Che cosa sono la smart factory e lo smart manufacturing?

I produttori stanno sfruttando le ultime innovazioni digitali per ripensare le loro operazioni. In un sondaggio del 2023 condotto da Sapio Research e Rockwell Automation su 1.350 produttori in 13 paesi, il 97% degli intervistati ha dichiarato di voler utilizzare tecnologie di smart manufacturing, che possono includere dalla robotica all'Internet of Things (IoT), nel corso dei prossimi uno o due anni.

Se da un lato questi investimenti offrono vantaggi immediati potenziando le pratiche di automazione convenzionali, dall'altro gettano le basi affinché i produttori possano reimmaginare il funzionamento delle loro strutture attraverso la creazione di smart factory, che enfatizzano l'interconnettività dei sistemi e la condivisione dei dati, aiutando i produttori a produrre beni più rapidamente e con meno difetti, riducendo ulteriormente i costi.

Che cos'è una smart factory?

Una smart factory utilizza sistemi e macchinari interconnessi per generare dati, spesso in tempo reale, per migliorare i processi di produzione end-to-end e aiutare gli operatori delle macchine, i supervisori di linea, gli ingegneri, i dirigenti aziendali e altri a prendere decisioni migliori. Le macchine e i dispositivi di smart factory generano anche dati sulla propria salute in modo che sia possibile effettuare la manutenzione prima che si guastino.

Vale la pena notare che le fabbriche utilizzano la robotica e l'automazione da molti anni. Tuttavia, tali strutture non sono considerate smart factory a meno che non utilizzino sistemi e macchine completamente integrati, che uniscono il mondo fisico e quello digitale. Le smart factory spesso implementano la robotica avanzata e talvolta la stampa 3D. Le smart factory sono la manifestazione nel mondo reale del concetto più ampio di smart manufacturing.

Che cos'è lo smart manufacturing?

Lo smart manufacturing è il concetto di utilizzo delle tecnologie per coordinare i processi fisici e digitali all'interno delle fabbriche e lungo tutta la supply chain di produzione. Tali processi includono l'approvvigionamento dei materiali, la logistica, la produzione e lo smaltimento. Gli obiettivi principali dello smart manufacturing sono migliorare le prestazioni operative e rispondere rapidamente alle fluttuazioni della domanda e dell'offerta.

Concetti chiave

• Lo smart manufacturing è il concetto di utilizzo delle tecnologie completamente integrate per raccogliere dati e digitalizzare processi all'interno delle fabbriche e lungo tutta la supply chain di produzione.
• Le smart factory sono la manifestazione nel mondo reale del concetto di smart manufacturing.
• L'intelligenza artificiale, l'apprendimento automatico, l'Internet of Things e la robotica avanzata fanno funzionare la maggior parte delle smart factory.
• Le smart factory attirano i produttori perché possono ridurre i costi, migliorare l'efficienza, consentire il ridimensionamento rapido della produzione in base al cambiamento della domanda, ridurre la dipendenza dai lavoratori e ridurre i difetti dei prodotti.

Spiegazione di smart factory e smart manufacturing

Sebbene i termini smart manufacturing e smart factory siano spesso usati in modo intercambiabile, sono diversi. Lo smart manufacturing è il concetto di utilizzo di tecnologie avanzate e connesse per coordinare i processi fisici e digitali all'interno delle fabbriche e lungo tutta la supply chain per migliorare le prestazioni. Le smart factory mettono in pratica questa idea, utilizzando i dati raccolti da apparecchiature in rete integrate con sensori, noti come Internet of Things industriale (IIoT, Industrial Internet of Things), abbinati a robot e catene di montaggio automatizzate. Ad esempio, una smart factory può identificare tempestivamente potenziali errori di produzione utilizzando sensori incorporati e collegati alle macchine e dire a un robot di intervenire prima che si verifichi un problema. I progressi tecnologici come questi guidano la "quarta rivoluzione industriale", comunemente chiamata Industria 4.0.

