La fabbrica del futuro

Le aziende artigianali di piccole e medie dimensioni stanno muovendo i primi passi verso la computerizzazione e l’automazione (industria 3.0). L’accento è spesso posto sull’integrazione, ovvero sul collegamento di varie soluzioni in modo continuo e orientato al processo, senza rinunciare ai paradigmi finora in uso per quanto riguarda struttura gerarchica, modelli top-down e centralizzazione, con un approccio non proprio rivoluzionario. Ma come potrebbe essere la fabbrica del futuro?

Oggi le nuove tecnologie e l’enorme potenza acquisita dai computer consentono di raggiungere risultati un tempo impensabili, creando una situazione del tutto nuova nella storia dell’economia. Il tipo di azionamento di una sega, sia esso manuale, a vapore o elettrico, in definitiva non influisce sulla procedura in sé ma si limita a renderla più rapida e precisa. Il controllo è di tipo direttivo, con una persona alla guida del processo.
I nuovi complessi sistemi oggi disponibili non possono più essere descritti in modo onnicomprensivo, nonostante la presenza di informazioni complete su tutti i singoli componenti. Al controllo direttivo si sostituisce una ricombinazione di elementi, dove l’uomo acquisisce piuttosto il ruolo di direttore d’orchestra o coordinatore, senza conoscere in anticipo il processo esatto del compito da svolgere. Così è ad esempio possibile che una macchina lavori un pezzo senza che qualcuno abbia definito con precisione il movimento del mandrino e il numero di fori necessari. L’esempio descritto è relativamente semplice. Ma l’ulteriore collegamento in rete di nuove tecnologie come robotica, sistemi di trasporto autonomi e produzione additiva, lascia intravedere la possibilità di dare vita ad ambienti di produzione ancora più complessi, anche se la loro complessità risiede nella struttura. L’attività diventa più semplice, più potente, più flessibile e, nella situazione ottimale, anche autonoma.

Con la smart factory si può
Queste nuove opzioni rappresentano l’aspetto rivoluzionario, perché modificano l’infrastruttura e il modo di lavorare, non prima però di aver modificato le esigenze del mercato. I desideri dei consumatori dallo stato embrionale diventano improvvisamente realtà, se non addirittura abitudine, trasformandosi in aspettativa concreta. Le esigenze aumentano. I prodotti acquisiscono un maggior grado di personalizzazione e i tempi di consegna si accorciano, di pari passo con l’aumento delle informazioni necessarie. Tutto, sempre e ovunque. In inglese si parla di «triple A»: available, anywhere, anytime.
La smart factory ne è una conseguenza e, al tempo stesso, un facilitatore (enabler). È la visione di una produzione totalmente automatizzata, autoapprendente e autocontrollata, con lotti composti da un elemento unico, ma della massima qualità e al prezzo di un articolo prodotto in massa (mass customization). Il modello di business, l’esperienza del cliente, l’offerta di servizi, assieme alla sostenibilità sociale e ambientale di prodotti e produzione, rappresentano altri fattori essenziali. Un lotto unico comporta lo sviluppo, il calcolo e la verifica di un prodotto, con la relativa ottimizzazione dei processi. E dal manufatto così ottenuto si passa alla realizzazione di un pezzo singolo sulla base di parametri individuali dei clienti. Mentre l’industria deve individualizzare la produzione di massa senza sacrificare la produttività o la qualità esistente, le aziende artigianali si trovano ad affrontare altre sfide, come la necessità di sviluppare prodotti su misura di qualità, a basso costo e rapidamente disponibili, in grado di competere con i prodotti industriali. Le sfide e la loro portata possono variare, ma le soluzioni si assomigliano tutte. 

