Industria 4.0: una nuova ondata di progresso tecnologico - Pro e contro della Quarta Rivoluzione Industriale
 
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Industria 4.0: una nuova ondata di progresso tecnologico

Pro e contro della Quarta Rivoluzione Industriale

I progressi tecnologici hanno portato ad un aumento della produttività industriale sin dagli inizi della rivoluzione industriale. Lo sviluppo dell’energia, nei primi anni del diciannovesimo secolo, portò alla produzione di massa e l'industria divenne automatica già negli anni '70. 

Ora siamo nel mezzo di una nuova ondata di progresso tecnologico: il successo della nuova tecnologia industriale digitale nota come Industria 4.0. In questa trasformazione, sensori, macchine, pezzi in lavorazione e sistemi IT (Internet of Things – Internet delle Cose) di tutte le imprese che partecipano alla realizzazione del prodotto finito, saranno collegati tra loro. Questi sistemi connessi potranno interagire tra loro utilizzando protocolli standard basati su Internet e analizzare i dati per prevedere errori, configurarsi e adattarsi ai cambiamenti. Industria 4.0 consentirà di raccogliere e analizzare i dati tra le macchine, consentendo processi più veloci, flessibili e più efficienti per produrre beni di qualità superiore, a costi ridotti. Ciò a sua volta aumenterà la produttività manifatturiera, modificherà l'economia, promuoverà la crescita industriale e modificherà il profilo della forza lavoro, in ultima analisi, modificando la competitività delle imprese e delle regioni.

I nuovi settori dell’industria 4.0 sono:

BIG DATA E ANALYTICS

L'analisi basata su grandi set di dati è emersa solo di recente nel mondo della produzione; ottimizza la qualità della produzione, risparmia energia e migliora il servizio delle attrezzature. In un contesto di Industria 4.0, la raccolta e la valutazione completa dei dati provenienti da molte fonti diverse (apparecchiature e sistemi di produzione, nonché sistemi di gestione aziendale e dei clienti ) diventeranno standard per supportare il processo decisionale in tempo reale.

ROBOT AUTONOMI

I produttori di molti settori, ormai da qualche tempo, utilizzano robot per affrontare compiti complessi; i robot si stanno evolvendo per un'utilità ancora maggiore divenendo più autonomi, flessibili e cooperativi. Alla fine, interagiranno tra loro e lavoreranno fianco a fianco con gli umani imparando da loro. Questi robot costeranno meno e avranno una gamma più ampia di funzionalità rispetto a quelli utilizzati fino ad oggi nella produzione.

Il fornitore di robot industriali ABB sta lanciando un robot a due bracci chiamato YuMi che è specificamente progettato per assemblare prodotti (come l'elettronica di consumo) accanto agli umani. Due braccia imbottite e computer vision consentono l'interazione sicura e il riconoscimento delle parti.

SIMULAZIONE

Nella fase di progettazione sono già utilizzate simulazioni 3D di prodotti, materiali e processi di produzione, ma in futuro le simulazioni verranno utilizzate in modo più esteso anche nelle operazioni di impianto. Queste simulazioni sfrutteranno i dati in tempo reale per rispecchiare il mondo fisico in un modello virtuale, che può includere macchine, prodotti ed esseri umani. Ciò consente agli operatori di testare e ottimizzare le impostazioni della macchina per il prossimo prodotto in linea nel mondo virtuale prima del passaggio fisico, riducendo così i tempi di impostazione della macchina e aumentando la qualità.

Siemens, insieme a un distributore tedesco di macchine utensili, ha sviluppato una macchina virtuale in grado di simulare la lavorazione di parti utilizzando i dati della macchina fisica. Questo riduce il tempo di impostazione per il processo di lavorazione effettivo fino all'ottanta per cento.

INTEGRAZIONE ORIZZONTALE E VERTICALE DEL SISTEMA

La maggior parte dei sistemi IT odierni non è completamente integrata. Aziende, fornitori e clienti sono ancora poco strettamente collegati. Né lo sono reparti come l'ingegneria, la produzione e il servizio. Le funzioni dell'azienda a livello di officina non sono completamente integrate. Persino l'ingegneria stessa (dai prodotti, agli impianti, all'automazione) manca di un'integrazione completa. Ma con Industria 4.0, aziende, dipartimenti, funzioni e funzionalità diventeranno molto più coesive, poiché le reti di integrazione dei dati universali e trasversali si evolvono e consentono catene di valore veramente automatizzate.

L'INTERNET INDUSTRIALE

Oggi solo alcuni dei sensori e delle macchine di un produttore sono collegati in rete. Con Internet industriale, più dispositivi saranno connessi mediante tecnologie standard, permettendo ai dispositivi di comunicare e interagire l'uno con l'altro.

CYBERSECURITY

Molte aziende si affidano ancora a sistemi di gestione e produzione non connessi o chiusi. Con l'aumento della connettività e l'uso dei protocolli di comunicazione, forniti con Industria 4.0, la necessità di proteggere i sistemi industriali critici e le linee di produzione dalle minacce alla cybersicurezza aumenta notevolmente. Di conseguenza, sono essenziali comunicazioni sicure e affidabili e una gestione sofisticata delle identità e degli accessi di macchine e utenti.

