ambito industriale". Considerata la varietà di operazioni dei produttori mondiali e le differenze per regione, settore, dimensione e competitività, il pieno potenziale dell'Industria 4.0 sta prendendo forma. Mentre lo spazio produttivo è in continua evoluzione, una cosa risulta chiara: l'Industria 4.0 influenzerà per molti anni l'orientamento della produzione.

Questa pubblicazione tecnica prende in esame il pensiero attuale relativo all'Industria 4.0. Descrive inoltre le numerose opportunità fondamentali offerte a produttori e distributori, nonché il potente ruolo ricoperto dalle tecnologie di visione, uno dei principali produttori di dati nelle aziende.

INDUSTRIA 4.0 E VISIONE INDUSTRIALELA PROMESSA DELLO SVILUPPO VERSO SMART FACTORY E INTERNET OF THINGS A LIVELLO INDUSTRIALE

White Paper: Industria 4.0 e visione industriale 32

CHE COS'È L'INDUSTRIA 4.0?Il termine è elusivo e ha origine dall'identificazione delle tre principali "rivoluzioni industriali", la più recente delle quali riguarda l'adattamento dei computer, gli strumenti programmabili e la digitalizzazione degli ambienti produttivi negli anni Settanta. I riferimenti all'"Industria 4.0" sono comuni, in particolare per quanto riguarda l'"Industrie 4.0" in Germania, dove il termine è stato originariamente coniato. Negli Stati Uniti questo processo è chiamato talvolta "Internet of things industriale", considerandolo un sottogruppo dell'"Internet of things" propriamente inteso, e spesso abbreviato come "Industry of Things".

La quarta rivoluzione industriale, anche detta Industria 4.0, è solitamente associata all'avanzamento dei Big Data, del cloud computing, della conoscenza approfondita, in particolare con un notevole aumento dell'uso di sistemi ciberfisici (CPS), come i sensori, che hanno la capacità di raccogliere i dati per i produttori al fine di identificare e tracciare i componenti e i gruppi assemblati. Questo processo di raccolta dati consente ai dispositivi di scambiarsi autonomamente informazioni e di controllare e interagire tra di loro in modo indipendente, creando operazioni molto più automatizzate. Come è avvenuto per le transizioni da precedenti "innovazioni rivoluzionarie", la diffusione dell'Industria 4.0 avverrà in modo graduale e decisivo lungo un ampio periodo di tempo.

L'Industria 4.0 ha avuto origine con l'iniziativa del governo tedesco “High-Tech Strategy 2020 Action Plan” per migliorare l'industria manifatturiera nel paese. Il governo tedesco continua ad investire centinaia di milioni di euro per incoraggiare la ricerca universitaria, industriale e governativa. Mentre il primo e forte interesse nello sviluppo dell'Industria 4.0 proviene dalle società tedesche e dai loro vicini, l'interesse in quest'idea emergente sta crescendo in tutto il mondo industriale.

PRODUZIONE MECCANICA

SISTEMI CIBERFISICI

DIGITALIZZAZIONE DELLA PRODUZIONE

PRODUZIONE DI MASSA AD ALIMENTAZIONE ELETTRICA

White Paper: Industria 4.0 e visione industriale 54

PROMESSE E BENEFICI DELL'INDUSTRIA 4.0L'analisi di mercato di Cognex rivela numerosi interessanti sviluppi nell'automazione e un miglioramento dei processi associati all'Industria 4.0:

▪ L'attrezzatura delle linee di automazione fornirà maggiori capacità di auto-apprendimento, auto-controllo e auto-ottimizzazione per completare in modo rapido e accurato compiti complessi con un intervento minimo. Questo tipo di capacità è disponibile oggi grazie ad alcuni dispositivi innovativi unitamente a una guida per l'operatore, ma diventeranno molto più autonomi con l'avvento dell'Industria 4.0.

▪ I produttori usufruiranno di una maggiore flessibilità in quanto robot, sistemi di visione industriale, introduzione delle materie prime e altri aspetti della linea di produzione saranno in grado di comunicare direttamente tra di loro. I vantaggi comprendono la capacità di produrre una gamma più estesa di componenti su una singola linea, o lotti più piccoli di particolari prodotti, anche personalizzati, con una maggiore convenienza economica.

