Smart Factory: cos'è, come funziona ed esempi delle industrie intelligenti 4.0

Si tratta sostanzialmente di ottimizzare i layout produttivi e la connettività fra macchine, impianti e movimentazioni intralogistiche, al fine di personalizzare maggiormente i prodotti e rendere i processi più flessibili ed efficienti grazie all’introduzione dei CPS - Cyber-Physical System (strumenti hardware in grado di connettersi alla rete e interfacciarsi con le tecnologie informatiche) all’interno degli stabilimenti, aumentando il controllo sui processi, potenziando i meccanismi di automazione, migliorando la collaborazione tra persone, macchine e software.

Prodotti personalizzati e servizi individualizzati richiedono industrie estremamente reattive, rapide ad adattare le proprie produzioni alle specifiche e sempre più mutevoli esigenze dei clienti. La sfida diventa incrementare la produttività a fronte di prodotti mass-customizzati, migliorando anche l’efficienza nella gestione delle risorse energetiche e riducendo il time-to-market per l’immissione sul mercato di prodotti altamente personalizzati. È quindi necessario diventare un’azienda agile, ovvero capace di adeguare facilmente le produzioni al variare delle esigenze del contesto di riferimento. Bisogna incrementare flessibilità, efficienza, semplicità, sicurezza e rapidità e, per farlo, un’automazione smart, connessa e integrata, è il cuore delle industrie manifatturiere che vogliono rimanere competitive nella Now Economy.

La Smart Factory, insomma, è la concretizzazione dei principi dell’Industry 4.0, ovvero la Quarta Rivoluzione Industriale che sta trasformando le aziende manifatturiere di tutto il mondo al pari delle precedenti (la prima legata all’invenzione della macchina a vapore sulla fine del 1700, la seconda esplosa con l’introduzione della Mass Production agli inizi del 1900 e la terza iniziata con l’adozione dei computer nelle fabbriche tra gli anni Sessanta e Settanta).

Ma come è possibile attuare il percorso di innovazione?

La trasformazione digitale all’interno delle fabbriche e lungo la supply chain richiede alla base la razionalizzazione dei processi relativi sia alla produzione sia all’informazione.

Per traguardare gli obiettivi di efficienza, l’operatività deve essere necessariamente ottimizzata attraverso i principi della lean smart production, che permettono la minimizzazione dei lotti e la gestione just-in-time dei materiali, delle commesse e degli approvvigionamenti, minimizzando le giacenze e garantendo maggiore flessibilità alle esigenze del mercato. L’obiettivo infatti è ottenere l’agilità di processo necessaria a realizzare prodotti in serie brevi e diversificate senza perdere i vantaggi delle economie di scala, andando incontro alle richieste di personalizzazione dei modelli e alle nuove dinamiche dettate dall’e-commerce (ovvero acquisti sempre più frequenti e frammentati, ridotti anche a singole unità).

In particolare, due tecniche lean permettono di rispondere alle nuove necessità manifatturiere:

• Innanzitutto la produzione per logica pool, per cui l'ingresso dei materiali in fabbrica viene attivato solo in seguito alla ricezione degli ordini così da evitare l’accumulo delle giacenze;
• Il one-piece flow che permette la fabbricazione di una singola unità alla volta in modo flessibile e comunque economico, migliorando la qualità dei prodotti e riducendo i tempi di attraversamento.
  

La riorganizzazione dei processi come prerequisito dello Smart Manufacturing coinvolge anche le attività di raccolta, gestione e distribuzione dei dati, che vanno riorganizzati per consentire flussi informativi snelli, veloci e funzionali. Bisogna quindi individuare i parametri e le indicazioni chiave che servono per affinare il decision-making ad ogni livello del processo produttivo, garantendo comunicazioni puntuali tra le persone con i giusti strumenti.
Nella data-economy, la conoscenza aziendale è la base del successo competitivo: va pertanto condivisa e messa a disposizione dei team per accelerare le attività strategiche e operative.