L'obiettivo finale di una smart factory è accelerare i processi ed eliminare gli errori. Anche con l'automazione della smart factory, le persone continuano a svolgere un ruolo vitale. Gli operatori di linea, ad esempio, possono monitorare i dati di produzione su un dispositivo mobile e decidere di caricare una macchina in modo diverso in base ai dati, contribuendo a migliorare le prestazioni della macchina o di un'intera linea di produzione.

Come funzionano le smart factory?

Le smart factory si affidano a una rete di sensori e software per raccogliere e condividere dati in ogni fase del processo di produzione, aiutando i produttori ad accelerare la produzione e a migliorare la qualità dei prodotti e la manutenzione del sistema. Ad esempio, all'interno di una fabbrica, un bin su una linea di produzione può essere dotato di un sensore che attiva una richiesta di rifornimento quando le scorte stanno per esaurirsi, spingendo un robot a consegnare nuove forniture in tempo per evitare ritardi. Inoltre, le macchine generano continuamente dati sulla propria salute, prevedendo le esigenze di manutenzione e riducendo i guasti. Le macchine connesse in una smart factory prevengono anche i difetti individuando problemi con i materiali.

Struttura e livelli di una smart factory

Le smart factory generalmente si evolvono in base ai quattro livelli o alle quattro fasi di seguito. La maggior parte delle fabbriche oggi è al livello 1.

Vantaggi di una smart factory

Secondo le stime di Grand View Research, il mercato globale della tecnologia di smart manufacturing, che comprende le vendite di sensori, robot, software avanzati e altre risorse tecnologiche, crescerà da 254,24 miliardi di dollari nel 2022 a 787,54 miliardi di dollari entro il 2030. I produttori stanno investendo in questa tecnologia perché desiderano ottenere i seguenti vantaggi:

• Riduzione dei costi. Le smart factory riducono i costi principalmente riducendo il personale, gli errori umani, i difetti dei prodotti e gli sprechi e prolungando la vita delle macchine attraverso la manutenzione diagnostica.
• Decisioni migliori e più veloci. I dati raccolti dai sensori e poi analizzati in ogni fase del processo di produzione, inclusa tutta la supply chain, aiutano dirigenti, responsabili e lavoratori in ogni fase a prendere decisioni più informate e più rapide. I professionisti della supply chain, ad esempio, potrebbero rivedere la raccomandazione di una smart factory di ordinare più materiali e, se sono d'accordo, decidere quando dovrebbe arrivare una spedizione. Oppure potrebbero rivedere i dati disponibili e decidere di modificare l'algoritmo che formula le raccomandazioni in modo che le raccomandazioni future siano più in linea con le esigenze del produttore.
• Migliore efficienza. L'efficienza produttiva si riferisce generalmente alla qualità e all'efficacia del lavoro completato, non tanto alla quantità di output prodotto (produttività). Pertanto, le tecnologie di smart factory aumentano l'efficienza principalmente riducendo al minimo le ridondanze dei processi, automatizzando le attività ripetitive, riducendo gli sprechi di tempo e materiale, riducendo al minimo i tempi di inattività e ricostituendo le scorte in base alle carenze previste.
• Più lavoro completato con meno personale. Sebbene le persone svolgano ancora un ruolo importante nelle smart factory, i processi automatizzati consentono ai produttori di svolgere più lavoro con meno dipendenti. Si tratta di una considerazione importante dato che circa 2,1 milioni di posti di lavoro nel settore manifatturiero negli Stati Uniti rimarranno vacanti entro il 2030 per una serie di motivi demografici, economici e di altro tipo, secondo la National Association of Manufacturers.
• Diminuzione dell'impatto sull'ambiente. Utilizzando i materiali in modo più efficiente con l'aiuto di tecnologie intelligenti e connesse, le smart factory aiutano i produttori a ridurre i materiali di rifiuto che finiscono nelle discariche, riducendo la loro impronta di carbonio. I produttori possono anche dare priorità all'uso di materiali e componenti sostenibili, monitorando le origini e il trasporto di tali merci utilizzando le tecnologie blockchain e identificazione a radiofrequenza (RFID).