▪ Le sue capacità trasformeranno dati grezzi in informazioni fruibili e approfondite che possono portare a miglioramenti reali e misurabili nel rendimento. Ciò avverrà mediante l'analisi dei "Big Data" acquisiti durante il processo di produzione, il cloud computing e i metodi di conoscenza approfondita, per rivelare le tendenze e migliorare i processi. In molti casi oggi i dati possono essere raccolti, ma restano archiviati e disconnessi. In futuro, potranno essere condivisi e usati in modo proattivo, spesso attraverso tecnologie basate sui dati, come la visione industriale.

▪ Le reti di comunicazione dei sistemi produttivi scansionano le informazioni in ingresso provenienti dal mercato e le usano per affinare i parametri di produzione. Ad esempio, i sistemi di una società farmaceutica allertati da un maggior numero di casi di allergia in una particolare regione, possono comunicare alle linee di aumentare la produzione e piazzare ordini aggiuntivi di materie prime.

THE CLOUDBIG DATA IN

OPTIMIZATION TO PRODUCTION LINES

SELF-LEARNINGEQUIPMENT

BIG DATA SU CLOUDTHE CLOUD

BIG DATA IN

OPTIMIZATION TO PRODUCTION LINES

SELF-LEARNINGEQUIPMENT

OTTIMIZZAZIONE DELLE LINEE DI PRODUZIONE

ATTREZZATURA DI AUTOAPPRENDIMENTO

White Paper: Industria 4.0 e visione industriale 54

COMMUNICATIONOF PRODUCTION DATA

ANYWHEREACCESS TO DATA FROM

BEST PRACTICES ACROSSDIFFERENT FACTORIES

▪ Allo stesso modo, l'accesso immediato ai dati e alle informazioni sulle operazioni via cloud e dispositivi mobili renderanno disponibili tempestivamente per i lavoratori informazioni essenziali, come notifiche di interruzioni, dettagli su anomalie produttive fuori specifiche, necessità di manutenzione e altri problemi che richiedono un intervento in loco. Ciò consente al personale di monitorare i trend, analizzare i dati e intervenire da qualunque punto. I produttori saranno anche in grado di esportare via cloud le informazioni sul rendimento delle linee più produttive durante le operazioni, mettendo tutte le linee sui livelli delle "migliori pratiche".

L'Industria 4.0 è pronta per migliorare i processi negli stabilimenti, con bassi costi di produzione, riduzione degli scarti, maggiore flessibilità e qualità più elevata per tutto il ciclo di produzione e distribuzione.

INTERCONNETTIVITÀ UNIVERSALE – UN OSTACOLO IMPORTANTE PER L'INDUSTRIA 4.0 È probabile che i produttori richiederanno maggiori investimenti da parte dei loro fornitori per le innovazioni dell'Industria 4.0. Questa pressione, già evidente in settori ristretti, suggerisce grandi opportunità di affari per fornitori di robot, interfacce uomo-macchina (HMI) e altre aree dell'automazione. Per i fornitori, il saper capitalizzare queste opportunità e usufruire dei vantaggi per sé e per i clienti produttori rappresenterà una sfida.

Attualmente, gli stabilimenti presentano tipicamente una varietà di protocolli di comunicazione, molti dei quali inventati, originati o richiesti dai singoli produttori, che impediscono la fornitura di dati essenziali. Affinché uno stabilimento possa usufruire appieno dell'Industria 4.0, deve definire protocolli di comunicazione istantanei, automatici e universali tra tutti i suoi dispositivi e luoghi. Per usufruire dei vantaggi dell'Industria 4.0, occorre essere aperti a nuove modalità che sfidino protocolli prestabiliti, che pure spesso funzionano.

