Tendenze nel mondo della Smart Factory: verso una macchina intelligente

Data questa premessa, come dovrà essere la macchina del futuro? Nelle tre precedenti rivoluzioni industriali, l’obbiettivo fondamentale era produrre di più e a costi minori, mentre nella quarta rivoluzione abbiamo a che fare con l’iperconnettività e l’interoperabilità, dove la macchina deve sfruttare non solo le tecnologie fisiche ma anche quelle digitali. L’ambiente produttivo dell’industria metallurgica, che lascia intravedere il futuro, è sensorizzato per ricompilare ogni evento o condizione nella macchina che risulti rilevante. Le macchine sono collegate come un sistema software aggiuntivo e le informazioni fluiscono, vengono condivise e archiviate nel cloud, per essere analizzate grazie all’intelligenza artificiale e al machine learning. Questa nuova situazione offre la possibilità di trovare nuove risposte, predittive e prescrittive, che possono aiutare le persone e i sistemi a migliorare i loro processi decisionali in tempo reale.

Lo sviluppo tecnologico, sull’onda di quello dell’Industria 4,0, avanza così rapidamente che potrebbe sembrare pretenzioso affermare di sapere al 100% come saranno le macchine del futuro. Possiamo tuttavia avventurarci e fare alcune predizioni sull’attuale evoluzione delle tendenze e sugli obiettivi verso i quali intuiamo che debbano dirigersi. La macchina intelligente passerà ad operare nell’insieme di sistemi come un software e questo costringerà i costruttori di macchine utensili a rivedere il loro paradigma rispetto a come progettano, costruiscono e distribuiscono le loro macchine negli stabilimenti produttivi dei loro clienti. È un fatto assodato che in questo momento sta nascendo il concetto della Smart Factory e che bisognerà chiarire quale sarà il ruolo di ciascuno degli elementi che la compongono: macchine e corrispondente software di programmazione, software di gestione e pianificazione della produzione, software di gestione del business, meccanismi di integrazione tra i diversi sistemi aziendali, ecc.

La macchina che funzionerà immersa in una Smart Factory dovrà essere una macchina intelligente grazie all’incorporazione del software come parte essenziale del suo sistema. Fin dalla sua creazione, il software CAM deve generare il programma di esecuzione della macchina, elementi fino ad oggi estranei tra loro. La macchina del futuro incorporerà delle funzioni che attualmente sono proprie esclusivamente del software esterno. Ciò vuol dire che nel prossimo futuro la macchina si trasformerà in un sistema software aggiuntivo, integrandosi in una soluzione di sistemi interconnessi e interoperanti tra loro.

Per quanto riguarda il software di programmazione della macchina per produzione assistita da computer (CAM), la sfida consiste nell’indovinare come saranno le sue nuove architetture e fino a che punto arriveranno le sue capacità. Negli ultimi 40 anni la sua base non si è evoluta: importatori CAD, generazione di istruzioni a partire da una configurazione e una parametrizzazione della macchina, nonché generazione di un file di controllo numerico da eseguire. Il tutto a partire da algoritmi e funzionalità supportate da delle interfacce software installate su PC oppure, in ambienti multiutente, su un server connesso tramite LAN. Va considerato che questa struttura e tutta la capacità che dispiega il software che programma la macchina si fonda sui suoi algoritmi e funzioni e che questi limitano attualmente la sua potenziale portata. Sarà necessario esplorare se le nuove possibilità di ottenere capacità computazionale aggiuntiva in ambienti diversi da un computer locale consentano di eseguire un nuovo algoritmo molto più potente. Si cercherà di fare in modo che l’esecuzione venga eseguita in modo non presidiato e non rilevabile dall’utente. Perché questo accada, è molto probabile che una parte significativa di ciò che oggigiorno intendiamo come un elemento appartenente al software CAM debba trasferirsi al "sistema macchina". In definitiva, il software di programmazione deve focalizzarsi sulla conoscenza del risultato richiesto dal cliente (qualità, costi, tempi), nonché sugli elementi suscettibili di influenzare il processo di produzione.