Con queste premesse indispensabili è possibile proseguire nella realizzazione vera e propria della Smart Factory, con l’introduzione delle tecnologie digitali sulle linee produttive.

La convergenza di Information Technology (ovvero gli strumenti hardware e software per la gestione delle informazioni) e Operational Technology (le soluzioni di controllo e automazione a supporto delle operations) rappresenta la base della moderna Industria 4.0.
Si sta delineando quindi uno scenario ibrido sotto il profilo tecnico e organizzativo, che ha tra i risvolti più interessanti le moderne applicazioni dell’Industrial Internet Of Things.

Secondo Gartner, il numero dei dispositivi connessi toccherà quota 14,2 miliardi entro la fine dell’anno e 25 miliardi nel 2021, aprendo la strada a un’infinità di applicazioni differenti e molte afferenti alla sfera del Manufacturing. Le fabbriche intelligenti sono infatti costellate di sensori e device e tecnologie smart dotati di connettività (quindi in grado di agganciarsi alla rete e trasmettere informazioni) e in alcuni casi anche di capacità computazionale a bordo.
Questi dispositivi hanno il compito di raccogliere dati dai macchinari e dai plant produttivi - si tratta sostanzialmente di indicatori di stato, ambientali e di esercizio - e di inviarli attraverso il network ai sistemi di Big Data Analytics aziendali, che possono essere ospitati in locale oppure in cloud.

Qui le informazioni di fabbrica vengono pulite e incrociate con i dati strutturati e destrutturati provenienti dalle fonti più disparate, ovvero:

• Sistemi gestionali dell’azienda che possono essere ad esempio, le soluzioni di Enterprise Resource Planning oppure di Customer Relationship Management
• Piattaforme online che permettono l’interazione tra il brand e il consumatore, come i social network, i siti Internet istituzionali, i negozi di e-commerce
• Mobile app utilizzate per accedere ai servizi digitali che sempre più spesso vengono associati agli smart product venduti ai clienti

A questo punto i motori e gli algoritmi analitici elaborano l’immenso patrimonio informativo scovando evidenze nascoste (ad esempio, la difettosità di un prodotto o il rischio di guasto di un macchinario) utili al processo decisionale sia umano sia artificiale. Nell’ultimo caso sarà lo stesso sistema a trovare le risposte alla problematica analizzata e quindi a intervenire proattivamente, direttamente in funzione correttiva o preventiva, inviando da remoto input di configurazione e regolazione alle macchine.

Il futuro della Smart Factory è proprio l’automazione spinta connessa ad ogni livello di processo e di infrastruttura con l’ausilio delle soluzioni IT, che permettono la costruzione di impianti sempre più affidabili e flessibili, in grado sostanzialmente di autogestirsi soprattutto nelle operazioni più usuranti e ripetitive. Per l’uomo in prospettiva si aprono interessanti opportunità di riqualificazione, andando a coprire le mansioni a più alto valore aggiunto.

Il panorama dell’Industry 4.0 attinge quindi da un set esteso di tecnologie che secondo il Politecnico di Milano possono essere così categorizzate:

• Soluzioni informatiche: comprendono le infrastrutture IoT, i software di Big Data Analytics e i servizi di cloud computing; 
• Operational Technologies: includono le soluzioni di automazione avanzata modulari e interconnesse che garantiscono flessibilità e si spingono in direzione della robotica, le interfacce uomo macchina (HMI) di nuova generazione tra cui i dispositivi wearable e i sistemi di Additive Manufacturing in grado di aumentare l'efficienza nell’uso dei materiali.

La combinazione di tutte queste tecnologie abilita un ventaglio applicativo ad ampio raggio, con progetti finalizzati al recupero di efficienza operativa nelle attività di fabbrica, all’ottimizzazione dei processi lungo la supply chain, alla ricerca e all’innovazione di prodotto, alla gestione intelligente delle risorse energetiche.

