Industria 4.0: Fabbrica intelligente – Logistica intelligente – Immagine: Xpert.Digital / Phonlamai Photo|Shutterstock.com
Industria 4.0: un termine che è recentemente diventato di moda, generando ampio dibattito nell'industria e nella politica. Nel suo significato più autentico, Industria 4.0 si riferisce a un progetto lungimirante del governo federale tedesco, che prevede la stretta integrazione tra IT e tecnologie manifatturiere per preparare il Paese alle sfide future.
Secondo il documento strategico, la quarta rivoluzione industriale, guidata dal rapido sviluppo di Internet, porterà a una fusione tra mondo reale e virtuale, dando vita all'Internet delle cose (IoT). In questo contesto, i prodotti o i componenti stessi si collegano in rete con altri oggetti, utenti o mezzi di trasporto e comunicano tra loro per generare processi fluidi e ancora più efficienti.
Un segno del passaggio all'Industria 4.0 è la crescente importanza della connessione 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 più crescente e accelerato dell'automazione e dell'integrazione nell'industria è accompagnato dalla creazione di tecnologie di monitoraggio e controllo sempre più intelligenti, che consentono alle aziende di gestire e ottimizzare l'intera rete di creazione del valore in tempo quasi reale. Questo sviluppo porterà infine all'implementazione di processi decisionali completamente autonomi nella produzione e nei trasporti.
Un passo verso questo obiettivo è rappresentato dalla fabbrica intelligente e autoapprendente (Smart Factory). L'attenzione si concentra sullo sviluppo di sistemi e processi produttivi intelligenti e autoregolanti, nonché sull'implementazione di impianti produttivi interconnessi che comunicano tra loro in modo indipendente.
Logistica intelligente: la logistica del futuro
Tuttavia, tecnologie innovative e intelligenti stanno trovando sempre più spazio anche nella logistica dei trasporti e stanno rivoluzionando un intero settore
Ma cosa sono esattamente 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 operare in modo autonomo, controllando quindi in modo indipendente un intero processo.
La logistica odierna ha poco in comune con l'immagazzinamento e la spedizione delle merci relativamente monodimensionali di solo pochi anni fa. Ciò è dovuto alle nuove tecnologie web che consentono un livello di interattività completamente nuovo tra i partecipanti. E questo sviluppo continua a progredire rapidamente. Sistemi di trasporto parzialmente o addirittura completamente automatizzati sono già in fase di sperimentazione in numerose applicazioni.
Smart Factory – la fabbrica intelligente del futuro
Il Centro di ricerca tedesco per l'intelligenza artificiale (DFKI), in collaborazione con diverse aziende produttrici, ha sviluppato un primo prototipo di fabbrica intelligente del futuro: la cosiddetta Smart Factory. La sua caratteristica principale è la composizione di moduli produttivi indipendenti che comunicano autonomamente tra loro utilizzando una moltitudine di sistemi informativi. Il lavoro umano svolge solo un ruolo di supporto nel processo produttivo.
Tre elementi fondamentali costituiscono la base dello sviluppo:
- il prodotto intelligente e comunicante
- il sistema in rete
- l'operatore di assistenza del sistema
Il prodotto intelligente, tramite sensori integrati (ad esempio RFID o Bluetooth), viene costantemente informato sui dati correnti relativi a ordine, materiali e produzione, influenzando così il proprio processo produttivo. Il sistema in rete comunica con i singoli prodotti intelligenti tramite componenti CPS e monitora ogni fase di lavoro. In questo sistema, l'operatore umano che assiste l'utente viene informato direttamente dal prodotto sui dettagli del processo di assemblaggio, comprese le fasi di lavoro necessarie.
Fabbrica intelligente e logistica dei dati
Nella fabbrica intelligente, la tradizionale separazione tra pianificazione e controllo della produzione viene eliminata. Al suo posto, si adotta un approccio integrato, in cui le macchine si scambiano informazioni e previsioni sul processo produttivo e coordinano le fasi di lavoro successive. Anche i dati sul flusso dei materiali, sull'utilizzo delle macchine e dei sistemi di stoccaggio e sul consumo di risorse vengono integrati nel processo e considerati nella pianificazione delle azioni. Affinché questo flusso di informazioni abbia un impatto continuo sulla produzione in corso, deve avvenire in tempo reale tra i dispositivi.
È qui che la logistica dei dati gioca un ruolo particolarmente importante, poiché deve garantire che tutti i dati, sia attuali che previsti, siano disponibili in modo rapido e completo e vengano inoltrati senza perdite di tempo.