Il processo produttivo inizia con il commissionamento, prosegue con la pianificazione, con la conseguente fornitura di materie prime e giacenze, viene eseguito in una macchina nell’impianto di produzione per il taglio insieme a tutte le operazioni successive, e culmina con la consegna al cliente. Durante questo processo, il software di programmazione affiderà alla macchina la risoluzione delle caratteristiche specifiche relative ad ogni tecnologia di taglio per trasformare un disegno in un pezzo finale tagliato. Il tutto con la coreografia necessaria del processo, resa possibile dall’integrazione del CAM con il sistema gestionale e la pianificazione della produzione MES. Determinare quale parte dell’attuale software CAM debba migrare e fondersi con la macchina è il nodo gordiano della Smart Factory. Questa decisione comporterà notevoli conseguenze per il resto dei sistemi coinvolti, influenzando il modo di relazionarsi tra di loro, e definirà come si orchestreranno i servizi eseguiti nella Smart Factory.

Una macchina intelligente ci dirà, monitorando i diversi sensori e allarmi interni, in quale situazione produttiva si trova, se è in grado di realizzare in tempo tutta la produzione assegnatagli, emetterà avvisi per ripristinare situazioni anomale o per modificare la pianificazione, fornirà una serie di dati che consentiranno di trovare modelli di comportamento che aiutino a migliorarne le prestazioni e ad anticipare le situazioni indesiderate. La macchina del futuro lavorerà in modo autonomo in una Smart Factory, cercando di essere produttiva ed efficiente, evitando interruzioni indesiderate, e disporrà di tutti i dati e le applicazioni che le apportino l’intelligence necessaria per prendere decisioni in tempo reale, richiederà alle funzioni o ai servizi archiviati nel cloud la risoluzione di processi decisionali o l’ottenimento di dati complementari, e informerà sui risultati ottenuti nonché sui dati che ha utilizzato a tal fine. Questi dati potranno essere elaborati da sistemi analitici che consentano il miglioramento e l’apprendimento nei sistemi di pianificazione CAM o nella macchina stessa, convertendo la soluzione nel suo complesso in un sistema esperto.

L’intero sistema della macchina finora doveva alloggiarsi e computarsi con le risorse della macchina stessa. Nella nostra visione, prediciamo che l’idea non sarà più quella di alloggiare elettronica e capacità computazionale accanto alla macchina, dato che si tratterebbe di un approccio antiquato. Grazie a tecnologie come il 5G, possiamo disporre di connettività e trasferimento di informazioni ad alta velocità e localizzare le risorse computazionali lontano dalla macchina stessa, ottenendo gli stessi effetti di oggi con dei dispositivi integrati localmente con essa. Questo apre la porta a mantenere il software, anche se alloggiato nel cloud, come parte intrinseca del sistema della macchina, portandoci così a un nuovo livello computazionale che offre un mondo di nuove opzioni per i servizi disponibili dalla macchina. Oggi offre un’interfaccia per l’esecuzione di un CNC, ma domani potrebbe offrire innumerevoli servizi innovativi con cui risolvere le esigenze produttive dell’impianto o dei clienti direttamente.  

Al fine di utilizzare e massimizzare le capacità tecnologiche per la risoluzione dei problemi nel settore dell’Industria 4.0, dobbiamo determinare chiaramente quali processi e quali dati intendiamo eseguire nel cloud e quali localizzare nell’ambiente locale. Con la macchina convertita in un sistema software aggiuntivo, il loro contributo sarà decisivo per il successo globale, ancor più di quanto non lo sia attualmente. Quest’architettura distribuita di sistemi intelligenti è quella che dovrà assicurarci, sia per la macchina che per la fabbrica nel suo complesso, un’elevata produttività, risolvendo allo stesso tempo i problemi in modo più efficiente grazie alle nuove tecnologie.