COMUNICAZIONE DEI DATI DI PRODUZIONE

MIGLIORI PRATICHE NEI DIVERSI STABILIMENTI

ACCESSO AI DATI DA QUALUNQUE PUNTO

White Paper: Industria 4.0 e visione industriale 76

Per utilizzare l'accesso remoto da reti private virtuali alla linea di produzione, gli impianti dovranno avere procedure omogenee di login e autenticazione utente, impostazione dei privilegi, registrazione dell'attività e collegamento tra protocolli e directory e le banche dati informatiche. I protocolli dovranno essere configurati e distribuiti secondo standard universali "interpretati" da tutti i prodotti, indipendentemente dal produttore e dalla funzione. I protocolli universali attualmente promossi o in fase di sviluppo sono:

La visione industriale è un elemento essenziale del sistema di automazione. Nessun altro aspetto della linea di produzione rileva più informazioni o è più utile per valutare i prodotti e trovare i difetti, raccogliere i dati per dirigere le operazioni e ottimizzare la produttività di robot e altre attrezzature. A differenza dei semplici sensori, i sensori di visione generano un numero elevato di dati di immagine, incrementandone l'utilità in ambiente del tipo Industria 4.0.

Con il progredire delle capacità di analisi dei dati, l'elevato numero di dati accessibile con gli strumenti di visione sarà usato per identificare e contrassegnare i pezzi difettosi, capirne le mancanze e consentire un intervento rapido ed efficiente nello stabilimento dell'Industria 4.0.

▪ OPC Unified Architecture (OPC UA), o “The Industrial Interoperability Standard,™” messi a punto dalla fondazione indipendente OPC (di cui fa parte Cognex) e sostenuti dal comitato tedesco Industrie 4.0. Nel 2016, in collaborazione con l'organizzazione europea VDMA per la costruzione di macchine e impianti, la fondazione OPC ha avviato un sottocomitato di visione per creare delle “specifiche OPC UA per la visione industriale"

▪ La Open DeviceNet Vendor Association (ODVA) (di cui fa parte Cognex) possiede e sta anticipando le specifiche per Ethernet/IP e DeviceNet per l'interoperabilità universale.

▪ Uno dei più recenti partecipanti, il sistema Edge Link and Drive (FIELD), è in fase di sviluppo nell'ambito di una collaborazione industriale privata tra la FANUC Corporation (un fornitore mondiale giapponese di robotica e automazione industriale); Cisco Systems; Rockwell Automation; e Preferred Networks, fornitore di soluzioni di intelligenza artificiale.

VISIONE INDUSTRIALE PER LA PRODUZIONE INTELLIGENTE

PRODOTTI COGNEX

ISPEZIONE PRODOTTI/LETTURA DI CODICI

DATI

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INNOVAZIONI COGNEXL'integrazione e l'espansione dell'Industria 4.0 creerà sfide e opportunità per i fornitori di visione industriale. Cognex ritiene che l'applicazione dei sistemi di visione industriale accelererà su tutta la catena di fornitura e nelle operazioni di utenti vecchi e nuovi di visione industriale. Cognex sta investendo in prodotti che forniscono molti dei vantaggi a livello di produttività associati all'Industria 4.0 descritti sopra. Le innovazioni che saranno pronte a partire dalla fine del 2017 sono:

Cognex Connect per la compatibilità universale delle comunicazioniA differenza di quasi tutti i fornitori di automazione, Cognex si concentra esclusivamente sulla visione (ispezione, guida, misurazione e identificazione) senza dedicarsi alla promozione di specifiche infrastrutture di comunicazione. Cognex Connect™ supporta un'ampia gamma di protocolli, tra cui EtherNet/IP, PROFINET, Modbus/TCP, SLMP, CC-Link, POWERLINK, OPC-DA, TCP/IP, SMTP e FTP. Il modello aziendale e il successo di Cognex si basano sulla capacità di fornire e mantenere la connettività con protocolli multipli, in modo immediato e senza interventi. Cognex effettua notevoli investimenti ogni anno nella programmazione di supporti per garantire la compatibilità con la maggior parte delle piattaforme di comunicazione usate dai suoi clienti.

