L’interconnessione nell’Industria 4.0 di OBER
L’azienda ha creato la
rivettatrice senza fili più avanzata al mondo, progettata per soddisfare le esigenze dell’industria futura. Gli inserti filettati vengono impiegati in
settori di mercato cruciali come: attrezzature industriali per la cucina, costruzione di treni, automobili e imbarcazioni, turbine eoliche, produzione di macchine agricole e ingegneria di precisione, come quella meccanica e medica, dove l’aspetto estetico e la capacità di sigillare gli elementi sono fondamentali.
La trasformazione digitale in atto a livello mondiale, innescata dall’iniziativa
“Industria 4.0”, ha portato alla luce nuovi concetti e tecnologie emergenti. Uno di questi nuovi concetti è il
Digital Twins che ha recentemente iniziato a guadagnare slancio, ed è legato alla creazione di una
copia virtuale del sistema fisico, fornendo una connessione tra il sistema reale e quello virtuale per raccogliere, analizzare e simulare i dati nel modello virtuale per migliorare le prestazioni del sistema reale.
Attraverso a una visione incentrata sull’innovazione tecnologica continua,
OBER ha progettato uno strumento unico nel suo genere: la
BTR 170 "REBELPRO", una rivettatrice senza fili che assicura sempre
risultati di alta qualità e precisione. Con la sua
connessione esclusiva con l’industria 4.0, l’utilizzatore acquisisce il controllo totale dei processi di assemblaggio.
La caratteristica SMART di questa rivettatrice, derivante dalla sua
interconnessione con l’industria 4.0, comprende semplici e
veloci regolazioni e controlli on-board, oltre a funzionalità avanzate remote per la gestione delle informazioni sulla linea di produzione, tutto facilmente accessibile in qualsiasi momento. Ogni operazione viene tracciata dettagliatamente, i dati di posa possono essere memorizzati direttamente nella memoria dell’utensile,
consultabili da web-server o da remoto.
Scopri il
nostro esempio di industria 4.0 visitando il PDF della nostra
“BTR 170-REBELPRO", la rivettatrice senza fili più avanzata al mondo!
Che cosa significa Digital Twins?
Negli ultimi anni, si è notata una crescente attenzione e interesse verso i benefici derivanti dall’adozione dell’approccio dei "
Digital Twins", sia da parte delle comunità di ricerca che dell’industria. L’importanza di questo approccio è destinata a crescere ulteriormente nei prossimi anni.
Questo paragrafo esamina e approfondisce il concetto di Digital Twins nel
contesto della quarta rivoluzione industriale, mettendo l’accento sulle definizioni e le funzionalità, sulle
tecnologie collegate, sulle applicazioni industriali e sulle sfide derivate dall’interconnessione nell’industria 4.0.
Come nasce il concetto di interconnessione nell’industria 4.0?
Attualmente, il settore industriale sta attraversando una trasformazione digitale che ha avuto inizio
in Germania nel 2013 con l’avvio dell’iniziativa
"Industria 4.0". Questa trasformazione, conosciuta come la quarta rivoluzione industriale, si basa sull’impiego di
sistemi cibernetici-fisici (CPS) e
tecnologie dell’informazione e della comunicazione (ICT) nei processi manifatturieri. In particolare, sono coinvolte
l’intelligenza artificiale (AI) e l’Internet of Things (IoT).
La
trasformazione digitale nel settore manifatturiero implica una
transizione dal paradigma industriale attuale a sistemi più flessibili e adattabili, dotati della capacità di apprendere e prendere decisioni autonome. I
CPS costituiscono la
spina dorsale per l’implementazione dei principi dell’industria 4.0, supportando la creazione di una rete di componenti manifatturieri con controparti cibernetiche e fisiche, capaci di prendere decisioni decentralizzate e autonome.
L’interconnessione dell’industria 4.0 si basa su diversi principi di progettazione fondamentali che fungono da linee guida per la sua attuazione:
decentralizzazione, interoperabilità, virtualizzazione, capacità in tempo reale, orientamento ai servizi e modularità.Il concetto di virtualizzazione si riferisce alla capacità dei CPS di generare una copia virtuale del sistema fisico, stabilendo una
connessione tra il sistema reale e quello virtuale per raccogliere dati che influenzeranno la simulazione del modello. Un aspetto cruciale di questa replica digitale è la sua capacità di monitorare i processi del mondo fisico. Tale concetto ha evoluto dando vita a una tecnologia emergente nota come "Digital Twins" (DT), che ha attratto notevole attenzione negli ultimi anni.
