Industria 4.0: le tecnologie abilitanti
Da dove deriva l’espressione “Industria 4.0”? Quali sono le caratteristiche e le tecnologie abilitanti?
Le quattro rivoluzioni industriali
Nella storia recente dell’umanità si definiscono quattro rivoluzioni industriali.
- La prima rivoluzione industriale comincia verso la fine del XVIII secolo e comprende tutto il secolo successivo; è caratterizzata dall’impiego del carbone e della macchina a vapore.
- La seconda rivoluzione industriale comincia negli ultimi trent’anni del XIX secolo e comprende la prima metà del secolo successivo; è caratterizzata dall’impiego del petrolio, dell’elettricità e del motore a scoppio.
- La terza rivoluzione industriale comincia nel XX secolo, dopo la seconda guerra mondiale; è caratterizzata dall’esplorazione dello spazio, dall’avvento dell’informatica, dall’impiego dell’energia atomica
- La quarta rivoluzione industriale (da cui il termine Industria 4.0) si colloca all’inizio del XXI secolo, il nostro tempo; è caratterizzata dall’impiego di nuove tecnologie (che descriviamo qui sotto) nei processi di automazione industriale.
Le tecnologie abilitanti
L’Industria 4.0 rappresenta uno dei più importanti cambiamenti nel settore manifatturiero. È contraddistinta da una serie di tecnologie abilitanti che consentono di ottimizzare i processi di automazione industriale. In altri termini: con lo scopo di consentire l’espansione e l’evoluzione delle attività produttive. Le tecnologie abilitanti sono:
- la manifattura avanzata,
- la produzione additiva,
- la realtà aumentata,
- la simulazione di processo,
- l’integrazione orizzontale e verticale,
- l’internet industriale (IIoT),
- il cloud e le soluzioni cloud-native,
- la sicurezza informatica,
- l’analisi dei dati di grandi dimensioni.
La manifattura avanzata
L’Advanced Manufacturing Solutions (manifattura avanzata) comprende una vasta gamma di metodi per migliorare le prestazioni della produzione e ottenere vantaggio competitivo. Essa include tecnologie come
- l’automazione flessibile (Flexible Automation)
- l’apprendimento automatico (Machine Learning),
- l’automazione intelligente (Intelligent Automation),
- i sistemi robotici collaborativi.
Queste tecnologie hanno un impatto significativo sull’efficienza della produzione, grazie ad un incremento della produttività e della qualità dei prodotti.
Un esempio di applicazione pratica è rappresentato dai robot collaborativi. Sono in grado di “lavorare assieme” agli operatori umani nell’esecuzione di alcune attività, senza compromettere la sicurezza su postazioni complesse e difficili da gestire manualmente.
La produzione additiva
L’Additive Manufacturing (produzione additiva) utilizza processi automatizzati per sintetizzare materiale da polveri o liquidi, per generare parti tridimensionali con geometrie complesse.
Utilizzata in ambito industriale (come nel biomedicale) o in ambito artigianale, l’Additive Manufacturing ha tra i suoi vantaggio quello di
- ridurre drasticamente i tempi di produzione ed
- aumentare la libertà progettuale, assecondando anche le richieste del mercato customizzato/personalizzato.
Un esempio pratico è rappresentato dalla stampa 3D, che può essere utilizzata nella prototipazione rapida per testare nuove idee, prima della produzione industriale in serie su larga scala.
La realtà aumentata
Con l’espressione Augmented Reality (AR o realtà aumentata) ci si riferisce all’uso di tecnologie per integrare elementi virtuali nell’ambiente reale, in modo che l’utente percepisca l’interazione contemporanea di questi due elementi.
Dal momento che l’AR fornisce una modalità di visualizzazione più interattiva ed intuitiva rispetto a quella tradizionale, è diventata una delle tecnologie più avanzate della nuova era digitale.