Tra gli esempi più comuni, la manutenzione predittiva permette di effettuare il condition monitoring e il remote control dei macchinari: i sensori IoT apposti sui componenti rilevano parametri di stato e di esercizio (ad esempio, la temperatura, la pressione o il numero di giri al minuto) che vengono trasmessi ai sistemi analitici e quindi elaborati per identificare eventuali rischi di guasto. Il vantaggio è la possibilità di attivare interventi tempestivi scongiurando i fermi, grazie all’assistenza del team tecnico oppure innescando automatismi di regolazione della macchina. Si evidenziano quindi indiscussi guadagni in termini di efficienza e produttività, evitando i costi di onerose interruzioni di servizio.

Il beneficio dall’utilizzo delle tecnologie smart viene esteso a tutti gli attori della filiera. I produttori di macchine industriali, integrando i componenti IoT all’interno delle proprie soluzioni, hanno la possibilità di differenziare l’offerta e migliorare i servizi a corollario (ad esempio, fornendo un’assistenza puntuale ai propri clienti o pianificando tempestivamente la consegna delle parti di ricambio grazie alla manutenzione predittiva). I manufacturer possono sfruttare i sistemi intelligenti per recuperare efficienza, ottimizzare i processi e quindi tagliare sui costi, garantendo la qualità e la continuità di servizio; il risultato è l’aumento della soddisfazione e fidelizzazione del cliente, con la possibilità di accrescere la brand reputation e le quote di mercato. Per l’utente finale, azienda o privato, il vantaggio si concretizza nell’ampia varietà di modelli acquistabili e nella possibilità di customizzazione dei prodotti, oltre che nella garanzia di consegne rapide e puntuali.

Lo Smart Manufacturing ha inoltre il merito di aumentare la sostenibilità ambientale dei processi produttivi grazie alla ridistribuzione efficiente dell’energia: l’alimentazione delle macchine viene gestita dinamicamente in base alle richieste, permettendo di tagliare gli sprechi e di sostenere i picchi. Tra le innovazioni delle fabbriche intelligenti, c’è anche l’impiego di super-condensatori che permettono l’accumulo di energia in eccedenza restituendola in caso di necessità, ad esempio qualora si verificassero interruzioni della rete elettrica o picchi improvvisi della domanda.

I benefici dei dispositivi intelligenti e dei sistemi interconnessi si espandono anche oltre i confini della fabbrica. La possibilità di interfacciare le soluzioni IT aziendali tra gli attori coinvolti nella supply chain permette il miglioramento delle comunicazioni, la condivisione dei dati, la mappatura dei processi e la tracciabilità dei prodotti per l’intero ciclo di vita. Il vantaggio evidente è di potere individuare eventuali colli di bottiglia e di procedere all’ottimizzazione dei workflow, con la possibilità di effettuare previsioni sull’andamento degli ordini o altri aspetti del business affinando l’organizzazione delle attività.

Sfruttando le informazioni generate dagli smart product venduti ai clienti, le aziende possono cogliere nuove opportunità di profitto intercettando i nuovi bisogni dei propri clienti durante l’effettivo utilizzo dei prodotti. Oggi si assiste sempre di più al fenomeno della servitizzazione: i prodotti fisici vengono intrisi di funzionalità digitali e possono accedere a tutto un corollario di servizi aggiuntivi attraverso l’utilizzo delle Mobile App. Se l’offerta delle nuove feature rappresenta già un elemento di differenziazione e aumento delle vendite, l’interazione buyer-seller scatenata dalla servitizzazione attraverso i canali digitali offre un’ulteriore leva competitiva. I produttori infatti possono disporre di informazioni preziose per intercettare le esigenze del mercato e proseguire nell’innovazione di prodotto, a tutto vantaggio del fatturato.

