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LA TERZA RIVOLUZIONE INDUSTRIALE: IL DIGITAL MANUFACTURING
Ing. Andrea Bacchetti
Università di Brescia - Centro di ricerca SCSM
Community Inf-Os
LA TERZA RIVOLUZIONE INDUSTRIALE: IL DIGITAL MANUFACTURING
Stato dell’arte e scenari a tendere.
LA TERZA RIVOLUZIONE INDUSTRIALE: IL DIGITAL MANUFACTURING
AGENDA
DIGITAL REVOLUTION
ADDITIVE MANUFACTURING
LA NOSTRA RICERCA
LA TERZA RIVOLUZIONE INDUSTRIALE: IL DIGITAL MANUFACTURING
La prima avvenne con la
sostituzione della fatica dell’uomo attraverso l’uso di macchine (Inghilterra, fine XVIII secolo)
La seconda con l’avvento della produzione di massa (USA, inizio XX secolo)
Che la terza sia in corso e sia quella della MANIFATTURA DIGITALE?
LA TERZA RIVOLUZIONE INDUSTRIALE
Fonte: Angus Maddison, “Statistics on world population”, 2008
Third Industrial Revolution now
Parole chiave: • Rapidità • Trasversalità (settoriale, dimensionale) • Flessibilità / Personalizzazione
LA TERZA RIVOLUZIONE INDUSTRIALE: IL DIGITAL MANUFACTURING
DOVE È CERTAMENTE GIÀ IN CORSO
La rivoluzione digitale ha già radicalmente trasformato interi settori di business:
FINANZA MEDIA IMAGING
Sportello
Bancomat
Home Banking
KODAK, dopo 131 anni di attività, ha dichiarato la bancarotta. La mancata ristrutturazione (inizio anni 2000) verso il formato digitale ha condotto l’azienda a subire il nuovo mercato, invece che (continuare a) essere un protagonista.
LA TERZA RIVOLUZIONE INDUSTRIALE: IL DIGITAL MANUFACTURING
QUINDI, È LECITO CHIEDERSI…
La rivoluzione digitale ha già radicalmente trasformato interi settori di business:
E’ IN CORSO ANCHE LA RIVOLUZIONE DEL
MANIFATTURIERO E FORSE NON CE NE STIAMO ACCORGENDO?
FINANZA MEDIA IMAGING
LA TERZA RIVOLUZIONE INDUSTRIALE: IL DIGITAL MANUFACTURING
UN PRIMO INDIZIO Da dove arriva l’Internet of Things
…IoT’s roots can be traced back to the Massachusetts Institute of Technology (MIT), from work at the Auto-ID Center. Founded in 1999, this group was working in the field of networked radio frequency identification (RFID) and emerging sensing technologies.…
The Internet of Things, Cisco, 2011
RFID
RTLS
Mobile
LA TERZA RIVOLUZIONE INDUSTRIALE: IL DIGITAL MANUFACTURING
SE I PRODOTTI SONO INTELLIGENTI…
Portano le informazioni
Il prodotto porta con sé l’informazione lungo la supply chain
(manuale d’uso, disegni tecnici, garanzia, …)
Raccolgono le informazioni
Il prodotto monitora sé stesso e l’ambiente grazie a tutti i sensori di
cui è dotato (informazioni ambientali, informazioni d’utilizzo)
Trasmettono le informazioni
Il prodotto modifica il proprio funzionamento e influenza
l’ambiente circostante (interazione con altri dispositivi)
LA TERZA RIVOLUZIONE INDUSTRIALE: IL DIGITAL MANUFACTURING
…LE FABBRICHE DIVENTANO INTELLIGENTI
LOGISTICA - Posizionamento materiali e prodotti lungo la filiera
- Verifica delle condizioni di trasporto dei prodotti
- Tracciabilità del prodotto nelle filiera
PRODUZIONE - Verifica dei parametri di lavorazione
- Monitoraggio dello stato della produzione
SERVICE - Raccolta delle informazioni sull’uso dei prodotti
- Monitoraggio delle prestazioni dei prodotti
- Identificazione di politiche di manutenzione specifiche
SERVICE
LA TERZA RIVOLUZIONE INDUSTRIALE: IL DIGITAL MANUFACTURING
IL PROCESSO DI SERVITIZZAZIONE
…creazione di valore attraverso l’aggiunta di servizi all’offerta di prodotti, all’interno di una consapevole ed esplicita service strategy in cui i servizi sono visti come una componente a valore aggiunto
Crescenti pressioni competitive dei mercati
Domanda stagnante
Ridotte marginalità
La letteratura scientifica, ricerche e casi di studio mostrano come l’estensione del business dei servizi possa garantire: • differenziazione dell’offerta • vantaggi competitivi difficilmente imitabili • nuove fonti di profitto, stabili nel tempo