L’AR può essere utilizzata in diversi ambiti per soddisfare le esigenze di una vasta gamma di utenti. Per fare un esempio, la realtà aumentata può essere utilizzata in ambito educativo, dove i contenuti virtuali possono essere incorporati in modo dinamico nella realtà fisica e fornire un’esperienza appassionante ed interattiva agli studenti. Oppure può essere usata in campo sanitario, dove gli operatori possono visualizzare informazioni aggiuntive sulla salute dei pazienti, per fornire cure più efficaci.
Un altro settore che può trarre vantaggio dall’utilizzo dell’AR è quello industriale. Grazie alla realtà aumentata, infatti, i processi produttivi possono essere migliorati ed ottimizzati con il supporto di applicazioni pratiche. Ad esempio nel settore aerospaziale vi sono software AR in grado di offrire agli operatori supporto per la produzione e la manutenzione della componentistica e delle strutture aeronautiche e nell’assemblaggio complessivo degli aerei. Questo software utilizza microsensori posizionati sugli aeromobili per catturare dati sulle condizioni di volo e fornire all’operatore le informazioni rilevanti per gestire eventuali anomalie in tempo reale.
In conclusione, l’Augmented Reality rappresenta un importante passo avanti nel campo della tecnologia digitale ed offre molteplici benefici a diverse aree professionali e private. L’impiego pratico dell’AR nell’industria consente, infatti, di migliorare la produttività e di ridurre i tempi necessari alla risoluzione dei problemi senza compromettere qualità e sicurezza dei prodotti finiti.
La simulazione di processo
La Simulation (simulazione di processo) è una tecnica informatica che consente alle aziende di prevedere in modo accurato i tempi di produzione, le quantità di materiali necessari, i costi e le risorse stimate per la produzione di un prodotto o l’erogazione di un servizio. La simulazione consente alle aziende di testare e migliorare i processi attuali o progettare in modo più efficiente processi completamente nuovi.
Grazie all’interconnessione delle varie macchine, si consente la trasmissione di dati e informazioni e, ove previsto, il controllo tra dispositivi remoti. In tal modo si fornisce un accesso aperto a informazioni diverse in qualsiasi momento e luogo.
Le aziende possono ottimizzare i processi utilizzando la simulation, per prevedere come le macchine interconnesse influenzeranno i tempi, la qualità, i costi e altri fattori nel processo produttivo. Inoltre si possono progettare macchine interconnesse specifiche per soddisfare le esigenze dell’ambiente produttivo.
La simulazione può anche essere utilizzata per testare l’efficienza della rete prima che “entri in servizio”, assicurando così che tutti i dispositivi e le macchine componenti funzionino correttamente e siano precisi ed efficienti, dal punto di vista operativo ed economico.
Le integrazioni orizzontale e verticale
L’Horizontal Integration (integrazione orizzontale) è una strategia aziendale volta ad espandere l’attività dell’impresa mediante acquisizione, controllo o sviluppo di altre imprese che forniscono beni o servizi complementari. In ambito Industria 4.0 l’integrazione orizzontale ha come caratteristica lo scambio continuo di dati e informazioni con aziende operanti al medesimo livello della filiera produttiva.
Ad esempio, un’azienda potrebbe realizzare l’integrazione orizzontale mediante reti che interconnettano ogni macchinario e ogni dispositivo sia all’interno dello stesso impianto di produzione, sia tra impianti diversi, così da ottimizzare l’intero processo produttivo anche grazie ai dati e alle informazioni disponibili in tempo reale.
La Vertical Integration (integrazione verticale), invece, consiste nel controllo di buona parte o di tutta la filiera del valore, acquisendo le risorse necessarie per la produzione di un prodotto o l’erogazione di un servizio. In ambito Industria 4.0 l’integrazione verticale prevede lo scambio continuo di dati e informazioni lungo tutta la filiera produttiva.
Ad esempio, un’azienda può organizzare la produzione del proprio prodotto dalla materia prima alla vendita al dettaglio attraverso l’integrazione verticale. Un’applicazione pratica dell’integrazione delle informazioni lungo la catena del valore è l’uso di software di gestione della supply chain che consente alle imprese di monitorare i tempi di consegna, le scorte e gli ordini in tempo reale.
