Industria 4.0: Fabbrica intelligente – Logistica intelligente – Immagine: Xpert.Digital / Phonlamai Photo|Shutterstock.com
Industria 4.0 – un termine che da tempo è in voga ed è oggetto di molte discussioni nell’industria e nella politica. Nel vero senso della parola, Industria 4.0 si riferisce a un progetto futuro del governo federale, che prevede la stretta integrazione della tecnologia IT e di produzione per rendere l’industria locale pronta alle sfide future.
Di conseguenza, la quarta rivoluzione industriale proclamata nel documento strategico, guidata dallo sviluppo estremamente rapido di Internet, porterà alla fusione del mondo reale e virtuale, che alla fine porterà all’Internet delle cose (IoT). Qui sono i prodotti o i componenti stessi che si mettono in rete e comunicano con altri oggetti, utenti o mezzi di trasporto per generare processi senza problemi e ancora più efficienti.
Un segno del cambiamento verso l’Industria 4.0 è la crescente importanza del collegamento in rete dei sistemi IT integrati nei processi produttivi e logistici, sia tra loro che con Internet in generale (i cosiddetti sistemi cyber-fisici, CPS). Lo sviluppo sempre maggiore e più rapido dell’automazione e dell’interconnessione nell’industria è accompagnato dalla creazione di tecnologie di monitoraggio e controllo sempre più intelligenti con le quali le aziende possono controllare e ottimizzare l’intera rete di creazione di valore quasi in tempo reale. Uno sviluppo che si tradurrà inizialmente nell’implementazione di processi decisionali completamente autonomi nella produzione e nei trasporti.
Un passo in questa direzione è la fabbrica intelligente e ad autoapprendimento ( Smart Factory ). L'attenzione è rivolta allo sviluppo di sistemi e processi di produzione intelligenti e autoregolanti, nonché alla realizzazione di impianti di produzione collegati in rete e comunicanti in modo indipendente.
Smart Logistics: la logistica del futuro
tecnologie intelligenti si stanno facendo sempre più strada anche nella logistica dei trasporti
Ma cosa sono comunque le tecnologie intelligenti?
Si tratta di sistemi assistiti da computer che controllano in modo completamente automatico interi processi di lavoro e sono in grado di agire in modo autonomo e quindi di controllare un intero processo in modo indipendente.
La logistica odierna ha poco in comune con lo stoccaggio e la spedizione relativamente unidimensionale delle merci di qualche anno fa. Il motivo sono proprio le nuove tecnologie web, che consentono un livello completamente nuovo di interattività tra i partecipanti. E lo sviluppo continua a ritmo sostenuto. I sistemi di trasporto parzialmente o addirittura completamente automatizzati vengono già testati in vari modi.
Smart Factory – la fabbrica intelligente del futuro
Il Centro tedesco di ricerca per l'intelligenza artificiale (DFKI), in collaborazione con diversi produttori, ha sviluppato un primo prototipo della fabbrica intelligente del futuro: la cosiddetta Smart Factory . La caratteristica principale è la composizione di moduli produttivi indipendenti che comunicano autonomamente tra loro utilizzando una varietà di sistemi informativi. Il lavoro umano ha solo un ruolo di assistenza nel processo produttivo.
Tre elementi centrali costituiscono la base dello sviluppo:
- il prodotto intelligente e comunicante
- il sistema in rete
- l'assistente operatore del sistema
Con l'aiuto di sensori integrati (ad es. RFID o Bluetooth), il prodotto intelligente è permanentemente informato sull'ordine attuale, sui materiali e sui dati di produzione e influenza quindi la propria produzione. Il sistema collegato in rete comunica in parallelo con i singoli prodotti intelligenti tramite componenti CPS e monitora le singole fasi di lavoro. In questo sistema l'operatore assistente viene informato direttamente dal prodotto sui dettagli dell'assemblaggio, comprese le fasi di lavoro necessarie.
Fabbrica intelligente e logistica dei dati
Nella Smart Factory non vige più la consueta separazione tra pianificazione della produzione e controllo della produzione. Si attua invece un approccio integrato in cui le macchine si scambiano tra loro informazioni e previsioni sul processo di produzione e coordinano le successive fasi di lavoro. Nel processo vengono integrati anche i dati sul flusso dei materiali, sull’utilizzo delle macchine e dei sistemi di stoccaggio e sul consumo delle risorse e presi in considerazione nella pianificazione delle misure. Affinché il flusso di informazioni abbia un impatto permanente sulla produzione in corso, deve avvenire tra i dispositivi in tempo reale.
È qui che la logistica dei dati gioca un ruolo particolarmente importante, poiché deve garantire che tutti i dati, attuali e previsionali, siano disponibili in modo rapido e completo e vengano inoltrati senza alcuna perdita di tempo.
