Le tecnologie abilitanti di industria 4.0

«Le tecnologie abilitanti di Industria 4.0» a cura di Armando Martin e Massimo Nannini - Elettromondo, Fiera di Padova Venerdì 20 Aprile 2018
Le tecnologie abilitanti di
industria 4.0
Elettromondo, Fiera di Padova
Venerdì 20 Aprile 2018– ore 9.30 – 12.30
a cura di
Armando Martin e Massimo Nannini

L’Italia è un grande paese industriale…
Fatturato
900 miliardi
Aziende
425 mila
Addetti
4,5 milioni
Export
Quota 2,5%
Surplus
100 mld USD
Macchine
Automatiche

Le tecnologie abilitanti
✓ Dal 2011 si parla di Industria 4.0. Con questa “etichetta” si
indica una strategia industriale hi-tech promossa in origine
dal governo tedesco, che ha per obiettivo l’informatizzazione
dell’industria manifatturiera ovvero la diffusione della
fabbrica intelligente caratterizzata da capacità di
adattamento, efficienza, ergonomia.
✓ L’Industria 4.0 o Quarta Rivoluzione Industriale deriva dal
concetto di Digital Manufacturing e delle tecnologie ad esso
correlato in grado di modificare i modelli di R&D e di
business: stampa e scanning 3D, Internet of Things, social
manufacturing, realtà aumentata, realtà virtuale, intelligenza
artificiale, robotica adattativa, nanotecnologie e materiali
avanzati, comunicazione wireless, prototipazione virtuale,
cloud computing, gestione avanzata della Supply Chain.
✓ Il concetto delinea una visione della fabbrica intelligente,
caratterizzata soprattutto dal controllo in tempo reale con
l’ICT, dal crescente utilizzo di robot e cyber technology,
dall’applicazione massiccia dell’IoT alla produzione
industriale.

Effetti sul mondo del lavoro (World Economic Forum)

Piano Industria 4.0, scenario incentivi in Europa
Fonte: Il Sole 24 Ore

Letteralmente Internet delle cose ("Things").
Si tratta di una rete di oggetti fisici costituiti
da elementi elettronici, software, sensori e
connettività alla rete che li rendono in grado
di collezionare e scambiare informazioni.
Cosa significa Internet of Things

Quando IIoT incontra Industria 4.0

Distribuited Decision Making
✓ Dobbiamo dunque prendere in considerazione un
altro aspetto, che affiancandosi alle specifiche
capacità di un sistema di controllo ed attuazione
digitale, ci permette di compiere il salto
generazionale per passare dall’implementazione
industriale "tradizionale" quella basata su IIoT e cioè
di Distribuited Decision Making o processo
decisionale distribuito.
✓ Questo importantissimo aspetto è reso possibile
dalla interconnessione tra le varie parti del sistema
che possono in questo modo scambiarsi
informazioni in tempo reale e conseguentemente
adattarsi al cambiamento dell’ambiente circostante.

L’utilizzo ormai ampiamente diffuso di
qualsiasi dispositivo elettronico genera una
massa di informazioni spesso indirette, che
possono andare ad alimentare basi di dati di
dimensioni enormi.
Se l’informazione ha le caratteristiche di
Varietà, Velocità, Volume allora si ha di
fronte un vero Big Data
Caratteristiche dei Big Data

Big Data, piattaforme tecnologiche

Il cloud computing è un paradigma dell'informatica, un nuovo modo di pensare
al settore IT, non una tecnologia specifica.
Cosa è il Cloud Computing ?
Properties and characteristics
High scalability and elasticity
High availability and reliability
High manageability and interoperability
High accessibility and portability
High performance and optimization
Central ideas
Utility Computing
SOA - Service Oriented Architecture
SLA - Service Level Agreement
Enabling techniques
Hardware virtualization
Parallelized and distributed computing
Web service

Deployment Models
Definiscono il tipo di accesso al Cloud

✓ Le fondamenta dell’AI furono poste
da Alan Turing. Nel 1936 il
matematico inglese ipotizzò la
possibilità di costruire una
macchina ideale in grado di
svolgere qualsiasi calcolo.
✓ L’espressione Artificial Intelligence
venne utilizzata per la prima volta
nel 1956 dall’informatico John
McCarthy per per indicare gli studi
che mirano a “far fare alle macchine
delle azioni che richiederebbero
l'intelligenza se fossero fatte dagli
uomini”.
Machine Learning e AI (Articificial Intelligence)
Alan Turing
John McCarthy

