Innovazione nel Manufacturing
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Transcript of Innovazione nel Manufacturing
DRAFT - Gennaio 2012
SCENARI TECNOLOGICI PER L'EMILIA-ROMAGNA
INNOVAZIONE NEL MANUFACTURING
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Questo lavoro è stato realizzato nell’ambito delle attività di ASTER per il supporto e
coordinamento della Rete Alta Tecnologia della Regione Emilia-Romagna, da personale messo a
disposizione dai soci del Consorzio e con la collaborazione di imprese regionali.
Un sentito ringraziamento a tutti i membri dei gruppi di lavoro che hanno condiviso le proprie
competenze e si sono prestati alla sperimentazione di un metodo comune, primo passo per una
reale integrazione e valorizzazione del contributo di tutti.
Un grazie particolare alle imprese che volentieri hanno messo a disposizione gratuitamente il
proprio tempo per aiutarci a comprendere meglio i problemi della competizione e, in ultima
analisi, per individuare modi migliori per supportarle nelle loro sfide quotidiane.
Gruppo di lavoro ASTER: Leda Bologni - Coordinamento generale Teresa Bagnoli e Daniela Sani - Green economy Leda Bologni - Innovazione nel manufacturing Cecilia Maini e Nunzia Ciliberti - Tecnologie per la salute Lucia Mazzoni - La pervasività dell’ICT
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Sommario
1 Executive summary ............................................................................................................. 6
2 Introduzione ....................................................................................................................... 8
3 Megatrend e Driver di Crescita 2010-14 ............................................................................ 12
3.1 Identificazione dei megatrend globali ........................................................................ 12
3.2 Impatto delle aree strategiche sui megatrend ........................................................... 17
3.3 I megatrend piu’ rilevanti per l’area “Innovazione nel manufacturing” .................... 20
4 Articolazione dell’area strategica ....................................................................................... 27
4.1 Pillars e Tecnologie ..................................................................................................... 27
4.2 Nuovi modelli di business ........................................................................................... 29
5 Pillars di intervento ........................................................................................................... 35
5.1 Manufacturing ad alte prestazioni ............................................................................. 36
5.1.1 Tematiche identificate e Key Technologies 37
5.1.2 Trend delle Key Technologies 42
5.1.3 Benchmarking con i pivot regionali 47
5.1.4 Bibliografia, sitografia e links a documenti 49
5.1.5 Gruppo di lavoro 49
5.1.6 Pivot Regionali 50
5.2 Manufacturing intelligente ......................................................................................... 51
5.2.1 Tematiche identificate e Key Technologies 52 5.2.2 Trend delle Key Technologies 56 5.2.3 Benchmarking con i pivot regionali 63 5.2.4 Bibliografia, sitografia e link a documenti 65 5.2.5 Gruppo di lavoro 66 5.2.6 Pivot regionali 66
5.3 Manufacturing sostenibile ......................................................................................... 67
5.3.1 Tematiche identificate e Key Technologies 71 5.3.2 Trend delle Key Technologies 74 5.3.3 Benchmarking con i pivot regionali 80 5.3.4 Bibliografia, sitografia e links a documenti 81 5.3.5 Gruppo di lavoro 82 5.3.6 Pivot regionali 82
5.4 La progettazione del futuro ........................................................................................ 83
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5.4.1 Tematiche identificate e Key Technologies 85 5.4.2 Trend delle Key Technologies 89 5.4.3 Benchmarking con i pivot regionali 90 5.4.4 Bibliografia, sitografia e links a documenti 92 5.4.5 Gruppo di lavoro 93 5.4.6 Pivot regionali 93
5.5 Materiali a funzionalità incrementata ........................................................................ 94
5.5.1 Tematiche identificate e Key Technologies 94 5.5.2 Trend delle Key Technologies 99 5.5.3 Benchmarking con i pivot regionali 102 5.5.4 Bibliografia, sitografia e links a documenti 104 5.5.5 Gruppo di lavoro 105 5.5.6 Pivot regionali 105
6 Conclusioni e raccomandazioni ........................................................................................ 106
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1 EXECUTIVE SUMMARY
Nell’ambito delle attività della Rete Alta Tecnologia della Regione Emilia-Romagna è stata
realizzata l’analisi degli scenari tecnologici relativi all’INNOVAZIONE NEL MANUFACTURING, una
area di intervento particolarmente significativa per l’economia regionale, anche in una prospettiva
di medio-lungo termine.
In conformità con le tendenze emerse in ambito nazionale ed internazionale, sono state
individuate cinque linee di intervento (o pillar) che caratterizzeranno il manufacturing del
prossimo futuro:
1. Manufacturing ad alte prestazioni
2. Manufacturing intelligente
3. Manufacturing sostenibile
4. Progettazione del futuro
5. Materiali a funzionalità incrementata
Ad esse è stata associata una linea di azione trasversale che influenzerà la produzione nel suo
insieme:
0. Nuovi modelli di business
Ogni pillar è stato esaminato per la sua capacità di risposta alle tendenze globali (Megatrend) del
mercato che caratterizzeranno i prossimi anni.
In particolare sono stati esaminati i seguenti 9 megatrend considerati particolarmente rilevanti per
l’area di interesse:
Città e infrastrutture intelligenti
Nuova composizione generazionale della popolazione
Mondo virtuale
Nuovi modelli di business
Wireless intelligence and advancement in networks
Innovating to zero
Tecnologie innovative del futuro
Impresa del futuro, intelligente e verde
Global power generation
Per ogni pillar considerato, tenendo presente i megatrend , sono state individuate le tecnologie (o
i metodi) che possono supportare le imprese della regione nell’affrontare tali tendenze del
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mercato. Ne sono risultate 44 tecnologie che possono ben rappresentare l’evoluzione
dell’innovazione applicata alla produzione regionale.
INN
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AZI
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G
1. M
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RES
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I MACCHINE E ROBOT AD ALTE PRESTAZIONI
SISTEMI DI PRODUZIONE RICONFIGURABILI
NUOVE TECNOLOGIE DI MANIFATTURA
CONTROLLO DELLA PRODUZIONE
SISTEMI KNOWLEDGE BASED PER L'AUTOAPPRENDIMENTO
SISTEMI KNOWLEDGE-BASED PER LA PIANIFICAZIONE DI PROCESSO
E-MAINTENANCE
PROGNOSTICA
2. M
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CTU
RIN
G
INTE
LLIG
ENTE
SCHEDULAZIONE OTTIMALE DELLE RISORSE
BUSINESS INTELLIGENCE E PROCESS MINING
TECNICHE DI SIMULAZIONE STRATEGICA
PIANIFICAZIONE E SUPERVISIONE DELLA PRODUZIONE DISTRIBUITA
REATTIVITÀ E ADATTAMENTO AGLI EVENTI
GESTIONE INTEGRATA DELLA LOGISTICA
INTEROPERABILITÀ DEI SISTEMI INFORMATIVI
STANDARD PER LA PROGRAMMAZIONE DEL CONTROLLO
PIENA INTEGRAZIONE ICT DI FABBRICA
IDENTIFICAZIONE E TRACCIAMENTO
3.
MA
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TUR
ING
SO
STEN
IBIL
E
EFFICIENZA ENERGETICA MEDIANTE INCREMENTO DELLA STABILITÀ DEI PROCESSI.
EFFICIENZA ENERGETICA NEI PROCESSI DI PRODUZIONE DI TIPO MECCANICO, TERMICO E CHIMICO
RISORSE IN CICLO CHIUSO – INTEGRAZIONE DELLE RISORSE NEL PROCESSO
GESTIONE LOSS-FREE DELLE INFRASTRUTTURE DEGLI IMPIANTI PRODUTTIVI
METODI PER LA GESTIONE SOSTENIBILE DELL’ENERGIA E DEI MATERIALI
RECUPERO E RICICLO DI ACQUA DI QUALITÀ ALIMENTARE NELLE INDUSTRIE CHE OPERANO LAVAGGI, COTTURE E RAFFREDDAMENTI
4. P
RO
GET
TAZI
ON
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EL F
UTU
RO
PROGETTAZIONE INTEGRATA DI CAMME ELETTRONICHE
ALLEGGERIMENTO DI CINEMATISMI AD ELEVATA DINAMICA
PROGETTAZIONE INTEGRATA DI CELLE FLESSIBILI DI LAVORAZIONE
SIMULAZIONE REALISTICA DI LINEE DI PRODUZIONE E ASSEMBLAGGIO
PROTOTIPAZIONE VIRTUALE CON APPROCCIO HARDWARE IN THE LOOP
MESSA A PUNTO E COLLAUDO VIRTUALE IN AMBIENTE VIRTUALE 3D INTERATTIVO
ADDESTRAMENTO TRAMITE SIMULAZIONE
5. M
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POLIMERI E RELATIVI COMPOSITI
CERAMICI
SMART MATERIALS
MATERIALI PER IL PACKAGING
MEMBRANE
PROCESSI FUSORI
TRATTAMENTI TERMICI
TRATTAMENTI DI MODIFICAZIONE SUPERFICIALE
PROCESSI DI GIUNZIONE
PROCESSI DI DEFORMAZIONE PLASTICA
PROCESSI PRODUTTIVI DI POLIMERI/COMPOSITI/COMPONENTI
SELEZIONE DEI MATERIALI, PREVISIONE E OTTIMIZZAZIONE DEL COMPORTAMENTO MECCANICO
TECNICHE DI SIMULAZIONE DI PROCESSO
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In questo documento ogni tecnologia è descritta in sé e per il contributo che offre all’azione in
favore dei pillar individuati.
Per ogni pillar è inoltre discusso il modo in cui tali tecnologie sono percepite da alcune imprese
regionali particolarmente rappresentative della realtà economica locale, ed è mostrato l’impatto
dei Megatrend sul loro mercato di riferimento.
Si rileva che nel valutare l’importanza dei Megatrend, le imprese pivot assegnano maggiore
importanza alle tendenze più strettamente legate alle tecnologie di produzione, piuttosto che alle
specifiche di prodotto. E’ questa una conseguenza diretta dell’attuale sistema economico
regionale, costituito in larga parte da nodi della rete di creazione del valore, con la dominanza dei
rapporti cliente-fornitore sul controllo diretto delle specifiche di prodotto.
Dal punto di vista dell’evoluzione del mercato è opportuno sottolineare che una maggiore
focalizzazione sul prodotto, per quanto intermedio, potrebbe supportare efficacemente
riposizionamenti a seguito di situazioni di crisi nei rapporti di subfornitura.
Pertanto, l’analisi attenta dei Megatrend, sviluppati nella prospettiva dell’utente finale (o
consumatore) sono di crescente importanza nell’individuazione di prodotti innovativi, nella cui
catena di produzione l’innovazione del manufacturing offrirà certamente suggerimenti ed
opportunità per una crescita verso settori/mercati in espansione.
La corretta interpretazione dei Megatrend è certamente una misura efficace per evitare situazioni
critiche nel medio lungo periodo.
SMART CITIES AND INFRASTRUCTURES
NEW GENERATIONS
VIRTUAL WORLD
NEW BUSINESS MODEL
WIRELESS INTELLIGENCE AND ADVANCEMENT IN
NETWORKS
INNOVATING TO ZERO
INNOVATIVE TECHNOLOGIES OF THE
FUTURE
FACTORY OF THE FUTURE: SMART E
GREEN
GLOBAL POWER GENERATION
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2 INTRODUZIONE
A quasi dieci anni dal lancio della politica regionale per la ricerca e innovazione e dall’avvio della
Rete Alta Tecnologia, la Regione Emilia-Romagna e l’intera comunità regionale dell’innovazione
avvertono l’urgenza di delinearne lo sviluppo in un orizzonte di medio termine e di consolidarne
l’azione in favore delle imprese, con lo scopo ultimo di rafforzarne la presenza sul mercato e
facilitarne la sostenibilità.
Con questo obiettivo, e secondo le direttive Regionali del 2010, è stata avviata un’attività di
definizione degli scenari tecnologici rilevanti per l’economia regionale, i cui esiti sono riportati in
questo documento. L’attività è stata coordinata da ASTER ed ha coinvolto l’intera comunità
dell’innovazione del territorio, i ricercatori e le imprese, applicando una metodologia di lavoro
studiata appositamente per identificare da una parte le tendenze generali dei mercati per i
prossimi 5-10 anni, e dall’altra lo stato dell’arte tecnico-scientifico in alcune aree di interesse,
confrontandole con la situazione regionale per giungere a suggerimenti di traiettorie tecnologiche
che potrebbero offrire interessanti possibilità di allargamento di mercati o di consolidamento di
quelli esistenti.
Le aree sulle quali si è concentrato l’interesse, anche su richiesta specifica dell’Amministrazione
regionale, sono state le seguenti:
Green economy
Innovazione nel manufacturing
Tecnologie per la salute
Pervasività dell’ICT
Esse rivestono, per motivazioni diverse, una grande importanza per la Regione Emilia-Romagna e
per esse è particolarmente utile identificare le tendenze tecnologiche che caratterizzeranno i
prossimi anni. Tali tendenze possono contribuire alla costruzione di programmi di sviluppo delle
singole imprese e al consolidamento di conoscenze dei ricercatori che potranno essere in grado di
offrire nuove opportunità di sviluppo ai soggetti economici non solo regionali. Inoltre, esse
potranno costituire ambiti di possibile intervento della politica regionale a sostegno
dell’innovazione.
E’ utile ricordare che l’intero impianto dell’attività è basato sull’assunto che la ricerca applicata
possa costituire la base della crescita competitiva di un territorio, e che essa debba essere favorita
e sostenuta tenendo conto delle eccellenze e delle vocazioni territoriali ed utilizzando in modo
efficace le tecniche del trasferimento di tecnologia valorizzando economicamente e socialmente i
risultati della ricerca scientifica, in una ottica fortemente orientata all’open innovation.
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Uno studio di prospettiva sulle tendenze tecnologiche considera dunque centrale il ruolo della
ricerca scientifica cogliendone spunti e traiettorie filtrate attraverso la sua “usabilità” a medio
termine, per fini economici e di mercato o sociali, e cogliendone vincoli ed opportunità.
L’ambito di intervento di questo lavoro è quindi relativo all’identificazione delle tecnologie, delle
tecniche e dei metodi che potranno utilmente essere utilizzati a medio lungo termine dal sistema
economico e sociale della Regione Emilia-Romagna per incrementare la sua competitività, per
rafforzare la sua posizione sui mercati con prodotti e processi più sostenibili, e per rendere
migliore la vita dei suoi cittadini.
I punti di snodo del metodo utilizzato sono la reale applicabilità nel contesto regionale delle
tecnologie proposte, confermata dalla presenza di imprese con ruolo-guida per posizione di
mercato, autorevolezza e influenza sulla catena della subfornitura territoriale, e la loro
adeguatezza rispetto alle grandi tendenze globali sociali e di mercato, con le quali tutti dovranno
nei prossimi anni confrontarsi.
Nella realizzazione del lavoro è stata utilizzata una metodologia concordata tra ASTER e dai
membri della Rete Alta Tecnologia (imprese, università ed enti di ricerca) basata sulle seguenti
fasi:
1. Creazione di team di scenario
2. Acquisizione dei Megatrend globali sociali e di mercato
3. Mappatura delle relazioni tra i megatrend e le 4 aree strategiche. Questa fase ha permesso
di operare una selezione dei megatrend di maggiore impatto per ogni area strategica
4. Identificazione di un numero limitato di linee di intervento specifiche per ogni area
strategica, i PILLAR
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5. Mappatura delle relazioni tra i pillars e i megatrend rilevanti. Questa fase ha consentito di
analizzare i contenuti dei pillars tenendo conto delle tendenze sulle quali essi possono
avere influenza e dunque, in un certo senso, di ottenere i problemi generali ai quali essi
possono offrire una valida soluzione.
6. Identificazione delle tecnologie-chiave (o dei metodi-chiave) che potranno essere
considerati per affrontare le tendenze rilevanti. Le tecnologie o i metodi potranno essere
utilizzati per la realizzazione di nuovi prodotti, o per l’identificazione di nuovi processi che
terranno conto dei trend generali e quindi potranno presentare maggiore attrattività per il
mercato.
7. Identificazione di imprese o, in generale, di soggetti che possono incrementare le
performance della loro attività mediante l’utilizzo dei risultati della ricerca, con un ruolo di
guida per il territorio, sia per la loro leadership di mercato che per la loro posizione sulla
catena del valore, da considerare come pivot regionali.
8. Analisi del grado di consapevolezza dei pivot regionali sulle tecnologie identificate e sul
loro ruolo nell’evoluzione futura di medio periodo.
9. Attivazione di un processo ricorsivo per aggiornare in permanenza gli scenari in base ai
feedback o alle linee guida regionali.
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L’articolazione di questo documento utilizza la stessa sequenza operativa. Nel capitolo 3 sono
descritti sinteticamente i megatrend generali utilizzati, viene analizzata la loro relazione con le
quattro aree strategiche e, per quelli maggiormente rilevanti per l’area INNOVAZIONE NEL
MANUFACTURING viene proposta una descrizione più analitica, in cui vengono valorizzati gli
aspetti di specifico interesse.
Nel capitolo 4 viene presentata e discussa l’organizzazione per linee di tendenza specifiche o
pillars, e viene mostrata la connessione tra ciascuna di esse e i megatrend per l’identificazione
delle tecnologie e delle eventuali metodologie-chiave.
Nel capitolo 5 ogni pillar viene esaminato in dettaglio attraverso l’analisi delle tecnologie-chiave,
che considerano anche le opinioni dei pivot regionali.
L’attività qui descritta è stata svolta nell’anno 2011 come parte del piano di attività integrato
ASTER-Rete Alta Tecnologia ed ha coinvolto gruppi di lavoro identificati in sede di Comitati di
Coordinamento delle Piattaforme Tecnologiche Regionali per le aree strategiche sopra descritte. A
regime essa costituirà un’attività permanente del piano di attività annuale, e potrà prendere in
considerazione sia linee di intervento aggiuntive sulle stesse aree strategiche che aree strategiche
aggiuntive, adeguandosi così alle evoluzioni tecnologiche e di mercato, ed agli interessi specifici
del territorio.
3 MEGATREND E DRIVER DI CRESCITA 2010-14
3.1 IDENTIFICAZIONE DEI MEGATREND GLOBALI
I megatrend utilizzati nella realizzazione dell’attività sono quelli più recenti sviluppati sulla base di
una originale metodologia dalla società di consulenza FROST&SULLIVAN1, personalizzati ed
ulteriormente definiti su commessa specifica per le esigenze e le aree di intervento di questo
lavoro2.
I megatrend sono tendenze di sviluppo macroeconomico globale che hanno impatto sugli affari,
sull’economia, sulla società, sulla cultura e in generale sulla vita delle persone e contribuiscono ad
costruire una plausibile visione del mondo del futuro e la sua evoluzione.
I megatrend hanno significati e importanza diversa a seconda delle diverse imprese, dei diversi
settori e delle diverse culture. La loro analisi e le loro implicazioni nei casi specifici formano una
1 www.frost.com
2 Si noti che, in generale, ogni considerazione riguardante scenari evolutivi futuri deve essere trattata da esperti nel settore con le debite cautele.
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componente importante nella definizione delle strategie future e nelle politiche di innovazione, ed
hanno ricadute importanti sui nuovi prodotti e sui nuovi processi.
I megatrend possono essere usati come base per l’assunzione di decisioni strategiche
identificandone gli influssi sulle varie funzioni aziendali, dal marketing, alla pianificazione R&S, alla
gestione delle risorse umane, ecc.
L’identificazione dei megatrend avviene con il coinvolgimento di un gran numero di tecnici analisti
esperti nei vari settori che operano in tutto il mondo con un metodo comune, basato su quattro
step:
Selezione di megatrend attraverso analisi macroeconomiche, interviste e attività di
brainstorming
Generazione di uno scenario di fattori ed implicazioni per la società, per il mercato e
per altri fattori chiave
Analisi dell’impatto di questo scenario su mercati specifici
Analisi di opportunità/vincoli per segmenti di mercato definiti, con suggerimenti per
definizione/sviluppo di pianificazioni tecnologiche.
Sulla base di questa metodologia sono stati identificati i seguenti 13 megatrend rilevanti per la
nostra situazione territoriale:
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DESCRIZIONE SINTETICA
1. SMART CITIES AND
INFRASTRUCTURES
CITTA’ E
INFRASTRUTTURE
INTELLIGENTI
In futuro aumenteranno le concentrazioni abitative
e per esse sarà importante una gestione più
intelligente e sostenibile, in relazione alle reti
energetiche, alla mobilità, agli edifici. L’efficienza
energetica e le emissioni zero costituiranno la base
per questa tendenza.
2. NEW GENERATION
NUOVA
COMPOSIZIONE
GENERAZIONALE
DELLA
POPOLAZIONE
La maggioranza della popolazione giovane sarà
concentrata in India e in Cina, l’Europa avrà il 20%
del totale mondiale di popolazione ultraottantenne
e le donne aumenteranno la presenza nella finanza
e nel business.
3. GEO-SOCIALIZATION
GEO-
SOCIALIZZAZIONE
Le interazioni fra individui e fra organizzazioni e le
possibilità di accesso a servizi saranno ripensate a
partire dalle informazioni di localizzazione
associate a dispositivi personali e pubblici
4. SMART CLOUD
CLOUD
INTELLIGENTE
Nel futuro sarà possibile integrare cloud pubblici e
privati e allocare cloud “ad-hoc” secondo le
esigenze delle imprese.
5. VIRTUAL WORLD
MONDO VIRTUALE Gli ambienti di simulazione saranno utilizzati in
molti ambiti , ed in particolare nella difesa, nella
medicina, nell’educazione, nella mobilità e nel
business
6. NEW BUSINESS MODEL
NUOVI MODELLI DI
BUSINESS
I modelli di business evolveranno verso
condivisione di risorse (infrastrutture, macchinari)
e pagamenti orari per servizi e per uso.
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DESCRIZIONE SINTETICA
7. WIRELESS
INTELLINGENCE AND
ADVANCEMENT IN
NETWORKS
SVILUPPO DELLE
RETI E INTELLIGENZA
WIRELESS
Nel futuro la connettività sarà principalmente
wireless, aumenteranno i dispositivi disponibili, la
loro interconnessione e la capacità di elaborazione.
L’ulteriore sviluppo della banda in termini di
ampiezza e disponibilità influenzerà nuove
generazioni di applicazioni e servizi e l’intelligenza
artificiale.
8. INNOVATING TO ZERO
INNOVATING TO
ZERO
L’innovazione di prodotti e processi sarà guidata
dagli obiettivi resi radicali dalle esigenze sociali di
ridurre a zero i difetti, le falle di sicurezza, gli errori,
gli incidenti e le emissioni pericolose per
l’ambiente e la salute dei cittadini.
9. INNOVATIVE
TECHNOLOGIES OF THE
FUTURE
TECNOLOGIE
ABILITANTI DEL
FUTURO
Crescerà l’utilizzo di tecnologie oggi emergenti
legate ai nanomateriali, all’elettronica flessibile, ai
laser, ai materiali “intelligenti” e così via.
10. E-MOBILITY
MOBILITA’
ELETTRICA
L’uso di veicoli elettrici a 2 e 4 ruote aumenterà
irreversibilmente erodendo la quota della mobilità
tradizionale e saranno necessarie la realizzazione
di nuove infrastrutture e l’identificazione di nuove
soluzioni tecnologiche.
11. CURE & PREVENT IN
HEALTHCARE
CURA E
PREVENZIONE
NELLA SANITA’
Accanto allo sviluppo delle nuove terapie, il valore
sociale della salute ed del benessere delle persone
aumenterà. I metodi di prevenzione e di cura
dovranno considerarlo nell’ipotizzare le proprie
traiettorie di sviluppo.
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DESCRIZIONE SINTETICA
12. FACTORY OF THE
FUTURE: SMART AND
GREEN
IMPRESA DEL
FUTURO:
INTELLIGENTE E
VERDE
Aumenterà l’utilizzo dell’automazione industriale, il
ricorso a tecniche di intelligenza artificiale e robot
intelligenti. La produzione sarà sempre più rapida,
efficiente e sostenibile.
13. GLOBAL POWER
GENERATION
RETi Dİ
GENERAZİONE Dİ
POTENZA ELETTRİCA
DİSTRİBUİTE
Aumenterà la quota di produzione di energia
elettrica da parte dei paesi emergenti, e la quota
proveniente da fonti rinnovabili. In particolare
nella gestone delle reti che oggi vedono luoghi di
produzione concentrati e con alta potenza, si
dovranno considerare immissioni puntiformi dalla
periferia verso il centro, con un diagramma di
produzione stocastico derivanti da condizioni
meteorologiche e alternanza giorno-notte
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3.2 IMPATTO DELLE AREE STRATEGICHE SUI MEGATREND
Come anticipato in introduzione, il primo passo nell’interpretazione dei Megatrend generali con
riferimento alle quattro aree strategiche ed alla situazione specifica della regione Emilia-Romagna,
ha richiesto una analisi delle relazioni tra ogni area strategica e i 13 Megatrend, operando una
selezione di tipo qualitativo per identificare le più rilevanti e le maggiormente significative per il
territorio regionale. Ne è risultata, per ogni area strategica, una selezione di tendenze che sono
particolarmente di interesse, con influenze importanti sui mercati e sui prodotti del futuro. Su tali
tendenze si è concentrata l’attenzione del gruppo di lavoro in quanto importanti drivers di
mercato a cui rispondere con opportune tecnologie/tecniche che sono quelle discusse nel
documento, e proposte come possibili soluzioni per affrontare le conseguenti sfide. Sulle tendenze
selezionate si sono anche intervistati i pivot regionali, allo scopo di comprenderne il grado di
consapevolezza e di importanza per il mercato di riferimento.
Ne sono risultate quattro situazioni rappresentate qui di seguito, che mostrano, per ogni area
strategica analizzata, le tendenze maggiormente significative.
MEGATREND rilevanti per GREEN ECONOMY
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MEGATREND rilevanti per INNOVAZIONE NEL MANUFACTURING
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MEGATREND rilevanti per TECNOLOGIE PER LA SALUTE
MEGATREND rilevanti per PERVASIVITA’ DELL’ICT
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3.3 I MEGATREND PIU’ RILEVANTI PER L’AREA “INNOVAZIONE NEL
MANUFACTURING”
Le seguenti nove tendenze sono state considerate di particolare importanza per lo scenario
“INNOVAZIONE NEL MANUFACTURING”.
1. CITTA’ E INFRASTRUTTURE INTELLIGENTI
2. NUOVA COMPOSIZIONE GENERAZIONALE DELLA POPOLAZIONE
5. MONDO VIRTUALE
6. NUOVI MODELLI DI BUSINESS
7. WIRELESS INTELLIGENCE AND ADVANCEMENT IN NETWORKS
8. INNOVATING TO ZERO
9. TECNOLOGIE INNOVATIVE DEL FUTURO
12. IMPRESA DEL FUTURO, INTELLIGENTE E VERDE
13. GLOBAL POWER GENERATION
Nel seguito esse vengono descritte con maggior dettaglio, dandone una visione non generale ma
specificamente orientata ai temi della produzione.
1. CITTA’ E INFRASTRUTTURE INTELLIGENTI
Attualmente metà della ricchezza mondiale è concentrata in 25 città. Nel 2020
il 60% della popolazione vivrà in città, e aumenterà la concentrazione di
popolazione attorno a pochi nuclei urbani, con la creazione di grandi
agglomerati con molti milioni di abitanti (megacities). Questa è una tendenza
generale, ma avrà un impatto maggiore nei paesi dell’area BRIC (Brasile, Russia,
India e Cina). Attorno alle megacities si amplieranno aree geografiche suburbane molto ampie che
ingloberanno altre città di medie dimensioni localizzate nelle vicinanze. Il concetto di città evolverà
verso quello di network di città, con molti centri, in cui saranno localizzati servizi ad alto valore
aggiunto (finanza, negozi di lusso, unità abitative di soggetti con grande capacità di spesa). Nelle
città satellite dovranno essere localizzate infrastrutture di elevato livello. La presenza di imprese di
subfornitura potrà aumentare il numero delle città satellite. L’efficienza del sistema di trasporti,
soprattutto quelli pubblici che aumenteranno la loro importanza, diventerà centrale per il
benessere degli abitanti, la logistica dei beni e dei servizi associati aumenterà la sua importanza, e
l’uso di reti energetiche intelligenti diventerà necessario per evitare un impatto troppo pesante
sull’ambiente naturale.