La sfida delle competenze

Se la Smart Factory sprigiona opportunità di grande appeal, la strada verso la trasformazione non è lastricata d’oro: si tratta di un percorso complesso che oltrepassa l’implementazione tecnologica tout court e tocca le persone nella quotidianità operativa.
Innanzitutto serve una dirigenza lungimirante per cogliere l’urgenza dell’Industria 4.0 e avviare i lavori, ma la vera sfida è portare la cultura dell’innovazione a tutti i livelli dell’organigramma.

Dal tecnico manutentore all’addetto all’assemblaggio, chiunque nella Smart Factory si trova a interagire con gli strumenti portati dalla digital transformation (si pensi banalmente al tablet utilizzato sulle linee produttive per inserire o ricevere informazioni) e necessita di una forma mentis più dinamica e proattiva.
Il risvolto sul modus operandi è consistente: l’accesso alle informazioni permette di organizzare e automatizzare ulteriormente le attività, rendendo più autonomi (e quindi responsabili) i lavoratori. Avere visibilità sull’andamento dei processi, ad esempio, permette agli operatori di prendere decisioni su problemi contingenti, prioritizzare i compiti, distribuire la forza lavoro.

L’ingresso delle tecnologie digitali all’interno degli stabilimenti manifatturieri non solo ha creato nuovi modi di comunicare, decidere e agire, ma ha anche stimolato la necessità di figure con un background multidisciplinare su informatica e processi. Nelle fabbriche intelligenti, infatti, occorrono persone con competenze trasversali, che riguardano sia gli aspetti tecnologici sia i processi tipici del settore, con una conoscenza approfondita sulle specificità aziendali. Il mondo accademico ancora stenta a supplire alle nuove esigenze formative e spesso la soluzione più accreditata dalle aziende è istruire il personale interno creando figure professionali ad hoc.

Nonostante la complessità dell’operazione, la rincorsa alla Smart Factory è ormai un imperativo per la sopravvivenza aziendale.
In Italia, un aiuto nel percorso di innovazione sino allo scorso anno arrivava dall’iper ammortamento sull’acquisto di beni strumentali in chiave Industry 4.0, sancito con la legge di bilancio 2017. Dal 2020 però, l’iper ammortamento scompare, ma non compaiono gli incentivi. Al suo posto arriva un nuovo credito d'imposta per gli investimenti in beni strumentali nuovi, che opera ad aliquota differenziata in base alla tipologia di beni oggetto dell'investimento, ivi compresi i beni immateriali funzionali alla trasformazione tecnologica secondo il modello Industria 4.0 (articolo 1, commi 184-197 della legge di bilancio 2020).

In particolare, le nuove agevolazioni fiscali riguardano due tipologie di beni finalizzati all’evoluzione “smart” degli impianti:

• beni materiali (come descritti dall'allegato A) quindi macchinari industriali, apparecchiature hardware e così via per i quali è previsto un credito di imposta del 40% del costo di acquisizione, per investimenti fino a 2,5 milioni di euro e del 20% del costo di acquisizione, per la quota di investimenti oltre i 2,5 milioni di euro;
• beni immateriali (come elencati nell'allegato B) ovvero le soluzioni software, i sistemi operativi e i middleware necessari ai progetti IoT per i quali il credito d’imposta viene riconosciuto nella misura del 15% del costo di acquisizione, nel limite massimo di costi ammissibili pari a 700.000 euro.

Nello stesso provvedimento di legge è stato poi introdotto, per l'anno 2020, un nuovo credito d'imposta in transizione ecologica, in innovazione tecnologica 4.0 e in altre attività innovative a supporto della competitività delle imprese, sostituivo del precedente credito di imposta in ricerca e sviluppo introdotto dall'articolo 3 del D.L. n. 145/2015. La nuova misura opera anche a sostegno di attività, quali quelle innovative di design e ideazione estetica per i settori del Made in Italy (articolo 1, commi 198-209).