L’Internet Industriale
L’Industrial Internet (Internet industriale) è un’espressione utilizzata per descrivere le reti di comunicazione bidirezionali tra processi produttivi e prodotti basati su tecnologie come Internet of Things (IoT), Cloud Computing e Machine Learning.
L’Industrial Internet offre agli utenti la possibilità di interagire con dispositivi intelligenti su reti fisiche, scambiando informazioni in tempo reale tramite collegamenti a banda larga. In altre parole si tratta in primis di dotare i macchinari di sensori, così da “farli parlare fra di loro” e con i sistemi di controllo e di analisi dei dati.
Un esempio pratico di comunicazione multidirezionale tra processi produttivi e prodotti è la Robotic Process Automation (RPA). La RPA consente a macchine ed equipaggiamenti industriali intelligenti di eseguire azioni ripetitive come il controllo qualità e la gestione della produzione in modo più rapido ed efficiente.
Il Cloud e le applicazioni Cloud-native
L’utilizzo di tecnologie Cloud è oggi una pratica comune in aziende che vogliono gestire elevate quantità di dati in sistemi aperti (nel senso di: accessibili senza necessità di essere fisicamente presenti in azienda).
Il cloud è costituito da un ambiente online, dove memorizzare dati e accedere a risorse e servizi. L’approccio più flessibile all’utilizzo delle risorse, rispetto ai modelli pre-cloud, consente agli utenti di scegliere e pagare solamente le applicazioni e i servizi che desiderano utilizzare.
Se ben gestito, si tratta di un modello che fornisce preziosi vantaggi per le aziende, dalla riduzione dei costi all’ottimizzazione delle operazioni di business.
Inoltre possono essere sviluppate applicazioni Cloud-native, ossia native per il cloud. Si tratta di software pensato appositamente per operare in ambiente cloud, basato sui microservizi.
La Sicurezza Informatica
La Cybersecurity (IT security o sicurezza informatica) è un insieme di strategie e tecniche volte a proteggere computer e reti da attacchi informatici, violazioni della privacy e altri tipi di minacce online.
La Cybersecurity comprende ad esempio la sicurezza dell’hardware, la protezione della rete, la prevenzione degli incidenti e la gestione degli accessi all’informazione. Le pratiche più comuni per garantire la sicurezza informatica includono l’implementazione di firewall, la crittografia della memorie accessibili in rete, l’auditing periodico e l’utilizzo di software antivirus per individuare minacce potenzialmente dannose.
A livello introduttivo parliamo di Cybersecurity negli articoli della categoria sicurezza informatica sul nostro sito ictschool.it
L’analisi dei big data
La Big Data Analytics (analisi dei big data) è una disciplina che si occupa dell’analisi di enormi quantità di dati. Grazie a questa tecnologia, i dati possono essere raccolti, organizzati, elaborati e interpretati in modo efficiente, offrendo una visione completa delle informazioni.
La Big Data Analytics offre ai professionisti una serie di strumenti per gestire grandi quantità di dati. Questi strumenti consentono di identificare le tendenze, le correlazioni e le anomalie che si celano all’interno dei dati. Inoltre, è possibile prevedere i futuri scenari e tenere traccia delle performance, in modo da prendere decisioni più informate.
Un importante campo di applicazione della Big Data Analytics è quello dell’ottimizzazione dei prodotti e dei processi produttivi.
Grazie a questa tecnologia, le aziende possono
- raccogliere informazioni sui loro prodotti,
- monitorare le performance dei prodotti e dei processi e
- identificare le aree di miglioramento.
Inoltre, le aziende possono utilizzare la Big Data Analytics per analizzare i dati dei clienti, ottenere informazioni più dettagliate sui loro comportamenti di acquisto e migliorare le strategie di marketing.
A livello introduttivo parliamo di Big Data nell’articolo dati informazioni e big data sul nostro sito ictschool.it
Come iniziare
Siamo a tua disposizione per consulenze, per ottimizzare i processi esistenti, per studiare assieme al tuo team interno come applicare le tecnologie abilitanti l’industria 4.0 e sfruttare i benefici della quarta rivoluzione industriale nella tua azienda.
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