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2. NUOVA COMPOSIZIONE GENERAZIONALE DELLA POPOLAZIONE
In futuro si assisterà a modifiche importanti nella composizione generazionale
della popolazione. Nel 2020 la quota di popolazione tra i 15 e i 34 anni, la
cosiddetta generazione Y, sarà quasi il 35 % della popolazione e oltre il 60% di
essi vivrà in India e Cina. Questa generazione avrà un impatto importante sui
mercati e sulla tipologia di prodotti che avranno maggiormente successo. Essa
infatti sarà nativamente digitale e sarà orientata verso prodotti fortemente personalizzati
(individualizzati), con elevato contenuto tecnologico, permanentemente connessi, attenti
all’impatto ambientale, con tempi di risposta rapidi. Allo stesso tempo, oltre il 15% della
popolazione mondiale sarà composta da ultraottantenni (tale valore è in crescita esponenziale e
raggiungerà il 20% nel 2050), ma questa percentuale salirà al 26% in Europa, dove quindi
aumenterà l’importanza dei servizi alla persona, degli aspetti legati al benessere, del comfort, della
semplicità di uso. Il marketing strategico dovrà considerare questa tendenza nel progettare nuovi
prodotti per il mercato europeo. Inoltre, aumenterà il numero delle donne lavoratrici, anche in
posizioni gerarchiche elevate. Esse dunque aumenteranno il loro potere sui mercati e ci saranno
intere linee di prodotti dedicate in modo particolare a tali fasce di mercato. La composizione delle
famiglie si modificherà con pochi figli nati da genitori in età adulta e aumenteranno le famiglie
mono-parentali.
5. MONDO VIRTUALE
In futuro gli ambienti di simulazione avranno sempre maggiore rilevanza nei
campi della difesa, della medicina, dell’educazione, nella mobilità e nel business.
La simulazione 3D sarà molto utilizzata per interagire tra persone e per
sperimentare situazioni. Il commercio elettronico evolverà verso i negozi virtuali
in cui provare prodotti senza uscire da casa. La chirurgia virtuale consentirà
l’esecuzione di operazioni da remoto e il training di personale senza richiederne la mobilità.
Saranno incrementate le conferenze virtuali, così come i corsi di formazione. Ambienti virtuali
potranno essere utilizzati per l’organizzazione di training su dispositivi e impianti di produzione.
Mediante simulazioni sarà possibile effettuare da remoto assistenza per la manutenzione
programmata o straordinaria di impianti situati in zone remote, che è difficile e costoso
raggiungere. L’utilizzo intensivo di interfacce touch consentirà di utilizzare agevolmente interazioni
gestuali ed intuitive per dispositivi di uso comune, oltre che per giochi e intrattenimento.
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6. NUOVI MODELLI DI BUSINESS
Una nuova generazione di modelli di business influenzerà il mercato e lo sviluppo tecnologico con
l’evoluzione verso modelli come personalizzazione, condivisione di risorse
(infrastrutture, macchinari) e pagamenti orari per servizi e per uso,
introducendo modalità di marketing completamente nuove. Il concetto di
acquisto e proprietà si sposterà drasticamente verso il noleggio e l’utilizzo anche
in campi quali i mezzi e gli impianti di produzione, che così potranno essere più
facilmente saturati. Il pagamento per unità di utilizzo (ad esempio per Km
percorsi, ore volate, telefonate effettuate, …) o la condivisione di utilizzo (il car sharing) potranno
essere applicati in campi sempre più ampi e diversificati, ad esempio nei mezzi di produzione,
inserendo nuove dinamiche di relazione tra concorrenti e tra clienti e fornitori. Nuovi prodotti
potranno essere appositamente studiati per nuovi segmenti di mercato, quali ad esempio i
prodotti a basso costo e requisiti essenziali, o l’insieme prodotto+servizio (ad esempio impianti di
produzione, materiali di consumo e personale con adeguate competenze).
7. WIRELESS INTELLIGENCE AND ADVANCEMENT IN NETWORKS
Nel prossimo futuro le trasmissioni di segnali saranno sempre più decisamente
realizzate attraverso tecniche wireless. Si stima che nel 2020 l’80% delle
trasmissioni sarà di questo tipo ed integrata in una unica piattaforma IT. Questa
situazione avrà implicazioni molto importanti per i cittadini. La tecnologia
mobile 4G permetterà l’integrazione completa dei segnali in una unica
piattaforma, le tecnologie satellitari saranno disponibili per servizi a trasporto aereo, marittimo e
terrestre, saranno disponibili reti cittadine, con hotspot localizzati in luoghi pubblici ed altri luoghi
di interesse. La maggioranza delle autovetture sarà dotata di dispositivi per la guida satellitare, in
grado di affrontare in modo intelligente il traffico, mentre gli edifici integreranno sistemi di
building automation e le abitazioni e gli uffici potranno essere controllati e governati in modo
intelligente ed adattativo da dispositivi vari come laptop e Iphone. Sistemi di sorveglianza wireless
permetteranno la gestione di eventi da parte di servizi di emergenza. La comunicazione Macchina-
Macchina sarà sempre più di questo tipo, attraverso sensori wireless che permetteranno la
misurazione, il controllo e il comando di dispositivi e macchine, anche a livello di sistemi di
produzione, garantendo maggiore affidabilità e flessibilità. Questa tecnologia consentirà anche un
più agevole monitoraggio nell’uso dell’energia e dunque anche considerevoli risparmi.
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8. INNOVATING TO ZERO
L’innovazione di prodotti e processi sarà orientata alla riduzione (in prospettiva a
zero) dei difetti, delle falle di sicurezza, degli errori, degli incidenti e delle
emissioni pericolose per l’ambiente e la salute dei cittadini. Le tecniche di
prevenzione e di gestione degli errori e dei difetti in produzione saranno
migliorate, con lo scopo di ridurre le perdite di efficienza. Dovranno essere
incrementate le performance degli impianti in termini di produttività riducendo i
fermi per malfunzionamento attraverso l’utilizzo intensivo di tecniche di diagnostica, prognostica e
manutenzione programmata. Sarà incrementato l’utilizzo di tecniche legate alla gestione
dell’intero ciclo di vita dei prodotti, dall’utilizzo consapevole di materie prime a tecniche per
facilitare il riuso, la second-life, e lo smaltimento, correlate con la minimizzazione del loro total
cost. I consumi energetici dei sistemi di produzione dovranno essere ridotti, mediante l’utilizzo di
materiali innovativi più leggeri e resistenti, la riduzione delle perdite e il controllo intelligente del
loro funzionamento. Dovranno essere ridotti gli sprechi di risorse, anche attraverso il riutilizzo
degli scarti ed il recupero dei componenti economicamente interessanti. L’efficienza dei sistemi di
trasformazione dell’energia (motori, turbine, pompe, …) dovrà essere migliorata anche mediante
l’uso di tecniche di simulazione con obiettivi di ottimizzazione. Dovranno essere utilizzati modelli
di business che consentano una riduzione della logistica collegata alle merci (mercati km-zero).
9. TECNOLOGIE INNOVATIVE DEL FUTURO
Le tecnologie che modificheranno maggiormente i prodotti del futuro saranno:
Batterie e sistemi di accumulo di energia, più capienti, efficaci e leggere
Materiali intelligenti, sensibili all’ambiente circostante in grado di subire
modifiche prevedibili
Tecnologie dell’Informazione “verdi”
Laser con migliori performance in termini di potenza e precisione
Biotecnologie bianche, basate su micro-organismi e catalizzatori biologici, per
produzione di nuovi materiali e combustibili alternativi
Sistemi a guida autonoma equipaggiati con sensoristica sofisticata per usi civili e di
primo soccorso oltre che militari
Integrazione 3D
Solar PV
Nanomateriali
Elettronica flessibile
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Con particolare riferimento alla competitività delle imprese europee, la Commissione Europea ha
recentemente (giugno 2011) identificato le seguenti sei tecnologie abilitanti per nuovi prodotti del
futuro
Nanotecnologie
Micro e nano-elettronica
Biotecnologie industriali
Fotonica
Materiali avanzati
Sistemi avanzati di produzione
12. IMPRESA DEL FUTURO, INTELLIGENTE E VERDE
La fabbrica del futuro dovrà essere intelligente e verde, flessibile pur
mantenendo elevata capacità produttiva, ad automazione incrementata e basata
su sistemi di intelligenza artificiale. Dovranno essere utilizzati mezzi di
produzione altamente riconfigurabili, con alta efficienza energetica e consumi
bassi di potenza, per i quali la formazione potrà essere organizzata da remoto
con strumento immersivi e con realtà aumentata. La logistica di fabbrica sarà basata su sistemi di
movimentazione autonoma controllati da sistemi di intelligenza artificiale in grado di ottimizzare
consumi e prestazioni. La manutenzione dei sistemi produttivi sarà basata su sistemi predittivi e
potrà essere realizzata da remoto. I consumi energetici potranno essere ridotti anche grazie allo
sfruttamento dell’energia ottenuta da scarti e residui, e grazie all’uso di reti intelligenti di
distribuzione in grado di minimizzare le emissioni nell’ambiente. La fabbrica del futuro sarà
ampiamente sensorizzata al fine di controllarne in modo efficace situazioni ambientali, condizioni
operative e livelli di produzione. I sensori utilizzati faranno sempre più ricorso a tecnologie
wireless, che utilizzeranno reti locali ad alte prestazioni e semplificheranno i sistemi fisici. Le
potenze installate dovranno essere ridotte, e verrà incrementato l’utilizzo di motori a basso e
medio voltaggio. In generale i tempi e i costi di produzione dovranno essere ridotti e si farà un
utilizzo massiccio di tecniche di simulazione che potranno ridurre drasticamente i tempi di
sviluppo. Il consumo di acqua dovrà essere ridotto e i processi che ne fanno un uso significativo
(ad esempio quelli alimentari) dovranno trovare tecnologie alternative e sistemi per il riciclo ed il
riuso. Grande attenzione sarà riservata alla sicurezza ed alla prevenzione di incidenti, in modo
particolare quelli che possono avere un negativo impatto sull’ambiente.
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13. GLOBAL POWER GENERATION
Nel 2020 metà dell’energia elettrica prodotta nel mondo proverrà dai paesi
emergenti. La quota proveniente dalle rinnovabili crescerà significativamente.
Occorrerà dunque migliorare le tecnologie relative alla gestione di reti in
generale ed elettriche in particolare alimentate dalle grandi centrali (come
avviene attualmente), ma anche da centrali distribuite nella periferia e operanti
direttamente in bassa tensione. Rilevante sarà la necessità di basarsi sui modelli stocastici di
produzione legati alla modulazione della produzione elettrica effettuata dagli agenti astronomici e
atmosferici.
Nel completare l’esame dei megatrend con impatto specifico sul manufacturing e sulla
produzione, può essere utile esaminare sinteticamente alcune considerazioni che derivano da una
previsione proposta da F&S3.
Secondo tale prospettiva, lo sviluppo del Manufacturing evolverà sulla base del modello 3C:
Competizione, Collaborazione e Conformità come rappresentato nello schema che segue.
3 Vision of the Future of Manufacturing and Production (Visi-MAP) Module-1, N7B5-10, dicembre 2010
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SFIDE TENDENZE DOMINI IMPLICAZIONI PER LA PRODUZIONE E IL MANUFACTURING
COMPETIZIONE
Efficienza nell'uso
delle risorse
Acqua Gestione della distribuzione e del trattamento dell'acqua/dei
rifiuti
Energia Mix di esplorazione, produzione e distribuzione di energia
Persone Gestione del capitale umano
Ambiente Pratiche per la produzione sostenibile e i cambiamenti climatici
Eccellenza
operativa
Eccellenza degli asset Efficienza real-time degli asset
Eccellenza del processo Innovazione di processo e differenziazione tecnologica
COLLABORAZIONE
Integrazione Integrazione di fabbrica Produttività, qualità pianificata, time to market
Integrazione di eco-sistema Efficienza della subfornitura e costo del prodotto
Visualizzazione Visualizzazione del prodotto
Digital manufacturing, simulazione virtuale, virtual
commissioning
Visualizzazione del processo Visibilità real-time del processo, gestione del ciclo di vita
CONFORMITA’ Riduzione dei
rischi
Rischi per le persone Sistemi di sicurezza, cyber security, validazione e gestione della
qualità Rischi per il processo
Rischi tecnologici
Considerando le implicazioni mostrate, ne derivano cinque tendenze aggregate per ogni sfida,
specifiche per il tema manufacturing e produzione, mostrate sinteticamente negli schemi che
seguono.
COMPETIZIONE
•Produzione sostenibile: adottare pratiche innovative ed economiche che permettano l'utilizzo ottimale delle risorse con continua riduzione dell'impronta di carbonio
•Efficienza energetica ed operativa: monitorare il consumoed il costo energetico per aumentare la redditività e l'efficacia degli asset
•Produzione adattativa: rispondere velocemente ai cambiamenti del mercato
•Ingegnerizzazione frugale: adottare progettazione e pratiche di produzione frugali e nuovi prodotti innovativi, per ridurre i rifiuti e produrre a costi minori pur rispettando le funzionalità desiderate dal mercato
•Innovazione verde dei processi: Usare principi centrati sul processo con l'obiettivo di ridurre l'impronta di carbonio usando processi e materiali ambientalmente friendly.
COLLABORAZIONE
•Partnership per la mitigazione del rischio: collaborare nell'ambito della catena di subfornitura per condividere e mitigare i rischi
•Ottimizzazione e visibilità della supply-chain: visibilità real-time sulle attività di subfornitura per favorire i miglioramenti di processo
•Produzione digitale: avviare la convergenza delle fasi di progettazione, ingegnerizzazione e produzione per la riduzione dei costi
•Simulazione e virtualizzazione: usare le tecniche della simulazione per il controllo del workflow
•Gestione delle relazioni con i partners: includere i partners nelle attività innvative e considerarli come clienti interni
CONFORMITA'
•Gestione del rischio: considerare i rischi a livello dell'impresa ed avviare strategie di mitigazione e controllo dei rischi
•Sicurezza e controllo: unificare in un ambito unico la sicurezza e il controllo
•Continuità del business: focalizzare l'attenzione sulla gestione delle situazioni di dissesto e con forte criticità
•Sicurezza cibernetica: ridurre la vulnerabilità dei sistemi informatizzati e connessi
•Strategia di migrazione: Focalizzare l'attenzione sulle tecnologie che massimizzano il ROI
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4 ARTICOLAZIONE DELL’AREA STRATEGICA
4.1 PILLARS E TECNOLOGIE
Il tema dell’innovazione dei sistemi produttivi e del manufacturing è da tempo al centro
dell’attenzione delle istituzioni coinvolte nella gestione delle opportunità scientifiche ed
economiche per un recupero di competitività del sistema economico sia nazionale che europeo. Il
manufacturing, infatti, rappresenta il 21% del PIL europeo e il 20% dell’occupazione, con oltre 30
milioni di posti di lavoro in 230.000 imprese, per la maggior parte Piccole e Medie. In
considerazione della grande importanza di questo ambito per l’Europa, la Commissione Europea
ha avviato, come parte del Recovery Plan, una azione specifica sotto la forma di PPP (Public Private
Partnership) dal titolo Fabbrica del Futuro (FoF, Factory of the Future)4. La CE ha inoltre
commissionato ad un High Level Expert Group formato da rappresentanti delle imprese europee
un’analisi per identificare le linee di azione più importanti nell’ambito dell’azione FoF 5. Il
documento prodotto offre una visione molto interessante delle direzioni di intervento che
possono essere percorse per affrontare il tema della produzione del futuro, orientata
essenzialmente ai seguenti temi:
Definizione di un nuovo modello europeo di sistemi di produzione basato su alte
prestazioni, personalizzazione, attenzione all’ambiente, efficienza energetica,
potenziale umano e creazione di conoscenza
Utilizzo di produzione ICT-based e di tecnologie innovative
Applicazione di metodi e processi per la produzione sostenibile.
I suggerimenti contenuti nella road-map di FoF sono stati largamente utilizzati nella definizione dei
pillars attorno ai quali analizzare il tema dell’innovazione nella produzione. In particolare, il gruppo
di lavoro ha selezionato le seguenti 5 aree (vedi figura sotto):
Manufacturing ad alte prestazioni: è l’area che affronta il problema dell’ottimizzazione
delle performance operative delle componenti e dei sistemi di produzione;
Manufacturing intelligente: si affrontano i temi dell’utilizzo delle tecniche e degli
strumenti ICT per una corretta interazione tra componenti sia interne che esterne
all’impresa, inclusa l’automazione di fabbrica;
4 http://ec.europa.eu/research/industrial_technologies/factories-of-the-future_en.html
5 http://ec.europa.eu/research/industrial_technologies/pdf/ppp-factories-of-the-future-strategic-multiannual-
roadmap-info-day_en.pdf
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Manufacturing sostenibile: tratta il tema dell’uso efficiente delle risorse (acqua, energia,
…) negli ambienti produttivi
Progettazione del futuro: attenzione particolare viene dedicata alla fase di definizione di
nuovi prodotti e nuove modalità di utilizzo corretto dei sistemi di produzione basate su
sistemi di realtà aumentata
Materiali a funzionalità incrementata: è l’area che affronta le opportunità offerte da nuovi
materiali per aumentare le funzionalità dei prodotti e dei processi produttivi.
A queste aree, si è aggiunta una sesta direzione di intervento che tratta i nuovi modelli di business
applicati in modo particolare ai mezzi di produzione. Si tratta di un tema di interesse trasversale
rispetto a tutti i contenuti qui proposti, e per tale motivo è stato trattato in modo differente dagli
altri. Si veda il capitolo successivo per una descrizione dettagliata di questo argomento.
Per ognuno dei cinque pillar identificati è stata effettuata una analisi specifica relativa alle
tecnologie ed ai metodi più promettenti per il nostro sistema regionale. Nella sezione 5 ogni pillar
è descritto insieme alle relative tecnologie.
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4.2 NUOVI MODELLI DI BUSINESS6
I nuovi modelli di business (o new business models) sono
individuati tra i principali Megatrend di sviluppo che
influenzeranno nei prossimi decenni l’intero scenario
macro e micro economico e le stesse dinamiche sociali7.
Gianluca Marchi e Marina Vignola (2011) delineano il
concetto di Modello di Business come segue: “una storia
che spiega come un’impresa funziona con
un’impostazione customer-based all’incrocio tra
competenze di imprese e bisogni dei clienti”,
“l’architettura finanziaria ed organizzativa di un business,
“un device che media tra sviluppo della tecnologia e
creazione del valore economico”, “una rappresentazione
della logica di azione strategica di un’impresa nel creare
e catturare valore e nelle interazioni con un ampio value
network”. L’importante contributo di Shaefer et al.
(2005) permette di individuare gli ingredienti essenziali per un new business model: le scelte
strategiche, le modalità di creazione del valore, le modalità di cattura del valore e le modalità di
relazione con il value network (customers and co-creators).
Nell’industria manifatturiera in generale e, più specificamente, nel settore dei beni strumentali, i
nuovi modelli di business servono per adattarsi all’ambiente competitivo attraverso: servizi
aggiuntivi (ad alto valore aggiunto), integrazione/razionalizzazione della produzione, fornitura di
tecnologie esclusive e/o complesse, alternative alla vendita tradizionale del bene, fornitura di
servizi finanziari (es. leasing). I nuovi modelli di business spingono gli imprenditori, i partners e gli
stakeholders a competere in un’ottica di sistema. In generale un nuovo modello di business
consiste nell’utilizzo di un bene strumentale sulla base di contratti alternativi alla vendita (es.
noleggio con servizi, pay per use, pay per unit, pay per availability, wet leasing, vertical/P2P
renting, BOT – Build Operate Transfer, buyback …) a loro volta integrati da eventuali servizi ad alto
contenuto di conoscenza e/o ad alto valore aggiunto per gli utilizzatori.
6 Questa parte è la sintesi dei contributi di Gianluca Marchi e Marina Vignola dell’Università di Modena, di Francesco Timpano dell’Università Cattolica di Piacenza e di Serena Costa, del Laboratorio MUSP di Piacenza. 7 “Mega Trends: Pre-empt the future! Exploring new frontiers to grasp upcoming opportunities” – Frost & Sullivan - 2010
The Next Generation Business Models will redefine future business propositions and influence future technology and product development. These business models will not only reshape the landscape of business environment and but also influence industry dynamics. Some of these evolving models are Personalization, Car Sharing,“Pay by the Hour”7
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Sono diversi i soggetti interessati e coinvolti nel funzionamento dei nuovi modelli di business: le
aziende costruttrici, gli utilizzatori finali, gli intermediari bancari e finanziari – specializzati nel risk
management e nella relativa contrattualistica, il personale di operation e di manutenzione, il
management team ed eventuali società che si occupano di noleggio e/o leasing. Le soluzioni
tecnologiche che le imprese produttrici manifatturiere (Piccole, Medie o Grandi Imprese) potranno
adottare per operare efficacemente sul mercato competitivo globale attraverso modelli di
business alternativi fanno diretto riferimento alle tecniche di monitoraggio remoto
(e-maintenance) e della riconfigurabilità e flessibilità del prodotto o della componente (modelli
multiclient).
Dunque i nuovi modelli di business, basati sull’efficace integrazione tra gli sviluppi della tecnologia
al servizio delle esigenze dei players del comparto (costruttori e utilizzatori) da un lato e gli
elementi contrattuali-organizzativi dall’altro, aumentano la dimensione del mercato (costruttori –
noleggiatori - finanziatori - utilizzatori) e consentono di condividere e ripartire il rischio
imprenditoriale tra gli attori in gioco. Il buon coordinamento e la corretta redistribuzione del
potere di mercato tra i diversi attori coinvolti offre loro un valore aggiunto aumentando così la
competitività complessiva degli stessi. La business model innovation permette di:
diminuire il rischio d’impresa sfruttando strumenti contrattuali (leasing, affitto, servizio …)
ed accordi organizzativi;
sfruttare l’esperienza e la capacità operativa di attori normalmente non coinvolti (o
coinvolti marginalmente) nel settore manifatturiero;
garantire al costruttore un contatto con l’utilizzatore obiettivo;
fornire un valore aggiunto ad ogni stakeholder (es. conoscenza di nuovi mercati di sbocco,
definizione e sperimentazione di nuove offerte commerciali ed operative).
Si riporta uno strumento utile allo studio dei business concepts nel comparto manifatturiero delle
macchine utensili: la matrice è definita Morphological Box on product-service systems for the
machine tools industry 8 e consente di definire una tassonomia relativa ai new business models.
8 G. Lay et al. Service-based business concepts: A typology for business-to-business markets European Management Journal 27 (2009)
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CHARACTERISTIC FEATURES OPTIONS
Ownership
During phase of use Manufacturer Third Party (Leasing/Renting)
Operating Joint Venture
Customer
After phase of use Manufacturer Third Party (Leasing/Renting)
Operating Joint Venture
Customer
Personnel
Manufacturing Manufacturer Operating Joint Venture Customer
Maintenance Manufacturer Operating Joint Venture Customer
Location of operation Manufacturer’s establishment
Establishment fence-to-fence to the customer
Customer’s establishment
Single/multiple customer operation In parallel operation for multiple customers
Operation for a single customer
Payment model Pay per unit Pay for availability
Fixed rate Pay for equipment
La valutazione strategica che precede la sperimentazione e la divulgazione di modelli innovativi di
business si articola in ambito di scelte organizzative e di filiera e di scelte finanziarie – gestionali.
Le scelte organizzative e di filiera hanno ad oggetto la declinazione del rapporto tra costruttore ed
utilizzatore del prodotto finale e le tecnologie di monitoraggio, manutenzione e riconfigurabilità.
L’insieme delle relazioni che si sviluppano tra l’azienda costruttrice e l’organizzazione utilizzatrice
del prodotto finale richiede che gli attori in gioco contemplino tre fondamentali componenti: la
scelta relativa alla localizzazione dell’impianto (es. costruttore/fence-to-fence/utilizzatore), il
product-service system (PSS) che include gli aspetti sia di operation sia di management ed, infine,
le modalità di utilizzo dell’impianto sotto il profilo organizzativo. Con riferimento alle componenti
analizzate, a titolo di esempio si annoverano la tendenza allo svilupparsi di nuovi indicatori di
customer satisfaction, al diffondersi del cosiddetto arbitrage seeker (le imprese usano a costi
decrescenti gli asset non saturati di altre imprese) e all’accesso a tecnologie sviluppate
esternamente (open innovation networks) tramite scouting interno o sistemi di brokeraggio.
L’ambito tecnologico relativo alla gestione fisica del prodotto finale e alla sua manutenzione
include le seguenti componenti innovative: nuove modalità di controllo della produzione
attraverso tecniche di Monitoraggio Remoto (altresì detto Machine to Machine-M2M), tecniche di
manutenzione condition-based e manutenzione predittiva e, in ultima analisi, caratteristiche del
prodotto capaci di stimolare le forme innovative di business (riconfigurabilità). Il Machine-to-
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Machine consiste nella comunicazione tra macchine, mezzi mobili ed esseri umani per lo scambio
di informazioni e dati al fine di svolgere operazioni complesse senza l'intervento umano. Si tratta
dell’insieme dei servizi, dei sistemi, delle tecnologie, del software e dell'hardware che abilitano
questa rete di comunicazioni. Le tecniche di manutenzione condition-based e di manutenzione
predittiva implicano che la pianificazione degli interventi sia basata sulla conoscenza reale e
attuale dello stato di salute del sistema (grazie a monitoraggio della macchina) e a previsione del
tempo di vita residuo effettivo (nel rispetto delle esigenze operative). I vantaggi del monitoraggio
remoto e della manutenzione predittiva possono essere così riassunti: il controllo continuo sul
funzionamento della macchina o dell’impianto, la traccia dell’evoluzione storica delle prestazioni e
della produzione, supervisione centralizzata, l’aumento dell’operatività dell’impianto grazie alla
riduzione dei fermo macchina indesiderati, la miglior gestione dei fermi pianificati, la riduzione dei
costi di manutenzione e riparazione, il mantenimento delle prestazioni al di sopra delle soglie
desiderate e la possibile prevenzione di anomalie e guasti incipienti.
Le scelte finanziarie e gestionali hanno a che vedere con la definizione delle opportune forme
contrattuali e finanziarie. Dal punto di vista contrattuale, le parti in gioco devono saper individuare
il contratto ideale alternativo alla compravendita tradizionale e che offra a ciascuno un valore
aggiunto aumentando la competitività complessiva degli stessi. Ecco alcuni esempi tra le
innumerevoli tipologie contrattuali legate ai modelli di business innovativi: pay per use, pay per
availability, pay per unit, prodotto in mano, wet leasing, noleggio con servizi. In particolare, tre
forme innovative contrattuali per l'acquisizione della capacità produttiva sono state meglio
definite da Copani G. et al (2011)9 rispetto allo stato attuale dell'arte:
Pay Per Part - PPP (gli utenti finali acquisiscono capacità produttiva come un servizio,
pagando il proprietario delle macchine, cioè il costruttore di macchine o l’agente
finanziario, sulla base del numero di pezzi prodotti);
Pay Per Use - PPU (il pagamento è basato sul tempo in cui l’utilizzatore utilizza le macchine,
compresi i fermi per la manutenzione, riparazioni, ecc);
Pay for Availability - PFA (il pagamento è basato sul tempo effettivo di funzionamento delle
macchine, senza considerare il tempo speso per la manutenzione o guasto).
In generale, le dimensioni che stanno alla base della scelta della formacontrattuale si riferiscono a:
valutazione del contratto di noleggio vs. new company; definizione dell’architettura contrattuale
(leasing comprensivo di servizi e manutenzione), individuazione del modello di pagamento (ad
esempio basato sul coefficiente di utilizzo del bene). Dal punto di vista strettamente finanziario, è
richiesta un’opportuna gestione finanziaria basata sul ritorno degli investimenti relativamente più
9 “New Financial Approaches for the Economic Sustainability in Manufacturing Industry” - Giacomo Copani, Lorenzo Molinari Tosatti, Silvia Marvulli, René Groothedde, Derek Palethorpe
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lungo per i costruttori, sul bisogno di individuare una “massa minima di utilizzatori”, e
sull’importanza del coordinamento tra domanda, offerta e disponibilità delle
macchine/componenti. La tecnologia finanziaria è costruita su alcuni pilastri: la riduzione delle
asimmetrie informative tra il produttore, l’utilizzatore e il soggetto finanziatore attraverso la
corretta valutazione del rischio e della qualità della controparte, il ruolo degli intermediari
finanziari, e infine, gli strumenti di tecnica finanziaria. È evidente come le dimensioni inerenti la
gestione finanziaria dei new business models siano connesse con gli aspetti legati alla natura
contrattuale. La riduzione delle asimmetrie informative può essere risolta mediante la stipulazione
di un opportuno contratto tra le parti o, alternativamente, per mezzo della costituzione di una new
company, ossia di una nuova realtà imprenditoriale (società di scopo). Gli intermediari finanziari
hanno il ruolo di farsi carico esclusivamente della parte finanziaria del rischio di mercato legato
alla business operation; il rischio di carattere operativo deve continuare a far capo agli altri attori
attivi nel settore manifatturiero. Tra gli strumenti di tecnica finanziaria rientra in modo prevalente
il leasing: dry lease, wet lease, leasing finanziario ed il leasing operativo. Il Catalogo di strumenti
finanziari applicabili nel settore manifatturiero10, è una lista di possibilità di finanziamento che le
aziende manifatturiere e i costruttori di macchine hanno a disposizione per acquisire capacità
produttiva. Di seguito si propongono due tabelle riepilogative per due analisi di casi. Nella prima
(Tabella A) si riportano i risultati di un lavoro di Lay G., Schroeter M., Biege S. che hanno analizzato
17 casi europei di new business models, mentre nella seconda (Tabella B) si riportano
sinteticamente le caratteristiche di alcuni casi specifici.
