3 tendenze che guideranno il settore manifatturiero dell’Industria 4.0 nel 2020 e oltre

Mentre la transizione verso la manifattura digitale entra in un nuovo decennio, l’aspetto tecnologico del movimento non è cambiato, ma lo stato dell’Industria 4.0 non è per nulla stagnante.

“Le tre tendenze principali della tecnologia sono ancora la manifattura additiva, l’automazione e la fabbrica intelligente”, dice Russell Waddell, amministratore delegato dell’Istituto MTConnect della Association of Manufacturing Technology (già dipendente interno dell’Autodesk Technology Center di San Francisco). Questo insieme di tecnologie, che include intelligenza artificiale (AI), droni, realtà aumentata e virtuale (AR/VR) e Internet delle cose (IoT), ha definito per anni il concetto di Industria 4.0.

Le tendenze più importanti da tenere sottocchio nel 2020 ruotano attorno agli sforzi per connettere le tecnologie dotate di componenti smart e i dati da queste risultanti in sistemi funzionali, mantenere questi sistemi sicuri e coltivare una forza lavoro florida per un’Industria 4.0 sempre più matura.

Filiere digitali per manifatture connesse

Carroll Thomas, direttrice del Manufacturing Extension Partnership (MEP) del National Institute of Standards and Technology (NIST), guida una rete nazionale di centri che aiutano i produttori statunitensi ad adottare tecnologie avanzate. Secondo l’Ufficio del censimento statunitense, il 75% dei piccoli produttori ha meno di 20 dipendenti; Thomas spiega che molti produttori piccoli e medi (al di sotto di 500 dipendenti) si stanno ora dirigendo verso l’automazione dei processi e della catena di distribuzione come hanno fatto i produttori più grandi per molti anni.

“I cobot (cioè i robot collaborativi) attualmente sono poco agili”, dice Thomas. “Molti dei fornitori dei titoli Tier 2 e Tier 3 stanno andando verso l’automazione in un modo più meditato e strategico, usando i sensori e l’AI con la connettività IoT per digitalizzare l’intero processo. Questa integrazione sta diventando la tendenza dominante”.

Thomas Hedberg, ingegnere meccanico e co-direttore per i sistemi per la manifattura intelligente Test Bed presso il NIST, è convinto che l’Industria 4.0 abbia raggiunto una maturità tale per cui è opinione condivisa che il problema da risolvere sia creare una connessione tra tutti i dati e sistemi, in modo che le fasi di progettazione, produzione e ispezione di un prodotto facciano tutte parte di un unico flusso, fornendo l’una informazioni di feedback alle altre.

Per esempio, un produttore che si occupa di manifattura additiva può scattare centinaia o anche migliaia di fotografie del bagno di fusione mentre il laser fonde la polvere; “In questo modo si sta cercando di riconnettere i dati ai parametri di processo di quella macchina”, prosegue Hedberg.

“Quando tutti questi silos di processo sono stati sviluppati, nella manifattura non si pensava al modo di collegarli tra loro”, spiega Hedberg. “Ma all’interno di questi silos sono stati sviluppati sistemi esperti. Perciò, invece di abbatterli, si è pensato di praticare dei fori al loro interno collegandoli con una tubazione. Questo vuol dire ‘filiera digitale’: un problema di ingegneria dei sistemi, che richiede un gruppo di lavoro interdisciplinare guidato dal pensiero sistemico. È il luogo dove vengono utilizzate le norme e dove alcune di esse stanno cominciando ad allinearsi”.

Lo standard royalty-free MTConnect per la tecnologia dei macchinari, gestito da Waddell, trae i propri input da più di 400 integratori di sistemi, costruttori di macchine, sviluppatori software e utenti finali di tutti i settori industriali. Da questa prospettiva “dall’alto verso il basso”, Waddell vede che i guru della manifattura connessa hanno iniziato a pensare andando oltre le fasi di progettazione, produzione e ispezione lungo il ciclo di vita di un prodotto, per tenere anche conto della manutenzione post-produzione sul campo.

Per esempio, se la Marina Militare statunitense dovesse ordinare un’imbarcazione dai cantieri navali Newport News o General Dynamics Electric Boat, due fornitori rivolti al futuro grazie al loro modo di pensare, potrebbe richiedere quelli che chiamiamo modelli as-designed, as-built e as-maintained. “Il contratto di manutenzione potrebbe includere delle operazioni come una nuova ispezione dell’imbarcazione per analizzare le parti del modello as-built, come una scansione 3D dell’interno della nave per avere un riscontro delle variazioni dal modello iniziale”, dice Waddell.

Edge Computing e cybersecurity

Hedberg spiega che per risolvere il problema dei dati connessi nel settore manifatturiero serve l’edge computing (o elaborazione al margine), che si distingue dal cloud computing (o nuvola informatica) perché la maggior parte del lavoro (o tutto) legato ai processi di crittografia e apprendimento automatico è fatta sul dispositivo, anziché nel cloud. Diversamente dal personal computing, il software è aggiornato automaticamente e la sicurezza è gestita a livello centrale, non dal singolo utente.