Questo moderno tipo di produzione non si ferma al cancello dell’azienda Smart Factory. L’approccio integrato e orientato agli ordini alla produzione, che copre l’intera catena del valore dalle materie prime al prodotto industriale finito, richiede una mentalità interaziendale e una logistica dei dati per garantire uno scambio regolare di informazioni.
Le sfide associate a tutto ciò sono enormi. Da un lato si prevede un enorme flusso di dati che richiederà una riorganizzazione globale dell’infrastruttura informatica. Una rapida espansione della rete di gasdotti è quindi essenziale per il successo del progetto.
Oltre all’ampliamento qualitativo e quantitativo delle linee di dati, la logistica dei dati deve affrontare un altro compito molto complesso e attualmente molto dibattuto: garantire la sicurezza completa dei dati. Oltre a garantire la disponibilità dei dati per le persone autorizzate, il mantenimento della loro riservatezza gioca un ruolo centrale. È importante evitare l'intrusione di persone non autorizzate nonché la perdita o la divulgazione non autorizzata di dati riservati. Gli specialisti della logistica dei dati si trovano quindi di fronte al compito di promuovere lo sviluppo e la gestione di concetti e standard di sicurezza completi.
Il collegamento tra dati e logistica dei trasporti
Oltre alla logistica dei dati, sulla scia dell’Industria 4.0 anche la logistica dei trasporti svolgerà un ruolo ancora più importante. Si tratta in particolare della messa in rete completa di tutti gli oggetti coinvolti nella catena di trasporto. Ciò è già stato implementato in vaste aree e nell'uso quotidiano in una varietà di applicazioni: la pianificazione flessibile del percorso basata sulle previsioni del traffico o del tempo e il controllo dei flussi di traffico supportato da software sono solo due esempi. Ma lo sviluppo tecnico non si ferma a questo punto. L’introduzione di veicoli intelligenti e a guida autonoma in un’infrastruttura di trasporto basata sull’Internet delle cose aprirà le porte a dimensioni completamente diverse di soluzioni logistiche automatizzate e flessibili.
In questo ambito i dati e la logistica dei trasporti vanno di pari passo, poiché i primi forniscono le informazioni che possono essere utilizzate per ottimizzare la logistica dei trasporti. Quanto più ampio sarà lo scambio di informazioni sulla capacità attuale, sul meteo, sul traffico e sui veicoli, tanto più efficientemente sarà possibile controllare i crescenti flussi logistici. In tempi di produzione in crescita e di trasporto di lotti sempre più piccoli (e-commerce con parole chiave), la produzione e la vendita dipendono praticamente dalle prestazioni e dalla flessibilità della logistica dei trasporti. La visione di una quarta rivoluzione industriale in generale e il concetto di fabbrica intelligente in particolare possono essere realizzati solo se si può garantire che le materie prime, i prodotti preliminari o gli articoli che possono essere spediti siano tempestivamente sul posto.
È prevedibile che prima o poi le tecnologie intelligenti si affermeranno nella produzione. Ma come incide tutto ciò sulla logistica di magazzino? Lo sviluppo avrà luogo nella stessa forma o in una forma simile?
Ci sono abbastanza segnali di questo.
Sistemi di trasporto intelligenti in magazzino
Senza controllo centrale, questi dispositivi negoziano tra loro gli ordini di trasporto in arrivo, stabiliscono regole di precedenza e scambiano dati sulle rispettive posizioni nel magazzino. Poiché ogni navetta elabora le proprie informazioni in modo decentralizzato, l’intero sistema di controllo è distribuito su molte spalle virtuali. Se si verificano malfunzionamenti, lo sciame di veicoli reagisce e corregge il problema.
Robot di trasporto autosufficienti
È qui che entrano in gioco le due aziende Kardex Remstar e Servus Intralogistics. Con la parola chiave Smart Factory hanno sviluppato una nuova soluzione per ottimizzare la logistica di produzione interna dei loro clienti.
Gli elementi fondamentali della soluzione sono le soluzioni di fornitura dinamica di Kardex Remstar e uno speciale sistema di trasporto di Servus Intralogistics, costituito da robot di trasporto autonomi che viaggiano su rotaie. I prodotti di entrambe le aziende sono disponibili separatamente da molto tempo. La novità è che i componenti vengono combinati in una soluzione globale efficiente utilizzando un software di nuova concezione. I componenti necessari per il montaggio vengono stoccati in modo salvaspazio nei montacarichi verticali, negli scaffali a circolazione o nei sistemi di stoccaggio in contenitori di Kardex Remstar. Al momento della fornitura, il sistema di trasporto Servus preleva automaticamente i pezzi dal magazzino e li trasporta alle postazioni di montaggio con l'ausilio di robot di trasporto autonomi. I dispositivi ricevono automaticamente le informazioni sulle fasi di lavoro necessarie ed eseguono tutte le fasi successive in modo indipendente. Il sistema Servus non necessita quindi di un controllo centrale, poiché i robot di trasporto comunicano direttamente con gli altri robot di trasporto e le stazioni di lavoro tramite infrarossi e reagiscono quindi all'ambiente circostante. Il sistema di trasporto Servus si rivela particolarmente flessibile poiché consente il libero percorso all'interno del capannone della fabbrica e si adatta in modo ottimale alle strutture edilizie esistenti. Ciò significa che il percorso può essere installato in qualsiasi punto - dal pavimento al soffitto - nel magazzino e nei capannoni di produzione.