Settore di prevalente applicazione
Settori di sbocco PMI vs grandi imprese Assetto proprietario
Meccanica (6) Macchine utensili (4) Chimica, servizi industriali, stampi
Automotive, aerospace, food, health, packaging, process industry
PMI 6 su 17
In 10 casi su 17 la proprietà della macchina rimane della società costruttrice 3 casi con leasing bank 2 casi di joint venture
Utilizzatori Personale Localizzazione impianto Modelli di pagamento prevalenti
Tipicamente gli utilizzatori sono singoli
Per l’operatività è misto (azienda costruttrice-azienda utilizzatrice), per la manutenzione è dell’azienda costruttrice
Azienda costruttrice 3 casi Azienda utilizzatrice 13 casi Fence-to-fence 1 caso
Rata fissa e pay per part o pay per availability
Tabella A11
10 “New Financial Approaches for the Economic Sustainability in Manufacturing Industry” - Giacomo Copani, Lorenzo Molinari Tosatti, Silvia Marvulli, René Groothedde, Derek Palethorpe 11
“Service-based business concepts: A typology for business-to-business markets” Lay G. et al. European Management Journal 27 (2009)
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Azienda Fonte Business concept
Alstom Transport
“Organizing for solutions: Systems seller vs. systems integrator” – Industrial Marketing Management 36 (2007) 183-193. L’indagine empirica è tratta dai risultati ottenuti da un progetto di ricerca durante il periodo 2000-2003 e disponibile in Davies et al., 2001, 2003.
Systems seller e systems integrator
EDF Methodology for Product Service Systems’, project European Commission
Product service systems
Carpigiani – ALI Group “New Business Models nel settore delle macchine utensili”, MUSP, marzo 2011
Controllo remoto: monitoraggio in real time, riconfigurazione dei parametri di funzionamento, diagnostica, aggiornamento del firmware
MARPOSS spa
“Giornata di studio sull’utilizzo di sensori per il monitoraggio di mandrini per fresatura e rettifica”, MUSP, giugno 2011
Sensoristica avanzata per il controllo remoto: Spindle Grow Sensor, Power Monitoring Sensor, Acceleration Sensor, Temperature Monitoring Sensor
Tabella B12
12 Elaborazione degli autori
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5 PILLARS DI INTERVENTO
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5.1 MANUFACTURING AD ALTE PRESTAZIONI
La realizzazione di sistemi di produzione ad alte prestazioni richiede impianti in grado di cambiare
configurazione (riconfigurarsi) velocemente per essere competitivi, in termini di costi di
produzione, in un ampio intervallo di volumi di produzione, idealmente dal piccolo lotto a
quantità realizzate, fino ad ora, con macchine dedicate (produzione in serie). Questo obiettivo
strategico può essere realizzato utilizzando tecnologie flessibili e unità produttive modulari
fortemente integrate con tecnologie ICT. Inoltre, la gestione di questi impianti deve tendere allo
sviluppo di sistemi che riducano i tempi di lavorazione e di attesa delle macchine e migliorino le
capacità di esecuzione delle operazioni anche avvalendosi di dispositivi accessori che consentano
una rapida riconfigurazione del processo produttivo. Infine, l’aumento dell’efficienza e della
qualità dei processi di produzione deve tener conto dei vantaggi che possono derivare dall’impiego
di materiali high-tech.
In questo contesto, l’incremento delle prestazioni può essere ottenuto intervenendo
(a) sulle componenti fisiche del sistema produttivo per renderlo nel suo complesso più facilmente
adattabile e riconfigurabile (sistemi di produzione adattativi e riconfigurabili),
(b) sul sistema ICT che controlla il sistema produttivo con lo scopo di raggiungere una produzione
di alta qualità in percentuali elevate (produzione zero-difetti),
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(c) sulla gestione informatizzata/automatizzata della manutenzione (maintenance) delle macchine
e degli impianti per ridurre i tempi di fermo-macchina e/o la ridondanza degli impianti e sulla
capacità di previsione di guasti.
5.1.1 TEMATICHE IDENTIFICATE E KEY TECHNOLOGIES
Le tematiche e le Key Technologies da implementare nei sistemi e modelli di produzione del futuro
sono state ricavate analizzando i trend del mercato, i nuovi modelli di business e le evoluzioni dei
prodotti.
Il manufacturing ad elevate prestazioni del futuro dovrà realizzare una notevole flessibilità
operativa, gestendo lotti di dimensioni sempre minori sino al “one piece flow” ed effettuando forti
personalizzazioni, ma anche garantire contemporaneamente la massima precisione e qualità
(intesa anche come conformità a normative e legislazioni sempre più severe e complesse), di fatto
ottenibile solamente attraverso procedure e metodi di verifica metrologica con successiva auto
ottimizzazione adattativa dei cicli di lavoro.
Pertanto, i processi produttivi tenderanno ad essere sempre più complessi e articolati. Da un lato i
processi su grandi quantità (in cui, comunque, le dimensioni di lotto diminuiranno rispetto agli
anni precedenti; si citano, come filiere regionali di riferimento, ceramico/piastrelle, alimentare,
farmaceutico..) diverranno più complessi in termini di numero di operazioni/lavorazioni e,
soprattutto, controllo ed ottimizzazione dinamica della qualità. Dall’altro (specialità puramente
emiliana romagnola) processi di alta qualità a personalizzazione totale in cui sarà richiesta estrema
flessibilità su lotti ridottissimi con cicli produttivi articolati e riconfigurazione continua di
lavorazioni e attrezzature. Le vere prestazioni di produttività saranno determinate dalle fasi di
riattrezzaggio, riconfigurazione, ottimizzazione dinamica (online) dei parametri di lavoro sino alla
generazione automatica di cicli di lavoro personalizzati ed auto ottimizzati (e sempre diversi tra
loro).
Tali trend evolutivi impongono di ripensare non solo le macchine, ma anche i processi completi
(che includono in particolare operatori, training etc) e i modelli di business (BtO, AtO, CtO, mass
customization, mass personalization, catena collaborativa prodotto-processi di fornitura
nell’azienda olonico-virtuale). Nelle nuove macchine ed automazioni industriali si assisterà ad un
incremento di funzionalità da implementare, nonché alla necessità di coordinare e pianificare
azioni sinergiche e sequenze di operazioni / lavorazioni da sincronizzare per garantire la massima
produttività. Estendendo il discorso all’intero sistema di produzione e modello di business
bisognerà inoltre valutare anche il contributo, determinante, dell’operatore, non solo in termini di
mera produttività ma anche nel suo contributo abilitante di flessibilità e messa a punto estrema,
attuato cooperando attivamente con macchine e robot. I sistemi di produzione del futuro
vedranno infatti, incrementare non solo la loro autonomia operativa ed intelligenza (anche grazie
ai temi “ICT enabled”), ma paradossalmente anche la necessità di cooperare, interagire e/o essere
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affiancati da operatori istruiti ed ad alto valore aggiunto, in ambienti estremamente dinamici e
variabili.
Sistemi di produzione adattativi e riconfigurabili
KT1.1 - MACCHINE E ROBOT AD ALTE PRESTAZIONI
La possibilità di utilizzare tecnologie ICT nel processo produttivo passa attraverso l’impiego di
macchine che possano essere messe in rete sia per trasmettere informazioni sul loro stato che per
ricevere le istruzioni operative da eseguire.
In sintesi, la macchina nella fabbrica del “futuro”, scambiando informazioni in rete, deve essere in
grado di:
produrre famiglie di componenti diversi all’interno di uno stesso ciclo produttivo;
cambiare il proprio modus operandi (essere riconfigurata) per produrre differenti
famiglie di componenti quando il ciclo produttivo cambia (e.g., nuovi prodotti
richiesti dal mercato);
essere economicamente conveniente in un range di volumi di produzione molto
variabile.
Una macchina di questo tipo è per sua natura “general purpose” e con elevate caratteristiche
dinamiche, e può genericamente essere classificata come “robot industriale ad alte prestazioni”.
La movimentazione di oggetti (utensili o semilavorati) può essere individuata come operazione
base che il robot industriale deve implementare. Pertanto, il raggiungimento di alte prestazioni è
essenzialmente misurabile tramite i tempi/ciclo che la macchina è in grado di realizzare
nell’esecuzione di queste movimentazioni.
La riduzione significativa dei tempi/ciclo è l’obiettivo da raggiungere nella progettazione di un
“robot industriale ad alte prestazioni”.
La riduzione spinta dei tempi/ciclo richiede di combinare due filosofie progettuali:
(i) semplificazione dell’architettura della macchina,
(ii) alleggerimento spinto degli elementi della macchina e conseguente presa in
considerazione della flessibilità degli stessi.
Queste due filosofie convergono verso il concetto di “manipolatore sotto-attuato e/o a mobilità
ridotta riconfigurabile”. Pertanto, l’individuazione sia di architetture idonee (sintesi funzionale)
che di metodologie di progettazione (flexible multibody modelling) e controllo di questi
manipolatori sta viepiù attraendo l’interesse di molti ricercatori ed è da ritenersi una tematica di
interesse strategico.
Più in generale, le specifiche progettuali di macchine utensili e sistemi di produzione ad alte
prestazioni comportano, da un lato, l’incremento delle velocità di lavorazione e dei volumi di
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produzione, dall’altro l’incremento della precisione e qualità del prodotto. Queste esigenze
contrastanti vengono limitate da effetti dinamici e vibratori che, oltre ad impedire il
raggiungimento di elevate specifiche funzionali, possono provocare livelli eccessivi di rumorosità o
essere causa di guasti e malfunzionamenti. Tali problematiche vanno affrontate tenendo conto
delle influenze reciproche tra le eccitazioni presenti e le caratteristiche vibro-acustiche del sistema
stesso, che nelle applicazioni industriali è di norma un sistema complesso ed altamente non
lineare. Risulta pertanto importante sviluppare ed introdurre in ambito industriale criteri e
metodologie di progettazione per il contenimento delle vibrazioni, da impiegarsi lungo tutta
l’attività di progettazione e che comportano opportune scelte progettuali sulla struttura della
macchina, i materiali, gli azionamenti e le leggi di moto. Lo sviluppo di soluzioni progettuali
innovative in questo ambito comporta una metodologia basata su una stretta interazione tra
simulazioni numeriche ed analisi sperimentali; in particolare l’impiego di modelli previsionali
opportunamente validati permette di ridurre tempi e costi di sviluppo del progetto.
KT1.2 - SISTEMI DI PRODUZIONE RICONFIGURABILI
La necessità di pervenire a modelli di produzione estremamente snelli e dinamici, in cui i prodotti
hanno elevati livelli di personalizzazione e qualità, ridotti tempi di consegna e cicli di vita in
costante diminuzione (comunque molto minori di quello dei loro rispettivi sistemi di produzione),
impone di rivalutare le prestazioni di macchine e linee di produzione esaltando soprattutto la
capacità di riconfigurarsi e di adattarsi a mutate condizioni operative.
Pertanto, i sistemi di produzione riconfigurabili dovranno presentare evidenti e superiori
caratteristiche di:
riattrezzaggio e riconfigurazione in tempi ridotti per garantire produzioni sempre
più flessibili e snelle
ottimizzazione dinamica (online) dei parametri di lavoro sino alla generazione
automatica di cicli di lavoro personalizzati ed auto ottimizzati (e sempre diversi tra
loro) per garantire la massima personalizzazione di prodotto
qualità finale di realizzazione basata su controlli metrologici integrati (adaptive
manufacturing) con annullamento adattivo degli errori.
KT1.3 - NUOVE TECNOLOGIE DI MANIFATTURA
Ci si rivolge alle tecniche di progettazione di processi di produzione innovativi e non convenzionali,
sensibilmente diversi dallo stato dell’arte. Specifici metodi progettuali possono permettere di
ideare, validare ed ottimizzare nuove tipologie di lavorazione attualmente precluse, quali ad
esempio lavorazioni pesanti effettuate da robot attualmente non in grado di garantire adeguata
rigidezza e precisione, lavorazioni con utensili non convenzionali e comunque alternativi allo stato
dell’arte, realizzazione di decori estetici o finiture di superiore qualità, sistemi di produzione e/o
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lavorazioni a ridotto consumo energetico/impatto ambientale, produzione in ambienti a ridotto
livello di contaminazione etc..
Produzione zero difetti
KT1.4 - CONTROLLO DI PRODUZIONE
Il controllo di produzione è una funzione da applicare al processo produttivo nella sua completezza
sia esso di tipo tradizionale che di tipo distribuito (più unità produttive che concorrono alla
realizzazione di un unico prodotto). La realizzazione di questa funzione richiede che il sistema
produttivo sia dotato di un monitoraggio esteso dell’avanzamento della produzione, della capacità
di identificare e tracciare i prodotti, della funzione di misura e prevenzione dei rischi. Ciò è tanto
più difficile da realizzare quanto più i cicli produttivi sono brevi, i prodotti fortemente
personalizzati ed i lotti piccoli.
Per il raggiungimento dell’obiettivo della ‘produzione zero-difetti’, è necessario
dotare i sistemi di controllo della produzione di dispositivi in grado di controllare la
qualità del prodotto (sia sul prodotto finito sia eventualmente in fasi intermedie
della lavorazione);
introdurre sistemi per il monitoraggio dei malfunzionamenti dei sistemi di
produzione, responsabili dello scadimento della qualità del prodotto.
Tali dispositivi permettono l’adozione di strategie di manutenzione predittiva (o su condizione)
atte ad ottimizzare gli interventi di manutenzione, riducendone i costi, ad evitare l’immissione sul
mercato di prodotti difettosi e a raccogliere informazioni per intervenire in tempo reale sulle
cause di scarsa qualità. Tutte queste azioni concorrono a ridurre il numero di pezzi non conformi
idealmente a “zero”.
I dispositivi per il controllo qualità e il monitoraggio dei malfunzionamenti sono costituiti da
opportuni sensori non intrusivi, sistemi di acquisizione ed elaborazione dei dati secondo opportuni
algoritmi in tempo reale, algoritmi decisionali buono/scarto o sano/guasto ed algoritmi di
diagnostica per l’individuazione e la localizzazione dei difetti.
Spesso le aziende manifatturiere evidenziano la problematica del riconoscimento automatico di
pezzi difettosi in catene di produzione industriali. In questo ambito, il riconoscimento automatico,
a partire da immagini, e la classificazione automatica sono due tecnologie rilevanti per tutte le
aziende che si trovano ad affrontare problematiche legate alla visione artificiale e identificazione
automatica, anche mediante tecniche di classificazione, di pezzi difettosi. Le tecnologie sono poi
particolarmente rilevanti per garantire la competitività delle aziende metalmeccaniche che
producono macchinari per fabbricazione industriale.
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KT1.5 - STRUMENTI KNOWLEDGE-BASED PER L’AUTOAPPRENDIMENTO
Le tecniche di rappresentazione della conoscenza, simboliche e basate su regole, possono essere
di ausilio alla formalizzazione di conoscenza, sia a fini di addestramento e formazione di personale
che per la manutenzione delle macchine.
In questo ambito, i settori applicativi sono diversi. Le regole simboliche possono, ad esempio,
essere apprese a partire da basi di dati disponibili con tecniche di apprendimento automatico
tipiche dell’Intelligenza Artificiale.
Dotare i sistemi di produzione di capacità di autoapprendimento li rende capaci di classificare tutti
gli eventi “anomali” che si verificano durante la vita dell’impianto e di riconoscere situazioni
critiche, identificate in base ai dati storici raccolti. La disponibilità di queste informazioni su di un
supporto fisico (memoria del sistema di elaborazione dati) rende il know-how aziendale
indipendente dal turn-over del personale con ovvi benefici sulla qualità dei prodotti.
Esemplificando, il sapere aziendale si separa sempre più dal sapere dei singoli che operano
all’interno dell’azienda.
KT1.6 - STRUMENTI KNOWLEDGE-BASED PER LA PIANIFICAZIONE DI PROCESSO
La disponibilità del modello dei processi secondo cui opera l’azienda diventa sempre più
strategico per le aziende e le organizzazioni regionali. Tale modello può essere utilizzato come
base per un sistema “regolatorio” dell’operatività aziendale.
In questo contesto, trovano impiego tecniche formali di rappresentazione del modello e tecniche
di ragionamento automatico per la sua attuazione. Utilizzando queste tecniche,il modello può
anche essere appreso automaticamente a partire da databases che riportano le attività svolte in
azienda, con le tecnologie tipiche della Business Intelligence e del Process Mining.
La rappresentazione formale del modello può poi essere utilizzata per ottimizzare l'uso delle
risorse o i tempi di produzione, mediante tecnologie di constraint processing.
Maintenance
KT1.7 - E-MAINTENANCE
Negli ultimi anni, le tecnologie ICT sono state pesantemente applicate nell’automazione dei
processi industriali, portando a significativi miglioramenti di ogni fase del processo produttivo
(Chryssolouris et al., 2009). In questo contesto, una delle applicazioni più importanti dell’ICT è
sicuramente quella rappresentata dall’e-maintenance.
Si tratta di un concetto recentemente emerso nel processo di “digitalizzazione” degli impianti
manifatturieri che fa riferimento all’integrazione dell’ICT nel processo di manutenzione, al fine di
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automatizzare le operazioni di gestione, tramite il monitoraggio e il controllo remoto delle
macchine e l’integrazione di tutti i dati di manutenzione all’interno del sistema informativo
aziendale.
KT1.8 - PROGNOSTICA
Predire un guasto incipiente prima che questo provochi un fermo macchina, a volte anche
disastroso, è fondamentale e determina le reali prestazioni di produttività, ma, specie nel caso di
cinematismi veloci e servomeccanismi che operano a velocità variabile, non risultano soluzioni
complete e consolidate. Per un efficace azione di e-maintenance è infatti necessario disporre di
sistemi di monitoraggio dello stato di salute della macchina, i più completi ed accurati possibile. Si
necessita quindi di investigare soluzioni tecnologiche, includendo le relative metodologie di
impiego, idonee a rilevare il funzionamento anomalo di componenti e cinematismi ed adottare
autonomamente opportune strategie di funzionamento.
5.1.2 TREND DELLE KEY TECHNOLOGIES
Sistemi di produzione adattativi e/o riconfigurabili
Lo studio di nuove architetture di macchine a mobilità ridotta, principalmente di tipo parallelo, è
un settore oramai maturo e si può ragionevolmente affermare che molte delle soluzioni
progettuali sono già presenti nella letteratura scientifica dell’ultimo decennio. Diversa è, invece, la
situazione delle architetture per macchine sotto-attuate e/o riconfigurabili. Per questo tipo di
architetture la fase di ideazione sta avendo proprio in questi anni una fase di rapida accelerazione
(il primo congresso internazionale sulle architetture riconfigurabili si è tenuto nel 2009
(http://www.remar2009.com/)); anche se molto deve essere ancora fatto per quanto riguarda il
controllo delle macchine sotto-attuate.
Purtroppo, lo studio delle architetture non va di pari passo con le analisi dinamiche con codici
multibody. Tuttavia, nell’ambito della modellazione flexible-multibody, esistono già i contesti
(congressi specifici, gruppi di ricerca, software commerciali come ADAMS, Virtual Lab, etc.) in cui
poter operare per sviluppare queste problematiche. Pertanto è lecito attendersi che questo gap
sia rapidamente colmato e che appaiano presto sul mercato macchine con queste architetture. In
poche parole, la riconfigurabilità delle attuali macchine è basata sulla ridondanza (utilizzo un
sistema con sei assi controllati per realizzare operazione differenti che richiedono al più tre assi
controllati, ma non sempre gli stessi); quelle di nuova generazione, riconfigurandosi, saranno in
grado di cambiare la natura degli assi controllati (se devo realizzare vari compiti che richiedono al
più tre assi controllati anche se di diversa natura, potrò utilizzare una macchina con soli tre assi
controllati, se non addirittura con meno di tre assi controllati (sistema sotto-attuato))
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La sempre maggiore diffusione dei sistemi informativi nelle aziende consente loro di raccogliere
una quantità crescente di dati riguardo ai processi con i quali l'azienda raggiunge la sua missione.
Questa ampia mole di dati può essere sfruttata al fine di comprendere meglio i processi aziendali e
di migliorarli. Recentemente, lo studio della gestione dei processi aziendali si è andato sviluppando
dando luogo alla nascita dell'area di ricerca del Business Process Management (BPM)
Il BPM prevede un ciclo di vita del processo organizzato nelle
seguenti fasi
Design: in questa fase si identificano i processi esistenti
e si progettano i processi futuri.
Modeling: vengono descritti i modelli dei processi in una
notazione formale o semi-formale
Execution: per l'esecuzione di un processo si può
acquistare o sviluppare un’applicazione software che esegua i passi del processo in
maniera accurata e completa. L'applicazione può o meno prevedere l'intervento umano.
L'applicazione utilizza il modello sviluppato nella fase precedente.
Monitoring: in questa fase vengono controllati i singoli processi, in modo che
l'informazione sul loro stato possa essere facilmente accessibile e che possano essere
raccolte statistiche. In questa fase il process mining può essere eseguito per ottenere
modelli dei processi esistenti ed eventualmente per confrontarli con i modelli a priori.
Optimization: nell'ottimizzazione si studiano le performance dei processi e si identificano
possibili colli di bottiglia e opportunità di risparmi e miglioramenti.
Si stanno sempre più diffondendo strumenti software per realizzare queste fasi. Questi strumenti
consentono alle aziende di rappresentare esplicitamente i propri processi, di gestirne l'esecuzione
e di controllare a posteriori la conformità di una esecuzione con il modello. Queste tecniche
consentono alle aziende di ottenere un maggior controllo sui propri processi e di raggiungere
quindi più efficacemente la loro missione.
Produzione “zero difetti”
Per raggiungere l’obiettivo “zero difetti”, le seguenti tre funzioni aziendali, inglobabili nel controllo
della produzione, sono determinanti: (i) monitoraggio dell’avanzamento di produzione, (ii)
identificazione e tracciamento dei prodotti e (iii) misurazione e prevenzione dei rischi.
(i) Monitoraggio dell’avanzamento di produzione - Il monitoraggio dell’avanzamento di produzione
è un fattore determinante per cogliere e risolvere tempestivamente eventuali problemi. Al tempo
stesso è la condizione per rilevare dati critici sui carichi delle risorse e sui tempi di esecuzione delle
fasi da utilizzare per le comunicazioni con i clienti e per il miglioramento continuo dei processi. I
sistemi di monitoraggio della produzione sono applicazioni ICT molto sofisticate che comprendono
la sensoristica di misurazione, l’interazione uomo-macchina, la comunicazione in ambiente ostile,
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la gestione e l’elaborazione dei dati raccolti. Alla ricerca si chiede di trasferire in questo campo la
rapida evoluzione delle nuove tecnologie e di sviluppare soluzioni più adatte all’impiego da parte
delle PMI.
(ii) Identificazione e tracciamento dei prodotti - In un contesto manifatturiero orientato alla
realizzazione di piccoli lotti e di prodotti one-of-a-kind l’identificazione certa di ciascun prodotto è
condizione indispensabile per un’efficace controllo di produzione. Ciò è reso ancora più
importante dall’esigenza di tracciare il prodotto nel suo percorso tortuoso, da quando proviene
dal fornitore e mentre esce dallo stabilimento per raggiungere un
terzista, fino a quando raggiunge il cliente. La tecnologia RFID sta
conoscendo una rapida crescita grazie alla diffusione di dispositivi
(tag) sempre più performanti e di protocolli adatti ad impieghi più
ampi e differenziati. La ricerca in questo campo offre prospettive di
innovazione e sviluppo di cui finora sono stati colti solo le prime
avvisaglie.
(iii) Misurazione e prevenzione dei rischi - È questo un campo tanto critico quanto molto spesso
ignorato o comunque gestito in modo intuitivo e non sistematico dalle PMI. Il tema comprende lo
studio dei rischi, della loro probabilità di trasformarsi in eventi negativi, e della stima degli effetti e
dell’impatto di tali eventi. Si tratta di utilizzare opportuni strumenti analitici, quantitativi e
qualitativi. Il contributo che la ricerca ICT può dare a questa tematica ricade nella capacità di
modellare le situazioni di rischio, simularne gli effetti per stimare l’impatto, tracciare gli eventi
collegati ai rischi e le conseguenze delle azioni di recupero. Ancora una volta la sfida risiede nella
possibilità di definire soluzioni che siano affrontabili economicamente e adottabili operativamente
dalle PMI.
Tra le tecniche avanzate più efficaci per il controllo qualità ed il monitoraggio, vi sono quelle
basate sul rilievo e l’analisi delle vibrazioni. Infatti, il funzionamento di un sistema meccanico
produce effetti vibratori con caratteristiche ben definite che possono essere rilevate ed analizzate,
impiegandole come sintomo dello “stato di salute” del componente o del sistema. Per ciascuna
applicazione occorre scegliere la tipologia di trasduttori e le procedure di misura più efficaci,
individuare le tecniche di analisi del segnale che forniscono parametri sensibili ed affidabili per
caratterizzare lo stato di “salute” del sistema, sviluppare procedure decisionali buono/scarto o
sano/guasto. È possibile applicare analisi dei segnali nei domini del tempo, della frequenza e
tempo-frequenza, analisi di ciclostazionarietà, analisi spettrali di ordine superiore.
Il controllo di qualità sta assumendo un ruolo di importanza crescente nelle aziende
manifatturiere. La qualità dei prodotti è un elemento competitivo importante per le aziende
occidentali e della nostra regione in particolare: solo competendo sulla qualità si riesce a
contrastare la concorrenza dei paesi emergenti. Per questo motivo tecniche per il controllo di
qualità assumono un importanza crescente. Le aziende manifatturiere desiderano individuare i
difetti il prima possibile e comunque prima della consegna al cliente. Per soddisfare questa
necessità è possibile utilizzare l'ampio ventaglio di tecniche sviluppate nell'ambito della visione
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artificiale. Un sistema di controllo dei difetti in questo caso prende la forma di una telecamera che
riprende i prodotti e ne analizza le immagini con algoritmi di visione artificiale al fine di
identificarne i difetti. Sistemi di questo genere sono già in uso da tempo presso diverse aziende
anche regionali e vanno integrati con i nuovi sviluppi nel settore della visione al fine di migliorarne
le performance.
Alle tecniche di visione artificiale si accompagnano anche quelle di classificazione automatica
(strumenti knowledge-based per l’autoapprendimento), in modo da poter anche generare
classificazioni di pezzi difettosi ottenute tramite algoritmi di apprendimento automatico,
supervisionato a partire da opportuni database di esempi pre-classificati.
I benefici attesi sono un miglioramento dei macchinari prodotti dalle aziende regionali se
equipaggiati con questo tipo di tecnologie, e conseguentemente, un aumento della competitività
delle nostre aziende.
Infine, l’auspicabile applicazione delle tecniche proprie dell’AI alla pianificazione dei processi
permetterà di generare modelli teorici del sistema produttivo sempre più aderenti alla realtà
aziendale. Questi modelli potranno essere impiegati per simulare il comportamento del sistema
(singola unità produttiva o insieme distribuito sul territorio di unità produttive) in varie condizioni
di mercato (variazione della domanda, ritardi nella fornitura, flussi finanziari irregolari, ecc.) e
fornire informazione idonee ad ottimizzare la pianificazione dei processi produttivi.
Maintenance
Le piattaforme di e-maintenance estendono l’insieme degli strumenti di manutenzione disponibili
al personale di supporto tecnico permettendo il monitoraggio, la diagnostica, la configurazione e il
recovery remoto delle macchine. Questo consente alle imprese di effettuare decisioni “proattive”
in diverse aree di gestione, come la strategia, la pianificazione e l’automazione (Muller et al.,
2008). Inoltre, gli strumenti tecnici forniti dalle piattaforme di e-maintenance permettono di
ristrutturare i processi di manutenzione, come il monitoraggio, la diagnostica e la prognostica,
portando a un considerevole aumento di efficienza. L’utilizzo delle piattaforme di e-maintenance
inoltre permette e favorisce un cambio di paradigma da strategie di manutenzione di tipo “fail and
fix” a strategie di tipo “predict and prevent”, che, riducendo i tempi di inattività delle macchine
dovuti ad avarie e interventi di manutenzione non programmati, sono significativamente più
vantaggiose dal punto di vista economico (Campos, 2009) (Lee et al., 2006).
Inizialmente, le soluzioni di e-maintenance si sono concentrate sul condition-based monitoring
(Jardine et al., 2006) di grandi impianti, in particolare nell’industria energetica e in quella pesante
(Kunze, 2003) (Garcia et al., 2006). La dimensione e il costo di queste macchine giustificano e
incoraggiano lo sviluppo di sofisticate soluzioni di e-maintenance per migliorarne l’efficienza. Per
implementare il monitoraggio remoto 24x7, le soluzioni di e-maintenance per impianti di grandi
dimensioni o di importanza critica di solito fanno uso di sistemi Supervisory Control And Data
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Acquisition (SCADA) costosi e spesso proprietari, basati su stack di comunicazione ad hoc, come
sistemi radio proprietari operanti su banda UHF o su bande prive di licenza.