AI Debole e AI Forte

✓ Cognitive computing rappresenta una tecnologia emergente che aumenta la produttività, la resa e la
qualità, mentre si impara continuamente, migliorando le azioni, i processi e i risultati dei dipendenti.
Se combinato con le tecnologie di produzione, si parla di Cognitive Manufacturing. Unisce milioni di
punti di dati in ingresso che analizzati in tempo reale forniscono risposte alle domande in tutto
l'impianto. Siano queste fatte dagli utenti, oppure dalle apparecchiature.
✓ La produzione cognitiva sfrutta le attuali tecnologie di produzione, come l'Industrial Internet of Things
(IIoT), l'analisi, la mobilità, la collaborazione e la robotica per fornire vantaggi tangibili a livello di
impianto.
Cognitive Computing – Cognitive Manufacturing

Teleassistenza e Manutenzione remota
MONITORAGGIO E
MANUTENZIONE
Attraverso il monitoraggio e il
controllo remoto dei
macchinari con un flusso
continuo di informazioni e le
opportune politiche di
sicurezza, i produttori
possono implementare servizi
di manutenzione reattiva,
predittiva, proattiva e a lungo
termine.
TELEASSISTENZA
Nel caso della teleassistenza,
uno specialista da remoto
può sfruttare la propria
expertise per agevolare le
attività del tecnico in campo
grazie anche all’impiego di
tecnologie indossabili e IoT.
PREDICTIVE ANALYTICS
I sistemi di predictive
analytics che ne derivano
sono in grado di fornire
vantaggi competitivi, grazie in
particolare ad una migliore
allocazione delle risorse e ad
una più rapida identificazione
dei problemi
REALTA’ AUMENTATA E
MODELLAZIONE 3D
In questo scenario la realtà
aumentata e la modellazione 3D
vengono adottate con la finalità
di supportare l’identificazione
delle corrette procedure di
lavoro e degli strumenti da
utilizzare.

Telecontrollo IoT / Cloud based
✓ Nel telecontrollo basato sull’IoT, sensori, attuatori,
dispositivi e sottoreti sono equiparabili a provider che
pubblicano servizi impiegabili da diversi consumer in
modalità trasparente.
✓ Con l’ausilio di sensori intelligenti, geolocalizzati e 3G/4G,
dispositivi RFid, smartphone, sistemi mobili, dispositivi di
allarme, infrastrutture telco e allarmi intelligenti il
telecontrollo si avvia a diventare web-based, virtualizzato
e cloud, in grado di dare vita a un network intelligente di
impianti distribuiti sul territorio, migliorando la sostenibilità,
massimizzando la prestazioni, recuperando efficienza.
✓ La disponibilità di sistemi cloud-based è un fattore attraente
anche in termini di minori investimenti hardware e di
reperibilità dei dati.
✓ In prospettiva gli approcci virtualizzati e cloud promettono di
abbassare costi e tempi obsolescenza, di arricchire le
funzionalità operative, di disporre di sistemi più sicuri.

Reti LPWAN, previsioni di crescita

LPWAN, comparativa

Reti 5G
Standardizzazione
prevista entro i il 2020
Funzioni IoT Banda ultralarga
Efficienza energetica Velocità da 10 a 100
volte superiori al 4G
Bassa latenza
(1-10 ms)
Approccio MIMO
(Multiple Input
Multiple Output)
Sicurezza Affidabilità

5G, applicazioni di fabbrica
Cable Replacement
Controllo Produzione
e Manutenzione Logistica, adaptive
manufacturing