Sistema Real Time Monitoring (RTM) per fornire riscontriQuesto sistema innovativo offre ai produttori alcuni dei vantaggi dei Big Data dell'Industria 4.0. Il Real Time Monitoring di Cognex aiuta i clienti a monitorare il rendimento, effettuare la diagnosi e risolvere in tempo reale i problemi con i codici a barre, per un maggior rendimento. È anche in grado di raccogliere le immagini dei codici a barre e classificarne la qualità, fornendo parametri di controllo valutabili nel tempo per tutto lo stabilimento. RTM funziona in collegamento con una rete di lettori a gestione di immagini Cognex DataMan, che utilizzano potenti algoritmi per leggere praticamente qualsiasi codice a barre, anche quelli danneggiati, piegati o riflettenti. Il rendimento dell'RTM e la panoramica dei pannelli di controllo sulla qualità dei codici conferiscono all'utente la capacità di tracciare e analizzare dati come le percentuali di lettura, la qualità di immagine dei codici 1D e 2D e le mappe di calore sul posizionamento, al fine di ottenere tassi di lettura più elevati e aumentare la produttività.

Lettori di codici a barre Cognex DataMan per la tracciatura e lo smistamento dei prodottiI lettori di codici a barre DataMan® usano algoritmi d'avanguardia a gestione di immagini per leggere anche i complessi codici a barre 1D, 2D e DPM (direct part mark) a velocità industriali. DataMan automatizza e semplifica l'identificazione e il rilevamento dei dati su un'ampia varietà di settori e processi complessi in ogni fase, dallo smistamento alla consegna.

Architettura dei sistemi di visione In-Sight con capacità di "auto-apprendimento"I sistemi di visione Cognex In-Sight® hanno algoritmi integrati, senza necessità di un PC separato, e possono eseguire loro stessi tutto il processo, per una integrazione più semplice e una maggiore stabilità. L'architettura di In-Sight consente agli utenti di dirigere il sistema per "apprendere" le variabili nei caratteri stampati e impostare i parametri automaticamente per adattarli.

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Interfaccia basata sul web per visualizzazione mobile, indipendente dalla piattaformaLe soluzioni Cognex consentono agli utenti di vedere in qualsiasi momento le informazioni di visione relative allo stato delle macchine e il rendimento storico attraverso un browser web su tablet, telefoni, PC o altri dispositivi. Gli intervalli possono essere programmati e le segnalazioni trasmesse ovunque nel mondo. I dispositivi connessi intelligenti sviluppano l'approccio dell'Internet delle cose, collegando e scambiando prontamente i dati nella rete.

Interfaccia EasyBuilder per la creazione rapida e intuitiva dell'applicazioneGli ingegneri dell'Industria 4.0 dovranno configurare i sensori di visione per raggiungere gli obiettivi di sistema. In-Sight EasyBuilder® fornisce una guida passo passo e dei suggerimenti per non esperti che consentono di configurare in modo rapido e semplice i sistemi di visione Cognex per un'accurata ispezione di visione e misurazione usando l'ambiente intuitivo "point-and-click". È anche disponibile un'interfaccia gestita da fogli di calcoli, che fornisce agli utenti gli strumenti adatti per le proprie necessità.

Tecnologia di corrispondenza delle strutture geometriche PatMax patented per operazioni accurate e ripetibiliPatMax® di Cognex rappresenta lo standard industriale per l'individuazione di pezzi e relative caratteristiche. La tecnologia PatMax rileva la geometria di un oggetto mediante una serie di curve limite non legate a una griglia in pixel, poi ricerca forme simili nell'immagine senza basarsi su livelli di grigio specifici. Ne consegue uno straordinario miglioramento della capacità di rilevamento di precisione degli oggetti nonostante le variazioni a livello di angolazione, dimensioni e ombreggiatura.

RIEPILOGOCon queste soluzioni già disponibili e molte altre in fase di sviluppo, Cognex è pronto a soddisfare le esigenze dei suoi clienti in termini di Industria 4.0. Oltre un miliardo di prodotti sono ispezionati, valutati e tracciati ogni giorno usando i sistemi Cognex. Con la sua ampia gamma di soluzioni di visione già in grado di fornire qualità, flessibilità e redditività eccezionali ai fornitori mondiali, Cognex è perfettamente in grado di introdurre l'automazione industriale nel mondo dell'Industria 4.0