Le soluzioni di e-maintenance basate su SCADA di solito fanno uso di hardware dedicato e costoso
per l’analisi dei dati di manutenzione, spesso relativamente pesante dal punto di vista
computazionale, e di complesse tecnologie software, come i sistemi multi-agente, che non
beneficiano del riuso di componenti software esistenti e che sono difficili da integrare con altri
sistemi software di tipo enterprise. Il costo delle soluzioni di e-maintenance basate su SCADA le
rende inadatte per l’adozione su impianti di produzione di costi relativamente bassi o su macchine
automatiche prodotte in massa.
Tuttavia, i costi per realizzare le funzioni di monitoraggio delle macchine si stanno
significativamente riducendo, grazie ai recenti sviluppi nei campi della computazione, della
comunicazione e delle tecnologie software. Infatti, l’incredibile miglioramento delle tecnologie di
comunicazione Internet ora permette diverse soluzioni, come la connettività a banda larga tramite
reti cablate o la connettività mobile tramite GPRS o UMTS,
che possono significativamente facilitare l’accesso remoto
alle macchine, con diverse tipologie di costo, specialmente
per quanto riguarda il traffico dati. Inoltre, microprocessori
COTS dalle performance relativamente elevate stanno
diventando sempre più accessibili dal punto di vista
economico per l’adozione su larga scala, incrementando
così le capacità computazionali disponibili per la
realizzazione di componenti hardware per il monitoraggio
da installare direttamente sulle macchine, pur
mantenendo i costi ragionevolmente bassi in modo da non incrementare eccessivamente i costi di
produzione. Infine, le moderne tecnologie di sviluppo software basate sul Web per applicazioni
distribuite ed embedded semplificano la realizzazione di complesse funzioni di gestione come la
diagnostica e la prognostica.
Questi sviluppi tecnologici permettono e suggeriscono l’adozione di soluzioni di e-maintenance
anche per la manutenzione di impianti manifatturieri dal costo relativamente basso o di singole
macchine all’interno di una linea di produzione. L’accesso remoto e ubiquo ai dati di monitoraggio
delle macchine, sia in forma grezza che in forma post-processata tramite strumenti automatizzati
di anomaly detection (Chandola et al., 2009), permette alle imprese di verificare il funzionamento
dei propri sistemi di produzione in modo estremamente efficace. Questo consente sia di allocare
ottimamente le risorse umane dedicate alla manutenzione, permettendo al personale di supporto
tecnico di effettuare le operazioni di monitoraggio e controllo delle macchine da remoto
(possibilmente operando su più macchine contemporaneamente), sia di pianificare
opportunamente eventuali interventi di manutenzione on-site.
Un altro campo applicativo estremamente interessante per l’e-maintenance è quello
rappresentato dalla manutenzione after-sales di macchine automatiche, ad esempio food
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processor e lavatrici industriali. Queste macchine vengono spesso installate in ambienti
estremamente eterogenei, dove sono utilizzate da operatori non specializzati. Data l’assenza di
personale di supporto tecnico on-site, è di critica importanza la realizzazione di un sistema di
monitoraggio automatico delle macchine che individui prontamente guasti e avarie, che fermi le
macchine per prevenire ulteriori danni, e che notifichi immediatamente il personale di supporto
tecnico. Meccanismi di monitoraggio avanzato che permettano l’individuazione e la risoluzione dei
problemi sono indispensabili per limitare il downtime delle macchine, e quindi preservare i ricavi
degli acquirenti.
Si noti infine che, incrementando significativamente l’efficienza del processo di manutenzione e
diminuendone allo stesso tempo i costi, l’e-maintenance costituisce uno strumento fondamentale
per la servitizzazione, ovverosia la transizione da un modello di business basato sulla fornitura di
prodotti a uno basato sulla fornitura di servizi. I clienti non effettuano semplicemente l’acquisto di
una macchina automatica, ma sottoscrivono invece un contratto di servizio che fornisce la
macchina automatica e allo stesso tempo ne garantisce la massima operatività. La servitizzazione
dei modelli di business si è dimostrata un modo molto efficace di allineare le offerte delle imprese
alle esigenze dei propri clienti (Oliva and Kallenberg, 2003) e di fronteggiare la concorrenza da
parte dei paesi in via di sviluppo.
5.1.3 BENCHMARKING CON I PIVOT REGIONALI
Dal confronto con i Pivot regionali emerge che la KT “controllo della produzione” è di gran lunga
quella ritenuta di maggiore importanza dalle aziende regionali, seguita dalle KT “e-maintenance”
“sistemi knowledge-based” e “macchine e robot ad alte prestazioni”.
Questo risultato può essere interpretato in modo unitario considerando l’importanza che hanno
assunto tutte le pratiche che concorrono alla certificazione della qualità nei sistemi produttivi
operanti in contesti post-industriali, dove i costi di produzione sono molto maggiori di quelli
sostenuti in contesti di industrializzazione primaria. Infatti, le prime quattro KT appartengono a
Sistemi knowledge-based per l'autoapprendimento
E-maintenance
Controllo della produzione
Nuove tecnologie di manifattura
Macchine e robot ad alte prestazioni
Sistemi di produzione riconfigurabili
Sistemi knowledge-based per la pianificazione di processo
Prognostica
MOLTO IMPORTANTE POCO IMPORTANTE
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queste pratiche con il “controllo della produzione” che ne è il dominus; mentre, soltanto la quinta
KT è principalmente legata alla riduzione dei tempi di produzione (parametro di riferimento
durante la fase di industrializzazione primaria).
Lo sviluppo delle prime quattro KT, nel prossimo futuro, va verso l’integrazione spinta delle
aziende presenti sul territorio, in un unico distretto industriale, dove i singoli operatori sono in
grado di interfacciarsi e le risorse hardware sono in grado di agire come un unico sistema
produttivo. Inoltre, sarà caratterizzato dalla capacità di codificare ed immagazzinare le
informazioni acquisibili durante la vita degli impianti per poterle utilizzare in una gestione
“intelligente” del sistema che tenda a ridurre le azioni identificate come “dannose” e ad
incrementare quelle identificate come “virtuose”. Questa trasformazione sarà resa possibile
principalmente dalle innovazioni che l’ICT permette oggi di introdurre.
Esemplificando, le azioni gestionali (ottimizzazione dei processi, operazioni di manutenzione,
servizi forniti dalla PA, ecc.) si trasformeranno per essere implementabili in modo coordinato a
livello di distretto e saranno dotate della capacità di “far tesoro dell’esperienza” delle singole
aziende e del sistema integrato.
La realizzazione di questo scenario passa attraverso azioni da implementare (i) a livello aziendale e
(ii) a livello di distretto. Le azioni da implementare a livello aziendale sono identificabili in (i.1)
rendere il sistema informativo aziendale capace di operare sui propri “processi produttivi”13 sia
raccogliendo dati sia inviando comandi, (i.2) dotarsi di metodologie atte ad identificare le azioni
“dannose” e quelle “virtuose”, (i.3) strutturarsi agli effetti esterni come un modulo del sistema
distrettuale (standardizzazione delle informazioni scambiate con gli altri attori del distretto,
definizione dei margini di operatività della propria azienda, ecc.), (i.4) potenziare le interazioni con
gli altri attori del distretto secondo il principio “conoscere meglio per operare meglio”. Le azioni da
implementare a livello di distretto sono identificabili in (ii.1) individuare e promuovere le azioni
sinergiche, (ii.2) gestire servizi di interesse comune (standardizzazione delle procedure,
identificazione delle azioni “dannose” e di quelle “virtuose” a livello distrettuale, condivisione delle
reti di vendita, ecc.), (ii.3) realizzare le funzioni strategiche a livello distrettuale che non sono
presenti sul territorio (pianificazione a livello distrettuale, interazione con le realtà esterne al
distretto, identificazione di nuovi prodotti e/o servizi che il distretto ha la potenzialità di realizzare,
ecc.).
13 Nel caso di una azienda erogatrice di servizi il termine “processo produttivo” deve intendersi “modalità di
erogazione del servizio”.
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5.1.4 BIBLIOGRAFIA, SITOGRAFIA E LINKS A DOCUMENTI
[1] Piccinetti L., 2005, “Conoscenza e Innovazione : motori di crescita sostenibile per la Strategia di Lisbona,” disponibile on-line sul sito: http://assemblealegislativa.regione.emilia-romagna.it/wcm/antennaed/apub/peu/biblioeu/index/Articoli/Articoli/articolo_piccinetti.pdf
[2] Biblioteca europea della regione Emilia-Romagna, http://assemblealegislativa.regione.emilia-romagna.it/wcm/antennaed/apub/peu/biblioeu/
[3] J.S. Dai, M. Zoppi and X.W. Kong, 2009, Reconfigurable Mechanisms and Robots, Proceeding of the First ASME/IFToMM International Conference on Reconfigurable Mechanisms and Robots (ReMAR 2009), KC Edizioni, June 2009, http://www.remar2009.com/
[4] Osterman P., 2006, "The Wage Effects of High Performance Work Organization in Manufacturing," Industrial & Labor Relations Review, Vol. 59, No. 2, article 1. Available at: http://digitalcommons.ilr.cornell.edu/ilrreview/vol59/iss2/1
[5] Forza C., Salvador F., 2001, “Information flows for high-performance manufacturing”, Int. J. Production Economics 70 (2001) 21-36. Available at: http://directory.umm.ac.id/Data%20Elmu/jurnal/I/International%20Journal%20of%20Production%20Economics/Vol70.Issue1.Mar2001/2219.pdf
[6] Schroeder R.G., Flynn B.B., 2001, “High performance manufacturing: global perspectives”, Ed.: John Wiley and Sons, ISBN: 0-471-38814-9, http://books.google.com/books?id=XWrt4dN7U5IC&lpg=PR4&pg=PR4#v=onepage&q&f=false
[7] Dyer J.H., Nobeoka K., 2002, “Creating and managing a high performance knowledge-sharing network: the Toyota case”, MIT report no. IMVP-147b, Available at: http://hdl.handle.net/1721.1/1441
[8] Godard J., 2004, “A Critical Assessment of the High-Performance Paradigm”, British Journal of Industrial Relations, 42:2 June 2004 0007–1080 pp. 349–378, Available at: http://www.busi.mun.ca/shart/6320/readings/godard%202004.pdf
5.1.5 GRUPPO DI LAVORO
Università degli Studi di Ferrara: Roberto Pompoli, Giorgio Dalpiaz, Evelina Lamma, Raffaele Di
Gregorio, Fabrizio Riguzzi, Marco Gavanelli, Marcello Bonfè, Mauro Tortonesi;
Università degli studi di Modena e Reggio Emilia: Marcello Pellicciari, Giovanni Berselli.
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5.1.6 PIVOT REGIONALI
Bonfiglioli Engineering – Soluzioni per il controllo qualità – Ferrara (FE)
Baltur – Sistemi per riscaldamento e raffrescamento – Cento (FE)
C.A.T. Progetti – Automazione industriale – Sasso Marconi (BO)
CEFLA Dental Group – Apparecchi per odontoiatria – Imola (BO)
Carpigiani Group – ALI – Apparecchiature di refrigerazione di uso non domestico – Anzola Emilia
(BO)
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5.2 MANUFACTURING INTELLIGENTE
Il dominio del manufacturing intelligente (ICT enabled) è piuttosto ampio, in rapida evoluzione, e
include tematiche che si sovrappongono con altri domini, come ad esempio quella del
manufacturing ad alte prestazioni e quella dei nuovi modelli di business. Occorre quindi partire da
un’idea di manufacturing intelligente che cerchi di focalizzarne gli argomenti ed evitare ambiguità.
In linea di massima il manufacturing intelligente comprende le attività di ricerca e sviluppo che
hanno per obiettivo l’ammodernamento del modello produttivo attraverso la sostituzione e/o
l’affiancamento delle funzioni umane con strumenti ICT che ne potenzino la capacità di
comprensione delle situazioni e ne accrescano la rapidità decisionale sulle azioni da intraprendere.
Il manufacturing intelligente a cui si fa riferimento è basato sulla conoscenza dei modelli produttivi
delle aziende regionali, con particolare attenzione per quelle di piccole-medie dimensioni, e lancia
una sfida che può essere così sintetizzata: “come ottenere il massimo di competitività e di
efficienza con gli strumenti produttivi attuali, rivedendone l’impiego e ottimizzandone il
comportamento”.
Dunque, rispetto ai domini limitrofi del manufacturing ad alte prestazioni e dei nuovi modelli di
business, il manufacturing intelligente si distingue per un paio di importanti ragioni:
Studia e propone nuovi strumenti ICT per ottimizzare l’organizzazione della fabbrica, sia
essa monolitica o distribuita, accettando come dato di fatto l’attuale parco macchine
presente nelle aziende che può vedere la coesistenza di macchine tradizionali e di
macchine ad alte prestazioni.
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Studia e propone nuovi strumenti ICT per supportare i flussi di dati con cui si misurano le
condizioni operative della fabbrica e per elaborarli allo scopo di ottenere un adeguato
supporto alle decisioni e, in generale, una sistematica e tempestiva conoscenza dei
processi in corso.
Come già detto, il manufacturing intelligente è un dominio applicativo piuttosto ampio. Nei recenti
documenti della Commissione Europea esso comprende aspetti dell’automazione industriale come
l’impiego dei robot e delle macchine intelligenti, il concetto di fabbrica virtuale o di fabbrica in rete
e le sue implicazioni operative, fino alle nuove tecniche di produzione orientate al cliente.
Per quanto detto in precedenza sulla focalizzazione, e tenuto conto della necessità di proiettare le
attività di ricerca e sviluppo del manufacturing intelligente (a) su un orizzonte temporale di almeno
5 anni e (b) su argomenti che siano di sicuro interesse per il tessuto economico regionale, le sue
tematiche possono essere convenientemente limitate ai tre obiettivi seguenti:
Ottimizzazione dei processi. Si tratta di innovare drasticamente nel campo della revisione dei
processi produttivi, con particolare attenzione per le attività di fabbrica, attraverso nuove
tecnologie che consentano di schedulare efficacemente l’impiego delle risorse disponibili, di
analizzare le prestazioni, di studiare nuove soluzioni tramite la simulazione.
Fabbrica virtuale. Si tratta di favorire ed elevare lo standard qualitativo della collaborazione
produttiva fra imprese (co-manufacturing, networked factory) attraverso tecniche avanzate di
pianificazione distribuita e di supervisione, di adattamento e reattività agli eventi, di gestione
integrata della logistica in rete, di interoperabilità dei sistemi informativi.
Automazione industriale. Si tratta di estendere l’automazione di fabbrica attraverso l’introduzione
di nuovi impianti efficienti e di costo contenuto, e al tempo stesso di spingere verso una loro più
stretta integrazione con gli strumenti ICT presenti (ERP, MES, SCADA, DCS) allo scopo di realizzare
un’automazione industriale di nuova generazione guidata dall’ICT.
5.2.1 TEMATICHE IDENTIFICATE E KEY TECHNOLOGIES
Prendiamo in esame le tematiche identificate cercando di coniugarne gli aspetti salienti con
riferimento alla situazione delle aziende produttive regionali, specie quelle di piccole-medie
dimensioni, che riescono a sopravvivere in un mercato sempre più competitivo e che solo in caso
di necessità affrontano le problematiche della informatizzazione. A tali aziende occorre
prospettare soluzioni innovative di manufacturing intelligente che rispondano a precisi requisiti.
Fra tali requisiti i più stringenti sono presto detti: le soluzioni “abilitanti ICT” devono essere a basso
investimento iniziale, semplici da inserire nel contesto operativo corrente, facili da abbandonare in
caso di insoddisfazione e, molto importante, tali da non distogliere risorse significative dal core
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business aziendale. In altre parole, le soluzioni innovative devono essere esplicitamente concepite
per aziende di quella natura e di quelle dimensioni.
Ottimizzazione dei processi
L’ottimizzazione dei processi aziendali va perseguita operando in diverse direzioni e quindi
proponendo alla singola azienda di produzione il mix di soluzioni che meglio si adattano alle sue
specifiche esigenze.
La prima direzione è quella della schedulazione ottimale delle risorse. Il mercato offre una limitata
varietà di schedulatori concepiti essenzialmente per aziende di medie-grandi dimensioni. Le PMI
che ne fanno uso sono veramente poche e le ragioni principali sono l’elevato costo d’avviamento,
la complessità d’uso e la rigidità del modello sottostante. In realtà le PMI presentano uno
straordinario spettro di esigenze che richiedono soluzioni ad hoc, interfacciabili con i sistemi
legacy e possibilmente accessibili da remoto con dispositivi mobili. In questo campo c’è molto da
innovare su almeno due piani: (a) studiare tecniche di schedulazione innovative capaci di cogliere
la grande varietà di situazioni del mondo reale, e (b) facilitare l’adozione di questa tecnologia
presso una massa significativa di PMI.
Un altro aspetto importante è l’analisi e la valutazione delle prestazioni dei processi, vale a dire la
capacità di imparare a misurare i comportamenti e i risultati alla ricerca continua di difetti da
eliminare. La condizione, ancora poco soddisfatta specialmente dalle PMI, consiste nel tenere
traccia di tutte le azioni compiute e nell’eseguire su questi dati adeguate operazioni di analisi. Le
tecniche che meritano speciale attenzione sono il Process Mining e la Business Intelligence da
rendere accessibili alle aziende meno dotate di risorse. Crescente interesse riscuotono anche le
tecniche di auto-apprendimento basate sulla rappresentazione della conoscenza simbolica e su
regole possono essere di ausilio anche a fini di addestramento e formazione di personale e di
manutenzione di macchinari.
Altrettanto importante è la possibilità di introdurre il miglioramento attraverso tecniche di
simulazione strategica. Infatti una vera discontinuità nel modo di introdurre i miglioramenti nei
processi produttivi è data dalla possibilità di valutare, preventivamente a tavolino, il loro possibile
impatto sull’azienda. Ciò permette di contrastare con efficacia la naturale resistenza al
cambiamento che molto spesso rappresenta il principale ostacolo all’innovazione. Il metodo
principale è quello della simulazione, vale a dire l’esecuzione virtuale dei processi sotto studio
nelle diverse condizioni ipotizzate. L’obiettivo è duplice (a) modellare e formalizzare i processi
tipicamente con tecniche di workflow management, e (b) impiegare tecniche esatte o euristiche
per la generazione degli eventi e il calcolo degli effetti della loro esecuzione virtuale.
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Fabbrica virtuale
La fabbrica virtuale è un concetto che astrae molti dei comportamenti che si incontrano
quotidianamente nel tessuto produttivo regionale, dove piccole aziende realizzano l’intero ciclo
produttivo svolgendo ciascuna alcune delle sue fasi.
Un aspetto fondamentale è quello della pianificazione e supervisione distribuita. Il
comportamento della fabbrica virtuale è governato da processi distribuiti, vale a dire processi le
cui attività sono affidate a risorse indipendenti e geograficamente distinte, organizzate in rete. Per
questo nella fabbrica virtuale è individuata una funzione di coordinamento, capace di applicare in
modo neutrale le regole concordate, che svolge un duplice ruolo: pianificare i processi assegnando
le attività ai nodi più adatti o convenienti, eventualmente in concorrenza, e supervisionare il loro
svolgimento per assicurare il raggiungimento degli obiettivi pianificati. Le tecniche ICT vanno dalla
modellazione del workflow alla pianificazione dei processi, fino alla rilevazione degli eventi
salienti.
Collegata al punto precedente vi è la capacità di reattività e adattamento agli eventi. Si è detto
che uno dei più importanti requisiti della fabbrica virtuale è la capacità di reagire velocemente alle
eccezioni che possono accadere nella rete per presentare al cliente un’immagine unitaria
efficiente. Le eccezioni possono essere sollevate dallo stesso cliente o venire da uno dei nodi, la
loro comune conseguenza è di mettere in pericolo il rispetto del piano di lavoro. A questo la
fabbrica virtuale deve saper rispondere scambiando tempestivamente informazioni fra i nodi della
rete e ripianificando le attività in modo da ridurre al più presto la perturbazione. Servono quindi
tecniche efficaci (autonomiche) di reazione e algoritmi efficienti di revisione della pianificazione,
che adattino al meglio la configurazione della rete alla nuova situazione.
La fabbrica virtuale richiede poi una gestione integrata della logistica. Infatti, altro aspetto
importante è la necessità di trasportare i materiali da lavorare da un nodo all’altro seguendo il
piano. Il risultato è, per un territorio come quello della regione Emilia-Romagna, un’intensa
generazione di trasporti di corto raggio e a bassa saturazione dei mezzi, con pesanti conseguenze
in termini di costi, di traffico e di impatto ambientale. La logistica delle materie prime, dei
componenti e delle parti da lavorare deve essere presa in seria considerazione e adeguatamente
razionalizzata. Le nuove soluzioni ICT sono chiamate a determinare i migliori percorsi e un uso
ottimizzato dei mezzi attraverso tecniche preferibilmente euristiche, per rendere comprensibile ed
accettabile alle PMI il risultato del calcolo.
Infine, ma non meno importante, viene la questione
dell’interoperabilità dei sistemi informativi. Si tratta della
evidente necessità, per i nodi della rete, di facilitare le
comunicazioni e gli scambi dei documenti di business con i
partner, avendo nel frattempo assicurata la salvaguardia degli
investimenti ICT già fatti per i propri sistemi informativi aziendali.
Ciò comprende anche la possibilità di costruire cataloghi integrati dei prodotti e dei servizi offerti
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dalla fabbrica virtuale partendo da quelli individuali dei suoi membri. La risposta a questo
problema viene dallo sviluppo di tecniche di interoperabilità basate sulla costruzione di adeguate
ontologie di rete e sui meccanismi di mappatura (annotazione) dei modelli di dati proprietari con i
concetti del modello comune della rete, fino alla generazione del codice che assicura, in
automatico, la conversione dei formati e la traduzione dei contenuti.
Automazione industriale
Questo termine, volutamente generale, si riferisce a quell’importante settore dell’economia
regionale che riguarda la produzione di macchine e impianti automatici, spesso guidata dalle
specifiche provenienti dalle stesse aziende che li richiedono.
Per i produttori l’innovazione nel settore dell’automazione industriale passa principalmente
attraverso l’introduzione di metodi avanzati di progettazione e l’adozione di standard
internazionali. La storia di questa Key Technology è ben nota e parla di un approccio iniziale
elettromeccanico la cui componente ICT (di controllo) è progressivamente evoluta verso la
programmazione di alto livello. Oggi l’incidenza di tale componente è piuttosto bassa (qualche
percento dell’intero impianto) ma è sempre maggiore il suo impatto su qualità del risultato,
soddisfazione del cliente, affidabilità e sicurezza, riusabilità di progetti precedenti, eccetera. In
altre parole si assiste ancora, in molti casi, alla realizzazione di un’automazione industriale efficace
(in termini di successo di mercato) ma a rischio, in quanto impostata su metodi di progettazione
poco formali e su ambienti di sviluppo proprietari, non
adeguati agli standard internazionali.
Dal lato degli utilizzatori dell’automazione industriale la
direzione di sviluppo è nel senso di architetture di fabbrica
scalabili (ad esempio, le cosiddette SOA o service-oriented
architecture) capaci di assicurare alti livelli di integrazione e
di scambio dei dati fra i sistemi di automazione e i sistemi
informativi aziendali (ERP, MES, SCADA, DCS) a tutti i gradi
del processo produttivo. Con questo nuovo approccio, guidato dall’ICT, è possibile perseguire più
ampie condizioni di flessibilità, efficienza e affidabilità oggi rese difficili da un’organizzazione di
fabbrica a compartimenti stagni. Ancora una volta l’innovazione passa da una profonda revisione
dei processi produttivi, inclusi quelli dotati di automazione, e dallo sviluppo di strumenti che
permettano una piena interoperabilità nello scambio di dati fra le parti in gioco. Richiede inoltre
una più intensa collaborazione fra produttori e utilizzatori per condividere un cambio di
prospettiva (paradigm shift) che richiede piena consapevolezza e accettazione.
Quest’ultima direzione di sviluppo e, in generale, la necessità di esercitare un completo controllo
sul funzionamento della fabbrica dotata di automazione industriale, richiedono un importante
sforzo di innovazione sulla identificazione e sul tracciamento delle risorse impiegate e dei prodotti
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realizzati. Ciò è tanto più importante in un contesto manifatturiero orientato alla realizzazione di
piccoli lotti e di prodotti “one-of-a-kind”, e capace di coinvolgere una complessa rete di partner
nel ruolo di fornitori e terzisti. Funzioni come il controllo delle giacenze, la gestione della linea di
produzione, gli accessi “handsfree”, la tracciabilità di parti, pallet e container, richiedono
l’introduzione di specifiche soluzioni ICT. La tecnologia RFID e wireless sta conoscendo una rapida
crescita grazie alla disponibilità di dispositivi sempre più performanti e di protocolli adatti ad
impieghi più ampi e differenziati, mentre la sua diffusione di massa stenta ad affermarsi. La ricerca
in questo campo offre prospettive di innovazione e sviluppo di cui finora sono state colte
solamente le prime avvisaglie.
5.2.2 TREND DELLE KEY TECHNOLOGIES
Esaminiamo ora lo stato dell’arte e le tendenze delle Key Technologies e delle problematiche
tecniche sopra richiamate, dedicando particolare attenzione al grado di sviluppo che presentano
presso le piccole-medie imprese del tessuto economico regionale.
KT 2.1 - SCHEDULAZIONE OTTIMALE DELLE RISORSE
Strumenti di schedulazione delle risorse produttive si sono cominciati a diffondere dai primi anni
’90, quando sono apparsi sul mercato sistemi di calcolo capaci di elaborare in tempi ragionevoli
piani produttivi molto dettagliati e di rappresentarli adeguatamente con interfacce grafiche
sempre più user-friendly.
Oggi l’uso di questi strumenti è ancora ristretto alle aziende medio-grandi (si consideri che il
leader di mercato in Italia vanta solo 400 istallazioni) perché l’affidabilità del piano di produzione
richiede un investimento molto elevato nella modellazione accurata del processo produttivo, il che
comporta personale dedicato che imprese di limitata dimensione non si possono permettere. Non
a caso varie aziende usano strumenti di project management per eseguire una pianificazione a
capacità finita delle risorse, anche se piuttosto approssimativa.
Un altro elemento critico della schedulazione è la necessità di modificare il piano a fronte di eventi
esterni alla fabbrica, come il ritardo nella consegna da parte di fornitori e terzisti, o interni alla
fabbrica, come l’avaria di una risorsa.
Anche il recente work programme Europeo nel settore ICT – FoF (http://cordis.europa.eu/fp7/ict/)
individua la necessità di un nuovo approccio alla schedulazione, più integrato con il
comportamento delle singole unità produttive interne (smart factory) ed esterne (virtual factory).
Questa idea di elaborazione distribuita del piano va nella direzione di limitare i costi di
modellazione, in quanto lo schedulatore ha un’architettura modulare che non si basa più su un
modello onnicomprensivo ma su tante entità che sono in grado di pianificarsi autonomamente e di
coordinarsi le une con le altre.
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KT 2.2 - Process mining e business intelligence
Gli strumenti di business intelligence, basati principalmente sull’analisi multi-dimensionale dei dati
(ipercubi OLAP - On-Line Analytical Processing) e balance scorecard, hanno cominciato a
diffondersi da oltre un decennio, almeno tra le aziende della grande distribuzione e della sanità
che servono ogni anno centinaia di migliaia se non milioni di utenti. L’obiettivo è indirizzare al
meglio la propria offerta tenendo conto dei bisogni e delle preferenze dei fruitori.
Oltre ai principali e ben noti prodotti proprietari di business intelligence, strumenti molto validi si
trovano anche nel mondo open-source, come Pentaho (www.pentaho.com) che è utilizzato da
Autostrade e Coop Italia. Meno diffuso, anche perché più complesso concettualmente e molto
costoso in termini computazionali, è il data mining, offerto come funzione avanzata da DBMS con
qualche proposta open-source come Orange (orange.biolab.si).
L’applicazione all’analisi di processo è relativamente recente,
anche perché richiede la disponibilità di una cospicua mole di dati
generati da sistemi di monitoraggio, e possibilmente anche di
schedulazione. L’adozione da parte di piccole e medie imprese è
frenata innanzitutto dalla difficoltà concettuale, per cui serve un consulente per estrarre una
conoscenza che vada oltre le semplici statistiche sull’occupazione delle risorse e la conseguente
produttività. Inoltre, il modello di produzione intermittente o addirittura su commessa spesso non
si presta a basare decisioni strategiche su un’analisi, anche molto approfondita, degli eventi
passati.