LA TERZA RIVOLUZIONE INDUSTRIALE: IL DIGITAL MANUFACTURING
IL CASO ROLLS-ROYCE
I dati sul funzionamento (prestazioni e condizioni) dei motori
sono rilevati da sensori e inviati in tempo reale via satellite al
centro operativo R-R in cui vengono elaborati con algoritmi
avanzati che producono report contenenti segnalazioni poi
interpretate dagli ingegneri R-R
Livello operativo
Livello strategico
• Introduzione di un business model
innovativo: dalla vendita del motore
alla vendita delle ore di utilizzo
• Shift dei rischi operativi verso il
produttore (a beneficio di chi utilizza)
• Ottimizzazione scheduling intervento
• Riduzione del MTTR / MTBF
• Efficacia/efficienza diagnosi
• Strategia: aumentare il valore al cliente attraverso servizi innovativi abilitati dalla tecnologia (Total care)
• Abilitatori: capacità auto-diagnosi e interconnessione del prodotto
• Risultati: stabilizzazione del cash-flow, crescita dei profitti
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009
Portafoglio Fatturato Utile lordo
LA TERZA RIVOLUZIONE INDUSTRIALE: IL DIGITAL MANUFACTURING
UN SECONDO INDIZIO – AUGMENTED REALITY
• …l'arricchimento della percezione sensoriale umana mediante informazioni, in genere manipolate e convogliate elettronicamente, che non sarebbero percepibili con i cinque sensi…
• la persona continua a vivere la comune realtà fisica, ma usufruisce di informazioni aggiuntive o manipolate della realtà stessa
• Applicazioni industriali: – Logistica di magazzino
– Service
LA TERZA RIVOLUZIONE INDUSTRIALE: IL DIGITAL MANUFACTURING
ALTRE TECNOLOGIE DIROMPENTI…
Additive manufacturing
Augmented reality
Energy storage
Artificial intelligence
Nanotechnologies
Internet of things
Advanced materials
LA TERZA RIVOLUZIONE INDUSTRIALE: IL DIGITAL MANUFACTURING
• Cambiare il modo attraverso cui si fanno le cose, per farle in modo più efficiente, efficace, trasparente, collaborativo, …
b. PROCESSO
• Cambiare le cose che si fanno, per aggiungere funzionalità prima non esistenti, o conferire loro proprietà in precedenza impossibili.
a. PRODOTTO
• Cambiare il modo di costruire valore interagendo
differentemente con i clienti.
c. MODELLO DI BUSINESS
… IN GRADO DI INNOVARE IL BUSINESS
INNOVAZIONE NELL’ASSETTO ORGANIZZATIVO
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LA TERZA RIVOLUZIONE INDUSTRIALE: IL DIGITAL MANUFACTURING
BACK TO THE FUTURE?
1980 – 2000 • Produzione in serie • Alta incidenza del costo del lavoro sul costo
totale • Necessità di ridurre l’impatto di questa voce
di costo
2008 – 2015 • Progressiva saturazione del mercato • Aumento del costo del lavoro nei paesi in via
di sviluppo • Aumento del costo di trasporto • Servitizzazione • Nuove tecnologie disponibili
2020 (??) …this will encourage makers to move some
of the work back to rich countries, not least
because new manufacturing techniques
make it cheaper and faster to respond to
changing local tastes.
Fonte: The Economist, April 21st 2012 “As mass production has migrated to developing countries, European and US companies are forced to rapidly switch towards low volume production of more innovative, customised and sustainable products with high added value”
Mellor et al, IJPE, 2013
LA TERZA RIVOLUZIONE INDUSTRIALE: IL DIGITAL MANUFACTURING
AGENDA
DIGITAL REVOLUTION
ADDITIVE MANUFACTURING
LA NOSTRA RICERCA
LA TERZA RIVOLUZIONE INDUSTRIALE: IL DIGITAL MANUFACTURING
DI COSA STIAMO PARLANDO
3D PRINTING
ADDITIVE MANUFACTURING
ADDITIVE FABRICATION
Definizione
Tecnologia brevettata nel 1980 da Chuck Hull, presidente di 3D Systems, maggiore produttore di questi dispositivi. Processo di unione di materiale per realizzare oggetti partendo da modelli virtuali 3D, solitamente depositando strati di materiale l’uno sull’altro. Processo opposto ai metodi di produzione sottrattivi.