THE CLOUD

Le aziende stanno già utilizzando software basato su cloud per alcune applicazioni aziendali e di analisi, ma con Industria 4.0, più imprese legate alla produzione, richiederanno una maggiore condivisione dei dati tra siti e confini aziendali. Allo stesso tempo, le prestazioni delle tecnologie cloud miglioreranno, raggiungendo tempi di reazione di pochi millisecondi. Di conseguenza, i dati e le funzionalità della macchina saranno sempre più implementati nel cloud, consentendo ulteriori servizi basati sui dati per i sistemi di produzione. Persino i sistemi che monitorano e controllano i processi possono diventare basati sul cloud. I fornitori di sistemi di produzione manifatturiera sono tra le aziende che hanno iniziato a offrire soluzioni basate su cloud.

PRODUZIONE ADDITIVA

Le aziende hanno appena iniziato ad adottare la produzione additiva, come la stampa 3D, che usano principalmente per prototipare e produrre singoli componenti. Con Industria 4.0, questi metodi di produzione additiva saranno ampiamente utilizzati per produrre piccoli lotti di prodotti personalizzati che offrono vantaggi di costruzione, come progetti complessi e leggeri.

Ad esempio, le aziende aerospaziali stanno già utilizzando la produzione additiva per applicare nuovi progetti che riducono il peso degli aeromobili, riducendo le spese per materie prime come il titanio.

REALTÀ AUMENTATA

I sistemi basati sulla realtà aumentata supportano una varietà di servizi, come la selezione di parti in un magazzino e l'invio di istruzioni di riparazione su dispositivi mobili. Questi sistemi sono attualmente nella loro infanzia, ma in futuro le aziende faranno un uso molto più ampio della realtà aumentata, per fornire ai lavoratori informazioni in tempo reale, per migliorare le procedure decisionali e di lavoro.

Ad esempio, i lavoratori possono ricevere istruzioni di riparazione su come sostituire una particolare parte mentre stanno guardando il sistema reale che necessita di riparazione. Queste informazioni possono essere visualizzate direttamente nel campo visivo dei lavoratori utilizzando dispositivi come gli occhiali a realtà aumentata.

 

I settori precedentemente illustrati utilizzano, soprattutto, algoritmi di Intelligenza Artificiale (AI). Una ricerca recentissima ha mostrato le caratteristiche di varie applicazioni riguardanti questo settore:

 

 

Tabella. Caratteristiche di varie applicazioni di Intelligenza Artificiale (AI).

Tipo di applicazioni

Regole conosciute che non cambiano

L’ambiente è conosciuto e stabile

Le previsioni possono influenzare il futuro

Estensione dell’incertezza (o quantità di rumore)

Esempi

Giochi

Si

Si

No

Nessuna

Scacchi, GO

Riconoscimento dell’immagine e delle parole

Si

Si

No

Minimo (può essere ridotto al minimo dai big data)

Face Recognition, Siri, Cortana, Google AI

Previsioni basate sulla Legge dei grandi numeri

Si

Si

Minimamente

Misurabile (normalmente distribuito)

Previsione delle vendite di birra, caffè, bibite, tempo ecc.

Funzioni Autonome

Si

Si

No

Può essere valutato e minimizzato

Veicoli a guida autonoma

Strategia, Concorrenza, Investimenti

No

No

Si, spesso per una grande estensione

Non può essere misurato (fat tails)

Decisioni, Anticipazioni, Previsioni

Combinazione dei precedenti

Potrebbe essere l’ultima sfida che rimane all’Intelligenza Artificiale, ma aumenta il livello di complessità e di sofisticazione degli algoritmi

 

Alla fine esso può coprire tutto

 

La Tabella sopra mostrata è il tentativo di dimostrare che non tutte le applicazioni possono essere modellate altrettanto bene utilizzando gli algoritmi di AI. Ad esempio, i giochi sono i più facili in quanto le regole sono note e non cambiano, l'ambiente è anche noto e stabile, le previsioni non possono influenzare il futuro e non c'è incertezza. L'esatto contrario è vero per le applicazioni di previsione in cui non solo le regole sono non note, ma possono anche cambiare; ci sono instabilità strutturali nei dati, mentre c'è molta incertezza e rumore, che possono confondere la ricerca di configurazioni ottimali. A giudicare dai risultati, potrebbe essere necessario che gli algoritmi applicati alle previsioni possano richiedere ulteriori ricerche e idee innovative per apportare modifiche allo scopo di ottenere risultati più accurati.

La corsa per adottare elementi di Industria 4.0 è già in atto tra le aziende in Europa, Stati Uniti e Asia. Industria 4.0 offre enormi opportunità per produttori innovativi, fornitori di sistemi e intere regioni

Fare previsioni non è una cosa facile. Persino gli algoritmi di AI, che sono molto sofisticati e che cercano di modellare la realtà e di proporre previsioni accurate per l’immediato futuro, ad oggi falliscono in questo intento o, quanto meno, non riescono ad essere molto accurate. Tocca allora all’uomo indicare la strada per il futuro e fare previsioni più accurate. A tal fine, uno studioso nel campo della fisica ha dimostrato che è possibile ottenere una buona previsione sulle tecnologie del futuro con un metodo molto semplice chiamato effetto Lindy nel quale il tempo stabilisce se una tecnologia sarà robusta, cioè usata per sempre, oppure fragile, ovvero non più usata dopo solo pochi anni. Ai sistemi naturali piace la volatilità, il disordine, l’imperfezione, l’entropia, la casualità. Sarà l’Industria 4.0 robusta o fragile?

 

Martina Ferrin


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