Digital Twins e Industria 4.0: cosa sono
L’ascensione del Digital Twins (DT) riveste un ruolo di fondamentale importanza nello sviluppo di soluzioni per l’Industria 4.0 come evidenziato dall’
hype cycle di Gartner che posiziona il DT come elemento chiave innovativo delle tecnologie emergenti. Il concetto di DT si inserisce nell’andamento degli ecosistemi digitali, e secondo le proiezioni di Gartner, nei prossimi cinque anni, centinaia di milioni di oggetti, macchine e sistemi saranno dotati di un DT. Un’altra previsione significativa del rapporto Gartner afferma che
entro il 2025, la maggioranza delle grandi aziende industriali adotterà il DT, ottenendo un
aumento dell’efficienza del 10%. La prospettiva del ruolo cruciale del DT nei prossimi anni sottolinea l’urgenza di intensificare gli sforzi per renderlo una soluzione praticabile.
Nella fase di concezione, le tecnologie, come i sensori, vengono integrate nell’oggetto fisico per raccogliere dati dai processi e dall’ambiente. Vengono anche trasmesse informazioni relative ai
modelli CAD (Computer Aided Design) e ai
sistemi MES (Manufacturing Execution Systems). Nella fase di comunicazione, si stabiliscono protocolli adeguati a inviare le informazioni al Digital Twins. Tale fase comprende tre elementi:
l’edge processing, le communication interfaces e l’edge security.
Il primo elemento si occupa di elaborare i dati vicino alla loro origine, il secondo facilita la comunicazione tra i sensori e l’integrazione, mentre il terzo garantisce la sicurezza delle connessioni e dei dati.
La fase di Aggregazione si occupa di raccogliere tutti i dati elaborati in un deposito, rendendoli disponibili per la visualizzazione e l’analisi, che avviene nella fase di analisi.
La fase di Insight si dedica a presentare la conoscenza generata dall’analisi dei dati.
Infine, nella
fase di Act, la conoscenza derivata dalle fasi precedenti viene trasmessa agli attuatori dell’oggetto fisico.
Le varie definizioni presenti nella letteratura hanno contribuito a formulare una definizione generale del DT come la replica digitale di un oggetto o sistema fisico, interconnesso e in grado di condividere dati funzionali e/o operativi. Sia i dati storici che quelli in tempo reale saranno impiegati per valutare le condizioni dell’oggetto fisico, per effettuare ottimizzazioni e previsioni attraverso l’utilizzo di algoritmi di machine learning e tecniche di simulazione. Questi risultati saranno poi utilizzati per migliorare le performance dell’oggetto fisico.
Quali sono i principi di interconnessione dell’Industria 4.0?
Le linee guida della progettazione 4.0 permettono ai progettisti di sistemi e applicazioni di integrare diverse tecnologie 4.0 al fine di creare e implementare con successo sistemi sostenibili. Come accennato in precedenza, in vari scritti, emergono frequentemente sei principi chiave di progettazione che includono:
l’interoperabilità, la virtualizzazione, la decentralizzazione, le capacità in tempo reale, l’orientamento ai servizi e la modularità. Attualmente, un altro principio cruciale che viene considerato è l’ecodesign, conosciuto anche come addizionalità. Durante la fase di sviluppo dei sistemi sostenibili, questi principi di progettazione interagiscono in modo continuo.
Interconnessione dell’industria 4.0: Interoperabilità
L’interoperabilità denota la capacità dei sistemi di collaborare in modo sinergico, accedendo e utilizzando agevolmente le rispettive funzionalità. Garantisce l’integrazione, senza problemi, delle varie tecnologie, componenti e agenti (umani e non umani) attraverso i confini industriali. I modelli di interoperabilità si articolano in quattro livelli fondamentali di fusione: organizzativa (operativa), applicativa (sistematica), tecnica e semantica.
A livello organizzativo, si definiscono architetture, standard, concetti ecc., destinati all’integrazione. Nel contesto applicativo, si stabiliscono i principi guida per i metodi, i modelli e gli standard.
A livello tecnico, si realizza l’integrazione di diverse tecnologie 4.0 attraverso strumenti, piattaforme e infrastrutture varie. Ciò consente, di conseguenza, l’interoperabilità tra le diverse tecnologie.
Infine, il
livello semantico definisce i mezzi e i linguaggi di comunicazione da adottare all’interno di architetture integrative. Esempi di quadri interoperabili includono il C4ISR, sviluppato dall’esercito statunitense, l’ATHENA e il framework europeo di interoperabilità (EIF).
Interconnessione dell’industria 4.0: Virtualizzazione
La virtualizzazione risulta essenziale nella concezione di sistemi e applicazioni di tipo 4.0 in quanto fornisce un contesto per la creazione di modelli semantici, l’esecuzione di simulazioni, la conduzione di test e la validazione.
Gli ambienti virtuali generati in tempo reale
attraverso i dati provenienti dai sensori vengono impiegati per
supervisionare e gestire i processi fisici, mantenendo una costante sincronizzazione e aggiornamento.