Wohlers Associates
FREEFORM FABRICATION
“Making things with a 3D printer changes the rules of Manufacturing’’
The Economist
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Applicazioni
PRODOTTI COMPLESSI PERSONALIZZATI
COMPONENTI / PARTI DI RICAMBIO
LA TERZA RIVOLUZIONE INDUSTRIALE: IL DIGITAL MANUFACTURING
ADDITIVE VS. SUBTRACTIVE MANUFACTURING
- Qualsiasi tipo di profilo / angolazione / struttura interna realizzabile
- Riduzione materiale di scarto
- Idea => Modello 3D => prodotto
- Profili e angolazioni difficili da realizzare
- Più scarti non riutilizzabili immediatamente
- Stadi intermedi di lavorazione e di finitura del prodotto
MANIFATTURA CLASSICA
MANIFATTURA DIGITALE
LA TERZA RIVOLUZIONE INDUSTRIALE: IL DIGITAL MANUFACTURING
MODALITÀ DI STAMPA & MATERIALI
Fused Deposition Modeling (FDP)
•Materiale termoplastico fuso, layer by layer
Digital Light Processing (DLP)
•Polimero liquido indurito attraverso l’esposizione a fasci di luce DLP
Stampa a getto d’inchiostro
•Polvere (di gesso o resina) tramite un getto di legante
•Consente stampe a colori ed è molto veloce
Selective Laser Sintering (SLS) – Electron Beam Mealting (EBM)
•Fusione selettiva di un mezzo stampato granulare (termoplastica, sabbia, vetro, metalli) sintetizzato/fuso tramite laser
LA TERZA RIVOLUZIONE INDUSTRIALE: IL DIGITAL MANUFACTURING
STATO DELL’ARTE DEL MERCATO
Numero di dispositivi professionali* venduti
*attrezzature con prezzo di vendita superiore a 5.000 $.
2011: +5% di vendite rispetto al 2010 Trend palesemente positivo, ma su numeri (ad oggi) limitati
Installazioni nel mondo
- 40% delle installazioni totali è negli USA
- In Europa si trova il 25% delle applicazioni industriali
- L’Italia è tra i paesi europei più attivi su questo fronte
Fonte: Wohlers Report 2012
LA TERZA RIVOLUZIONE INDUSTRIALE: IL DIGITAL MANUFACTURING
IMPATTO (POTENZIALE) SULLA MANIFATTURA
% di componenti di prodotto finito realizzabili con la tecnologia dell’additive manufacturing
OGGI La quota parte di prodotto finito realizzabile tramite Additive Manufacturing è
del 24% del totale
2016 La quota parte di componenti realizzabili con stampanti 3D sarà del 50%
Fonte: Wohlers Report 2012 “3D printing could become an increasingly common approach for highly complex, low-volume, highly customizable parts. We estimate that 3D printing could generate $100 to $200 billion in economic impact per year by 2025”
McKinsey, 2013
LA TERZA RIVOLUZIONE INDUSTRIALE: IL DIGITAL MANUFACTURING
CICLO DI VITA DELLE TECNOLOGIE EMERGENTI Gartner propone un andamento tipico delle aspettative riposte in una certa tecnologia, in funzione del tempo. Tendenzialmente si osservano almeno 3 macro fasi: sovra-entusiasmo, disillusione, realismo.
DOVE STA OGGI L’ADDITIVE MANUFACTURING?
Fonte: Gartner Inc.'s 2012 Hype Cycle for Emerging Technologies
LA TERZA RIVOLUZIONE INDUSTRIALE: IL DIGITAL MANUFACTURING
CICLO DI VITA DELLE TECNOLOGIE EMERGENTI Posizionamento dell’additive manufacturing
• L’Additive Manufacturing si trova ora sul picco del ciclo di evoluzione delle tecnologie emergenti
• Argomento di moda, con ampi spazi sui mass media
• Le aspettative sono molto rilevanti e potenzialmente dirompenti, ma l’impatto sarà ridimensionato nei prossimi anni (disillusione)
• La tecnologia sarà matura nel medio-lungo periodo: 5-10 anni
Fonte: Gartner Inc.'s 2012 Hype Cycle for Emerging Technologies
LA TERZA RIVOLUZIONE INDUSTRIALE: IL DIGITAL MANUFACTURING
QUALI BENEFICI QUANDO?