La tecnologia al controllo di se stessa
Nella fabbrica del futuro le macchine, gli utensili e i prodotti ricevono un’identificazione unica e comunicano attraverso un’infrastruttura dati, come può essere l’«Internet delle cose». In questo contesto si parla di sistemi cyber-fisici (CPS), gemelli digitali o prodotti intelligenti. Forse i componenti consistono solo dell’identificazione unica, sebbene possano essere presenti anche altre informazioni, come i dati su stato, misura, processo o posizione, che consentono di strutturare i processi di produzione in modo autocontrollato. Il pezzo in lavorazione riporta o riceve continuamente tutte le informazioni necessarie per l’intero processo produttivo e logistico. Gli impianti conoscono il loro stato e possono gestire la produzione in base a fabbisogno e componente. Gli intervalli di manutenzione e i ricambi di utensili necessari vengono programmati. Grazie al machine learning il sistema è interessato da un miglioramento e da un aumento della stabilità costanti, che lasciano almeno intravedere la possibilità di una produzione altamente flessibile e interamente automatizzata. Forse questa visione non è ancora del tutto realtà, anche se esistono esempi di settori che si stanno muovendo in questa direzione. La strada che porta a una fabbrica del futuro di questo tipo verrà percorsa un passo alla volta, ma solo disponendo di un buon livello di maturità digitale di grado 3.0, ovvero con una produzione senza carta e basata sui dati.

Cambio di paradigmi
La fabbrica del futuro comporta il cambiamento di alcuni paradigmi. La tecnologia dell’informazione e della comunicazione viene decentralizzata (CPS, cloud). L’importanza dei software di grandi dimensioni, centralizzati e strutturati in modo gerarchico decresce a vantaggio di app di comunicazione (SaaS). Le funzioni vengono orientate al servizio (XaaS). La classica piramide dell’automazione si trasforma in una rete nel cloud. I sistemi proprietari sono sostituiti da standard aperti. I volumi di dati generati sono troppo grandi, troppo dinamici o troppo poco strutturati per essere valutati con metodi manuali e convenzionali (big data). Poiché i sistemi sono non solo complicati ma anche complessi, la totalità dei dati disponibili viene utilizzata per la correlazione e il riconoscimento dei modelli. Le prestazioni dei sistemi consentono di effettuare analisi, previsioni e simulazioni in tempo reale.

Il cambiamento delle forme di lavoro
L’evoluzione di questi paradigmi porta con sé come conseguenza logica la nascita di nuove forme di lavoro. Le attività di routine si riducono. L’engineering si sostituisce sempre più spesso alla tradizionale preparazione del lavoro basata sulle commesse. I piani di lavoro con elenco dei pezzi vengono sostituiti da uno sviluppo del prodotto più astratto, configurato e parametrizzato in base alle esigenze del cliente, se non addirittura dal cliente stesso. A questo punto i dati di produzione vengono generati automaticamente. I progetti complessi non possono più essere completamente pianificati e vengono così elaborati con metodi agili. In generale si può prevedere uno sviluppo delle modalità lavorative in direzione di un sistema improntato a mobilità, flessibilità, trasparenza, orientamento al progetto, agilità, linearità e assenza di gerarchie. Nell’industria delle costruzioni e del legno questi cambiamenti sembrano difficili, probabilmente a causa dell’organizzazione in fasi dei processi di costruzione e di una mentalità tradizionale profondamente radicata, ma non potranno essere evitati. A questo penserà la pressione crescente della concorrenza.

Progetto di ricerca Innosuisse

Sulla scia dell’iniziativa «Foresta e legno 4.0», la scuola universitaria professionale di Berna, insieme alla Swiss Smart Factory e a diversi partner commerciali, sta costruendo la fabbrica del futuro, con l’adattamento di programmi di attuazione dell’industria 4.0 alle PMI operanti nel settore del legno. La realizzazione di una catena di produzione digitale modello si accompagnerà alla definizione del processo di lavorazione dei semilavorati in pannelli e liste, all’abilitazione del collegamento in rete dei singoli componenti e alla creazione della continuità dei dati, con l’obiettivo di dar vita a un ambiente di sperimentazione e dimostrazione. wh40.ch