Digitalizzazione dei sistemi di produzione: innovare in modo intelligente evitando i rischi?

I temi della digitalizzazione / IIoT dei sistemi di produzione sono onnipresenti nei media di informazione generale, oltre a essere molto presenti nei media specializzati. Nel processo emergono sempre più nuove parole chiave. Aziende come Amazon e Uber sono spesso citate come esempi, dimostrando al mondo intero come le strategie di digitalizzazione possano essere utilizzate per raggiungere il successo economico attraverso la digitalizzazione coerente del commercio e della logistica online (Amazon) o attraverso l'uso mediato digitalmente delle risorse esistenti (Uber). Di conseguenza, anche gli OEM di beni strumentali si stanno chiedendo: Possiamo ottenere un successo altrettanto rapido con la digitalizzazione e, se sì, come? 

 Prima di tutto, il tema della digitalizzazione / IIoT per i sistemi di produzione deve essere ulteriormente ristretto. Prenderemo in considerazione le possibili fasi di digitalizzazione lungo il tipico ciclo di vita della macchina (VDMA) o, più precisamente, solo quelle misure che riguardano prodotti, servizi o altre prestazioni che possono essere offerte a un utente finale. Non prenderemo in considerazione tecnologie e modelli di business completamente nuovi che sono tecnicamente concepibili, ma che attualmente non hanno un quadro giuridico (come l'ordine e il pagamento machine-to-machine, ad esempio). Un aspetto fondamentale deve essere menzionato in anticipo. Alcuni esperti si chiedono se la digitalizzazione e le tecnologie IIoT nell'ingegneria meccanica e impiantistica abbiano il potenziale per apportare cambiamenti fondamentali o addirittura dirompenti nei modelli di business esistenti. Come commenta l'autore, business angel ed ex CTO di IBM, il Dr. Gunter Dueck, in questo contesto: "Quando arriva il diluvio, costruite navi, non dighe...". Stiamo costruendo navi per salpare verso il futuro continente digitale? Ciò significa che siamo alla ricerca di innovazioni digitali che diano forma alla nostra nuova era". 

In qualità di OEM per i sistemi di produzione, è importante identificare gli attori più importanti nel campo della digitalizzazione / IIoT nell'industria - e considerare il loro ruolo, le loro capacità e i loro interessi (vedere anche il rapporto sullo stato di VDI/VDE [9]): 

Inoltre, la digitalizzazione nel settore dei beni strumentali non può essere vista come una tendenza isolata, ma deve essere integrata nelle principali tendenze attuali. I più importanti sono:

• Industry 4.0 / produzione industriale di singoli prodotti - Gli utenti finali si aspettano una variabilità sempre più elevata dei sistemi di produzione: deve essere possibile produrre la più ampia gamma possibile di prodotti in quantità medio-piccole sfruttando lo stesso sistema.

• Gli impianti di produzione devono essere scalabili e offrire opzioni per un'espansione successiva ed economicamente vantaggiosa dei sistemi esistenti in termini di capacità e produzione.

• Il calo dei margini degli OEM sulle nuove installazioni, unito alle elevate aspettative degli utenti finali per quanto riguarda la manutenzione e l'assistenza, rende l'espansione dei modelli di business basati sul LCC (LCC = Life Cycle Costs, costi del ciclo di vita) con nuovi concetti di business (tra cui la manutenzione, l'assistenza, i servizi di retrofit, ad esempio la "Predictive Maintenance") sempre più economici anche per gli OEM, e quindi più significativi.

• Le aspettative degli utenti sull'interoperabilità dei moduli e dei sottosistemi delle macchine sono in costante aumento; le macchine e i moduli delle macchine di fornitori diversi devono essere il più possibile facili da combinare in un'unica linea di produzione. Ciò si traduce in una maggiore comparabilità e in una concorrenza più dura per gli OEM. Tutti questi requisiti possono essere conciliati in modo molto efficiente nella costruzione di macchine e impianti, sia in termini tecnici che economici, solo se i sistemi di produzione sono costantemente modulari, scalabili in varie fasi di espansione e, in ultima istanza, anche collegabili in rete. Solo con macchine modulari in rete si avrà un successo economico a lungo termine - maggiori dettagli sono descritti nell'articolo di HARTING sulla modularizzazione: "Quanto può essere granulare la tecnologia di produzione?"

Poiché il successo economico della digitalizzazione nell'industria meccanica può variare notevolmente da un segmento all'altro e dipende, tra l'altro, dal focus aziendale e dai modelli di business, non faremo alcuna raccomandazione in questa sede.
Per rispondere a queste domande, è necessario consultare gli studi attuali: ad esempio, "Industry 4.0 Barometer / Summary 2019" di MHP [9] o il "Market Study Industrial Communication / Industry 4.0" di VDMA / M. Rothhöft [10].

In base alle esperienze dei clienti HARTING nei vari sotto-segmenti dell'ingegneria meccanica e nei diversi Paesi, ci sono tre aspetti che devono essere affrontati per primi:

1. Le funzioni e gli elementi software esistenti del sistema iniziale devono essere prioritari:

• Funzioni chiave che riflettono la competenza principale dell'OEM;

• Funzioni di base che si applicano all'intero sistema, ma che non riguardano le competenze fondamentali;

• Funzioni aggiuntive o ausiliarie che sono di secondaria importanza per l'OEM e l'utente finale e che di solito vengono acquistate come sottosistemi;

2. Poi raccoglie le conoscenze specialistiche degli utenti finali (clienti) e dei suoi esperti sui possibili progetti di digitalizzazione e dà la preferenza alle funzioni e agli elementi software ad alta priorità. Confronti questo dato con l'esperienza dei concorrenti, se possibile, e lo utilizzi per sviluppare un elenco di requisiti. La struttura deve essere modulare e il più specifica possibile, concentrandosi sulle funzioni prioritarie con il software associato.