Questo approccio virtuale presenta benefici significativi, come la creazione e l’implementazione di modelli semantici 4.0, la progettazione e il collaudo di prototipi, la formazione della forza lavoro e l’educazione, nonché l’integrazione del cliente (utente) nel processo di progettazione del prodotto.
Interconnessione dell’industria 4.0: Decentralizzazione
La progettazione dei sistemi e delle applicazioni 4.0 si avvale della decentralizzazione per assicurare che
ciascuna componente del sistema agisca in modo autonomo, prendendo decisioni in tempo reale e collaborando con altre componenti simili per raggiungere obiettivi comuni e garantire un’armoniosa organizzazione. In questo contesto operativo, i sistemi e le applicazioni diventano flessibili, consentendo l’implementazione di strategie efficienti per risolvere problemi e offrendo contemporaneamente prodotti personalizzati a costi contenuti.
Infine, la decentralizzazione agevola
l’interconnessione dell’industria 4.0, sia orizzontale che verticale, dei processi e delle decisioni nel contesto del sistema o dell’applicazione 4.0. Questa interconnessione di processi e decisioni assicura la risoluzione dei problemi derivanti da eventuali fallimenti delle componenti o da obiettivi contrastanti, delegando compiti ai livelli superiori lungo lo schema di integrazione verticale o alle componenti simili lungo lo schema di integrazione orizzontale.
Interconnessione dell’industria 4.0: Funzionalità in tempo reale
Le prestazioni in tempo reale comprendono
la prontezza, l’affidabilità e le strutture di resistenza ai guasti, la disponibilità, la facilità di manutenzione e la sicurezza funzionale nell’ambito della tecnologia 4.0. Questi aspetti assicurano la durabilità di tali sistemi, migliorandone la versatilità e agevolando simultaneamente processi produttivi ottimizzati.
Mediante l’archiviazione e l’analisi immediata dei dati, diventa possibile prendere decisioni e apportare correzioni intelligenti per adattare i
processi di automazione e robotica industriali, potenziando la resilienza del sistema, la manutenzione degli impianti e la sicurezza funzionale delle operazioni. Un esempio di struttura per le funzionalità in tempo reale nei sistemi 4.0 è rappresentato da IDARTS e SIMBA.
Interconnessione dell’industria 4.0: Orientamento al servizio
Il cambiamento di prospettiva verso il
servizio rappresenta la recente evoluzione nei contesti dei sistemi/applicazioni 4.0, in cui i processi di produzione e l’erogazione di servizi per un prodotto sono
sinergicamente integrati per formare complessi sistemi di produzione/servizio.
Questo principio di progettazione assicura il coinvolgimento del cliente, contribuendo contemporaneamente alla generazione di valore e
all’aumento della redditività nelle industrie. Ciò avviene attraverso l’offerta fatta agli utenti di una combinazione di prodotti e servizi. I framework orientati ai servizi industriali si basano su sistemi Internet of Service (IoS) che adottano l’architettura di orientamento al servizio (SOA) 4.0.
Interconnessione dell’industria 4.0: Modularità
Il concetto di progettazione modulare mira a garantire che i componenti del sistema o dell’applicazione 4.0 siano facilmente collegabili,
separabili o riconfigurabili attraverso un approccio plug-and-play.
Questo approccio mira a migliorare l’adattabilità e la flessibilità del sistema di automazione industriale, sfruttando le funzionalità in tempo reale della tecnologia 4.0. La
modularità consente una risposta tempestiva alle variazioni nel sistema, come l’espansione o la contrazione dei processi di produzione, i guasti, le tendenze di mercato o le richieste dei clienti.
Interconnessione dell’industria 4.0: Eco-progettazione
Il concetto di
progettazione eco-sostenibile implica la considerazione degli impatti ambientali derivanti dall’utilizzo di attrezzature e strumenti nel processo di creazione di prodotti e servizi, nonché gli effetti ecologici generati dai prodotti stessi.
Questa filosofia è comunemente nota come "
Design to Environment", e incorpora elementi come la
valutazione del ciclo di vita (LCA), la gestione del ciclo di vita del prodotto (LCM) e i sistemi di gestione ambientale basati sul prodotto (PBEMS). Ecco perché una corretta gestione dei processi di interconnessione nell’industria 4.0 risulta fondamentale.
Queste caratteristiche vengono integrate lungo l’intero iter progettuale per assicurare la sostenibilità della produzione. Un esempio tangibile di un programma volto allo sviluppo di metodologie di progettazione eco-sostenibile è rappresentato dal programma indiano ed europeo dedicato a implementare i principi di progettazione eco-sostenibile nell’ambito dell’industria manifatturiera indiana.
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