KT 2.3 - Tecniche di simulazione strategica
Decisioni strategiche tipiche delle aziende di produzione riguardano il “make or buy” così come la
definizione di contratti quadro che fissano le condizioni di fornitura su un arco temporale di mesi o
anni. L’instabilità del mercato e la diversificazione di prodotto sono ormai tendenze molto
radicate, che rendono difficile studiare scenari realistici con i normali sistemi MRP, che obbligano a
formulare la domanda esterna a livello di specifico prodotto. Gli strumenti di Master Production
Schedule proposti negli anni ‘80 hanno sempre avuto poco successo perché poco flessibili e
soprattutto adatti ad una configurazione della domanda stabile. Un limite intrinseco ai sistemi
MRP è poi quello di non considerare cicli produttivi alternativi per la stessa parte, rendendo ogni
analisi “make or buy” lunga e farraginosa.
D’altra parte l’uso a scopo di analisi strategica di strumenti di business intelligence riguarda
necessariamente aspetti distinti del problema, o solo la domanda o solo l’utilizzo delle risorse
produttive, ma non il legame tra domanda e consumo che è determinante per le aziende di
produzione.
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Su questo punto serve quindi una nuova generazione di strumenti ICT, che permettano di
modellare domanda e impegno delle risorse in termini di famiglie e non di singoli codici, di definire
in modo intuitivo cicli alternativi sia in termini di percorsi che di risorse utilizzate, di definire le
ipotesi di lavoro in modo semplice e intuitivo, con rappresentazioni grafiche dei risultati di impatto
immediato.
KT 2.4 - Pianificazione e supervisione distribuita
Anche in Italia cominciano a diffondersi strumenti di Supply Chain Collaboration, intesa
soprattutto come monitoraggio di una catena di fornitura, basati sul controllo elettronico
distribuito dello stato di avanzamento degli ordini di acquisto e di conto lavoro attraverso un
modello di work-flow flessibile.
Molto meno diffusi sono gli strumenti di pianificazione distribuita, soprattutto basati su un vero
paradigma collaborativo che assegna alle diverse entità il compito di pianificarsi autonomamente
nell’ambito dei vincoli generali del piano. Esistono prototipi sviluppati in progetti di ricerca
universitari (http://cercauniversita.cineca.it/php5/prin/cerca.php?codice=2001097238), spesso
basati sul paradigma degli agenti (http://www.di.uniba.it/~disys/masB2.pdf).
Esiste anche una vasta letteratura di studi e prototipi realizzati in progetti Europei su imprese
virtuali (www.pro-ve.org), generalmente più focalizzata sugli aspetti organizzativi che sugli
strumenti di supporto.
Un elemento centrale nella pianificazione distribuita, soprattutto in reti di imprese con pari diritti
come quelle che si stanno sempre più promuovendo, è il mantenimento
della capacità decisionale a livello di singolo nodo, senza riprodurre quei
meccanismi gerarchici basati sulla conoscenza di dettaglio della capacitò
produttiva del singolo nodo che, essendo irrealistici, non hanno mai
davvero preso piede.
Presupposto per una vera pianificazione distribuita è l’utilizzo di Internet
come sistema di comunicazione in tempo reale. Per questo motivo ci si
aspetta che nei prossimi anni, grazie anche alle architetture orientate ai
servizi che permettono un’esecuzione organizzata dei processi distribuiti, sul mercato appariranno
nuovi strumenti sempre più adatti allo scopo.
KT 2.5 - Reattività e adattamento agli eventi
La flessibilità rispetto ai cambiamenti della domanda e a ogni altro tipo di imprevisti è sempre
stata vista come uno dei fattori di successo delle aziende di produzione italiane, specialmente le
piccole e medie imprese. Questa flessibilità si basa in gran parte sulla tempestività e sulla
professionalità di persone che sono abituate a prendere decisioni in breve tempo e a trovare
soluzioni creative. I problemi si complicano quanto più si riduce il lead time produttivo e si
aumenta il grado di distribuzione del processo, e quindi il numero degli attori coinvolti,.
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Per questo è utile disporre di adeguati supporti informatici alle procedure di “exception handling”
che per prima cosa riescano a catturare immediatamente il verificarsi di un evento che possa
potenzialmente impattare sull’organizzazione del lavoro, e cerchino di ripianificare le risorse
interne ed esterne in modo da minimizzare l’impatto della perturbazione, infine riassegnino le
attività secondo il nuovo piano e generino eventualmente altri eventi per trasferire ad altri partner
la componente restante della perturbazione.
A livello commerciale le uniche proposte sono basate su sistemi di workflow integrati con i sistemi
di pianificazione e schedulazione, ma in generale l’approccio è quello di gestire gli imprevisti
manualmente, modificando direttamente date e quantità di ordini e impegni, e rigenerare
completamente i piani a distanza di giorni. Questo comportamento è efficace, visto che alla fine la
fabbrica distribuita produce quello che deve, ma spesso non efficiente, in quanto la soluzione di un
imprevisto talvolta non tiene conto di tutte le possibili conseguenze e quindi genera ulteriori
imprevisti aumentando l’entropia.
Il paradigma più adatto a descrivere concettualmente questo comportamento è quello
autonomico (http://ima.ac.uk/papers/shackleton2005.pdf), nato per gestire in modo autonomo
reti complesse di sistemi di calcolo e che, nel caso di fabbriche distribuite, persegue l’obiettivo di
automatizzare il più possibile la capacità di reazione dei nodi della rete dove ciascuno gode della
massima indipendenza nella definizione e nell’applicazione delle regole comportamentali.
KT 2.6 - Gestione integrata della logistica
Esiste un’ampia offerta di soluzioni commerciali per la gestione della logistica interna, quindi dei
magazzini, sfruttando vari livelli di automazione che vanno dalla guida alle operazioni di prelievo e
carico fatte dai carrellisti, alla gestione della fase di entrata e uscita merce tramite lettori RFID,
fino all’utilizzo di sistemi automatici di storage e handling. Esiste anche una buona offerta
riguardante il monitoraggio di flotte di trasporto, soprattutto da quando i sistemi satellitari sono
diventati diffusi e poco costosi.
Un’area molto scoperta, e che invece ha un impatto
ambientale molto serio, è quella dell’ottimizzazione dell’uso
di piccole flotte aziendali da parte di aziende di produzione,
tipicamente utilizzate per i flussi di conto lavoro e le tanto
frequenti quanto problematiche “urgenze”. Studi svolti dal
Settore Trasporti della Regione Emilia-Romagna nell’ambito
di alcuni recenti progetti INTERREG (CORELOG, GILDANET,
MATA-ARI) hanno mostrato che il 70% dei flussi sulle strade regionali si svolge all’interno di un
raggio di 100 km e che il tasso di carico dei mezzi preposti a questo corto raggio è molto inferiore
al 50%. Per questo l’evoluzione verso modelli di aggregazione della domanda di più aziende dello
stesso distretto produttivo è indispensabile per ottenere un impatto ambientale effettivamente
positivo, ovviamente nel rispetto delle vigenti normative (ad esempio non si possono aggregare
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carichi di più aziende su mezzi di proprietà di una singola azienda, bisogna necessariamente
ricorrere al conto terzi).
Un fattore strategico di miglioramento sarebbe la riduzione delle “urgenze”, che spesso costano
più viaggi a medio-lungo raggio, ma questo passa attraverso una vera pianificazione integrata delle
attività logistiche interne ed esterne, ovvero su un modello di processo integrato che formalizzi le
attività interne alla fabbrica, le attività di trasporto e le attività assegnate all’esterno secondo un
modello unitario che per ora nessun prodotto software propone.
KT 2.7 - Interoperabilità dei sistemi informativi
Il work programme FP7 ICT FoF pone esplicitamente l’accento sull’interoperabilità tra sistemi
informativi sia nella smart factory (ERP vs. scheduler vs. MES vs. sistemi di controllo di singole
unità produttive) sia nella virtual factory, ovvero tra più aziende che concorrono insieme a
realizzare la produzione secondo un modello distribuito.
Di interoperabilità si parla concretamente da quando sono disponibili modelli concettuali e
strumenti di supporto, come le ontologie e i relativi editor, e formati di scambio dati espressivi
quali l’XML. Queste evoluzioni hanno portato a creare degli standard noti e adottati da centinaia di
aziende, soprattutto di grandi dimensioni, spesso specializzati per contesto (eBIZ-TCF – www.ebiz-
tcf.eu per il tessile e le calzature, Rosetta Net – www.rosettanet.org per l’elettronica, CBI2 -
www.cbi-org.eu per le banche). Oggi si sta ormai abbandonando la ricerca dello standard unico e
generale (l’ultimo sforzo di creare uno standard generalista è stato UBL, e la sua versione per small
business http://www.oasis-open.org/committees/tc_home.php?wg_abbrev=ubl).
Gli strumenti semantici permettono oggi di mappare diversi standard tra di loro, minimizzando le
perdite di informazione, e soprattutto di annotare i modelli dei dati che utilizzano i sistemi
informativi delle singole aziende su standard di riferimento noti. Queste mappature possono
essere tradotte in codici eseguibili, e quindi essere attivate da opportuni processi di conversione
dei dati ogniqualvolta si crei un bisogno di traduzione da un sistema informativo all’altro.
Se l’interoperabilità tra dati ha già una forte letteratura alle spalle e adeguati strumenti di
traduzione, anche se poco diffusi, l’interoperabilità tra processi è più complessa perché implica al
tempo stesso l’interoperabilità tra i dati e quella tra le fasi di workflow diversi. Questo campo è
ancora oggetto di ricerca e sperimentazione, ma esistono soluzioni prototipali (si veda il progetto
Europeo SUPER www.ip-super.org).
KT 2.8 - Standard per la programmazione del controllo
Uno dei maggiori problemi di cui soffre ancora l’automazione industriale è la babele di linguaggi e
di ambienti di programmazione del controllo mentre, al contrario, si sono notati notevoli progressi
nella standardizzazione dei sensori e dei protocolli di comunicazione.
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Importanti enti di certificazione, in particolare la IEC (International Electrotechnical Commission,
www.iec.ch) hanno lavorato intensamente per porre rimedio a questa situazione. Il primo
importante risultato è stato lo standard IEC 61131, pubblicato nel 1993 e rivisto nel 2003,
fortemente supportato dalla organizzazione internazionale PLC Open (www.plcopen.org). In tempi
più recenti è stato proposto lo standard IEC 61499 per il controllo distribuito basato sullo sviluppo
dei function block già presenti nello standard precedente.
Nonostante questi sforzi, e la disponibilità di librerie sempre più ricche di funzioni e function block
standard per il motion control, la situazione del mercato è sconfortante. I maggiori produttori di
sistemi di controllo come Siemens, Allen Bradley e Omron, hanno formalmente adottato i
linguaggi dello standard IEC 61131-3 ma continuano a supportare con maggiore forza i propri
ambienti proprietari, evidentemente per rendere difficile il passaggio dei loro clienti alla
concorrenza. E per quanto riguarda le numerose aziende del territorio che realizzano ed esportano
macchine e impianti automatizzati, si continua a far ricorso ai tradizionali linguaggi di più basso
livello.
Le conseguenze negative di questa situazione sono numerose e vanno dalla scarsa
documentazione del software di controllo ai lunghi tempi di test sul campo fino alla difficoltà a
eseguire correzioni ed estensioni funzionali da parte dei tecnici che non hanno partecipato alla
fase di sviluppo.
Occorre quindi forzare la lenta evoluzione in questo campo con interventi mirati a spostare
l’attenzione dalla programmazione a una progettazione supportata da modelli e strumenti, quelli
degli standard sopra menzionati, che consentono di operare ad un più alto livello di astrazione.
KT 2.9 - Piena integrazione ICT di fabbrica
Una fabbrica moderna anche di dimensioni medio-piccole, che sia almeno in parte automatizzata,
dispone di una combinazione di supporti informatici che corrispondono, con qualche
approssimazione, alle seguenti tipologie: SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) per il
coordinamento delle operazioni e l’interfacciamento dell’operatore, ERP (Enterprise Resource
Planning) per l’approvvigionamento dei materiali e la pianificazione dell’uso delle risorse, MES
(Manufacturing Execution System) per la schedulazione fine delle risorse e il monitoraggio delle
operazioni eseguite, e DCS (Distributed Control System) per il
controllo dei processi di fabbricazione attraverso una rete di
dispositivi.
Uno dei maggiori limiti che ancora si riscontra è la difficoltà di
mettere in comunicazione e integrare tali supporti ICT in un
unico sistema. La difficoltà nasce principalmente dagli ostacoli
frapporti dagli stessi fornitori, che operano solitamente con un approccio a mondo chiuso, e quindi
dai costi elevati di una tale operazione.
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Tuttavia, i fornitori più avveduti delle soluzioni ICT iniziano a riportare nei loro rispettivi campi
d’azione la tendenza diffusa ad adottare modelli standard di networking, ad esempio la ben nota
SOA (Service Oriented Architecture). In qualche caso si arriva alla proposta di supporti informatici
ospitati su piattaforme remote e utilizzabili a consumo attraverso client leggeri. È probabilmente
questa la direzione verso cui spingere per rendere l’automazione industriale adeguatamente
flessibile ed efficiente.
KT 2.10 - Identificazione e tracciamento
L’identificazione e il tracciamento a radio frequenza sta conoscendo negli ultimi tempi un
rinnovato trend di sviluppo. Il fatto abilitante è stata la liberalizzazione di bande di frequenza UHF
che hanno reso possibile ottenere con facilità letture a distanza di metri, in luogo delle distanze di
centimetri consentite dalle bande HF. Inoltre il costo dei tag, almeno di quelli passivi, sta
scendendo anche al di sotto di 0,10 Euro (per grandi volumi), rendendoli applicabili in modo
sostenibile alla identificazione di prodotti di valore progressivamente decrescente.
Nonostante queste nuove condizioni le piccole e medie imprese utilizzano la tecnologia di
identificazione a radio frequenza in modo ancora marginale, tanto che la Commissione Europea ha
lanciato specifiche iniziative per creare casi pilota emblematici (si veda ad esempio il progetto
www.rfid-sme.eu).
Un fattore critico di successo su cui esiste una generale convergenza di opinioni (www.promise.no,
www.intechopen.com/articles/show/title/rfid-technology-in-product-lifecycle-management) è la
possibilità di sfruttare l’identificazione tramite tag in varie fasi del ciclo di vita del prodotto,
dall’acquisizione di parti critiche alla gestione dell’avanzamento della produzione, alla fase di
prelievo e spedizione, fino alla fase di vendita e post-vendita.
Sono ancora aperte molte questioni a livello di interoperabilità dei sistemi di lettura e di gestione
dei segnali dei tag, visto che queste fasi possono essere controllate da diverse aziende dotate di
tecnologie distinte.
Una proposta interessante su questo punto è dato dal middleware open-source del progetto
ASPIRE (www.fp7-aspire.eu), che permette di gestire con il minimo sforzo di configurazione diversi
sistemi di lettura e scrittura su tag purché implementino lo standard EPC Global. L’obiettivo è
quello di ridurre il TCO (Total Cost of Ownership) nello sviluppo di progetti basati su RFID, in
quanto costituisce tuttora una barriera da superare se si vuole ottenere un’adozione di massa di
questi sistemi.
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5.2.3 BENCHMARKING CON I PIVOT REGIONALI
La posizione delle aziende pivot intervistate rispetto alle problematiche del manufacturing
intelligente è indicativa della situazione attuale del tessuto economico regionale che, a quanto
pare, presenta più luci che ombre. Vediamo di suddividere questa breve analisi in due parti
riguardanti come le aziende pivot si posizionano, rispettivamente, verso i megatrend d’interesse e
verso le tecnologie chiave che sono state proposte, e di completarla con uno sguardo su un
orizzonte più lungo di innovazione di fabbrica.
Posizionamento verso i megatrend
Le risposte fornite dalle aziende pivot sono del tutto concordi sull’importanza dell’ottimizzazione
dei processi aziendali e sui benefici che possono venire da un più alto tasso di automazione di
fabbrica, innovazioni che rientrano sotto la voce “Fabbrica del Futuro”. Ciò corrisponde in pieno
alla condizione di aziende che sono abituate a valutare criticamente le proprie prestazioni e a
praticare miglioramenti continui senza per questo introdurre pericolosi elementi di discontinuità.
La posizione non è così compatta sull’idea di fabbrica virtuale o di nuovi modelli di business. Anche
se il campione intervistato è piuttosto limitato si può affermare (e lo confermano le key
technology) che talune aziende sono già molto avanti nella trasformazione della propria catena di
fornitura in un nuovo organismo distribuito, adeguatamente coordinato, mentre altre non hanno
ancora considerato questa possibilità e pertanto dimostrano un limitato interesse.
5. VIRTUAL WORLD
6. NEW BUSINESS MODEL
12. FACTORY OF THE FUTURE:
SMART E GREEN
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Posizionamento verso le key technology
Le precedenti considerazioni sono ampiamente confermate dall’analisi di maggior dettaglio offerta
dalle key technology. Diciamo subito che si nota un’ampia convergenza d’interesse verso le
tecnologie che riflettono l’idea di analisi prestazionale e miglioramento continuo: (a) uso
ottimizzato delle risorse interne, (b) rapida reattività agli eventi, (c) interoperabilità dei sistemi
informativi, (d) integrazione ICT di fabbrica, e infine (e) tracciabilità dei prodotti. Come si vede nel
grafico sottostante esse riportano valori compresi fra 3 e 4 (il massimo).
È quindi più interessante analizzare le tecnologie sulle quali tale convergenza non è stata
riscontrata, quelle con valori 1 o 2, in quanto probabilmente rappresentano meglio le tematiche
d’avanguardia o che sono ancora oggetto di discussione:
Business intelligence. È la tecnologia che misura i comportamenti aziendali del recente passato
applicando adeguate politiche di analisi dei dati raccolti nel sistema gestionale durante lo
svolgimento delle attività operative. Ciò richiede un'effettiva disponibilità dei dati da analizzare e
non tutte le aziende sono ancora oggi in queste condizioni.
Simulazione strategica. È la tecnologia che permette di valutare preventivamente l’impatto che
potrà avere un forte investimento o cambiamento organizzativo. È quindi giudicata poco
significativa da chi attua piccole modifiche progressive, e oggi è solitamente sostituita da
consulenze aziendali che si limitano a fornire indicazioni qualitative.
Pianificazione di rete e logistica integrata. Sono due tecnologie molto legate all’idea di impresa
distribuita che, come visto prima, è considerata interessante e meritevole di attenzione solo da un
sottoinsieme di aziende. Oggi la pianificazione di rete è lasciata all’esperienza dell’ufficio acquisti
mentre la logistica è vissuta come un costo da mettere in conto. In entrambi i casi non si ha la
Schedulazione ottimale delle risorse
Business intelligence e process mining
Tecniche di simulazione strategica
Pianificazione e supervisione distribuita
Reattività e adattamento agli eventi
Gestione integrata della logistica
Interoperabilità dei sistemi informativi
Std per programmazione del controllo
Piena integrazione ICT di fabbrica
Identificazione e tracciamento
MOLTO IMPORTANTE POCO IMPORTANTE
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percezione dei benefici che potrebbero venire da una gestione consapevole e ottimizzata di
ciascuno dei due aspetti attraverso adeguate tecnologie.
Standard nello sviluppo dei controlli. Questo è il tema che riceve minore consenso in assoluto, per
due buoni motivi: riguarda da un lato le sole aziende che sviluppano o integrano sistemi di
controllo, e introduce la problematica della standardizzazione che è spesso vissuta come un inutile
costo e appesantimento organizzativo dalle SME.
Prospettive d’innovazione
Seguendo questi posizionamenti delle aziende pivot sembra di poter individuare due principali
prospettive d’innovazione nel settore del manufacturing intelligente:
Trasferimento tecnologico. Il grado di adozione delle tecnologie del manufacturing intelligente è
ancora molto basso nella maggior parte delle aziende del settore, e ciò viene pagato in termini di
minore produttività e competitività. Una prima importante prospettiva di innovazione è quindi
quella che punta ad elevare il livello medio di efficienza delle aziende target attraverso la massima
diffusione di tecnologie che già sono presenti, seppure in modo disomogeneo, sul mercato.
Ricerca industriale. La seconda importante prospettiva d’innovazione è quella orientata allo studio
e all’introduzione di nuove tecnologie attraverso attività di ricerca industriale in collaborazione fra
laboratori di ricerca e le pmi più dotate. Non si tratta quindi solo di evoluzione progressiva ma di
impegnare le migliori risorse in interventi che rappresentino vere discontinuità, specie nei campi
oggi meno considerati dalle imprese in quanto considerati futuribili. Sarà poi compito delle
iniziative di trasferimento tecnologico assicurare che questi risultati raggiungano e siano adottati
dalla più ampia base di imprese.
5.2.4 BIBLIOGRAFIA, SITOGRAFIA E LINK A DOCUMENTI
Bonfatti F et al. (2011): Sustainable transport models by simulation, in Sustainable Transport, P
Golinska & M Hajdul Eds, Springer.
Conferenza internazionale annuale (www.pro-ve.org) con vasta letteratura sul concetto e la
realizzazione di imprese virtuali.
Organizzazione internazionale PLC Open (www.plcopen.org) per la promozione degli standard di
programmazione dei sistemi di controllo.
Progetto Europeo CIP-ICT-PSP RFID-ROI-SME (http://rfid-sme.eu) sull’adozione massiccia della
tecnologia RFID presso le SME.
Progetto Europeo FP6-IST SEAMLESS (http://www.seamless-eu.org) sull’interoperabilità dei
sistemi informativi fra imprese che collaborano.
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Progetto Europeo FP7-CIP-ICT ASPIRE (http://fp7-aspire.eu) sullo sviluppo di un middleware per
applicazioni RFID open-source e gratuito.
Progetto Europeo FP7-SME eBEST (http://www.ebest.eu) sulla costituzione e configurazione di reti
di SME e la pianificazione dei processi distribuiti.
Progetto Europeo Interreg Central Europe KASSETTS (www.kassetts.eu) sull’ottimizzazione dei
trasporti, regionali e a lunga distanza, generati dai distretti industriali.
Programma Europeo MNP-ICT (http://cordis.europa.eu/fp7/ict/) su Factories of Future (FoF).
Standard OASIS-UBL (http://www.oasis-open.org/committees/tc_home.php?wg_abbrev=ubl) per
lo scambio di documenti di business fra SME.
5.2.5 GRUPPO DI LAVORO
UNIMORE: Flavio Bonfatti, Matteo Berselli, Federico Stradi
UNIFE: Evelina Lamma
5.2.6 PIVOT REGIONALI
Centro Alesatura – Lavorazioni meccaniche – Vignola (MO)
Tellure Rota – Soluzioni per il movimento – Formigine (MO)
Dico Service –Sistemi meccanici completi – Ozzano Emilia (BO)
Net Made – Soluzioni per plastica e gomma – Correggio (RE)
Elettric 80 – Logistica di fine linea – Viano (RE)
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5.3 MANUFACTURING SOSTENIBILE
Il concetto di sostenibilità è stato definito per la prima volta dalla Commissione Brundtland alle
Nazioni Unite nel 1987. Secondo tale definizione, la sostenibilità è la capacità di rispondere a
bisogni del presente senza compromettere la capacità delle generazioni future di rispondere ai
propri bisogni.
Tale concetto, applicato al tema della produzione e tenendo conto delle tendenze più attuali del
mercato può essere descritto ed analizzato come mostrato nello schema che segue, che evidenzia
le dimensioni dei drivers di mercato, delle sfide da vincere e delle più rilevanti soluzioni che
possono essere utilizzate per perseguire un obiettivo di sostenibilità14.
14 Sustainable Technologies in Factory Automation - D24F-TI – Dicembre 2010 – Frost & Sullivan
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Il manufacturing sostenibile può dunque essere modellizzato considerando tre obiettivi essenziali:
Esso richiede, inoltre, mutamenti significativi fin dalle fasi di progettazione, che dovranno tenere
conto dei seguenti aspetti:
•Normativa
•Esiste una forte tendenza normativa verso l'uso di soluzioni energicamente efficienti, pulite e verdi. Questa tendenza è stata avviata dall'Europa ma al momento è di interesse anche di economie emergenti, come la Cina
•Riduzione della disponibilità di risorse
•Molte risorse, acqua e alcuni tipi di materiali, sono scarsamente disponibili e questo richiede soluzioni più efficineti dal punto di vista dell'uso di tali risorse
DRIVERS
•Trasformazione
•L'impatto ambientale dei prodotti può essere ridotto durante la loro vita utile operando su fattori quali l'energia necessaria per la trasformazione; occorre inoltre operare per il riciclo, il riuso, la riproduzione. Una grande attenzione deve essere riservata alla selezione del tipo di materiale utilizzato
•Paradosso del consumatore
•Il consumatore si dimostra molto sensibile ai temi della sostenibilità, ma raramente è disponibile a riconoscere un aumento di prezzo per questo
SFIDE
•Controllo avanzato
•E' opportuno un monitoraggio costante delle condizioni per la sostenibilità e dell'utilizzo di energia. Ad esempio, i dati dimostrano che gran parte di energia è sprecata in fasi non produttive, che quindi devono essere minimizzate
•Modularità
•Per ottimizzare il riciclo e la riproduzione occorre perseguire la modularità e progettare la possibilità di separazione di materiali fin dal concept di prodotti
SOLUZIONI
Limitazione dell'impatto ambientale
•Efficienza energetica
•Riduzione dell'uso di acqua
•Riduzione delle emissioni
•Riduzione dell'uso di materie prime
•Sostituzione di materiali e sostanze pericolose
Aumento della redditività
•Rapido ritorno dell'investimento
•Ridotti costi operativi
•Aumento di competitività
•Soddisfazione del cliente
Sicurezza
•Sicurezza dei lavoratori
•Sicurezza dell'ambiente
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DESIGN FOR SUSTAINABILITY
PROGETTAZIONE PER UTILIZZO DELLE RISORSE ED
ECONOMIA
Efficienza energetica/consumi
Utilizzo di materiali
Costi di installazione e di training
Costi operativi
Uso di energia rinnovabile
PROGETTAZIONE PER L’IMPATTO AMBIENTALE
Ciclo di vita
Effetti ambientali
Efficienza ecologica e bilancio ecologico
Impatto locale e globale
PROGETTAZIONE PER RICICLO/ RILAVORABILITA’
Smontaggio
Riciclo
Disponibilità
Rilavorabilità/riusabilità
PROGETTAZIONE PER IMPATTO SOCIALE
Sicurezza
Effetti sulla salute e sul benessere
Responsabilità etica
Impatto sociale
PROGETTAZIONE PER LA FUNZIONALITA’
Vita utile/Durabilità
Modularità
Facilità d’uso
Aggiornabilità
Ergonomia
Affidabilità
Efficacia funzionale
PROGETTAZIONE PER LA PRODUCIBILITA’
Metodi di produzione
Confezionamento
Assemblaggio
Trasporto
Stoccaggio
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Inoltre, la produzione sostenibile richiede cambiamenti concettuali anche nella fase di post-
utilizzo, spostando il fuoco dal modello 3R al modello 6R come indicato nello schema che segue:
In ogni aspetto della sostenibilità, occorre tenere in gran considerazione il Life Cycle Cost, cioè
occorre considerare i costi associati a tutte le fasi della vita dei prodotti e dei processi, e non solo a
quella utile, includendo quindi anche fasi tradizionalmente trascurate, quali quelle del riuso, della
ri-produzione e del riciclo, nonché tutti gli effetti derivanti dall’integrazione di prodotti e processi
in sistemi più complessi, in cui gli effetti legati all’uso delle risorse possono avere incrementi critici.
Si sottolinea infine, che ogni elemento qui discusso presenta un importante fattore comune: solo
gli aspetti che sono misurati e controllati possono essere utilizzati in una gestione sostenibile. E’
dunque cruciale tener alto il livello di attenzione operativa su questo aspetto, ed enfatizzare la
capacità delle imprese di analizzare se stesse in modo quantitativo. La roadmap per l’adozione di
metodi di produzione sostenibile può essere ricondotta alla figura sotto 15
15 Sustainable Technologies in Factory Automation - D24F-TI – Dicembre 2010 – Frost & Sullivan
Riduzione
Riuso Riciclo
Riduzione
Riuso
Riciclo
Recupero
Riprogettazione
Ri-produzione
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Si può affermare dunque che il manufacturing sostenibile ha molteplici dimensioni ed implicazioni.
Tra esse si è qui effettuata la scelta di rivolgere l’attenzione sui temi dell’efficienza energetica e
della riduzione del consumo di acqua, sia per la loro significatività in senso assoluto che per
l’impatto che questi temi hanno nella realtà regionale. In particolare, si è scelto di focalizzare
l’attenzione all’efficienza energetica ed alla riduzione di utilizzo di acqua nei processi alimentari.
Altri temi potranno essere trattati in edizioni successive.