Tecnologie di una smart factory

In un sondaggio del 2023 condotto da EY, il 97% dei CEO della produzione industriale ha affermato che la continuazione dei progetti di trasformazione digitale e tecnologica è una priorità a breve termine. Questi progetti spesso coinvolgono le seguenti tecnologie.

• Sensori. I sensori sono dispositivi che i produttori posizionano sopra o all'interno delle macchine del reparto produttivo della smart factory per raccogliere dati su una varietà di fattori, tra cui temperatura, vibrazioni, pressione, coppia, prossimità e movimento. I sensori sono fondamentali per l'Internet of Things industriale.
• Internet of Things industriale (IIoT). I supervisori e gli operatori di produzione utilizzano i dati raccolti dalle macchine e da altri oggetti connessi a Internet nel reparto produttivo per analizzare le condizioni fisiche, le prestazioni e la produzione di tali risorse, nonché i processi di produzione che supportano. Possono quindi applicare correzioni alla macchina e apportare modifiche al processo secondo necessità. Ad esempio, i sensori collegati all'IIoT possono avvisare i lavoratori di futuri problemi di manutenzione rilevando vibrazioni insolite o cambiamenti di temperatura su una macchina. Con la manutenzione diagnostica, i produttori possono prevenire costosi tempi di inattività e danni alle macchine intervenendo prima che si verifichi un problema. Un sondaggio del 2022 condotto da IIoT World ha rilevato che il 67% dei produttori ha implementato o sta sviluppando una strategia IIoT.
• Cloud computing. Il cloud computing è la base tecnologica della maggior parte delle smart factory, dove risiedono i dati, le applicazioni e l'infrastruttura sottostante. I servizi cloud offrono numerosi vantaggi chiave. Possono essere facilmente ridimensionati in base alle esigenze del produttore. Le nuove funzionalità dell'applicazione, così come le prestazioni e altri miglioramenti, vengono forniti automaticamente su Internet, senza gravare sui team IT dei produttori con aggiornamenti costosi e dispendiosi in termini di tempo. È possibile accedere ai servizi cloud da qualsiasi luogo e generalmente offrono sicurezza e backup affidabili. Inoltre, i produttori pagano solo per la capacità applicativa e infrastrutturale di cui hanno bisogno e che utilizzano.
• Big data. I produttori raccolgono e analizzano enormi quantità di dati, i cosiddetti big data, nelle loro smart factory. Le applicazioni supportate da robusti sistemi ERP includono manutenzione diagnostica, rilevamento di anomalie, controlli di qualità, riduzione degli sprechi, miglioramenti dei processi e previsioni di mercato. Ad esempio, in previsione di un previsto picco della domanda per un particolare prodotto, un produttore potrebbe dedicare più catene di montaggio a quel prodotto e/o crearne un inventario più ampio di quanto avrebbe fatto altrimenti.

Esempi di smart factory

Le smart factory rappresentano ancora un'ambizione per la maggior parte dei produttori, ma i primi ad adottarle stanno mostrando la via da seguire.