Piattaforme di Simulazione
NUOVE PIATTAFORME DI
SIMULAZIONE
✓ Maggiori performance
✓ Elevata produttività
✓ Collegamento diretto con la stampa
3D
✓ Moderne architetture HPC (High
Performance Computing)
SIMULAZIONE MULTIFISICA E
NUMERICA
NUOVE
TENDENZE
✓ Particolarmente presente nel
mondo accademico e industriale,
✓ Rappresentazione e analisi del
comportamento fisico di un
sistema attraverso l’elaborazione
al calcolatore e il successivo post-
processing dei dati ottenuti.
✓ Accelerazione dei tempi di
sviluppo senza compromettere la
precisione dei risultati
✓ Vari software specialistici oltre la fisica:
meccanica strutturale (FEM), analisi
termica, elettromagnetismo, chimica,
fluidodinamica, acustica
✓ Analisi più globale del problema
scientifico o progettuale,
considerando non solo i singoli
fenomeni fisici ma anche i reciproci
effetti della loro interazione

Prototipazione Digitale
✓ La Prototipazione Digitale (DP, Digital
Prototyping) è una tecnica che consente ai
progettisti di condividere un modello digitale
(esatta riproduzione di quello reale) e di lavorare su
di esso nelle fasi di sviluppo del progetto.
✓ Un prototipo digitale è una simulazione realistica di
un prodotto.
✓ Il Digital Prototyping si profila come una delle aree
strategiche del PLM supportata e integrata con
sistemi CAD e con l’insieme delle best practices
aziendali.

Digital Twin e Machine Learning

App realtà aumentata per monitoraggio impianti
25
Credits Kuka

Smart Manufacturing

Uomini e Cobot
✓ A differenza dei robot tradizionali, quelli collaborativi sono chiamati ad
operare in un ambiente più dinamico, dovendo interagire con
l’ambiente e intraprendere azioni opportune.
✓ Per certi versi robot tradizionali e collaborativi segnano approcci
industriali diversi. Il primo, prescelto ad esempio dall’industria cinese, è
più adatto per produzioni di massa come quelle dell’automotive o
dell’elettronica. Il secondo si abbina più favorevolmente con
produzioni di nicchia e di qualità, tendenzialmente più diffuse in
Europa e negli Stati Uniti.
✓ I robot tradizionali sono più veloci e non determinano particolari
problemi per la sicurezza. I cobot sono più flessibili, meno costosi, ma
non automatizzano completamente il processo.
✓ Rispetto ai robot tradizionali i robot collaborativi rispondono
perfettamente alle esigenze della produzione moderna perché si
possono spostare e sollevare all’occorrenza, collegare ad altre
macchine senza stravolgere la linea produttiva.

Tecniche di manifattura additiva

Materiali Intelligenti
Tra le diverse tipologie di smart materials (materiali intelligenti) si
possono ricordare a titolo di esempio:
✓ I materiali piezoelettrici, che sono in grado di generare una
carica elettrica se sottoposti ad una deformazione, o viceversa
produrre una deformazione se alimentati da una sorgente elettrica;
✓ Le leghe e i polimeri a memoria di forma, che sono materiali
deformabili nel modo voluto, al variare della temperatura, del
campo magnetico o del campo elettrico, e che, dopo essere stati
deformati, possono ritornare alla forma iniziale, se viene rimossa la
sorgente di temperatura o di campo magnetico.
✓ I polimeri sensibili all’acidità, che si allungano o accorciano al
variare del pH del liquido in cui sono immersi.
✓ I materiali che cambiano colore se sottoposti a cambiamenti
termici, meccanici, ottici, elettrici o chimici.

Sistemi Cyber Fisici, Scenari sequenziali
Un Cyber Physical Systems è un insieme di
differenti tecnologie, le quali generano un
sistema autonomo, intercomunicante e
intelligente e, pertanto, capace di facilitare
l’integrazione tra soggetti diversi e fisicamente
distanti.
Questo sistema abilita tre scenari sequenziali:
1. generazione e acquisizione dei dati
2. computazione ed aggregazione dei dati
precedentemente acquisiti
3. supporto al processo decisionale

CPS, Fisico vs Virtuale

Efficienza, flessibilità e produttività
Credits: www.alfacode.it
Il mercato globale impone alle
aziende manifatturiere di aumentare
l’efficienza, la flessibilità e la
produttività dei propri impianti.
L’intralogistica si presenta come uno
dei protagonisti cruciali della nuova
rivoluzione "Industria 4.0". Il suo
ruolo è centrale e determinante nella
totalità dei processi interni.