Intelligenza dello sciame dell'Istituto Fraunhofer
sistema di stoccaggio e trasporto di container chiamato Multishuttle dall’Istituto Fraunhofer per il flusso dei materiali e la logistica , mostra un approccio fondamentalmente comparabile, ma nella sua forma attuale va oltre .
L'idea di base è che il vantaggio significativo di un sistema di stoccaggio non è misurato solo dalle prestazioni di stoccaggio e prelievo, ma anche dalla velocità con cui i contenitori di stoccaggio raggiungono la loro destinazione. Come presupposto, gli specialisti del Fraunhofer IML presuppongono che nella logistica di magazzino la quota di sistemi di trasporto e stoccaggio per piccoli trasportatori continuerà ad aumentare rispetto ai sistemi di trasporto e stoccaggio di pallet. La ragione di ciò è la costante riduzione delle dimensioni delle spedizioni e le conseguenti misure di riduzione delle scorte nell’industria e nel commercio.
L'idea originale prevedeva lo sviluppo di un sistema di trasporto utilizzando veicoli a guida ferroviaria a basso costo. Dovrebbero inoltre essere in grado di eseguire autonomamente i processi di stoccaggio e prelievo nel magazzino per poter gestire l'intero trasporto dal magazzino alla postazione di lavoro senza ulteriori operazioni di movimentazione. Da questa idea è nato il cosiddetto Multishuttle , che funziona in modo simile al carrello da trasporto Servus.
Tuttavia, gli ingegneri hanno subito riconosciuto il limite di questa soluzione: il sistema ferroviario poco flessibile. Hanno quindi iniziato a sviluppare ulteriormente la navetta multipla, che avrebbe potuto navigare nel magazzino senza rotaie. In collaborazione con la società Dematic, l'istituto ha sviluppato il MultiShuttle Move , che è compatibile con il sistema ferroviario convenzionale, ma è anche dotato di un telaio a pavimento e di un sistema di navigazione intelligente. Il veicolo è dotato di scanner laser sulla parte anteriore e posteriore, che servono sia per la localizzazione del percorso che come funzione di sicurezza nelle operazioni di corridoio. Con l'aiuto della tecnologia di posizionamento integrata può muoversi liberamente nello spazio e reagire dinamicamente ai cambiamenti senza linee guida o altri contrassegni fissi. La tecnologia di trasporto installata in modo fisso viene quindi ridotta al minimo e allo stesso tempo viene raggiunta la massima flessibilità.
Con il nuovo sistema, i veicoli di trasporto intelligenti e interconnessi effettuano tutti i trasporti, ad esempio da un magazzino a scaffalature alte alle postazioni di lavoro dove vengono ulteriormente lavorati o prelevati. Tuttavia, gli agili aiutanti non vengono guidati nel loro viaggio dal software di gestione del magazzino, ma si coordinano in modo indipendente tra loro senza alcun controllo centrale. Poiché questo tipo di logistica di magazzino richiede un gran numero di piccoli aiutanti, il software sarebbe sopraffatto dalla complessità dei compiti di controllo di questo sciame di robot. Così possono muoversi in totale libertà nel magazzino a scaffalature alte su rotaie e a terra.
I dispositivi comunicano e si controllano tra loro secondo il principio dell'intelligenza dello sciame. Ciò è possibile grazie all'uso di una tecnologia di sensori di nuova concezione, dotata di funzionalità come strumenti di localizzazione radio, distanza e navigazione. Ciò significa che le singole navette cercano sempre il percorso diretto e più breve verso la loro destinazione, si coordinano tra loro per accettare gli ordini e trovare il percorso ottimale, garantendo così la massima produttività nel magazzino e quindi l'efficienza.
Le collisioni vengono evitate anche grazie al concetto di sensore integrato, che arresta automaticamente i veicoli in caso di collisione imminente con un altro dispositivo o una persona. Altrimenti nel magazzino si applicano regole fisse di precedenza, simili alla circolazione stradale.
Se sono necessarie risorse aggiuntive, le prestazioni di trasporto del sistema possono essere adattate in modo flessibile aumentando il numero di veicoli. Non sono necessari investimenti in sistemi fissi.
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