In un’impresa la simulazione diventa la logica industriale 4.0 per lo sviluppo di prodotto, di processo e di performance. È un discorso molto importante, anche perché il software industriale, come il Mom, può giocare un ruolo di rilievo nell'integrazione della supply chain. La roadmap nazionale per lo sviluppo di nuovi modelli industriali e l’economia avanzata Industry 4.0. Se n’è parlato nel corso di un webinar by Siemens Digital Industries Software e CFI, con Luca Manuelli, Franco Megali, Flavio Tonelli, Katia Gatti, Carlo Conti, Simone Rosato, Giulio Folgarait
Monitorare e controllare remotamente gli asset di fabbrica, dalla singola macchina all’intera linea di produzione. L’esperienza covid ha messo in luce quanto sia importante per qualsiasi azienda del settore industriale essere connessi. Connessione che è solo uno dei tanti aspetti e benefici della fabbrica che si realizza dando vita a un’impresa digital twin dove la simulazione diventa la logica industriale 4.0 per lo sviluppo di prodotto, di processo e di performance. In altre parole, la fabbrica digitale integrata basata sulla simulazione, che ha per elementi fondanti digital twin e software industriale come plm, mes, mom. Parlare del futuro di questa fabbrica significa affrontare il futuro della manifattura a 360 gradi: le singole fabbriche come l’intero sistema produttivo italiano, che a nostro avviso non può fare a meno di adeguate politiche industriali.
Come può diventare la fabbrica digitale integrata al massimo delle sue possibilità? E in che modo deve entrare nell’agenda della politica industriale da definire in un momento delicato come quello del Pnrr? In questo articolo cercheremo di affrontare entrambi gli aspetti, e lo faremo utilizzando i materiali e le discussioni, debitamente adattate e interpretate, emerse da un webinar organizzato dal leader mondiale di queste tecnologie (Siemens Digital Industries Software) in collaborazione con il Cluster Fabbrica Intelligente, di cui Siemens è pathfinder, cioé partner tecnologico. È un discorso molto importante, anche perché il software industriale come il Mom può giocare un ruolo di rilievo nell’integrazione della supply chain. E quando parliamo di integrazione della supply chain, parliamo di pmi che fanno parte di filiere industriali che necessitano di una visione industriale del futuro.
La fabbrica digitale integrata e le politiche industriali all’epoca del Pnrr
Con il ruolo di Pathfinder, Siemens Digital Industries Software porta a bordo dell’ecosistema d’innovazione del Cluster Fabbrica Intelligente il digital twin e il software industriale, le tecnologie abilitanti il paradigma Industria 4.0 di cui l’azienda – capitanata dal ceo Franco Megali e controllata dalla Digital Industries del colosso tedesco tedesco Siemens di cui Giuliano Busetto è l’head della Operating Company in Italia – è leader mondiale. L’obiettivo è collaborare con l’associazione presieduta dal cdo di Ansaldo Energia e ceo di Ansaldo Nucleare Luca Manuelli per “scrivere” il futuro della manifattura italiana, partecipando a iniziative a favore di politiche industriali innovative. Il focus delle attività è la definizione della Roadmap nazionale, il documento strategico che indirizza la trasformazione digitale dell’industria e si propone di rendere più competitiva la manifattura italiana individuando le principali necessità in termini di avanzamento tecnologico. Nella Roadmap vengono individuati i macro-scenari di sviluppo (sette le Linee di Intervento) all’interno dei quali il manifatturiero ha la possibilità di programmare specifiche attività di ricerca e innovazione.
Per ogni Linea di Intervento, il CFI ha costituito un Gruppo Tematico Tecnico-Scientifico (GTTS) che rappresenta la modalità organizzativa per integrare visioni, programmi e azioni che hanno lo scopo di accelerare l’evoluzione tecnologica del manifatturiero italiano vale a dire l’asse portante del nostro sistema economico. In particolare, Siemens supporta i Gtts in riferimento a: Gtts1: sistemi per la produzione personalizzata; Gtts4: sistemi di produzione ad alta efficienza; Gtts5: processi di produzione innovativi; Gtts6: sistemi di produzione evolutivi e adattivi. Quattro linee di intervento dove il paradigma della simulazione del digital twin e il software industriale di derivazione Plm e Mom (manufacturing operations system), l’evoluzione del più noto Mes (manufacturing execution systems) – giocano un ruolo da protagonisti. «Il Cluster Fabbrica Intelligente – afferma Megali – è a nostro avviso il tavolo ideale per dare un contributo decisivo in questa direzione. L’obiettivo è supportare le grandi aziende e le pmi manifatturiere italiane nella individuazione e implementazione di tecnologie innovative e delle relative competenze in grado di sostenere lo sviluppo della loro competitività».