• Business Model Innovation • Additive Manufacturing
• Business Process Management • Managementless Organization • Sustainability Management • Talent Science
• BPO • Location Intelligence • Product Cost and Life Cycle
Management • Supply Chain Management
• Business Analytics • Cloud Business • Mass Collaboration • M-Commerce • Micrometered Revenue Models • Risk Management/GRC • Traceability and Provenance
• Customer Experience Management
• Data Science Management • Design Thinking • E-Discovery • Exploiting Sensor Grids • Neurobusiness • Robostaffing
• Innovation Management • Augmented-Human Staffing • Mass Customization
Tra 2-5 anni Tra 5-10 anni >10 anni
Trasformativi
Elevati
Moderati
Matrice delle Priorità delle Tecnologie Emergenti, adattato da Gartner's 2012 Hype Cycle for Emerging Technologies
MATURITÀ
BENEFICI
LA TERZA RIVOLUZIONE INDUSTRIALE: IL DIGITAL MANUFACTURING
DIMENSIONE & VELOCITÀ DI STAMPA
Limite dimensionale dei pezzi da realizzare in funzione della dimensione della stampante (e della velocità di stampa)
COSTO
Elevato costo dei materiali e delle stampanti
MIX DI MATERIALI
Limitate possibilità di utilizzare differenti materiali nello stesso processo di stampaggio
STABILITÀ & FINITURA
Mancata adesione del materiale negli strati inferiori (instabilità) e ridotta finitura superficiale
ATTUALI LIMITI DELLA TECNOLOGIA
“People often overestimate what will happen in the next two years and underestimate what will happen in ten”
Bill Gates
LA TERZA RIVOLUZIONE INDUSTRIALE: IL DIGITAL MANUFACTURING
IN OGNI CASO… ATTENZIONE!
‘’I forni a microonde saranno il futuro della cucina. Sostituiranno del tutto i sistemi di cottura tradizionali.’’
‘’Le stampanti 3D arriveranno nel 2020 a realizzare più dell’80% di tutti i componenti dei prodotti in commercio.’’
Ad oggi i forni a microonde non hanno avuto l’impatto rivoluzionario atteso nel 1950. Non sono uno strumento sostitutivo dei sistemi di cottura, bensì sono complementari.
LA TERZA RIVOLUZIONE INDUSTRIALE: IL DIGITAL MANUFACTURING
AGENDA
DIGITAL REVOLUTION
ADDITIVE MANUFACTURING
LA NOSTRA RICERCA
LA TERZA RIVOLUZIONE INDUSTRIALE: IL DIGITAL MANUFACTURING
PERCHÉ QUESTA RICERCA
INDIZI A SUPPORTO DELLA RIVOLUZIONE IN ESSERE
• Diversi autori sostengono che sia in corso la terza rivoluzione industriale: “The Economist” ha pubblicato un intero numero su questo tema
• Un numero sempre maggiore di applicazioni industriali di nuove tecnologie digitali a supporto dei processi
MANCANZA DI EVIDENZE SCIENTIFICHE
• La letteratura non offre (ad oggi) filoni di ricerca volti ad approfondire questo argomento
• Pochi contributi affrontano il tema dell’impatto delle nuove tecnologie (digitali) sui processi aziendali, al più solo dal punto di vista tecnologico, tecnologia per tecnologia
“As manufacturing goes digital is out of all recognition...”
Paul Markillie
“A new digital revolution is coming, this time in fabrication.”
Neil Gershenfeld
“…now what is being programmed is the physical world rather than the virtual one...”
Neil Gershenfeld
LA TERZA RIVOLUZIONE INDUSTRIALE: IL DIGITAL MANUFACTURING
A QUALI DOMANDE VOGLIAMO RISPONDERE
FACT FINDING
1. Quali conoscenze hanno di questi temi le imprese manifatturiere e provider IT?
2. Quante e quali di esse si stanno muovendo, e come?
3. Quali sono i fattori abilitanti e quali quelli inibenti?
4. Che ricadute si possono osservare sui first movers, e quali svantaggi potrà subire chi resta indietro?
THEORY BUILDING
1. Quali sono le trasformazioni economiche e sociali che possono derivare dall’uso di queste tecnologie?
2. La manifattura digitale permetterà di riportare la produzione nei paesi sviluppati?
3. Quali scenari di crescita sono ipotizzabili nel medio-lungo periodo?
LA TERZA RIVOLUZIONE INDUSTRIALE: IL DIGITAL MANUFACTURING
Campione di interesse
Manifatturiere...
A CHI CI VOGLIAMO RIVOLGERE
…che producono (anche) in Italia
…di medio-grandi
dimensioni…
LA TERZA RIVOLUZIONE INDUSTRIALE: IL DIGITAL MANUFACTURING
QUESTIONARIO ON LINE
Informazioni anagrafiche
•Informazioni sull’azienda
• Informazioni sul referente aziendale della ricerca
Interesse verso tecnologia
• Informazioni sul rispondente della singola sezione tecnologica
•Interesse dell’azienda verso la tecnologia in esame
•Aspettative verso la tecnologia e fattori inibenti
Progetti in corso / svolti
•Descrizione progetti pianificati/in corso/svolti
•Aree impattate e coinvolte
•Principali risultati ottenuti rispetto alle aspettative
• Investimento sostenuto
x ogni tecnologia
LA TERZA RIVOLUZIONE INDUSTRIALE: IL DIGITAL MANUFACTURING
GRAZIE PER L’ATTENZIONE!
Ing. Andrea Bacchetti Università di Brescia Via Branze, 38 – 25123 Brescia
(030) 6595.213
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