Questa moderna tipologia di produzione non si esaurisce certo ai cancelli della fabbrica intelligente. L'approccio integrato e orientato agli ordini, che abbraccia l'intera catena del valore, dalle materie prime al prodotto industriale finito, richiede una visione trasversale all'azienda e, dal punto di vista della logistica dei dati, la garanzia di uno scambio fluido di informazioni.
Le sfide da affrontare sono enormi. Da un lato, è previsto un flusso di dati ingente, che richiederà una riorganizzazione completa dell'infrastruttura IT. Una rapida espansione dell'infrastruttura di rete è quindi essenziale per il successo del progetto.
Oltre all'espansione qualitativa e quantitativa delle linee dati, la logistica dei dati si trova ad affrontare un'altra sfida estremamente complessa e attualmente molto discussa: garantire una sicurezza completa dei dati. Oltre a garantire la disponibilità dei dati per gli utenti autorizzati, il mantenimento della loro riservatezza gioca un ruolo centrale. L'accesso non autorizzato, così come la perdita o la divulgazione non autorizzata di dati riservati, devono essere impediti a tutti i costi. I professionisti della logistica dei dati si trovano quindi ad affrontare il compito di promuovere lo sviluppo e l'implementazione di concetti e standard di sicurezza completi.
La connessione tra dati e logistica dei trasporti
Oltre alla logistica dei dati, la logistica dei trasporti svolgerà un ruolo ancora più importante nel contesto dell'Industria 4.0. Ciò implica specificamente la completa interconnessione di tutti gli oggetti coinvolti nella catena di trasporto. In molti settori, questo è già una realtà e viene utilizzato quotidianamente in una moltitudine di applicazioni: la pianificazione flessibile dei percorsi basata sulle condizioni di traffico o meteorologiche previste e la gestione del flusso di traffico supportata da software sono solo due esempi. Ma lo sviluppo tecnologico non si ferma qui. 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 nuove di soluzioni logistiche automatizzate e flessibili.
In questo ambito, dati e logistica dei trasporti vanno di pari passo, con i primi che forniscono le informazioni necessarie per ottimizzare la logistica dei trasporti. Quanto più completo è lo scambio di informazioni aggiornate su capacità, condizioni meteorologiche, traffico e veicoli, tanto più efficiente sarà la gestione dei crescenti flussi logistici. In un'epoca di crescente produzione e di trasporto di lotti sempre più piccoli (parola chiave: e-commerce), la produzione e la distribuzione dipendono virtualmente dalle prestazioni e dalla flessibilità della logistica dei trasporti. Solo se questa è in grado di garantire che materie prime, semilavorati o articoli spedibili arrivino puntualmente in loco, la visione di una quarta rivoluzione industriale in generale, e il concetto di fabbrica intelligente in particolare, potranno essere realizzati.
Si prevede che prima o poi le tecnologie intelligenti prevarranno nella produzione. Ma come influenzerà questo la logistica di magazzino? Lo sviluppo procederà allo stesso modo o in modo simile?
Ci sono molti segnali in tal senso.
Sistemi di trasporto intelligenti nel magazzino
Senza un sistema di controllo centrale, questi veicoli negoziano tra loro gli ordini di trasporto in arrivo, stabiliscono le regole di precedenza e si 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 numerose unità virtuali. In caso di malfunzionamenti, lo sciame di veicoli reagisce e risolve autonomamente il problema.
Robot di trasporto autonomi
È qui che entrano in gioco le due aziende Kardex Remstar e Servus Intralogistics, che hanno sviluppato una nuova soluzione denominata Smart Factory per ottimizzare la logistica interna della produzione dei loro clienti
I componenti principali della soluzione sono i sistemi di prelievo dinamico di Kardex Remstar e un sistema di trasporto specializzato di Servus Intralogistics, costituito da robot di trasporto autonomi montati su rotaia. I prodotti di entrambe le aziende sono disponibili separatamente da tempo. La novità è che i componenti vengono combinati in un'efficiente soluzione globale utilizzando un software di nuova concezione. I componenti necessari per l'assemblaggio vengono stoccati in modo salvaspazio nei magazzini verticali, nei caroselli o nei sistemi di stoccaggio per container di Kardex Remstar. Al momento del prelievo, il sistema di trasporto Servus preleva automaticamente i componenti dal magazzino e li trasporta alle postazioni di assemblaggio utilizzando robot di trasporto autonomi. I robot ricevono automaticamente informazioni sulle fasi di lavoro richieste e completano tutte le fasi successive in modo indipendente. Di conseguenza, il sistema Servus non richiede un'unità di controllo centrale, poiché i robot di trasporto comunicano direttamente con altri robot di trasporto e postazioni di lavoro tramite infrarossi, consentendo loro di reagire all'ambiente circostante. Il sistema di trasporto Servus si dimostra particolarmente flessibile, in quanto consente la pianificazione libera del percorso all'interno dello stabilimento e si adatta in modo ottimale alle strutture edilizie esistenti. Ciò significa che il binario può essere installato in qualsiasi punto, dal pavimento al soffitto, nei capannoni di stoccaggio e produzione.