Trasformare le risorse produttive del Paese in una logica di economia avanzata Industry 4.0
«Come Pathfinder di CFI, Siemens Digital Industries Software ha il compito di creare dei percorsi virtuosi di digitalizzazione, abilitando la creazione di nuovi sistemi di produzione, ideati e progettati come sistemi evolutivi e resilienti, spiega Flavio Tonelli, docente della Scuola del Politecnico dell’Università di Genova e membro del Ocg di CFI. Grazie a un elevato grado di automazione e capacità di autoapprendimento è oggi possibile introdurre livelli di autonomia e di intelligenza adattativa in grado di realizzare la trasformazione digitale degli ambienti di produzione».
Mai però commettere l’errore di ricondurre il tema della trasformazione digitale a una questione puramente tecnologica. In gioco, è bene sempre ricordarlo, vi è la capacità di trasformare le risorse produttive del Paese in una logica di economia avanzata Industry 4.0 in grado di ridare slancio allo sviluppo industriale, garantendo competitività a piccole, medie e grandi imprese su mercati internazionali. Ecco, quindi, la necessità di vedere il tutto in una prospettiva più ampia. Come dice Luca Manuelli: «Avviare un percorso di trasformazione digitale è una sfida complessa e necessita di una visione e strategia condivisa da imprese e istituzioni, il cui ruolo, sostenuto oggi dagli investimenti previsti dal Piano di ripresa e resilienza nazionale (Pnrr) in tema di digitalizzazione, deve focalizzarsi sull’execution della trasformazione, potenziando l’articolato ecosistema per il trasferimento tecnologico Industry 4.0 che in questi anni si è affermato su tutto il territorio nazionale».
Una roadmap nazionale per lo sviluppo di nuovi modelli industriali
Le aree di maggiore focalizzazione che si riconducono alle linee di intervento tracciate a livello nazionale dall’associazione possono beneficiare di un approccio basato su digital twin e sulle numerose altre applicazioni Industrial IoT che l’ecosistema Siemens mette a disposizione di chi progetta, realizza e commercializza prodotti di manifattura. Per tutto ciò che riguarda la digitalizzazione delle macchine e delle linee produttive la tecnologia Siemens supporta modelli industriali in grado di riconfigurarsi in tempi ridotti per soddisfare i requisiti specifici dei singoli clienti. Come afferma Tonelli, «L’elevato livello di integrazione che contraddistingue la proposizione del gigante tedesco del software industriale prevede soluzioni che comprendono tecnologie a supporto dell’acquisizione dati, configuratori di prodotto e piattaforme per il monitoraggio degli asset presenti in un qualsiasi sito produttivo».
La fabbrica digitale integrata al massimo delle sue possibilità
Monitorare e controllare remotamente gli asset di fabbrica, dalla singola macchina all’intera linea di produzione. Ne abbiamo parlato all’inizio e riprendiamo il discorso qui: la pandemia ha messo in luce quanto sia importante per qualsiasi azienda del settore industriale essere connessi. È solo uno dei tanti aspetti e benefici della fabbrica virtualizzata che si realizza dando vita a un’impresa digital twin dove la simulazione diventa la logica industriale 4.0 per lo sviluppo di prodotto, di processo e di performance. È il nuovo paradigma della trasformazione digitale, che garantisce una piena integrazione tra OT e IT. Il risultato? Come dice Katia Gatti, Business Development Manager di Siemens Industries Software, «Una dimensione d’impresa end-to-end, interna ed esterna alla fabbrica, che assicura una piena consistenza dei dati e delle informazioni così come trasparenza e visibilità operativa lungo tutta la catena del valore».
Digital twin per un’economia sostenibile sia all’interno che all’esterno dell’azienda
Declinato nelle sue diverse versioni – di prodotto, di processo e di performance – il digital twin consente di realizzare la fabbrica digitale, creando un tessuto connettivo Industrial IoT (digital thread) che integra tutti i punti operativi e funzionali di un’azienda. I vantaggi che possono derivare da un modello industriale basato sulla simulazione e sull’integrazione dei processi d’impresa? Secondo Carlo Conti, coordinatore attività pre-vendita dei prodotti di simulazione Siemens Digital Industries Software, «Aumento dell’efficienza operativa, riduzione dei costi e del numero di prototipi, produzione zero downtime e zero difetti, creazione di nuovi modelli di business basati sulla servitizzazione». Ma non solo, anche riduzione degli sprechi poiché permette di progettare il prodotto, sin dalle primissime fasi di ideazione, in un’ottica di “sostenibilità by design”, abilitando attività di de-manufacturing e re-manufacturing in modo che materiali e componenti possano essere riutilizzati una volta che il prodotto raggiunge il fine ciclo vita e viene dismesso. Digital twin e software industriale creano infine le premesse per il tracciamento del prodotto lungo tutta la filiera, con possibilità di abilitare una governance della supply chain attraverso strumenti come il Mom (manufacturing operation management), validando e certificando i fornitori che soddisfano criteri di produzione a basso impatto ambientale.