5.3.1 TEMATICHE IDENTIFICATE E KEY TECHNOLOGIES
Tra le linee di intervento del Piano Energetico Regionale approvato dall'Assemblea legislativa della
Regione Emilia-Romagna nella 88^ seduta della VIII Legislatura il 14 novembre 2007- nel capitolo
"8. 2. 2. Il ruolo dell’industria per il risparmio energetico e la limitazione delle emissioni di gas ad
effetto serra" - è evidenziata la necessità del risparmio energetico e dell'uso efficiente dell’energia
negli insediamenti produttivi. In particolare si pongono gli obiettivi di (i) diffondere l’applicazione
di impianti ad alta efficienza energetica, di sistemi e componenti in grado di contenere i consumi
di energia nella produzione di manufatti, di ridurre i consumi specifici di energia nei processi
produttivi, di valorizzare i reflui di processo, il calore recuperabile nei fumi di scarico o di impianti
termici, nonché le altre forme di energia recuperabile nei processi e di (ii) diffondere gli impianti
di produzione di energia in autoproduzione con particolare riferimento alla cogenerazione e alle
fonti rinnovabili. Quest'ultima misura è riportata anche nella Direttiva 2009/28/CE del Parlamento
Europeo e del Consiglio del 23 aprile 2009 nel punto in cui si raccomanda a tutti i soggetti, in
particolare agli organi amministrativi locali e regionali di garantire l’installazione di
apparecchiature e sistemi di produzione di elettricità, calore e freddo da fonti energetiche
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rinnovabili in sede di pianificazione, progettazione, costruzione e ristrutturazione di aree
industriali o residenziali. Lo stesso è richiamato anche nel Decreto di recepimento della Direttiva
2009/28/CE approvato dal Consiglio dei Ministri il 3 marzo 2011 che dispone anche la redazione di
schede standardizzate per quantificazione dei risparmi di energia primaria conseguiti mediante
misure di efficientamento nel settore dell'impiantistica industriale.
K3.1 - Efficienza energetica mediante incremento della stabilità dei processi.
Il modo più importante per salvaguardare le risorse ed utilizzarle in modo ottimale è ridurre le
perdite di materiali collegate all’esecuzione del processo. E’ dimostrato che le fasi operative che
percentualmente hanno maggiore influenza nelle perdite di materiale sono quelle di start-up
all’avvio del processo e di restart-up dopo uno stop, cioè quando i parametri operativi (velocità,
temperatura, pressione, …) non sono ancora (o non sono più) a regime. L’attività di R&S orientata
a rendere veloci ed affidabili i processi di produzione e alla loro stabilizzazione può contribuire in
modo significativo alla conservazione delle risorse in termini di tempo, materiali ed energia.
K3.2 - Efficienza energetica nei processi di produzione di tipo meccanico, termico e chimico
I processi produttivi che generano cambiamenti nello stato dei materiali, che coinvolgono
trattamenti termici o che determinano grandi perdite di materiale devono essere ripensati in
termini energetici. Per ciò che riguarda le macchine operatrici e i relativi impianti, i maggiori
risparmi in termini energetici possono essere ottenuti mediante la rimodulazione dei carichi ed
evitando picchi di potenza assorbita. I processi per asportazione di truciolo possono essere
sostituiti con operazioni di formatura e stampaggio, generando una significativa riduzione nel
consumo (e nello spreco) di materiale. Nel breve termine i processi dovranno essere ottimizzati.
Nel medio-lungo termine dovranno essere ridotti o eliminati tutti i processi maggiormente energy-
intensive e material-intensive.
K3.3 - Risorse in ciclo chiuso – integrazione delle risorse nel processo
La tendenza all’uso di tecniche di gestione dell’energia in ciclo chiuso è ben noto in molti campi
applicativi. In aggiunta rispetto agli usuali aspetti di riciclo e riuso, è
crescente l’attenzione verso una loro integrazione nei processi e nella
produzione in generale. In futuro le tecniche per la produzione di
energia, il trasferimento, la conversione, il recupero e lo stoccaggio
potranno essere utilizzate in prossimità delle macchine e dei processi
in modo molto maggiore di quanto fatto finora. La loro integrazione
con i cicli di produzione sarà un aspetto di cruciale importanza.
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K3.4 - Gestione loss-free delle infrastrutture degli impianti produttivi
Gli aspetti relativi al consumo di energia e all’efficienza energetica devono entrare a pieno diritto
nella gestione delle reti degli impianti di produzione, siano esse interne agli impianti stessi (reti di
distribuzione dell’energia elettrica, dell’acqua, del calore, dell'aria compressa, dei gas tecnici, etc.)
che, più in generale, reti logistiche e di subfornitura. In questa area è dunque importante la
creazione di modelli per le “catene di fornitura di energia” (Energy supply chain) e la valutazione
delle loro ripercussioni nella rete di produzione.
K3.5 - Metodi per la gestione sostenibile dell’energia e dei materiali
Una produzione efficiente dal punto di vista energetico può essere realizzata solo se sono
disponibili tutti i dati e le misure dei parametri che la influenzano. Molti sprechi di risorse non
sono al momento considerati né contabilizzati perché i parametri rilevanti non vengono misurati e
quindi sfuggono al monitoraggio. I progetti di investimento
usualmente prendono in considerazione solo i costi puri
dell’investimento stesso. E’ invece necessario avere a disposizione
strumenti e metodi che rendano possibile la misura e la valutazione di
tutte le variabili collegate all’energia e ai materiali, in modo da
rendere possibile la valutazione, la pianificazione, l’ottimizzazione e la
riduzione dei consumi energetici e di materiali sia in fase di definizione
del piano di investimento che nell’operatività. Le tecniche di Total
Energy Management possono essere prese in considerazione come strumenti per integrare ed
estendere pianificazione e controllo alla fabbrica e al sistema produttivo nel suo insieme, con
l’obiettivo di ridurne i consumi energetici.
K3.6 - Recupero e riciclo di acqua di qualità alimentare nelle industrie che operano lavaggi,
cotture e raffreddamenti
Tra i numerosi tipi di reflui che sono prodotti dall’attività dell’industria alimentare, si trova molto
spesso una quantità enorme di acqua a diversi livelli di contenuti di soluti e di sostanze sospese.
Ad esempio, nei trattamenti di lavaggio e di cottura o di blanching sono originate acque che hanno
un notevole contenuto di BOD e certamente devono essere trattate al fine di poterne scaricarne
una parte nella rete idrica, con rispetto delle disposizioni legislative a riguardo.
Accanto alle acque, l’industria alimentare genera anche un notevole quantitativo di reflui solidi o
semisolidi, legati alla preparazione e alla produzione degli elaborati a destinazione alimentare. Una
parte di questi “sottoprodotti”, dopo eventuale trattamento in azienda, sono destinati al settore
mangimistico o, in altri casi, allo smaltimento attraverso la produzione di gas o per smaltimento
classico, con conseguente differenti impatti ambientali.
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La gestione dei reflui nelle industrie agroalimentari è un aspetto di interesse trasversale, in quanto
è percepita come una necessità inevitabile che ha un costo crescente nel tempo. In molti casi nei
reflui fluidi sono contenute sostanze che potrebbero essere preziose per le possibili utilizzazioni.
Trovandosi però in un sistema complesso sono da separare o estrarre, al fine di poterle sfruttare
dal punto di vista economico.
Le iniziative orientate a dare una risposta a queste problematiche dovrebbero essere integrate
nella fase di generazione del refluo, in modo che esso possa essere efficacemente trattato per il
recupero e il successivo smaltimento finale.
5.3.2 TREND DELLE KEY TECHNOLOGIES
K3.1 - Efficienza energetica mediante incremento della stabilità dei processi.
Il controllo efficace dei parametri, cioè la loro misura e l'applicazione di tecniche e metodi per la
loro stabilizzazione può affrontare positivamente il problema delle perdite per prodotti difettosi,
che generano sia perdite di materia prima che perdite derivanti dalla quota di energia necessaria
per la loro produzione. In generale, le tecniche per il controllo del processo necessitano di
miglioramenti per aumentare l’affidabilità e ridurre i tempi di risposta. Sono necessari una
profonda conoscenza dei parametri di processo, la loro modellizzazione e simulazione, nonché
tecniche di interpretazione di segnali multi-sensor e algoritmi multi-criteri. Un’altra modalità per
stabilizzare i processi può essere rappresentata dalle tecniche di Plant Asset Management.
E’ da sottolineare, infine, come la stabilità dei processi possa essere migliorata in modo
significativo con l’utilizzo di tecniche per l’ottimizzazione dei cicli di manutenzione e delle
condizioni di servizio. Le tecniche di Device Management, Condition Monitoring e Performance
Monitoring dovranno essere sempre più integrate, sia dal punto di vista tecnico che organizzativo,
e richiederanno lo sviluppo di metodi adeguati ad assicurare interoperabilità per spaziare dalla
singola macchina operatrice all’intera linea produttiva.
K3.2 - Efficienza energetica nei processi di produzione di tipo meccanico, termico e chimico
In una logica di Life Cycle Cost, è opportuno evitare di considerare ogni fase di lavorazione (o ogni
componente del prodotto finito) come un elemento a sé stante da ottimizzare in sé. Al contrario,
occorre enfatizzare una logica di tipo integrato, in cui ottimizzare il sistema nella sua completezza.
Ad esempio, nella pianificazione di compiti di macchine operatrici, non sempre l’esecuzione di cicli
in parallelo può essere una soluzione efficace, perché riduce il tempo ciclo associato, ma somma la
potenza necessaria e quindi il sistema deve essere dimensionato, dal punto di vista energetico, su
livelli superiori. Ciò è particolarmente significativo per processi che richiedono molta energia, quali
ad esempio quelli termici, per i quali le modalità di pianificazione in ottica energetica sono
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largamente migliorabili. Un altro esempio significativo può essere individuato nelle unità di
trattamento dell’aria che sono presenti in tutti gli impianti. Se si opera minimizzando il costo di
acquisto, si opta per l’uso di motore elettrico a basso rendimento a punto fisso ottenendo la
modulazione delle performance del ventilatore in maniera dissipativa, cioè strozzandolo. Al
contrario, operando in una logica di minimizzazione di Life Cycle Cost, si possono utilizzare motori
elettrici ad alto rendimento accoppiati ad inverter che permettano la modulazione in velocità di
rotazione ottenendo così un notevole risparmio energetico.
In molte aree della produzione, l’uso di macchine per
asportazione di truciolo è una soluzione molto utilizzata per la
sua elevata flessibilità. Essa però determina una notevole perdita
di materiale, e tale effetto può ridurne la usabilità sostenibile. Al
contrario la formatura o lo stampaggio, non presentano tale
aspetto negativo, se si esclude lo stampaggio a caldo e si
considerano, invece, soluzioni a freddo. In questo caso l’uso di
materiali che consentono lo stampaggio a freddo, garantendo
una adeguata qualità di prodotto, e le relative tecnologie, sono da tenere in considerazione, così
come tecniche di produzione additiva o netshape (MIM – metal injection moulding), che possono
limitare molto la necessità di operazioni di finitura dopo il processo.
Un ulteriore possibile vantaggio delle tecniche di formatura è relativo al rivestimento superficiale
o alla verniciatura. Questa fase, infatti, se realizzata su prodotti finiti e con notevole complessità
geometrica richiede impianti costosi e notevole uso di energia. La sostituzione di questa fase con
pretrattamenti a polveri (su forme geometriche più semplici), con ricoprimenti realizzati
direttamente nello stampaggio o nella formatura, può ridurre drasticamente sia il tempo ciclo sia
l’uso di energia associato.
K3.3 - Risorse in ciclo chiuso – integrazione delle risorse nel processo
Una quota di perdita di energia nei cicli produttivi è ineliminabile, ma il suo valore può essere
ridotto attraverso opportune operazioni di recupero, trasformazione e trasporto. Questo può
essere realizzato in vari modi, ma occorre che sforzi ulteriori siano fatti per migliorare l’efficienza
dei sistemi e la loro integrazione completa nel ciclo produttivo. Possono essere migliorati sia
l'integrazione della produzione energetica, in particolare la cogenerazione, nel processo, sia il
riutilizzo di energia di processo (per esempio calore a bassa temperatura proveniente dal
raffreddamento delle macchine o dei manufatti) all'interno del processo stesso, trasformandola in
energia di maggior pregio (per esempio in energia elettrica), sia, infine, il riutilizzo dei residui di
lavorazione a fini energetici (per esempio i fanghi di conceria per produrre energia tramite pirolisi).
Le tecniche per il riuso o il riciclo di materiali consentono di operare in ottica di ciclo
energeticamente chiuso. E’ qui opportuno ricordare che l’esigenza di riciclo deve essere
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considerata nella fase di pianificazione logistica di un processo, in modo da consentire l’avvio di
materiali a linee di evacuazione differenziate e al fine di evitare successive operazioni di selezione,
sempre costose e a volte impossibili.
K3.4 - Gestione loss-free delle infrastrutture degli impianti produttivi
Sia gli impianti interni ai luoghi di produzione, che la logistica e conseguentemente le relazioni
nell’ambito della rete del valore dovranno considerare come fondamentali gli aspetti energetici in
ottica Life Cycle Cost. Al momento la gestione della catena di subfornitura è attuata su basi
classicamente logistiche. La connessione tra questi aspetti e quelli più tipici della gestione
integrata di risorse (mezzi, materiali, energia, …) è ancora largamente da definire. Ad esempio, la
selezione di località di subfornitura è spesso basata su costi, disponibilità di forza lavoro,
normative, mentre elementi quali uso di linee energetiche altamente efficienti o disponibilità di
fonti energetiche rinnovabili sono largamente trascurati. Lo sviluppo di questa consapevolezza
presenta un elevato potenziale di recupero in termini di Total cost.
Per ciò che riguarda le infrastrutture interne alla fabbrica, è opportuno che la gestione di acqua,
elettricità, gas, condizionamento, caldo/freddo, liquidi di processo e refrigeranti, sia unitaria ed
integrata. Inoltre, molto importanti sono gli aspetti relativi alla
manutenzione di tali reti ai fini dell’efficienza energetica. Un
esempio può essere dato dai filtri dell'aria nei sistemi di
trattamento. Essi generalmente non sono progettati correttamente
per i bisogni effettivi, ma sovradimensionati, e non sono mantenuti
correttamente. Ciò comporta un aumento delle perdite di carico e
un aumento dell'energia necessaria alla movimentazione dell'aria.
Sforzi notevoli dovranno essere fatti in futuro per definire modalità di ottimizzazione integrata di
tutte le reti interne.
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K3.5 - Reflui dell’industria alimentare, smaltimento ed impatto ambientale
Lo smaltimento dei reflui delle industrie alimentari che preveda recuperi di componenti di
interesse applicativo, appare un problema futuro, anche se l’impatto ambientale negativo è già
riconosciuto come un problema attuale. Il motivo principale di questo ritardo è dovuto allo scarso
interesse che esiste nell’affrontare un argomento poco conosciuto, nel quale si ritiene che la
ricerca abbia costi elevati e solo utilità ambientali.
Gli aspetti principali che sono condizionanti uno sviluppo del settore dei recuperi prima del
definitivo smaltimento, sono legati alla scarsa conoscenza dei materiali di partenza, delle differenti
composizioni in relazione a numerosi parametri e dell’incerto interesse commerciale che riguarda
le sostanze recuperate. Le industrie alimentari impiegano enormi quantità di acqua nelle diverse
fasi della trasformazione [industrie lattiero-casearie, frantoi oleari, industrie di lavorazione
dell’orto-frutta (pomodoro, patate, verdure, surgelati di vegetali, ecc.), cantine e aziende
enologiche, ecc.], con la conseguente necessità di smaltire volumi enormi di liquidi acquosi a
diverso livello di BOD e gestire diversi intervento nello smaltimento.
Attualmente, le innovazioni nel settore della filtrazione
“tangenziale” a membrana, sempre maggiormente impiegata anche
nel settore alimentare, consente di elaborare fluidi diluiti con
l’ottenimento a costi limitati di acqua (“permeato”) con buone
caratteristiche d’impiego nella stessa industria che le ha generate.
Questa possibilità di per sé rappresenta un consumo ridotto di
acqua della rete, con vantaggi di tipo economico e anche
ambientale in relazione ad un minore intervento di potabilizzazione.
Il liquido di scarto (“retentato”, concentrato) che si ottiene dalla
purificazione dell’acqua nei reflui, è più concentrato nei componenti che le membrane hanno
fermato: questo è un vantaggioso materiale di partenza per recuperare componenti che sarebbero
interessanti per utilizzi applicativi anche di carattere remunerativo.
L’attività di ricerca che dovrà essere ancora sviluppata, prevede la conoscenza delle composizioni
dei reflui da considerare come materie prime di sfruttamento, insieme alle caratteristiche di
modificazioni in relazione all'instabilità del tipo di materie prime.
In futuro si può prevedere un continuo miglioramento delle tecnologie di lavorazione dei reflui per
lo scopo del recupero, accanto ad una più ampia conoscenza dei prodotti che si possono ottenere
e, quindi delle possibili utilizzazioni pratiche.
Lo studio che, in generale, si può prevedere nel prossimo futuro, sarà indirizzato alle applicazioni
che i componenti recuperabili e disponibili potranno rendere economicamente vantaggioso il
processo di recupero. Il settore alimentare, quello degli alimenti salutistici e quello dei prodotti
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cosmetici, oltre ai settori sensibili alle problematiche ambientali, sono prevedibilmente quelli che
potranno avere i maggiori interessi alle ricerche da portare avanti in questo settore.
K3.6 - Recupero e riciclo di acqua di qualità alimentare nelle industrie che operano lavaggi,
cotture e raffreddamenti - il caso dei reflui da frantoio oleario
I reflui oleari, pur non contenendo sostanze tossiche, hanno un tasso inquinante fra i più elevati
nell'ambito dell'industria agro-alimentare per la presenza di composti ad attività biostatica, quali i
polifenoli. Tali composti sono inibenti dei microorganismi gram+, dell'attività delle cellulasi e di
altri enzimi e dell'attività di microrganismi responsabili della degradazione anaerobia delle stesse
acque di vegetazione. Oltre alla tradizionale decantazione (inferni) sono stati fino ad ora proposti
vari sistemi di depurazione e smaltimento del refluo, quali, ad esempio, interventi chimico-fisici
(decantazione con calce e/o ossidazione totale; concentrazione ed incenerimento; ultrafiltrazione
ed osmosi inversa), di tipo "agronomico" (lagunaggio verde; spandimento superficiale), di tipo
zootecnico (utilizzo diretto nell'alimentazione del bestiame e/o previo arricchimento, anche con
interventi fermentativi) e di tipo "biotecnologico". In quest'ultimo gruppo si possono annoverare
tutta la serie di approcci microbiologici al problema: trattamenti di depurazione di tipo aerobio ed
anaerobio - che hanno trovato difficoltà di realizzazione a causa dei residui oleosi e dell'azione
antimicrobica della frazione fenolica, fermentazioni con produzione di etanolo o metano e
fermentazioni con produzione di biomasse microbiche e fungine.
Tuttavia, tali approcci, oltre a presentare notevoli difficoltà e parzialità di risultato, sottovalutano i
rifiuti dei frantoi quali risorse, per la presenza di zuccheri semplici e complessi oltre che di
sostanze di interesse agro-alimentare o più strettamente chimico quali, ad esempio, composti
aromatici, antiossidanti, pigmenti.
La filosofia di considerare i reflui oleari come "materia prima" seconda ha dato origine a numerose
ricerche volte alla utilizzazione e valorizzazione del refluo per vie biologiche e chimiche, al fine di
ottenere prodotti a medio o alto valore aggiunto e, al contempo, l'abbattimento del potere
inquinante. L'utilizzo di detti reflui, costituiti oltre che da cellulose, emicellulose e lignine insolubili
in acqua, anche da molecole a basso peso molecolare solubili in acqua, va effettuata con
bioconversioni in fase solida e in fase sommersa nonché mediante reattivi ecocompatibili per
produzione di intermedi per l’industria e di fine-chemicals. Ciò è reso possibile dalla presenza di
sostanze aromatiche con un ampio spettro di pesi molecolari (fenoli e polifenoli) che possono
essere considerati precursori di molecole antiossidanti e coloranti nonché di composti
farmacologicamente attivi quali i chinoni. Alcuni di questi composti, quali i flavanoidi, si prestano
ad essere convertiti con processi ossidativi selettivi, in flavoni bioattivi e coloranti cianici
(antocianidine).
I processi di biodegradazione si basano su un insieme di reazioni biochimiche che possono essere
riassunte, in prima approssimazione, in azioni di idrolisi per la demolizione di molecole ad elevato
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peso molecolare (pectine, polisaccaridi, grassi, ecc) e di ossidasi e/o perossidasi specifiche per la
demolizione delle sostanze aromatiche Dall'azione di questa serie di enzimi si ottengono composti
organici a più basso peso molecolare e quindi più facilmente utilizzabili come "materie prime"
seconde. Per l'ottimizzazione della bioconversione delle molecole aromatiche sono
particolarmente importanti alcuni aspetti quali l'uniformita' dei processi di bioconversione, la
velocita' di trasformazione, la riproducibilita' dei risultati, l'efficienza della degradazione,
l'ottimizzazione delle condizioni di bioconversione.
Sostanze fenoliche presenti nell’olivo e nelle acque di vegetazione
Nelle foglie e nelle drupe di Olea europaea L. (Oleraceae) sono state identificate numerose
sostanze di natura fenolica appartenenti alle varie classi di struttura nelle quali vengono classificati
i diversi composti fenolici presenti nelle piante. In particolare, sono stati identificati: acido
protocatecuico, acido caffeico, acido p-cumarico, i flavonoidi catechina, apigenina, crisoeriolo,
kempferolo, luteolina e quercetina, gli antociani cianidina e peonidina, esculetina ed i fenoli di
natura polimerica, tannini e catecolmelanine. Tutte queste sostanze sono presenti in varia misura
anche nei reflui oleari. Una sostanza di natura fenolica tipica dell’ Olea europaea L., da cui prende
il nome, è l’oleuropeina, un glucoside amaro presente sia nelle drupe che nelle foglie, il quale è
stato isolato anche in frutti maturi e foglie di Ligustrum lucidum e L. japonicum. A questa sostanza
vengono riconosciute varie proprietà biologiche, in particolare un’attività antiossidante,
antiipertensiva, batteriostatica, dilatatrice delle coronarie, anticancerogena [Hamdi], spasmolitica
e vasodilatatrice.
Normalmente nelle acque di vegetazione delle olive l’oleuropeina è quasi del tutto assente,
mentre si ritrovano alcuni prodotti di degradazione: acido elenolico, idrossitirosolo e l’aglicone
dell’oleuropeina. Oltre alle sostanze citate, nelle acque di vegetazione si ritrovano catecolo, 4-
metilcatecolo, tirosolo, e gli acidi p-idrossibenzoico, vanillico, siringico e gallico, oltre ai vari
flavonoidi e polimeri presenti nelle drupe e nelle foglie. Da un punto di vista quantitativo,
catecolo, 4-metilcatecolo, tirosolo ed idrossitirosolo rappresentano i principali costituenti delle
acque di vegetazione, dove raggiungono una concentrazione di 10-3 M.
Per questi ultimi composti sono state condotte ricerche miranti a mettere in evidenza alcune
proprietà biologiche. Queste prime indicazioni, unite ad altre informazioni ancora da approfondire
e che assegnano a queste sostanze proprietà antiossidanti, allelochimiche, antivirali ed
antifungine, oltre che antibatteriche, fanno supporre che sia possibile ipotizzare un utilizzo delle
sostanze fenoliche estratte dalle acque di vegetazione sia in campo alimentare e cosmetico
(coloranti, antiossidanti) sia nel settore agrario (biopesticidi, fitoregolatori).
I reflui oleari contengono elevate concentrazioni di sostanze fenoliche di natura monomerica e
polimerica (tra lo 0,6 % e l’1,6 %). Tale concentrazione dipende dalla varietà e dallo stadio
fenologico della drupa, nonché dalla procedura utilizzata per l’estrazione dell’olio, la cui struttura
chimica e la relativa attività biologica sarà oggetto di accurato studio.
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5.3.3 BENCHMARKING CON I PIVOT REGIONALI
I 5 pivot regionali sono stati interpellati sull’impatto di quattro megatrend considerati rilevanti per
il tema della sostenibilità nella produzione
Città e infrastrutture intelligenti per i temi riguardanti la consapevolezza del valore
ambientale e di sostenibilità delle scelte relative a materiali e processi
Innovazione Zero per l’approccio “total cost” e l’obiettivo di ridurre gli effetti negativi
dell’innovazione
Fabbrica del futuro intelligente e verde per cogliere la trasformazione dei requisiti
normativi in opportunità di crescita e misurare l’approccio verso l’automazione, la
personalizzazione, il controllo
Nuovi modelli di business per verificare l’interesse verso modalità non convenzionali di
approccio al mercato.
L’analisi degli output mostra una sostanziale convergenza rispetto a tutte le tendenze considerate,
ma mentre le prime tre tendenze, risultano note e ugualmente importanti per i mercati di
riferimento dei pivot, seppur disomogenei, si segnala una insufficiente attenzione a modelli di
business alternativi rispetto a quelli attualmente utilizzati. Ulteriori elementi di interesse sono una
precisa consapevolezza dell’importanza di un approccio “total cost” e l’interesse a considerare i
vincoli normativi (sia cogenti che volontari) come una buona opportunità per affrontare il tema
della revisione di prodotti e processi in ottica di sostenibilità.
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In riferimento all’analisi delle tecnologie chiave proposte, si conferma nella sostanza la grande
importanza riconosciuta a tutte le tecniche che possono “efficientare” i processi dal punto di vista
energetico. Un elemento di possibile miglioramento dell’approccio sostenibile delle imprese pivot
può riscontrarsi sull’attenzione alle infrastrutture e agli impianti di servizio (aria compressa, acqua,
energia elettrica) che essendo “esterni” alle macchine di processo vere e proprie, a volte non
vengono tenuti in considerazione. Al contrario i dati mostrano che interventi sugli impianti di
servizio possono incrementare significativamente l’efficienza energetica dell’impresa nel suo
complesso.
5.3.4 BIBLIOGRAFIA, SITOGRAFIA E LINKS A DOCUMENTI
Sustainable Technologies in Factory Automation - Disruptive Technology Track-Technology Market
Penetration and Roadmapping, F&S, D24F-TI, Dicembre 2010
Energy Efficiency in Production – Future Action Fields, Fraunhofer Gesellschaft, 2009
OLEUM Manuale dell'olio da olive, a cura di A. Ricci, Ed. Edagricole GRUPPO24ORE, Bologna, 2011,
pp. 1 - 37. ISBN:978-88-506-5276-1.
L’ulivo, Collana Coltura & Cultura, BayerCropScience Ed., a cura di R. ANGELINI, M. PISANTE, P.
INGLESE E G. LERCKER, Milano, 2009, pp. 606-619. ISBN 978-88-902791-6-4
T. Gallina Toschi, M. Bonoli, G. Lercker, Fare olio o …acqua?., Bologna Dipartimento di Scienze
degli Alimenti, 2009, 1-92. ISBN 978-88-902152-1-6
A. Bendini, L. Cerretani, A. Carrasco-Pancorbo, A.M. Gómez-Cavarca, A. Segura-Carretero, A.
Fernández-Gutiérrez, G. Lercker, Phenolic molecules in olive oils: a survey of their sensory
properties, health effects, antioxdant activity and analytical methods. An overview of the last
decade., Molecules, 12, 1679-1719 (2007)
Efficienza energetica mediante incremento della stabilità dei processi.
Efficienza energetica nei processi di produzione di tipo meccanico, termico e chimico
Risorse in ciclo chiuso – integrazione delle risorse nel processo
Gestione loss-free delle infrastrutture degli impianti produttivi
Gestione sostenibile dell’energia e dei materiali
Recupero dei fluidi di processo
Estrazione di materiale dai fluidi di processo
MOLTO IMPORTANTE POCO IMPORTANTE
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L. Villanova, L. Villanova, G. Fastello, A. Merendino, S.R.L. Lachifarma. Patent n°: EP1623960
(8.2.2006).
5.3.5 GRUPPO DI LAVORO
UNIVERSITA’ DI BOLOGNA: Giovanni Lercker, Tullia Gallina ToschiASTER: Leda BologniUNIVERSITA’
DI FERRARA: Mirko Morini
5.3.6 PIVOT REGIONALI
CONSERVE ITALIA – Filiera della conservazione di prodotti vegetali – San Lazzaro di Savena (BO)
IMA – Sistemi per il confezionamento – Ozzano dell’Emilia (BO)
MANDELLI SISTEMI – Sistemi flessibili di produzione – Piacenza (PC)
OROGEL – Prodotti surgelati – Cesena (FO)
PIZZOLI – Trasformazione della patata – Budrio (BO)
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5.4 LA PROGETTAZIONE DEL FUTURO
I metodi e le tecniche di progettazione saranno fondamentali per la creazione di nuovi sistemi e
modelli di produzione capaci di innovare radicalmente il manufacturing.
I sistemi di produzione del futuro andranno progettati in tempi minori e ad un livello di
accuratezza nettamente superiore, valutando in dettaglio aspetti e modalità operative
attualmente considerati solo marginalmente. Questo comporta inevitabilmente un incremento di
attività da svolgere, che può essere affrontato solamente attraverso l’adozione di approcci
collaborativi, interdisciplinari e sinergici, unitamente all’impiego massivo degli strumenti di
simulazione. Tali approcci sono mirati alla razionalizzazione delle attività, e delle macchine
progettate, mediante la sistematica formalizzazione della conoscenza e il riutilizzo delle
esperienze.