L'intelligenza dello sciame dell'Istituto Fraunhofer
Un approccio sostanzialmente comparabile, ma nella sua forma attuale più avanzato, è rappresentato dal sistema di stoccaggio e trasporto di container denominato Multishuttle , progettato dall'Istituto Fraunhofer per il flusso di materiali e la logistica .
L'idea di base è che il vantaggio decisivo di un sistema di stoccaggio non si misura solo dalla sua pura capacità di stoccaggio e prelievo, ma anche dalla velocità con cui i contenitori di stoccaggio raggiungono la loro destinazione. Gli specialisti del Fraunhofer IML ipotizzano che la quota di sistemi di trasporto e stoccaggio per piccoli carichi continuerà ad aumentare nella logistica di magazzino rispetto ai sistemi di trasporto e stoccaggio per pallet. Ciò è dovuto alla continua riduzione delle dimensioni delle spedizioni e alle conseguenti misure di riduzione delle scorte nell'industria e nel commercio.
L'idea originale prevedeva lo sviluppo di un sistema di trasporto con veicoli a rotaia economici. Questi veicoli dovevano essere in grado di gestire autonomamente le operazioni di stoccaggio e prelievo all'interno del magazzino, consentendo così l'intero processo di trasporto dal magazzino alla postazione di lavoro senza ulteriori movimentazioni. Questa idea ha portato allo sviluppo del cosiddetto Multishuttle, che funziona in modo simile al veicolo di trasporto Servus.
Tuttavia, gli ingegneri si sono presto resi conto dei limiti di questa soluzione: l'inflessibilità del sistema di binari. Si sono quindi dedicati allo sviluppo del MultiShuttle, un veicolo in grado di muoversi all'interno del magazzino senza binari. In collaborazione con Dematic, l'istituto ha sviluppato il MultiShuttle Move, compatibile con il sistema di binari convenzionale ma dotato anche di un telaio a pavimento e di un sistema di navigazione intelligente. Il veicolo è equipaggiato con scanner laser anteriori e posteriori, che fungono sia da sistema di orientamento che da dispositivo di sicurezza durante le operazioni a pavimento. Grazie alla tecnologia di posizionamento integrata, può muoversi in completa libertà all'interno dello spazio senza binari di guida o altri marcatori fissi e reagire dinamicamente ai cambiamenti. Ciò riduce al minimo la necessità di una tecnologia di trasporto fissa, garantendo al contempo la massima flessibilità.
Con questo sistema innovativo, veicoli di trasporto intelligenti e interconnessi gestiscono tutte le operazioni di trasporto, ad esempio da un magazzino verticale alle postazioni di lavoro dove i prodotti vengono ulteriormente lavorati o prelevati. Questi agili aiutanti non sono guidati da un software di gestione del magazzino, ma si coordinano autonomamente senza alcun controllo centrale. Poiché questo tipo di logistica di magazzino richiede un gran numero di questi piccoli aiutanti, il software sarebbe sopraffatto dalla complessità di gestione di questo sciame di robot. Questo consente loro di muoversi completamente liberamente all'interno del magazzino verticale, sia su rotaie che a terra.
I dispositivi comunicano e si controllano a vicenda utilizzando il principio dell'intelligenza collettiva. Questo risultato è ottenuto grazie all'impiego di una tecnologia di sensori di nuova concezione, dotata di funzionalità quali tracciamento radio, misurazione della distanza e navigazione. Ciò consente ai singoli shuttle di trovare sempre il percorso più diretto e breve verso la destinazione, di coordinarsi tra loro per l'accettazione degli ordini e la pianificazione ottimale del percorso, garantendo così la massima produttività in magazzino e, di conseguenza, l'efficienza.
Le collisioni vengono inoltre evitate grazie al sistema di sensori integrato, che arresta automaticamente i veicoli in caso di imminente collisione con un altro dispositivo o una persona. In caso contrario, nel magazzino si applicano regole fisse di precedenza, simili a quelle del traffico stradale.
Se sono necessarie risorse aggiuntive, la capacità di trasporto del sistema può essere adattata in modo flessibile aumentando il numero di veicoli. Non sono necessari investimenti in strutture fisse.
Rimaniamo in contatto