“I dispositivi di cui disponiamo attualmente hanno una potenza di calcolo buona, ma non sufficiente per gestire le ottimizzazioni di trattamento dati più avanzate”, dice Hedberg. “Serve essere in grado di compiere alcune elaborazioni di base al margine della rete, far muovere i dati velocemente e ritornare con le risposte alla fabbrica o alla macchina”.

L’edge computing riduce la latenza dell’elaborazione e utilizza molto meno la banda larga; inoltre, è in grado di offrire una cybersecurity significativamente migliore se i dati privati possono essere tenuti fuori dal cloud e se il cliente aggiorna correttamente la propria sicurezza.

La cybersecurity è già una grande sfida per le fabbriche intelligenti connesse ed è destinata a diventarlo sempre di più con la diffusione della connettività 5G. Con la 5G, le reti passano da principalmente hardware a principalmente software; così, se è vero che la 5G offre vantaggi come la banda ultralarga, è anche vero che è più vulnerabile ai cyberattacchi.

“Stiamo cercando con tutte le nostre forze di fare in modo che queste aziende di piccole dimensioni che stanno iniziando a usare l’automazione e i sensori tengano sotto controllo anche la cybersecurity”, dice Thomas.

Occupazione e formazione

Thomas viaggia continuamente per recarsi dai produttori (specialmente di dimensioni piccole e medie) in tutto il Paese e così rileva un problema cronico che affligge ogni Stato: le aziende non riescono a trovare candidati con la formazione necessaria per occupare tutti i posti di lavoro vacanti.

Cita un impianto di estrusione della plastica che assume tutti i laureati meritevoli del College tecnico del Vermont pur non riuscendo a occupare tutte le posizioni vacanti; o un produttore di filtri dell’Alabama che affigge cartelloni con gli annunci di lavoro; e una fabbrica del Tennessee che offre un impiego a quanti più figli dei dipendenti possibili.

Questa carenza di lavoratori qualificati ha spinto molti produttori di medie dimensioni ad abbracciare l’automazione e altre tecnologie dell’Industria 4.0 senza che per questo, prosegue Thomas, vengano eliminati posti di lavoro.

“Si stanno dedicando alla tecnologia non per liberarsi dei dipendenti”, dice, “ma per aiutarli a sviluppare al massimo le capacità necessarie”.

I cobot e l’automazione sono ancora dispendiosi, così i produttori medio-piccoli li adottano solo per necessità, non come metodo per risparmiare denaro eliminando posti di lavoro. Infatti, Thomas sostiene che l’automazione dell’Industria 4.0 sta creando occasioni di lavoro meglio retribuite per i tecnici della manutenzione. Anche la retribuzione di altri lavori in fabbrica è talvolta aumentata, ma non quanto suggerirebbe la carenza di lavoro.

“Usano le nuove tecnologie per aumentare la loro forza lavoro”, prosegue, “ma hanno bisogno di personale in grado di far funzionare i macchinari eseguendo su di essi la manutenzione necessaria. Questi tecnici sono gli unici che vanno a ruba tra le varie aziende”.

Per combattere la carenza di lavoratori nel settore manifatturiero, Thomas auspica una riforma dell’istruzione e un ampliamento del movimento di inclusione della diversità (D&I) all’interno del settore. “Raggiungere tutti i soggetti che normalmente non lavorerebbero in una fabbrica, come le persone che stanno per andare in pensione, le donne, le categorie svantaggiate, i ragazzi che stanno valutando se andare al college o meno”, dice.

Thomas raccomanda anche un collegamento più forte tra i produttori più piccoli e le istituzioni scolastiche, per aumentare e formare meglio la forza lavoro, come nel caso dei due eventi organizzati l’anno scorso: il forum per lo sviluppo locale dell’OECD in Belgio e l’evento web organizzato da ManpowerGroup e intitolato “Women, Let’s Catch the Shift”.

Le nuove tecnologie, come l’istruttore per saldatori in realtà virtuale VRTEX 360 di Lincoln Electric, aiuta a preparare gli studenti alle necessità specifiche dell’industria in modo più veloce ed economico, permettendo loro di provare a saldare prima di avere a disposizione l’attrezzatura di saldatura reale. Il college El Camino di Torrence, in California, utilizza questo sistema e, secondo quanto dice Thomas, non riesce a formare un numero sufficiente di studenti per soddisfare la domanda. La realtà aumentata sta anche influenzando la formazione per il settore manifatturiero, grazie all’uso di prodotti specifici come il sistema di saldatura in realtà aumentata AugmentedArc di Miller e le app generiche MeasureKit e SketchAR.

“Credo che oggi tutto il settore della formazione andrebbe ripensato”, dice. “Dovrebbe essere un percorso che dura tutta la vita, in cui sia sempre possibile capire cosa c’è di nuovo nell’aria. La qualità più importante che dovrebbe accomunare tutti questi dipendenti è l’attitudine a imparare: servono persone capaci di adattarsi e apprendere velocemente”.