La progettazione del futuro, in ambito innovazione del manufacturing, deve essere espressamente
mirata a risolvere le complessità e le nuove sfide connesse ai temi del manufacturing ad alte
prestazioni, del manufacturing intelligente (ICT enabled) e, indirettamente, ai nuovi modelli di
business.
In questi pillars sono infatti evidenti trend evolutivi chiari e definiti, che richiedono modifiche
radicali dell’attuale processo di progettazione e conseguentemente impongono l’ideazione ed
adozione di specifici metodi ingegneristici, si citano ad esempio:
il netto incremento del numero di sensori ed attuatori programmabili in ogni macchina
l’adozione su cinematismi e gruppi funzionali di tecnologie realizzative alternative a quelle consolidate (in particolare incremento di servomeccanismi; filosofia “more electric”..),
la conformità a legislazioni sempre più complesse e severe, che impongono processi accurati e documentati,
l’aumento del numero di operazioni da eseguire sul prodotto,
l’aumentata complessità delle logiche di controllo e di tutto il software di macchina/impianto,
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produzioni sempre più flessibili con lotti di dimensioni sempre minori sino al “one piece flow”, con elevato livello di personalizzazione e riconfigurazione frequente e rapida,
approcci adattivi ed auto-ottimizzanti, in cui i cicli di lavorazione vengono modificati dinamicamente per garantire la massima precisione e qualità,
riduzione dei tempi di consegna (“time to market”) e messa a regime (ramp up per il “time to volume”) di macchine ed impianti che devono garantire certezza operativa con manutenzione predittiva e teleassistenza (health monitoring, prognostica, e-maintenance).
E’ evidente che lo sviluppo del manufacturing secondo questi trend coinvolge diversi domini
dell’ingegneria, pertanto il già delicato processo di progettazione e sviluppo prodotto ne risulta
complicato da nuove problematiche quali, ad esempio, la corretta valutazione delle reali
prestazioni nell’affrontare produzioni estremamente flessibili.
Tali problematiche possono essere correttamente ideate, verificate, validate ed ottimizzate solo
attraverso un impiego diffuso, continuamente aggiornato nei vari domini, di simulazioni realistiche
che, emulando i singoli gruppi funzionali, vengono sviluppate ed elaborate su livelli di dettaglio
superiori sino alla simulazione degli interi processi produttivi di fabbrica, in cui può essere valutato
anche il contributo dell’operatore.
La progettazione del futuro dovrà quindi ideare, simulare ed ottimizzare processi produttivi
sempre più complessi ed articolati: da un lato i processi su grandi quantità (in cui comunque le
dimensioni di lotto diminuiranno sensibilmente, come, ad esempio, nelle filiere regionali del
ceramico, alimentare, farmaceutico..) diverranno più complessi in termini di numero di
operazioni/lavorazioni e, soprattutto, controllo ed ottimizzazione dinamica della qualità, dall’altro
(specialità puramente emiliana romagnola) processi di alta qualità a personalizzazione totale in cui
sarà richiesta estrema flessibilità su lotti ridottissimi, con cicli produttivi articolati e
riconfigurazione continua di lavorazioni e attrezzature.
Quindi la progettazione dovrà essere pesantemente basata sulla simulazione, sull’integrazione
collaborativa di diverse attività prima separate e sull’estensione dell’orizzonte operativo all’intero
ciclo di vita, in cui assume una sempre crescente importanza la valutazione dell’impatto
energetico.
Dovendo proiettare la ricerca e sviluppo della progettazione del futuro in ambito innovazione nel
manufacturing su un orizzonte temporale di almeno 5 anni e su argomenti di sicuro interesse per
l’economia regionale, le tematiche possono essere convenientemente limitate ai tre obiettivi
seguenti:
Progettazione ed ottimizzazione di servomeccanismi. L’obiettivo è sia innovare la progettazione
di cinematismi e gruppi funzionali ad elevata dinamica delle macchine, incentivando l’impiego di
strumenti evoluti di simulazione (eventualmente anche integrati con la sperimentazione), sia
stimolare l’adozione di soluzioni tecnologiche alternative basate su attuatori programmabili,
idonei a realizzare comportamenti flessibili, adattivi e riconfigurabili.
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Simulazione realistica di celle flessibili e linee di produzione. Riguarda le tecniche di simulazione
dei processi di fabbrica visti nel loro insieme: dalla generazione delle sequenze operative e dei cicli
di lavoro ottimizzati, con il conseguente sviluppo dei layout, sino alla simulazione realistica di tutti i
processi di fabbrica, inclusi quelli logistici e manuali, in cui integrare le conoscenze di prodotto,
processo e risorse.
Virtual Commissioning. Riguarda la simulazione di tutti i processi di messa a punto, installazione
(collaudo) e raggiungimento delle massime prestazioni (ramp up) di nuovi sistemi di produzione;
sono inclusi anche i processi di training degli operatori e la formalizzazione della conoscenza e
delle migliori pratiche del personale esperto. Si fa particolare riferimento a sistemi di produzione
flessibile ed automatizzata in cui è fondamentale validare ed ottimizzare con la massima efficienza
le logiche di controllo.
5.4.1 TEMATICHE IDENTIFICATE E KEY TECHNOLOGIES
Riguardo alle tre tematiche si identificano gli aspetti salienti e le tecnologie chiave espressamente
riferite alla situazione contingente delle aziende produttive regionali.
Progettazione ed ottimizzazione di servomeccanismi
L’obiettivo è innovare la progettazione di cinematismi e gruppi funzionali di macchine ad elevata
dinamica, incentivando l’impiego di strumenti evoluti di simulazione (eventualmente anche
integrati con la sperimentazione), nonché stimolare l’adozione di soluzioni tecnologiche
alternative basate su attuatori programmabili, idonei a realizzare comportamenti flessibili, adattivi
e riconfigurabili.
KT4.1 - Progettazione integrata di camme elettroniche.
L’impiego di servomeccanismi, specie direct drive, consente di razionalizzare la struttura della
macchina nonché acquisire la necessaria flessibilità e programmabilità, ed è quindi una tecnologia
abilitante e fondamentale per l’innovazione del manufacturing. Tradizionalmente le leggi di moto
in queste macchine sono state ottenute mediante camme meccaniche, soluzioni che consentono
certamente elevate dinamiche, ma che operativamente sono intrinsecamente rigide. Per
raggiungere, e superare, queste prestazioni con servomeccanismi (camme elettroniche) è
necessario condurre complesse ottimizzazioni con cui evidenziare e sfruttare gli effetti sinergici,
mutuamente interdipendenti, del cinematismo meccanico, dei servomotori (ed eventuali riduttori)
e del sistema di controllo, incluse le leggi di moto programmate e gli algoritmi con cui queste
vengono interpretate. A tale scopo risulta fondamentale lo sviluppo di metodi e strumenti di
simulazione accoppiata, fortemente interdisciplinari. Si ritengono pertanto strategiche azioni di
ricerca sul tema della progettazione integrata di camme elettroniche, al fine di garantire ai
costruttori regionali di sistemi di produzione, il vantaggio competitivo attualmente acquisito.
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KT4.2 - Alleggerimento di cinematismi ad elevata dinamica
L’incremento delle prestazioni delle macchine in termini di velocità di esecuzione e cadenza delle
operazioni richiede un'accurata ottimizzazione della dinamica dei cinematismi. Tale obiettivo va
raggiunto tramite l’individuazione di architetture idonee (sintesi funzionale) tramite simulazione
dinamica e cineto-elastodinamica (flexible multibody modelling) nonché tramite simulazioni
accoppiate che includano anche il contributo frequenziale dei sistemi di attuazione. In questo
ambito, lo sviluppo di soluzioni progettuali innovative comporta inoltre l’utilizzo di metodologie
basate su una stretta interazione tra simulazioni numeriche ed analisi sperimentali; in particolare
l’impiego di modelli previsionali opportunamente validati, permette di ridurre tempi e costi di
sviluppo del progetto. Infine si suggeriscono iniziative di ricerca anche su valutazioni di sensitività
relative alle condizioni di gioco, tolleranze e precisione di realizzazione.
Simulazione di celle flessibili e linee di produzione
Riguarda le tecniche di simulazione dei processi di fabbrica visti nel loro insieme: dalla generazione
e ottimizzazione delle sequenze operative e dei cicli di lavoro con il conseguente sviluppo dei
layout sino alla simulazione realistica di tutti i processi di fabbrica, inclusi quelli logistici e manuali,
in cui integrare le conoscenze di prodotto, processo e risorse.
KT4.3 - Progettazione integrata di celle flessibili di lavorazione.
I nuovi paradigmi di produzione flessibile devono eliminare il più possibile le costose operazioni
manuali a basso valore aggiunto, affaticanti e pericolose, affidando a macchine, robot e
automazioni in generale le operazioni in cui sia richiesta elevata precisione, rigidezza, potenza e
produttività. Va in ogni caso sottolineato che produzioni ad
elevato mix e flessibilità operativa esaltano comunque il
contributo di operatori esperti, determinanti per garantire
estrema adattabilità alle celle con ridotti costi di investimento.
Tale aspetto va adeguatamente valutato in fase progettuale
ideando anche specifici strumenti, metodi e tecniche di
progettazione. Lo sviluppo di una nuova generazione di celle
flessibili di lavorazione, in cui possano essere integrate
operazioni di lavorazione, assemblaggio e controllo di qualità con la massima flessibilità operativa,
è un tema ad alta priorità per l’economia della regione. In particolare, la superiore flessibilità
operativa va studiata in fase progettuale ed ottimizzata rigorosamente tramite simulazioni
comportamentali in grado di determinare con precisione l’effettiva produttività in caso di
frequenti riconfigurazioni e riattrezzaggi. Inoltre, grande attenzione va rivolta allo studio e allo
sviluppo di opportuni metodi dell’ingegneria mirati a ideare soluzioni di alimentazione flessibile,
ad esempio manipolazione ad elevata destrezza e prelievo da cassone, piuttosto che sistemi di
fissaggio e riferimento ad elevata precisione.
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KT4.4 - Simulazione realistica di linee di produzione e assemblaggio.
Riguarda la progettazione di sistema di intere linee di produzione, in cui è necessario ottimizzare
complesse sequenze di operazioni manuali e/o automatiche congiuntamente a tutti i processi di
manipolazione e trasferimento prodotto. Dalle
conoscenze di prodotto si generano sequenze di
operazioni da validare nei diversi scenari operativi, in
funzione delle risorse disponibili. La progettazione, ad
esemoio, è basata su simulazioni che modellano i
processi in diversi livelli di dettaglio: dall’emulazione
del funzionamento di ogni singola
macchina/operazione alla valutazione del flusso totale delle operazioni. Particolare attenzione va
dedicata all’ottimizzazione dei processi di assemblaggio, caratterizzati da un elevato numero di
operazioni, in gran parte manuali, e dalla durata spesso sensibilmente variabile in funzione di
diversi parametri operativi. Le operazioni manuali svolgono un ruolo critico e fondamentale,
specialmente seguendo approcci lean, e vanno valutate anche da un punto di vista ergonomico e
di sicurezza sul lavoro. Si ritiene che l’adozione di approcci progettuali collaborativi, basati su
simulazione, possa permettere non solo di ridurre sensibilmente i costi di produzione ma anche
identificare soluzioni non convenzionali idonee a realizzare nuovi modelli di business.
Virtual Commissioning
Riguarda la simulazione di tutti i processi di messa a punto, installazione (collaudo) e messa in
funzione a pieno regime di nuovi sistemi di produzione, includendo anche i processi di training e di
cattura della conoscenza/best practices del personale che li dovrà usare, con particolare
riferimento a sistemi di produzione flessibile e automatizzata in cui è fondamentale validare e
ottimizzare con la massima efficienza le logiche di controllo.
KT4.5 - Prototipazione virtuale con approccio hardware in the loop.
L’integrazione tra le diverse aree disciplinari dell’ingegneria è fondamentale nella progettazione di
un sistema di produzione intelligente, riconfigurabile e ad alte prestazioni. Le diverse aree
dispongono di strumenti di progettazione e simulazione che, ad oggi, hanno singolarmente
raggiunto un ottimo livello di efficacia rispetto ad ottimizzazioni monodisciplinari. Per contro, tali
strumenti non sono tuttora integrati ed impongono delicate ed onerose messe a punto in fase di
collaudo finale su impianti e macchine reali, con conseguenti ingenti costi e ritardi di consegna
attualmente non accettabili. Si ritiene quindi necessario lo sviluppo di metodi e tecniche di
prototipazione virtuale con un approccio hardware in the loop, in cui verificare ed ottimizzare in
modo integrato il comportamento meccanico delle macchine ed il relativo sistema di controllo. In
tal modo sarebbe possibile ottimizzare e mettere a punto le macchine prima ancora di costruirle
riducendo drasticamente i tempi di consegna e creando le condizioni per una completa
ottimizzazione prestazionale.
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KT4.6 - Messa a punto e collaudo virtuale in ambiente virtuale 3D interattivo
La messa a punto e il collaudo dei nuovi sistemi di produzione sono estremamente delicati e
richiedono l’impiego intensivo di personale
esperto che deve interagire continuamente con le
macchine fisiche per verificare le prestazioni
effettivamente ottenute, regolare parametri di
lavorazione e, soprattutto, validare le logiche di
controllo sino al raggiungimento delle prestazioni
desiderate. Riuscire a virtualizzare la messa a
punto e il collaudo permetterebbe quindi, non
solo di ridurre nettamente i tempi di consegna ma
anche di pervenire ad una completa
ottimizzazione dei sistemi di produzione realizzati. Pertanto, si rende necessario lo sviluppo di
prototipi virtuali interattivi, basati su motori di simulazioni accoppiate, con cui poter validare le
logiche di controllo su modelli CAD 3D che incorporano anche gli aspetti cinematici e dinamici
delle macchine.
KT4.7 - Addestramento tramite simulazione.
L’addestramento degli operatori specializzati è un’attività onerosa in termini di tempo e costi e
contribuisce pesantemente nel determinare le reali prestazioni ottenibili con i moderni sistemi di
produzione. La disponibilità di un ambiente virtuale 3D,
eventualmente immersivo, in cui l’operatore interagisce con
prototipi virtuali di macchine e processi, consente di
formalizzare tecniche e procedure di addestramento
orientate all’esperienza delle operazioni da compiere sulla
macchina, sia durante il normale funzionamento sia nelle
fasi di manutenzione o riconfigurazione.
L’addestramento tramite esperienza virtuale risulta ancor più importante quando vi sia la
necessità di ripetere scenari difficili da riproporre nella realtà per ragioni di tempo (perché troppo
lenti o veloci) o di sicurezza (per operatori e/o cose), eventi la cui gestione viene attualmente
insegnata attraverso lezioni frontali o esercitazioni prive dei reali fattori di rischio.
L’addestramento tramite esperienza virtuale è comunque una pratica avanzata di progettazione
che consente di valutare gli human factors negli ambienti di lavoro, per renderli non solo più sicuri
e confortevoli ma anche più prestanti e produttivi. L’utilizzo dei medesimi strumenti da parte di
operatori esperti consentirebbe infine l’ottimizzazione dei modelli comportamentali di operatori e
macchine nonché la formalizzazione e il riutilizzo della conoscenza mediante progettazione
collaborativa.
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5.4.2 TREND DELLE KEY TECHNOLOGIES
L’impiego massivo delle key technologies proposte permetterebbe alle aziende del territorio di
mantenere la leadership acquisita abilitando nuovi approcci progettuali e nuove soluzioni
altrimenti difficilmente realizzabili. In particolare si perverrebbe ad una reale ottimizzazione di
macchine e sistemi di produzione riducendo i tempi e i costi delle delicate messe a punto su
prototipi fisici. Progettazione ed ottimizzazione di servomeccanismi
Allo stato dell’arte la progettazione di servomeccanismi prevede simulazioni e ottimizzazioni di
fatto separate nei diversi domini meccanico ed elettrico-controllistico. La simulazione meccanica,
multibody a corpi rigidi ed elastodinamica, è fondamentale per sviluppare e dimensionare il
cinematismo, ricavando le leggi di moto da assegnare all’attuatore tramite cinematica inversa e
ottimizzando le dinamiche. Un simile approccio proattivo nello sviluppo del servomeccanismo
andrebbe però validato con un modello controllistico del servo azionamento, in cui si evidenzino le
reali dinamiche effettivamente realizzabili da azionamento e servomotore nonché i relativi
contributi armonici. Gli approcci controllistici sono invece basati su modelli meccanici decisamente
semplificati, sia per quanto riguarda la meccanica del sistema che il reale sistema di controllo
proprietario, di cui, ad esempio, i loop di corrente e di comunicazione, sono noti solo in modo
semplificato. Esistono infine tools forniti dai costruttori degli azionamenti che permettono un
dimensionamento di massima del servomeccanismo. Per pervenire ad una reale ottimizzazione di
servomeccanismi occorre però valutare e esaltare i contributi sinergici e mutuamente
interdipendenti, del servo azionamento e del cinematismo meccanico, sviluppando simulazioni
accoppiate in entrambi i domini. Tale approccio è tuttora in fase di sviluppo ma si presenta
estremamente promettente ed abilitante per lo sviluppo di servomeccanismi di nuova
generazione, idonei a realizzare le dinamiche tipiche delle camme e dei cinematismi meccanici,
con la flessibilità operativa garantita da attuatori programmabili e riconfigurabili.Simulazione di
celle flessibili e linee di produzione
Allo stato dell’arte celle flessibili e linee di produzione vengono di fatto progettate, dimensionate e
sviluppate con approcci discreti ed approssimati che validano comportamenti nominali, di fatto
sensibilmente diversi dalle condizioni operative in cui dovranno realmente operare. Attualmente
sono disponibili ambienti di simulazione in grado di sviluppare modelli digitali completi di interi
sistemi di produzione (Digital Manufacturing), però impiegati con successo solo dai maggiori
gruppi internazionali di costruttori automotive ed aeronautici. La sfida tecnologica consiste
nell’introdurre con successo tali strumenti e metodi anche nelle aziende regionali, sviluppando
soluzioni e metodi opportunamente adattati alle diverse realtà aziendali e catene
collaborative.Virtual Commissioning
La simulazione delle operazioni e dei processi di messa a punto, collaudo e ramp-up di sistemi di
produzione è un tema di ricerca di grande attualità ed interesse che da solo permetterebbe un
notevole incremento di redditività e competitività a diverse filiere regionali. Strumenti di
simulazione di ultima generazione promettono di virtualizzare macchine e creare prototipi virtuali
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interattivi su cui è possibile validare logiche di controllo, modelli di produzione, e modi d’uso,
giungendo anche all’addestramento degli operatori su prototipo virtuale. Alcuni progetti di ricerca
e casi industriali hanno dimostrato la validità dell’approccio e confermato i ritorni economici
auspicati.BENCHMARKING CON I PIVOT REGIONALI
I pivot regionali sono stati identificati per il proprio livello di eccellenza e vocazione all’innovazione
in differenti ambiti tecnologici: farmaceutico, robotica, metalmeccanico, macchine automatiche,
beverage/alimentare, assemblaggio, ceramico. Il campione delle aziende è anche diversificato per
dimensioni aziendali. Le aziende proposte detengono una posizione di leadership tecnologica nelle
rispettive filiere, anche se, specie a causa delle proprie dimensioni, talvolta non risultano aver
sfruttato appieno le potenzialità della progettazione basata su simulazione. I pivot regionali
proposti hanno in genere identificato come strategiche le key-technologies e stanno valutando di
intraprendere azioni di ricerca ed innovazione.
La progettazione del futuro si integra in una visione del futuro del manufacturing strutturato
secondo una visione 3-C: Competizione, Collaborazione, Conformità.
La Competizione in mercati globalizzati richiede un drastico incremento di prestazioni e spesso
uno stravolgimento progettuale della filosofia delle macchine e sistemi di produzione stessi, che
devono essere pensati soprattutto per garantire massima affidabilità, agilità operativa e
riconfigurabilità. La Collaborazione è fondamentale per raggiungere tali obiettivi, in particolare in
un distretto tecnologico e produttivo come quello regionale, caratterizzato da aziende di
dimensioni nettamente inferiori e con disponibilità finanziarie molto minori a quelle delle
multinazionali estere con cui devono competere. Anche la Conformità a norme legislazioni sempre
più stringenti e diversificate su mercati globalizzati impongono l’adozione di approcci progettuali
basati su simulazione comportamentale, prototipazione digitale e virtual commissioning con
gestione collaborativa di dati e modelli, che risultano dunque da stimolare per incrementarne il
livello di adozione e reale sfruttamento.
Le imprese intervistate hanno mostrato un buon interesse generale verso i megatrend e grande
attenzione verso le nuove tecnologie.
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L’approccio basato sui megatrend non era conosciuto ed è stato valutato con interesse e curiosità.
I megatrend ritenuti più importanti e destinati ad avere maggior impatto sono “Virtual World”,
“Factory of The Future” e “Wireless Intelligence and Advancement in Networks” seguiti da
“Innovating to Zero” “New Business Model” “Innovative Technologies of the Future. La validità
dell’approccio proposto pare confermato dal fatto che le aziende pivot, scelte tra le diverse filiere
regionali, hanno identificato i megatrend più importanti con sorprendente omogeneità mentre
hanno invece dimostrato interessi più diversificati per le diverse tecnologie chiave, a seconda dei
propri settori di riferimento e dimensioni. I pivot regionali hanno dimostrato un buon
posizionamento competitivo ed un notevole interesse ad innovare i propri processi con le
tecnologie chiave proposte. Tutte le aziende hanno auspicato di investigare e verificare le
potenzialità delle tecnologie chiave proposte, ed in genere hanno dimostrato estremo interesse
per una singola tecnologia chiave ritenuta strategica e fondamentale.
2. NEW GENERATIONS
5. VIRTUAL WORLD
6. NEW BUSINESS MODEL
7. WIRELESS INTELLIGENCE AND ADVANCEMENT IN
NETWORKS
8. INNOVATING TO ZERO
9. INNOVATIVE TECHNOLOGIES OF THE
FUTURE
12. FACTORY OF THE FUTURE: SMART E GREEN
13. GLOBAL POWER GENERATION
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Inoltre
Sono risultate già attive diverse azioni di ricerca esplorativa, in parte autonome in parte con la
collaborazione dei laboratori regionali della rete Alta Tecnologia. Le aziende del territorio sono
caratterizzate da un elevato livello tecnologico ma in genere non sfruttano adeguatamente le
potenzialità offerte dai nuovi strumenti di simulazione e prototipazione virtuale. Si propone
dunque di stimolarne l’adozione ad un livello più approfondito ed esteso, in quanto essenziali per
garantire competitività, intesa sia in termini di prestazioni che di riduzione dei costi e dei tempi di
consegna e messa a regime.
5.4.4 BIBLIOGRAFIA, SITOGRAFIA E LINKS A DOCUMENTI
Y. Koren, U. Heisel, F. Jovane, T. Moriwaki, G. Pritschow, G. Ulsoy and H. Van Brussel
"Reconfigurable Manufacturing Systems”, CIRP Annals-Manufacturing Technology Volume 48,
Issue 2, 1999, Pages 527-540
H.-P. Wiendahl, H.A. ElMaraghy, P. Nyhuis, M.F. Zäh, H.-H. Wiendahl, N. Duffie and M. Brieke,
"Changeable Manufacturing - Classification, Design and Operation” CIRP Annals - Manufacturing
Technology Volume 56, Issue 2, 2007, Pages 783-809
Andrisano A. O, Leali F, Pellicciari M., Vergnano A., “Engineering method for adaptive
manufacturing systems design” International Journal of Interactive Design and Manufacturing
(2009) 3:81–91 DOI10.1007/s12008-009-0065-9 Springer
Andrisano A. O, Leali F, Pellicciari M., Pini F., Vergnano A., “Virtual prototype based method for
hybrid reconfigurable assembly systems design in top class automotive industry”, IDMME - Virtual
Concept 2010 Bordeaux, France, October 20 – 22, 2010
Progettazione integrata di camme elettroniche
Alleggerimento di cinematismi ad elevata dinamica
Progettazione integrata di celle flessibili di lavorazione
Simulazione realistica di linee di produzione ed assemblaggio
Prototipazione virtuale con approccio hardware in the loop
Messa a punto e collaudo virtuale in ambiente 3D interattivo
Addestramento tramite simulazione
MOLTO IMPORTANTE POCO IMPORTANTE
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Andrisano A.O., Leali F., Pellicciari M., Pini F., Vergnano A., “Design methods for intelligent robotic
deburring cells” IPMM 2007 6th International Conference on Intelligent Processing and
Manufacturing of Materials, Salerno – 2007
Andrisano A.O., Leali F., Pellicciari M., “Digital engineering methods for enhanced flexibility of
robofacturing (robotic manufacturing) applications”, proceedings of the “IADAT-aci 2006
International Conference on Automation Control and Instrumentation” Valencia - July 5/7, 2006
Krüger, T.K. Lien, A. Verl, ”Cooperation of human and machines in assembly lines” CIRP Annals -
Manufacturing Technology, Volume 58, Issue 2, 2009, Pages 628-646
J. Reinhart and Wünsch, “Economic application of virtual commissioning to mechatronic
production systems”, Production Engineering, 1: 371-379, 2007 Springer Berlin / Heidelberg,
Germany
5.4.5 GRUPPO DI LAVORO
UNIVERSITA’ DI MODENA E REGGIO EMILIA: Marcello Pellicciari, Giovanni Berselli, Alberto
Vergnano
UNIVERSITA’ DI FERRARA: Raffaele Di Gregorio
5.4.6 PIVOT REGIONALI
SIR – Robotica industriale – Modena (MO)
BORGHI – Soluzioni per l’industria delle spazzole – Castelfranco Emilia (MO)
ITG - Innovation Technology Group – Prototipi e preserie per il packaging - Ozzano Dell'Emilia (BO)
INGEGNERIA CERAMICA – Servizi per l’industria ceramica – Sassuolo (MO)
IMA – Sistemi per il confezionamento – Ozzano dell’Emilia (BO)
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5.5 MATERIALI A FUNZIONALITÀ INCREMENTATA
E’ sempre più diffusa la consapevolezza che, in questo periodo di crisi economica, il rilancio del
sistema industriale, nazionale ed internazionale, debba essere promosso con un forte impulso alla
ricerca scientifica e tecnologica. In n tale contesto la parola chiave è innovazione, per offrire
nuove soluzioni, conferire migliori prestazioni o qualità ai prodotti, progettare e fabbricare con
metodi e tecnologie d’avanguardia, ridurre i costi di produzione. E’ noto che gran parte delle
innovazioni, in ogni ambito in cui sono promosse, passano inevitabilmente per la ricerca nel
campo dei materiali e delle loro applicazioni, poiché le tecnologie dei materiali hanno da sempre
costituito uno degli strumenti fondamentali allo sviluppo della nostra civiltà e continuano ad
essere uno degli indicatori principali dello sviluppo industriale.
Al fine di implementare sistemi di produzione sostenibili per prodotti ad alto valore aggiunto, un
numero crescente di aziende è quindi sicuramente interessato sia ai materiali innovativi o che alla
possibilità di a potenziare le caratteristiche di materiali tradizionali, in termini di peso, migliorate
funzionalità, compatibilità ambientale ed efficienza energetica. I nuovi materiali pongono peraltro
nuove sfide in termini di tecnologie di processo sostenibili, caratterizzate da un basso consumo di
risorse, dall’integrazione con processi ibridi e richiede inoltre un ricorso sempre più spinto
all’utilizzo di tecniche di modellazione e simulazione avanzate, con un approccio di co-design. Si
ritiene quindi che le tematiche principali del Pillar in oggetto siano le tre seguenti:
Materiali a prestazioni migliorate e intelligenti
Processi volti ad aumentare funzionalità e qualità dei componenti
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Tecniche avanzate di modellazione e simulazione per la progettazione integrata e la
produzione sostenibile di componenti
5.5.1 TEMATICHE IDENTIFICATE E KEY TECHNOLOGIES
Materiali a prestazioni migliorate e intelligenti
La produzione e la caratterizzazione di materiali innovativi consentirà di migliorare le prestazioni di
componenti destinati ad impieghi diversi, con particolare riferimento ai settori più avanzati di
attività industriali strategiche, quali: meccanica, aerospaziale, trasporti, microelettronica,
produzione di energie alternative, biomedicale, nano-tecnologie.
KT5.1 - Materiali metallici a prestazioni migliorate.
L’esigenza, nel settore dei trasporti di una riduzione dei consumi e delle emissioni richiede un
drastico cambiamento, volto ad un crescente utilizzo di materiali ad elevata resistenza specifica (in
ottica alleggerimento) ed, eventualmente, a migliorata stabilità termica. Di qui l’uso crescente di
leghe leggere (alluminio, titanio, magnesio) sia tradizionali, che innovative (rinforzate con
nanoparticelle, ad esempio prodotte con tecniche plasma, o nanodispersoidi, eventualmente
formati in-situ); schiume metalliche; acciai di nuova generazione alto-resistenziali (a struttura
multi-fase); ghise innovative a prestazioni migliorate.