RFID, soluzioni per Industria 4.0
Svariate sono le applicazioni in cui la tecnologia
RFID viene utilizzata in ambito Industria 4.0.
I campi di applicazione più comuni sono:
✓ Identificazione materiali e persone
✓ Log di controllo parametri di qualità durante
tutta le catena produttiva e di distribuzione
✓ Tracciabilità lotti materie prime, semilavorati e
prodotti finiti
✓ Gestione magazzino
✓ Tracciabilità delle spedizioni

Il ruolo degli AGV
✓ Carrelli motorizzati, portapallet, gru, elevatori,
montacarichi, monorotaie, treni senza autista,
convogliatori e alcuni tipi di robot industriali
assolvono con efficienza ai compiti intralogistici da
diversi decenni.
✓ I moderni AGV sono veicoli a guida libera, ottica o
magnetica, progettati per seguire traiettorie
precise ed effettuare operazioni di carico e scarico
in modo automatico.
✓ Nell’Industria 4.0 gli AGV comunicano con
macchine, sensori e robot mediante reti Wi-Fi,
RFID e IoT, integrandosi in modo ottimale nelle
linee produttive.

Blockchain e Industria 4.0
Grazie alla tecnologia su cui si fonda,
Blockchain offre una serie di possibili
applicazioni per l’industria di più
moderna concezione, consentendo un
alto livello di sicurezza ed elevate
possibilità di controllo.
Sono quattro i punti che possono
permettere alla Blockchain di diventare
uno strumento fondamentale per
l’Industria 4.0:
✓ Resilienza
✓ Scalabilità
✓ Sicurezza
✓ Autonomia

✓ In caso di eccessivo stress, l’impianto può ridurre i livelli
prestazionali autonomamente, funzionando a scarto
ridotto. Questa capacità adattiva è particolarmente
efficace nel caso di impianti e macchine in rete.
✓ Questo nuovo scenario di connettività estesa - con
oggetti che comunicano fra loro e con applicazioni che
risiedono nei data center, nel cloud e nelle
infrastrutture IT - porta con sé una mole ingente di
dati raccolti (Big Data) con la necessità di comprenderli,
analizzarli ed estrarne informazioni utili (Data Mining).
✓ L’utilizzo di infrastrutture di comunicazione scalabili
permette di collegare e gestire dispositivi
geograficamente distribuiti
Manutenzione e IoT

✓ Negli impianti industriali stanno avanzando nuove
tecnologie diagnostiche e strumentazione di
nuova generazione
✓ Supporto esigenze critiche di sicurezza, messa in
servizio e decision-making
✓ Sistemi touchscreen e dispositivi intelligenti dotati
di connettività Cloud e IoT
✓ L’operatore può ricavare le informazioni necessarie
per semplificare il controllo, la manutenzione e il
monitoraggio dell’impianto
✓ Dati e segnalazioni di guasto o anomalia pubblicati
in rete da sensori
PDA touchscreen per manutenzione e messa in
servizio di impianti (Endress+Hauser)
Smart Glass per analisi guasti, tutoring,
manutenzione programmata (Epson)
Wearable Technologies per Applicazioni Industriali

Sicurezza IT e Industria 4.0
✓ Cybersecurity è un sinonimo di sicurezza informatica,
ovvero di tutte quelle tecnologie utili a proteggere un
computer o un insieme di computer (sistema
informatico) da attacchi che possono portare alla
perdita o compromissione di dati ed informazioni.
✓ Per capire se un sistema informatico è più o meno
sicuro bisogna trovare le minacce e vulnerabilità e
proteggerli da eventuali attacchi.
✓ Il successo di Industria 4.0 è legato alla pervasività
delle tecnologie ICT e del cyberspazio (reti che
comprendono macchine e persone)
✓ Una delle conseguenze di Industry 4.0 sarà
l’estensione al mondo manifatturiero dello stato
Always-on che già sperimentiamo a livello individuale

Grazie dell’attenzione
Armando Martin
Consulente Industriale | Giornalista
info@armandomartin.it
Massimo Nannini
Consulente IT | Formatore
massimo.nannini@gemaxconsulting.it
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