Prendiamo ad esempio LG Smart Park di LG Electronics situata a Changwon, in Corea del Sud, che è stata nominata "Lighthouse Factory" dal World Economic Forum per la sua efficienza produttiva, sicurezza e basso impatto ambientale. All'interno della fabbrica, che produce elettrodomestici, componenti per frigoriferi e altri elettrodomestici vengono consegnati alle linee di produzione tramite un sistema di trasporto aereo o tramite veicoli a guida automatica (AGV, automated guided vehicles) gestiti tramite la rete 5G della struttura. A ciascuna linea è collegato un “magazzino intelligente” che monitora l'inventario in tempo reale e richiede parti e forniture aggiuntive secondo necessità. Secondo l'azienda, un sistema di automazione logistica 3D riduce al minimo la quantità di spazio di magazzino necessaria del 30% rispetto ai sistemi convenzionali, riducendo al contempo il tempo necessario per il trasporto dei materiali del 25%. I sensori collegati e all'interno delle macchine identificano potenziali problemi di produzione e comandano ai robot di risolverli prima che si verifichino. I robot svolgono anche lavori pericolosi, come la saldatura e il sollevamento di apparecchiature pesanti, rendendo la fabbrica più sicura per i lavoratori. Nel 2022, LG ha dichiarato che prevede di applicare queste e altre tecnologie di produzione intelligente sperimentate all'interno di LG Smart Park di Changwon a un totale di 26 stabilimenti di produzione in 13 paesi.

Acquistando i diritti su 50 MHz di larghezza di banda, il produttore di apparecchiature agricole John Deere ha costruito la propria rete 5G per le sue fabbriche nel Midwest per riuscire ad analizzare i dati delle linee di produzione così da migliorare l'assemblaggio. Prevede di dotare tali fabbriche di robot che possano lavorare fianco a fianco con i lavoratori. L'azienda sta inoltre creando modelli 3D o digital twin delle sue macchine di produzione per monitorarne le prestazioni, formare i tecnici e aiutarli a riparare le apparecchiature. Questi modelli sono accessibili in qualsiasi momento su tablet e smartphone.

Nello stabilimento Ford di Dearborn, nel Michigan, dove viene prodotto il pick-up elettrico F-150 Lightning, gli addetti alla linea di produzione utilizzano tablet connessi alla rete 5G dell'impianto per accedere ai dati sulle forniture di materiali e sullo stato delle apparecchiature. I singoli veicoli posizionati sugli AGV si spostano da un gruppo di lavoratori all'altro. Nel frattempo, presso la fabbrica di veicoli elettrici della casa automobilistica britannica, i sensori consentono a Ford di acquisire foto del processo di saldatura (i motori e le batterie dei veicoli elettrici richiedono migliaia di saldature) e un'analisi basata sull'AI determina il rispetto degli standard da parte di ogni saldatura. In caso contrario, la saldatura viene rifatta prima che la parte passi alla fase successiva della produzione. Questa funzionalità consente di risparmiare tempo e ridurre gli sprechi perché le parti che altrimenti potrebbero essere inutilizzabili vengono regolarmente riparate.

Diventare smart: trasformazione delle operazioni di produzione con Oracle

I produttori utilizzano le soluzioni di smart manufacturing di Oracleper massimizzare la produttività e l'efficienza, migliorare la qualità dei prodotti, adeguare i piani di produzione, evitare costosi tempi di inattività prevedendo guasti alle macchine e tenere traccia di merci e processi lungo le proprie supply chain.

Domande frequenti su smart factory e smart manufacturing

Qual è la differenza tra smart manufacturing e smart factory?
Lo smart manufacturing è l'ampio concetto di utilizzo delle tecnologie completamente integrate per coordinare e migliorare i processi fisici e digitali all'interno delle fabbriche e lungo tutta la supply chain. Le smart factory mettono in pratica questa idea.

Quali tecnologie fanno parte di una smart factory?
Le smart factory si affidano all'Internet of Things industriale, in base al quale i produttori raccolgono e analizzano i dati generati da una miriade di risorse della supply chain, macchine di fabbrica e altre "cose" per prendere decisioni migliori. Le smart factory utilizzano anche l'AI, l'apprendimento automatico, la robotica avanzata, la stampa 3D, i digital twin e altre tecnologie.

Di quale tipo di dati dovrebbe essere tenuta traccia in una smart factory?
Le smart factory tengono traccia dei dati sulle risorse che si spostano attraverso una supply chain, sui macchinari di fabbrica, sui processi di produzione e altro ancora.