IoT nella produzione

L'Internet delle cose come strumento per la raccolta e la disposizione di dati

"I dati sono il nuovo oro" - questa affermazione molto citata acquisterà ulteriore importanza con il passare degli anni. Grazie alla tendenza all'Industria 4.0 e alla trasformazione digitale nelle aziende, sta crescendo la quantità e la qualità dei dati che si possono ottenere dalla linea di produzione o dalle aziende in generale sta crescendo. Oltre alle tradizionali transazioni di dati, ai file generati dall'uomo e, dall'inizio del XXI secolo, ai dati delle reti sociali e delle interazioni (chat o messaggi nei social media), dall'inizio della quarta rivoluzione industriale si è sviluppata una nuova categoria di dati generati dalle macchine, che aumenterà esponenzialmente in futuro. Quasi il 90% di tutti i dati è stato generato negli ultimi due anni.

La produzione di questo nuovo tipo di dati si basa sul cosiddetto Internet delle Cose (dall’inglese “Internet of Things”  in breve IoT). L'Internet delle Cose si riferisce generalmente alla messa in rete di "cose" come prodotti, macchine o altri dispositivi. Questa caratteristica fondamentale dell’Industria 4.0 assicura che i dati siano generati in modo continuo, indipendentemente dal tempo e dallo spazio, e che essi siano disponibili per una successiva elaborazione. Per esempio, l’approccio IoT consente di trasformare un cacciavite industriale tradizionale in un sistema cyber-fisico intelligente, il quale consentirà la registrazione e la memorizzazione di dati di processo, come la coppia, o l'angolo di avvitamento. L’IoT prevede anche lo scambio di dati fra gli oggetti interconnessi, ponendo il problema dell’interoperabilità fra sistemi non omogenei. Per ovviare al problema dell’interoperabilità, spesso le applicazioni IoT industriali richiedono l’utilizzo di gateways IoT che consentono a macchine e sistemi non “Industry 4.0 ready” di attuare la produzione e lo scambio di dati. Questa forma di modernizzazione dei vecchi macchinari prende il nome di “retrofitting”.

Collegando in rete le macchine, si possono ottenere dati importanti sulla produzione in tempo reale. Se queste informazioni vengono integrate con ulteriori sistemi, come ad esempio l’ERP o altre banche dati interne o esterne, si ottengono i cosiddetti "laghi di dati" (dall’inglese “data lakes”) i quali possono essere sfruttati per un ulteriore analisi delle informazioni. Successivamente, i risultati e gli aspetti chiave delle analisi vengono visualizzati, al fine di osservare i potenziali per l’ottimizzazione del processo e della pianificazione.

Figura: Livelli di pianificazione e sistemi informatici per l'integrazione verticale dei dati nell'azienda, Dr. Erwin Rauch - unibz

Integrità dei dati dal livello di gestione aziendale al livello macchina

Un aspetto importante nella produzione digitale del futuro è l'uso significativo e mirato dei dati per la pianificazione strategica e operativa dell'azienda. Per questo, è importante disporre di una completa integrità dei dati dal più alto livello di pianificazione fino al livello macchina. Come mostrato in Figura 1, esistono molteplici strumenti informatici che possono essere utilizzati per la pianificazione integrata, a seconda del livello di pianificazione. Tradizionalmente, i sistemi di BI (Business Intelligence) si trovano al livello più alto, e supportano il controllo e la gestione dei dati e prendono in carico i processi decisionali. Il sistema ERP (Enterprise Resource Planning) serve come hub centrale fra la pianificazione e i processi di business dell'azienda. Attraverso il sistema ERP si ricevono gli ordini dai clienti, si creano i preventivi per gli stessi, si avviano gli ordini di acquisto e di produzione e si organizzano le risorse, sia dal punto di vista economico- finanziario sia da quello del capitale umano. La maggior parte dei sistemi ERP dispone di moduli per la pianificazione del fabbisogno del materiale MRP (Material Requirements Planning), i quali determinano il fabbisogno di componenti in base alle vendite e alla distinta base dei componenti del prodotto. Oltre a questa programmazione approssimativa della produzione, i cosiddetti sistemi di pianificazione avanzata APS (Advanced Planning and Scheduling) offrono strumenti per attuare una pianificazione della produzione e della capacità dettagliata, tenendo conto delle risorse attualmente disponibili e del loro utilizzo futuro. Se gli ordini di produzione pianificati vengono avviati e caricati in produzione, saranno controllati tramite i sistemi MES (Manufacturing Execution Systems), i quali consentono di ricevere aggiornamenti in qualsiasi momento riguardanti lo stato ed i parametri di produzione in termini di qualità e produttività. A livello della macchina stessa, solitamente vengono utilizzati sistemi di controllo come i controllori logici programmabili (PLC) che assicurano che le macchine eseguano le operazioni programmate durante la loro fase operativa.

I molteplici utilizzi dei dati in aziende manifatturiere

Una volta che i dati sono disponibili e l'integrazione verticale è stabilita, essi possono essere utilizzati in molteplici modi. Le attività di pianificazione possono essere in gran parte automatizzate e supportate digitalmente, permettendo al pianificatore di concentrarsi sulla risoluzione dei problemi creati dagli eventi non ragionevolmente prevedibili. I dati possono anche essere aggregati in indicatori di performance e visualizzati in modo aggiornato su qualsiasi dispositivo, sempre e ovunque, attraverso dashboards intuitivi. Ciò permette una risposta rapida in caso di inaspettata interruzione della produzione, con un conseguente aumento della produttività. Le riunioni di turno o quelle giornaliere possono essere rese ancora più efficienti attraverso i dati raccolti in tempo reale e grazie all’utilizzo di strumenti digitali, che allo stesso tempo aiutano a ridurre l'uso di carta nella produzione, comportando un miglioramento anche in termini di sostenibilità ambientale.

Autori

Dr. Erwin Rauch e MSc. Matteo De Marchi, Libera Università di Bolzano, Smart Mini Factory Lab, Facoltà di Scienze e Tecnologie