La nuova progettazione emergente basata sulla simulazione
Per il management di Industries Software, con il digital twin l’obiettivo è integrare digitalmente tutte le funzioni coinvolte nell’ideazione, progettazione e produzione in un’economia di fabbrica circolare, dove un qualsiasi input di processo diventa il presupposto per un miglioramento continuo. «Di fatto, il digital twin contribuisce ad abbattere i muri che impediscono la condivisione di dati tra i diversi dipartimenti», afferma Simone Rosato, head of ommercial operations digital transformation di Siemens Industries Software. Nelle intenzioni di Siemens i nuovi modelli digital twin, fondati sulla simulazione “always on”, diventano quindi gli strumenti di riferimento della progettazione emergente, in grado di integrare in modo sinergico le varie fasi dei processi associate alla dimensione di fabbrica e d’impresa.
Il digital twin come paradigma della trasformazione digitale
Il digital twin deve essere inteso come la logica che permette di avere una visione virtuale della fabbrica nella sua complessità, dei suoi singoli asset e delle linee produttive, integrando tutte le applicazioni che concorrono ad alimentare tutti i flussi di informazioni dell’operatività aziendale. Con il digitale le aziende sono oggi via via consapevoli dell’opportunità di interagire con la macchina non più attraverso un processo meccanico ma attraverso un processo che deriva dall’acquisizione di dati “on field”. «Le imprese manifatturiere italiane, che rappresentano una punta di eccellenza nel settore della produzione di macchine utensili e beni strumentali – afferma Katia Gatti – stanno fronteggiando la sfida dei mercati affiancando alla vendita dei beni primari, un portafoglio di servizi a valore aggiunto. Questo comporta lo sviluppo e consolidamento di un modello di business 4.0 che necessita nuovi processi, nuove unità organizzative e nuove tecnologie abilitanti che fanno riferimento al digital twin e alla simulazione».
La simulazione permette di incrementare le performance aziendali
Il digital twin e la simulazione “always on” si affermano perché il tradizionale processo di progettazione sequenziale ha ormai raggiunto i suoi limiti poiché non permette di introdurre i cambiamenti necessari prima di arrivare alla prototipazione finale. Il messaggio lanciato da Siemens Digital Industries Software è chiaro e diretto: è tempo di rimettere in discussione tutti quei processi che, per quanto consolidati, limitano il raggiungimento di nuovi obiettivi di performance aziendali, introducendo modelli di progettazione e sviluppo capaci di incrementare il vantaggio competitivo che, per definizione, è ormai digitale. La sfida della nuova economia digitale può essere vinta grazie all’adozione di soluzioni abilitanti una simulazione avanzata, che valuta le prestazioni del prodotto in tutte le fasi di processo, consentendo una validazione finale in temi rapidi e una riduzione del numero di prototipi.
Digital twin per risolvere la complessità dello sviluppo di sistemi multi-fisici
I prodotti stanno diventando sempre più smart e personalizzati. Sono di fatto un intreccio di sistemi di sistemi. Tutto ciò implica una gestione di complessità e dati senza precedenti poiché il confine tra domini fisici e digitali è sempre più labile. Per Giulio Folgarait, business consultant manufacturing operation di Siemens Digital Industries Software, «Un modo efficiente per risolvere questa complessità in una dimensione Industry 4.0 è procedere alla creazione di un insieme di accurati modelli di simulazione che possano aiutare a prevedere il comportamento del prodotto nelle varie fasi del ciclo di vita. I modelli digital twin possono essere realizzati su scale diverse e per varie applicazioni: integrano multipli aspetti fisici – meccanici, elettrici, elettronici e idraulici – e contengono la descrizione fisica del prodotto reale e del processo di produzione.