KT5.2 - Polimeri e relativi compositi.
Nell’ambito dei materiali compositi a matrice polimerica, la ricerca è particolarmente indirizzata
ad ottimizzarne le prestazioni, ad esempio con l’inserimento nella matrice di nanoparticelle
disperse o nanofibre (ad esempio prodotte mediante elettrofilatura). Particolarmente interessante
è anche lo sviluppo di materiali polimerici dotati di proprietà autoriparanti, ottenute mediante
inglobamento nella matrice di un catalizzatore e di un monomero di riparazione o attraverso
interazioni supramolecolari. E’, infine, di grande interesse anche la ricerca nell’ambito dei polimeri
ottenuti mediante processi biologici (biopolimeri) sia in forma pura, che rinforzata con fibre
naturali (biocompositi) con elevate doti di biodegradabilità e sicurezza.
KT5.3 - Ceramici
I materiali ceramici tradizionali e innovativi, massivi o in forma di coating, trovano largo impiego
in molteplici ambiti: biomedicale (es. materiali bioattivi e bioriassorbibili), strutturale (funzioni
termiche, anti-usura, anti-proiettile, per impieghi nel nucleare), elettrico ed elettronico
(piezoelettrici, superconduttori, ossidi e composti elettroconduttivi).
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KT5.4 - SMART materials
L’uso di SMART materials consente di migliorare prestazioni di sistemi esistenti, grazie alla
sostituzione di parti passive con sistemi semi-attivi o attivi, in particolare nel campo della
microattuazione (materiali a memoria di forma SMA, polimeri elettroattivi PEA), dell’automotive
(fluidi magnetoreologici MRF) e del recupero energetico (materiali piezoelettrici PEM). La
biocompatibilità delle leghe SMA al titanio, inoltre, le rende molto interessanti per applicazioni
biomedicali.
KT5.5 - Materiali per il packaging.
La ricerca in questo ambito è rivolta sia ad incrementare la shelf-life dei prodotti che, al contempo,
a ridurre le problematiche ambientali connesse a produzione e smaltimento degli imballaggi. Lo
sviluppo di imballaggi innovativi, generati mediante la deposizione di film sottili organici-inorganici
su materiali da imballaggio tradizionali, consente la realizzazione di imballaggi "attivi", che non si
limitano a impedire l'esposizione del prodotto a condizioni degradative, ma anzi intervengono
attivamente su di esso (Active Packaging) o contengono al loro interno sistemi sensoriali adatti a
controllarne la qualità organolettica (Intelligent Packaging).
KT5.6 - Membrane.
Nell’ambito dei materiali innovativi, ampie ricadute sull’industria chimica e di processo,
elettrochimica, biomedica, alimentare ed energetica, per fuel cells, hanno i materiali che
consentono di regolare e controllare in modo selettivo il flusso dei fluidi. Alcuni processi a
membrana sono già industriali (osmosi inversa, ultrafiltrazione ecc); attualmente la ricerca è
focalizzata maggiormente sulla rimozione di CO2 dai combustibili (biogas e gas naturale) e sulla
purificazione di idrogeno.
Processi volti ad aumentare funzionalità e qualità dei componenti
L'innovazione tecnologica nei settori della produzione primaria precede necessariamente quella
relativa alle applicazioni. La disponibilità di materiali innovativi per le applicazioni meccaniche e
strutturali dipende essenzialmente dallo sviluppo tecnologico delle aziende che realizzano i
processi produttivi dei materiali medesimi. I paradigmi fondamentali di questa area sono il
risparmio energetico, il controllo di processo, la produzione net-shape e net-properties. Lo
sviluppo delle tecnologie produttive dei materiali è di seguito delineato per aree tematiche.
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KT5.7 - Innovazione nei processi fusori.
Le principali tecnologie in corso di sviluppo riguardano la produzione di slurry semisolido, i
meccanismi di iniezione nel sistema - stampi, l’evacuazione dell’aria, la solidificazione controllata
da sistemi attivi.
KT5.8 - Innovazione nei trattamenti termici.
L’utilizzo crescente di leghe leggere (di alluminio, titanio e magnesio) soprattutto nel settore dei
trasporti stimola ad un maggiore approfondimento delle condizioni ottimali di trattamento
termico, sicuramente meno note rispetto alle tradizionali leghe ferrose. Altrettanto degne di
interesse saranno le tecniche innovative di trattamento termico e/o termochimico di materiali
ferrosi, volte ad esempio a ridurre l’impatto ambientale (quali ad esempio la cementazione a bassa
pressione) o ad estendere i settori applicativi di alcune importanti categorie di acciai (quali la
cementazione o nitrurazione a bassa temperatura di inox austenitici). Molto interessanti sono
inoltre le applicazioni di processi basati sull’utilizzo di plasma termico induttivo e ad arco trasferito
per il trattamento dei rifiuti, per la produzione di nanopolveri metalliche e ceramiche, per il taglio
in alta definizione di materiali metallici.
KT5.9 - Innovazione nelle tecniche di modificazione superficiale.
Riguarda la progettazione, realizzazione e caratterizzazione di rivestimenti e trattamenti di
modificazione superficiale, atti alla protezione e/o alla funzionalizzazione dei materiali, per un
miglioramento del comportamento a fatica, tribologico o di resistenza a corrosione. Comprende,
ad esempio, i processi di laser ablation, laser a diodi, plasma-assisted, i trattamenti termochimici
di diffusione innovativi (a bassa pressione o a bassa temperatura), i rivestimenti sottili multistrato
depositati con tecniche PVD (ad esempio di DLC).
KT5.10 - Innovazione nei processi di giunzione.
Un’ampia attività di ricerca e sviluppo, negli ultimi anni, ha riguardato le tecniche di giunzione allo
stato solido per attrito quali, ad esempio, la Friction Stir Welding e la Linear Friction Welding, che
eliminano molte delle problematiche dei processi di saldatura per fusione e sono inoltre idonee
anche alla giunzione di materiali dissimili. Degni di rilievo sono anche i processi di saldatura laser
innovativi (saldatura ibrida metallo-polimero, saldatura ibrida Laser-MIG), nonché le giunzioni
incollate e ibride incollaggio/saldatura/rivettatura/clinciatura, forzamento, ed i collegamenti
innovativi albero-mozzo e bullonati.
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KT 5.11 - Innovazione nei processi di deformazione plastica.
La sempre crescente richiesta di microstrutture ottimali ed elevate caratteristiche meccaniche nei
prodotti determina la necessità di sviluppare tecnologie di deformazione ad elevato controllo in-
situ dei parametri di processo.
KT 5.12 - Innovazione nei processi produttivi per polimeri e compositi e relativi componenti.
L’alto costo dei processi di fabbricazione di componenti in materiale composito, essenzialmente
dovuto all’elevato utilizzo di manodopera per la stesura delle fibre, sta generando un crescente
interesse allo sviluppo di tecnologie di formatura automatica in stampo di compositi a fibra corta.
Degne di interesse sono inoltre le attività di ricerca e sviluppo nell’ambito delle soluzioni
tecnologiche innovative per la produzione di nanofibre polimeriche da elettrofilatura, nonché lo
sviluppo di paradigmi progettuali innovativi per l’impiego di FRP (fibre-reinforced polymer, FRP).
Tecniche avanzate di modellazione e simulazione per la progettazione integrata e la produzione
sostenibile di componenti
Il principale paradigma dello sviluppo di componenti e prodotti ad elevato contenuto tecnologico
è quello basato sulla progettazione integrata prodotto-processo. L’innovazione in questo ambito
richiede lo sviluppo di tecniche avanzate per la simulazione e la modellazione del comportamento
meccanico dei materiali e dei relativi processi di produzione.
KT 5.13 - Selezione dei materiali, previsione e ottimizzazione del comportamento meccanico
Il processo di progettazione strutturale di un
componente meccanico comprende diversi aspetti: la
definizione della forma del componente, la scelta del
materiale e l’identificazione della tecnologia produttiva,
compresi i processi di giunzione. Questi vanno
ottimizzati in base alle funzioni da realizzare e dei carichi
cui il componente sarà soggetto in esercizio. La
progettazione di componenti con una particolare vita utile richiede, inoltre, l’analisi dettagliata del
processo di danneggiamento che il materiale subirà. L’esigenza di ridurre l’impatto ambientale dei
sistemi e dei processi meccanici impone una costante attenzione all’ottimizzazione dei
componenti, con particolare riguardo alla riduzione dei pesi. Tali obiettivi possono essere raggiunti
mediante la definizione e l’impiego di tecniche avanzate di ottimizzazione strutturale (sviluppo di
modelli, algoritmi e strumenti di calcolo numerico), volte alla determinazione della particolare
morfologia del componente, che determina lo sfruttamento più razionale possibile del materiale,
garantendo al contempo le prestazioni strutturali e funzionali richieste. Fondamentale per il
successo di tali metodologie è la ricerca nel campo dei modelli previsionali del comportamento
meccanico del materiale. Da un lato, infatti, lo sviluppo di modelli per la determinazione delle
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proprietà meccaniche, a partire dai principali parametri microstrutturali del materiale, consente
di stimare con buona sicurezza, fin dalla fase di design, le proprietà del materiale e la loro
variabilità all’interno di compenti complessi, in funzione delle condizioni di processo; dall’altro, la
modellazione dei fenomeni di danneggiamento (in condizioni di carico statico, a fatica, a creep,
tribologico, per diffusione di solidi e liquidi, etc.) consente di prevedere con maggiore sicurezza il
decadimento delle proprietà meccaniche del componente, fino alla sua rottura. La disponibilità di
questi dati permetterà al progettista di conoscere con maggiore dettaglio le proprietà del
materiale, all’interno di componenti ottenuti dal particolare processo di produzione adottato, di
predirne con maggiore accuratezza la vita utile e quindi di dimensionare il componente in modo
più ottimizzato.
KT5.14 - Tecniche di simulazione di processo.
Lo sviluppo di tecniche avanzate di simulazione di processo trova immediata applicazione sia nella
produzione e trasformazione di componenti meccanici (casting, lavorazione alla macchine
utensili, deformazione plastica, formatura di compositi, etc), che in altre importanti realtà
industriali (ad esempio la simulazione dei processi di confezionamento per l’industria alimentare).
L’implementazione di tali metodologie richiede la comprensione e la modellazione dei fenomeni
fisici coinvolti (caratterizzazione tecnologica dei materiali, studio delle problematiche
termofluidodinamiche e di trasmissione del calore, etc) e quindi lo sviluppo di codici di
simulazione numerica affidabili che consentano di verificare, già in fase di design del prodotto e
del relativo processo, il soddisfacimento delle caratteristiche richieste sul prodotto finito.
5.5.2 TREND DELLE KEY TECHNOLOGIES
Il manufacturing rappresenta il settore trainante dell’economia europea (21% del PIL e 20%
dell’occupazione). La ricerca sui materiali è decisiva per sfruttare le potenzialità del settore: i
materiali innovativi ad elevato contenuto tecnologico, con funzionalità e performance migliorate,
sono infatti critici per oltre 25 diversi settori industriali. L’evoluzione del settore segue due trend di
breve-medio termine:
high value market, ovvero il progressivo passaggio da una tipologia di produzione il cui vantaggio
competitivo è basato sul costo, ad una fondata sull’ideazione e fabbricazione di prodotti ad
elevato valore aggiunto. In questo modo l’Europa può evitare la competizione con economie dai
bassi costi di produzione e può soddisfare le richieste di un fondamentale gruppo di consumatori:
individui giovani, inurbati, con livelli istruzione e stile di vita sempre più evoluto (Generation Y, 2.5
miliardi di persone nel 2020). Il successo in tale mercato dipenderà non solo delle caratteristiche
tecniche dei prodotti, ma anche dal soddisfacimento delle aspettative sociali e ambientali dei
consumatori (45% dei consumatori britannici e 53% di quelli americani si dicono disposti a pagare
maggiormente prodotti eco-compatibili). La chiave per raggiungere l’obiettivo è l’aumento del
contenuto tecnologico dei prodotti (dal 16% al 20% nel 2020).
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Sustainability, ossia migliore gestione delle problematiche di Life Cycle Cost e di impatto
ambientale, grazie agli impieghi innovativi di materiali avanzati. Il futuro del manufacturing
europeo dipenderà anche dalla competitività, in termini di efficienza, nella gestione delle risorse
ambientali e sociali, in un contesto altamente competitivo. Si stima, infatti, che nel 2025:
2.8 miliardi di persone vivranno in regioni con carenze idriche, a fronte di fabbisogni idrici
industriali che ammonteranno al 22% del totale;
il consumo energetico industriale avrà subito un aumento medio dell’1.43% all’anno, con
l’80.3.% della produzione energetica ottenuta da combustibili fossili;
l’Occidente avrà assistito a un declino della popolazione in età da lavoro del 5.5%.
Sviluppare attività di ricerca secondo queste linee può portare i seguenti benefici, in accordo con
le indicazioni rilasciate dalle Piattaforme Tecnologiche Eumat e Manufuture:
Europa leader in sviluppo e utilizzo di materiali avanzati e relativi processi di produzione;
Formazione di forza lavoro altamente specializzata;
Riduzione di life cycle cost e costo energetico di impianti industriali e infrastrutture del
30%;
Riduzione del downtime degli impianti fino al 25% e degli incidenti sul lavoro fino al 50%,
grazie all’impiego di materiali più affidabili nella fabbricazione di sistemi e strutture;
Aumento dell’efficienza di riciclo dei materiali a fine vita (fino al 95% per i materiali
metallici e 70% per altri materiali ingegneristici avanzati).
Per queste ragioni la Commissione Europea ha dato grande risalto a tali tematiche all’interno del
7° Programma Quadro, in particolare, nel tema "Nanosciences, nanotechnologies,materials and
new production technologies - NMP". Analogamente, per quanto attiene alla realtà nazionale e
regionale, il Piano Nazionale della Ricerca 2011-2013 identifica la tecnologia dei materiali come
una delle tecnologie abilitanti da sviluppare nel programma.
Materiali a prestazioni migliorate e intelligenti
La ricerca sui materiali a prestazioni migliorate condurrà ad opportunità interessanti in vari
molteplici comparti industriali. Ad esempio, nel settore automobilistico, lo sviluppo di materiali
innovativi, sia metallici, che polimerici avanzati, e con i relativi compositi, consentirà di aumentare
sicurezza ed efficienza energetica dei veicoli, diminuendone il peso, a parità di prestazioni
strutturali (risparmio atteso del 5% nel consumo, a fronte di una riduzione del 10% del peso del
veicolo).
La ricerca nel settore del packaging avanzato consentirà di mantenere l’attuale vantaggio
dell’industria italiana ed europea in un mercato dal valore attuale di 16.9 miliardi di dollari (2008),
con una crescita prevista del 6.9% annuo. A beneficiare della ricerca in questo settore sarà sia la
realtà industriale, grazie a miglioramenti nella logistica e nella soddisfazione dei clienti, che il
consumatore, che disporrà di prodotti con vita prolungata e caratteristiche organolettiche migliori.
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Il settore dei biomateriali assisterà ad una forte espansione, soprattutto per quanto riguarda il
mercato biomedicale. I trend correnti della ricerca in questo settore sono lo sviluppo di polimeri in
grado di rimpiazzare i tradizionali materiali metallici, conferendo maggiore biocompatibilità,
facilità di produzione e minori costi; la creazione di polimeri con funzionalità avanzate tipiche degli
smart materials, quali materiali con memoria di forma in grado di variare la propria morfologia al
variare di condizioni esterne, quali temperatura o pH; lo sviluppo di biomateriali compositi basati
su costituenti di tipo ceramico e polimerico; la sostituzione dei polimeri sintetici tradizionali con
biopolimeri ottenuti da sorgenti biologiche.
Processi volti ad aumentare funzionalità e qualità dei componenti
Lo sviluppo di materiali avanzati necessita di uno sforzo di ricerca analogo per sviluppare i relativi
processi di produzione e trasformazione. I prevalenti trend di ricerca sono rivolti all’aumento
dell’efficienza e della sostenibilità dei processi, mediante la diminuzione degli scarti, lo sviluppo di
processi net-shape, l’ottimizzazione energetica, lo sviluppo di nuove tecniche di riciclaggio e lo
sviluppo di sensori, attuatori e sistemi di controllo, capaci di gestire il processo nella sua interezza,
mantenendone l’efficienza e l’affidabilità ai valori massimi nel tempo. Tra i benefici attesi si citano
una diminuzione dei materiali grezzi utilizzati del 20%, un aumento della vita utile di impianti e
utensili del 20% e una riduzione dell’utilizzo di aria, acqua e liquidi tecnologici fino al 30%.
Tecniche avanzate di modellazione e simulazione per la progettazione integrata e la produzione
sostenibile di componenti
La ricerca nell’ambito della modellazione e predizione del comportamento meccanico dei materiali
è rivolta alla modellazione delle relazioni tra le proprietà microstrutturali e il comportamento
meccanico del materiale. Tale attività di ricerca si caratterizza per l’approccio multidisciplinare,
che richiede la collaborazione tra ricercatori di diverse aree scientifiche. L’analisi impiegata è di
tipo multi-scala: i metodi della scienza dei materiali, della meccanica e della chimica sono applicati
allo studio dei fenomeni che avvengono nel materiale a scale dimensionali e temporali diverse,
insieme a metodi analitici e numerici per il calcolo delle corrispondenti proprietà macroscopiche
del materiale. La risultante migliore capacità di previsione del comportamento del materiale
consentirà di superare le procedure trial and error, caratterizzate da elevati costi economici ed
impatto ambientale, riducendo al contempo il time-to-market dei nuovi prodotti.
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5.5.3 BENCHMARKING CON I PIVOT REGIONALI
Ad ogni pivot è stato richiesto di indicare il grado di impatto previsto dei singoli megatrend,
rispetto al prodotto dell’impresa e al mercato di riferimento. Come si evince dal diagramma in
figura, le imprese intervistate individuano i Mega Trend Factory of the Future: Smart and Green,
Innovating to Zero e Innovative Technologies of the Future come quelli per loro di maggior
importanza, con giudizi di impatto compresi tra medio e alto.
I restanti megatrend ricevono invece giudizi meno unanimi, registrando tipicamente valutazioni di
medio o alto impatto da parte di un solo pivot tra quelli intervistati. Questa tendenza può essere
giustificata dalla diversa pervasività dei megatrend investigati rispetto al settore di operatività del
pivot: il megatrend con impatto totale maggiore delineano infatti tendenze di stampo trasversale
(organizzazione, produzione, gestione dell’innovazione) e quindi comuni alla maggioranza dei
settori industriali, mentre i Mega Trend con impatto medio minore descrivono tendenze con
ricadute riferibili a mercati e produzioni specialistiche.
I pivot hanno successivamente valutato quanto le singole Tecnologie Chiave, identificate in questo
capitolo, concorrano a migliorare la sostenibilità del processo produttivo dell’impresa. E’ evidente
che i risultati sono fortemente influenzati dal numero limitato di pivot cui è stato possibile
somministrare i questionari.
FACTORY OF THE FUTURE: SMART E
GREEN
INNOVATING TO ZERO
INNOVATIVE TECHNOLOGIES OF
THE FUTURE
VIRTUAL WORLD GLOBAL POWER
GENERATION
SMART CITIES AND INFRASTRUCTURES
NEW GENERATIONS
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Dal grafico (Fig. 5.2) si vede come le Tecnologie Chiave con maggiore impatto rispetto alla totalità
dei pivot intervistati siano le Tecniche di simulazione di processo e l’Innovazione nei trattamenti
termici. Interesse leggermente minore è riscosso dalle varie Tecnologie impiegate per la
produzione di componenti (processi fusori, di modificazione superficiale, di giunzione), dalla
Tecnologia Materiali metallici a prestazioni migliorate e da quella relativa ai materiali ceramici.
Anche per le Tecnologie Chiave si osserva una tendenza simile a quella riscontrata per i Mega
Trend: le imprese tendono a considerare maggiormente impattanti le Tecnologie immediatamente
applicabili alla loro realtà produttiva e al loro ambito industriale, per cui i consensi maggiori si
registrano per Tecnologie trasversali con possibilità di applicazione a un numero maggiore di
materiali o produzioni.
Le indicazioni fornite dalle imprese riguardo l’adozione delle Tecnologie Chiave da parte dei
principali concorrenti di mercato (figura sotto) confermano sostanzialmente, seppure in presenza
di dati parziali (due imprese non hanno fornito dati), le valutazioni date alle Tecnologie dai pivot
stessi. Come atteso, la Tecnologia Chiave con la maggiore diffusione risulta essere Tecniche di
simulazione di processo, che comprendendo al suo interno un elevato numero di metodi di
simulazione utilizzabili in una grande varietà di ambiti gode già di buona diffusione nel panorama
industriale.
Tecniche di simulazione di processo
Materiali metallici a prestazioni migliorate
Innovazione nei processi fusori
Innovazione nei trattamenti termici
Innovazione nei processi di giunzione
Selezione, previsione e ottimizzazione del …
Tecniche di modificazione superficiale
Polimeri e relativi compositi
Ceramici
SMART materials
Materiali per il packaging
Processi di deformazione plastica
Membrane
Processi produttivi per polimeri e compositi e relativi …
MOLTO IMPORTANTE POCO IMPORTANTE
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5.5.4 BIBLIOGRAFIA, SITOGRAFIA E LINKS A DOCUMENTI
Vision of the Future of Manufacturing and Production Module-1, F&S 2011
Vision of the Future of Manufacturing and Production Module-2, F&S 2011
Documenti relativi alla piattaforma tecnologica Manufuture – A vision for 2020 -
http://www.manufuture.org
Documenti relativi alla piattaforma tecnologica SusChem - http://www.suschem.org/
Documenti relativi alla piattaforma tecnologica Eumat - http://eumat.eu/
Documenti relativi al 7° Programma Quadro - http://cordis.europa.eu/fp7/home_en.html
Programma Nazionale della Ricerca 2011-2013 -
http://www.miur.it/Documenti/ricerca/pnr_2011_2013/PNR_2011-2013_23_MAR_2011_web.pdf
BCC, Active, Controlled and Intelligent Packaging for Foods and Beverages, 2008
Biomaterials for Medical Applications-Trends and Opportunity Analysis – F&S - 2011
European Bioplastics Packaging Market – F&S - 2011
Materiali metallici a prestazioni migliorate
Polimeri e relativi compositi
Ceramici
SMART materials
Materiali per il packaging
Membrane
Innovazione nei processi fusori
Innovazione nei trattamenti termici
Innovazione nelle tecniche di modificazione superficiale
Innovazione nei processi di giunzione
Innovazione nei processi di deformazione plastica
Innovazione nei processi produttivi per polimeri e …
Selezione dei materiali, previsione e ottimizzazione del …
Tecniche di simulazione di processo
MOLTO IMPORTANTE POCO IMPORTANTE
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Prevalent Substitution Trends within Materials and Chemicals in Automotive Lightweighting– F&S -
2011
Global Trends Impacting the Global Chemicals and Materials Industry– F&S - 2011
5.5.5 GRUPPO DI LAVORO
UNIVERSITA’ DI BOLOGNA: Lorella Ceschini, Cristiano Fragassa
UNIVERSITA’ DI PARMA: Alessandro Pirondi, Stefano Pini,
5.5.6 PIVOT REGIONALI
CFT – Macchine per l’industria alimentare – Parma (PR)
DUCATI – Produzione motocicli – Bologna (BO)
RI-BA COMPOSITES - Progettazione e lavorazione di materiali compositi – Faenza (RA)
MARAZZI – Ceramica – Sassuolo (MO)
SCM FONDERIE - Produzione di getti in ghisa a grafite lamellare e sferoidale – Rimini (RN)
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6 CONCLUSIONI E RACCOMANDAZIONI
Si è visto come incrociando lo stato dell’arte delle tecnologie con le tendenze generali dei mercati
si possano individuare alcune linee di azione o pillar che possono dare suggerimenti al sistema
economico per affrontare le sfide della competizione.
Sono state qui selezionate 9 tendenze particolarmente importanti per il tema dell’innovazione nel
manufacturing. Sono stati anche individuati 5 pillars che rappresentano il modo concreto in cui
l’innovazione nel manufacturing contribuisce ad affrontare le sfide contenute in tali tendenze. Le
mutue relazioni non sono uniformi, alcune di esse sono di maggior importanza. La mappa che
risulta dalla elaborazione qui proposta è la seguente:
MANUF. ALTE PRESTAZIONI
MANUF. INTELLIGENTE
MANUF. SOSTENIBILE
PROGETTAZIONE DEL FUTURO
MATERIALI A PRESTAZIONI MIGLIORATE
CITTA’ E INFRASTRUTTURE INTELLIGENTI
★ ★
NUOVA COMPOSIZIONE GENERAZIONALE DELLA POPOLAZIONE
★ ★
MONDO VIRTUALE ★ ★ ★ ★
NUOVI MODELLI DI BUSINESS
★ ★ ★ ★
WIRELESS INTELLIGENCE AND ADVANCEMENT IN NETWORKS
★ ★
INNOVAZIONE-ZERO ★ ★ ★ ★
TECNOLOGIE INNOVATIVE DEL FUTURO
★ ★ ★
IMPRESA DEL FUTURO, INTELLIGENTE E VERDE
★ ★ ★ ★ ★
GLOBAL POWER GENERATION
★ ★
Per ogni pillar sono stati interpellate 5 imprese particolarmente rappresentative (pivot) del
territorio regionale, allo scopo di coglierne gli orientamenti sia in relazione ai 9 megatrend che alle
tecnologie identificate. Mediante questo processo sono stati acquisiti utili elementi per chiarirne
ed interpretarne gli obiettivi tecnologici. Tali elementi possono contribuire alla definizione di un
orizzonte tecnologico di interesse per il sistema economico regionale, fornendo indicazioni sia
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sullo stato dell’arte scientifico, che sulle tendenze di mercato, che, infine, sulle modalità più
aggiornate attraverso le quali prepararsi per rispondere a tali tendenze.
Un primo esito del lavoro è il grado di importanza relativa che le 25 imprese intervistate
assegnano ai 9 megatrend per il proprio segmento di mercato.
Le imprese pivot assegnano maggiore importanza alle tendenze più strettamente legate alle
tecnologie di produzione, piuttosto che alle specifiche di prodotto. E’ questa una conseguenza
diretta del sistema economico regionale, costituito in larga parte da nodi della rete di creazione
del valore, con la dominanza dei rapporti cliente-fornitore sul controllo diretto delle specifiche di
prodotto. E’ d’altra parte vero che una maggiore focalizzazione sul prodotto, per quanto
intermedio, potrebbe supportare efficacemente riposizionamenti a seguito di situazioni di crisi nei
rapporti di subfornitura. Da questo punto di vista, l’analisi attenta dei megatrend , sviluppati nella
prospettiva dell’utente finale (o consumatore) sono di grande importanza nella individuazione di
prodotti innovativi, nella cui catena di produzione la innovazione del manufacturing offrirà
certamente suggerimenti ed opportunità per una crescita verso settori/mercati in espansione.
SMART CITIES AND INFRASTRUCTURES
NEW GENERATIONS
VIRTUAL WORLD
NEW BUSINESS MODEL
WIRELESS INTELLIGENCE AND ADVANCEMENT IN
NETWORKS
INNOVATING TO ZERO
INNOVATIVE TECHNOLOGIES OF THE
FUTURE
FACTORY OF THE FUTURE: SMART E
GREEN
GLOBAL POWER GENERATION
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Nata nell'ambito delle strategie di sviluppo e promozione dell'innovazione che la Regione Emilia-
Romagna ha attivato dal 2002, la Rete Alta Tecnologia dell’Emilia-Romagna rappresenta uno dei
più importanti investimenti che la Regione ha fatto negli ultimi anni per sviluppare ricerca
industriale di qualità, diffusa e accessibile per tutto il sistema delle imprese.
La Rete è costituita da 34 Laboratori di ricerca industriale e 11 Centri per l’innovazione ed è
organizzata, per meglio incontrare i fabbisogni del sistema produttivo, in sei Piattaforme
Tematiche - Agroalimentare, Costruzioni, Energia Ambiente, ICT e Design, Meccanica Materiali,
Scienze della vita.
La gestione e il coordinamento della Rete sono affidati ad ASTER, il Consorzio tra la Regione Emilia-
Romagna, le Università, gli Enti di ricerca nazionali operanti sul territorio - CNR ed ENEA - le
Associazioni imprenditoriali regionali e l'Unione regionale delle Camere di Commercio, nato con lo
scopo di promuovere e organizzare azioni per la crescita del sistema produttivo regionale verso la
ricerca industriale e strategica, il trasferimento delle conoscenze e delle competenze tecnologiche
e lo sviluppo in rete di strutture dedicate alla ricerca di interesse industriale.
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ASTER S. Cons. p. A.
CNR - Area della Ricerca di Bologna
Via Gobetti, 101
40129 – Bologna
Tel. +39 051 6398099
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