«I digital twin sono inoltre lo strumento attraverso il quale condurre esperimenti cost-effective: prevedono e valutano i risultati di decisioni alternative a mano a mano che il prodotto evolve dalla sua ideazione alla sua produzione al suo utilizzo finale, aggiunge Folgarait. La simulazione in fase di design aiuta infatti a sviluppare nuove forme, inimmaginabili anche a un ingegnere esperto, in tempi rapidi e con il minimo dispendio di materiali». Infine, a livello ingegneristico la simulazione valida in modo virtuale le performance dei sottosistemi e dell’intero prodotto mentre nella fase di produzione aiuta ad analizzare a prevedere problemi di commissioning, individuando la miglior sequenza operativa in rapporto alla disponibilità e ai limiti delle risorse a livello di plant. Infine, una volta disponibile, il digital twin può essere trasferito nel mondo reale e i modelli di simulazione possono essere costantemente aggiornati con dati acquisibili da sensori IoT. In questo modo il modello riflette lo stato corrente del prodotto consentendo di avere insight dall’utilizzo reale dello stesso, creando le premesse per una manutenzione puntuale e un miglioramento ingegneristico.
Progettare la fabbrica con la simulazione
Coma abbiamo visto, il digital twin, paradigma della nuova simulazione, è vitale per risolvere la complessità dello sviluppo prodotto, ma può essere utilizzato in modo più esteso: per determinare lo stato di performance o il layout di una linea produttiva, per monitorare un impianto così come per supportare l’esecuzione ottimale di un qualsiasi processo industriale o manifatturiero. «Simulazione e test sono gli elementi costitutivi del digital twin: forniscono una capacità predittiva che consente di gestire al meglio le performance di fabbrica, dice Conti. Non solo, simulazione e test garantiscono al digital twin di evolvere nel tempo per affrontare tutte le sfide che il singolo asset deve sostenere nell’arco della sua vita» In questo modo si apre quindi una nuova frontiera, quella che vede l’utilizzatore del sistema virtualizzato, macchina o altro che sia, diventare parte integrante del processo dello sviluppo poiché i dati e le informazioni, rilevati nell’utilizzo del “sistema” nella sua specifica dimensione fisica, rappresentano un input per nuovi miglioramenti, di progettazione e ingegneristici. Informazioni che vengono poi rese disponibili agli operatori di linea delle diverse stazioni produttive per implementare miglioramenti nei cicli di lavoro.
Digital twin del processo di produzione
Da un punto di vista applicativo e di software industriale l’integrazione dei dati tra Plm, Mes-Mom ed Erp è la chiave di volta per realizzare una piena integrazione OT-IT. Grazie a un flusso di informazioni condiviso si possono infatti creare cicli lavoro e distinte produttive in funzione della disponibilità di materiali, prevedendo eventuali risorse alternative. La fattibilità di un ciclo di produzione, grazie al digital twin dell’ambiente di produzione, può essere simulata in logica “what if” andando così a definire il piano migliore, in termini di indicatori di performance, per rendere il tutto eseguibile a livello di fabbrica. Analogamente, il digital twin può fornire un controllo statistico sulle performance di processo, apportare delle correzioni in tempo reale, modificare il ciclo per fare in modo che le difformità riscontrate non si ripetano. Insomma, risolvere la complessità di sistemi predisposti per funzionare in una logica IoT necessita di informazioni condivise in tutte le diverse fasi di progettazione, superando le barriere dei silos aziendali. Esigenza che può essere soddisfatta dall’Industrial IoT, la cui implementazione consente di fare emergere competenze basate sulla progettazione e pianificazione collaborativa.
Il digital twin per la performance delle linee produttive
«Con i digital twin è anche possibile arrivare a simulare il funzionamento di un intero stabilimento, verificare la fattibilità dell’integrazione di nuovi impianti, macchine e sistemi con i processi produttivi in essere», dice Rosato. Anche in questo caso, le attività di simulazione possono essere di tipo multifisico, testando le variabili che interferiscono con il funzionamento ottimale della complessità del sistema. Le informazioni acquisite dalla linea produttiva, nel suo insieme o per singoli asset, servono per esempio all’ingegneria per definire il ciclo produttivo e la distinta di produzione ottimale. In questo modo si ottimizzano i cicli produttivi da abbinare alle singole macchine. È inoltre possibile analizzare l’impatto che può generare una modifica della logistica manifatturiera, provvedendo a fornire indicatori di throughput ed efficienza, e renderla operativa soltanto se questa effettivamente, e a ragion veduta, porta dei miglioramenti. Allo stesso modo si può simulare un nuovo codice di automazione prima ancora di trasferirlo in linea in modo definitivo. Come affermano i tecnici di Siemens Digital Industries Software, «Il potere della simulazione permette la validazione del processo prima di portarlo nella produzione reale, minimizzando le modifiche ingegneristiche e massimizzando gli indicatori di performance».