3. Il passo successivo è valutare la fattibilità della digitalizzazione per i singoli moduli funzionali. In questa fase, è consigliabile coinvolgere tutti i suoi esperti OEM lungo la catena di servizi: sviluppo e design, pianificazione del progetto e vendite, produzione e assemblaggio, documentazione, assistenza e servizi post-vendita. Inoltre, è possibile ottenere valutazioni da specialisti esterni e qualsiasi specifica o standard già sviluppato può servire da modello (ad esempio, da umati). Si ricordi la frase: "Rimarremo sicuramente costruttori di macchine e non diventeremo un'azienda di software"

• La contraddizione tra i diversi requisiti individuali dei clienti per le macchine e la necessità economica di mantenere ridotto il numero di moduli/processi necessari (soprattutto per le funzioni chiave). Gli OEM stanno già risolvendo questo problema oggi, "scomponendo" costantemente i loro sistemi in unità logiche e modulari. Per agire in modo economico in questo settore della digitalizzazione, è necessario tenere in considerazione quanto segue.

• Nel contesto dei futuri progetti di digitalizzazione, si dovrebbero utilizzare e aggregare il più possibile i dati tecnologici e meccanici esistenti al livello modulare più 'basso', ossia si dovrebbero utilizzare le fonti, i dati e i modelli di macchine e processi già disponibili. Si dovrebbe prestare particolare attenzione all'"intelligenza" precedentemente inutilizzata o sottoutilizzata dei componenti di automazione, come gli azionamenti, i sensori per gli stati della macchina o del processo, ecc.

• A tutti i livelli superiori (edge e oltre), l'attenzione dovrebbe essere rivolta alle interfacce fisiche con standard il più possibile aperti e orientati al futuro, nonché ai più recenti protocolli software e di comunicazione.

• Obiettivi troppo ambiziosi e vagamente definiti, insieme ad aspettative eccessive sugli effetti economici della digitalizzazione, portano alla frustrazione. Da un lato, i progetti rilevanti sono spesso sovraccaricati di aspettative da parte della direzione OEM, ma dall'altro non ricevono risorse sufficienti. Per lo sviluppo, l'implementazione e il supporto continuo dei progetti di digitalizzazione, è quindi consigliabile non cercare di ottenere tutto in una volta.

  Piuttosto, si applica quanto segue:

• I sottoprogetti devono essere definiti modulo per modulo e concentrarsi sulle funzioni chiave ad alta priorità.

• La progettazione delle interfacce a livello fisico e a livello di dati deve essere il più possibile all'avanguardia e aperta ai successivi aggiornamenti e miglioramenti del software (soprattutto per gli utenti finali).

• I partecipanti dovrebbero essere divisi in gruppi di progetto interdisciplinari , in modo che, da un lato, possa avvenire un costante scambio dinamico di informazioni e, dall'altro, sia possibile accedere al livello dirigenziale dell'OEM per la correzione degli obiettivi in qualsiasi momento e con breve preavviso.

Le interfacce svolgono un ruolo importante nei sistemi di produzione modulari in rete: sono le "linee di vita, le vie nervose e le sinapsi" e creano l'infrastruttura necessaria per le transizioni tra moduli e macchine, l'area del bordo, la fabbrica e altri livelli superiori. Il Gruppo Tecnologico HARTING fornisce soluzioni per tutte le interfacce richieste dalla moderna e futura tecnologia di controllo, azionamento, HMI e comunicazione per i sistemi di produzione, al fine di implementare e proseguire la digitalizzazione in questo settore senza restrizioni funzionali.

Riferimenti

1. M. Bode, F. Bünting, K. Geißdörfer, "Rechenbuch der Lebenszykluskosten" (Life Cycle Cost Calculation Book), VDMA Verlag, ISBN 978-3-8163-0617-7

2. G. Dueck, "Oggi è già un processo ottimizzato?" Have You Optimised a Process Today?), 2020, Campus Verlag, ISBN 978-3-593-51084-2

3. Jürgen Dispan, Martin Schwarz-Kocher, "Digitalisierung im Maschinenbau" (Digitalisation in Mechanical Engineering), 2018, Fondazione Hans Böckler, Düsseldorf

4. Fondazione IMPULS, VDMA; Studio "Digital-Vernetztes Denken in der Produktion" (Digital Networked Thinking in Production), novembre 2016, Karlsruhe

5. Intervista con l'esperto di digitalizzazione Dr. Kegel

6. Commerzbank AG, Rapporto industriale "Maschinenbau in Deutschland" (Mechanical Engineering in Germany), 2019, Francoforte sul Meno, Industry Report Commerzbank AG

7. Report VDI/VDE "Digitale Chancen und Bedrohungen - Geschäftsmodelle für Industrie 4.0" (Digital opportunities and threats – business models for Industry 4.0), maggio 2016

8. J. Dück "How granular can production technology be?"

9. T. Huber, A. Henkel, MHP Management and IT Consulting Ltd. "Industrie 4.0 Barometer, Zusammenfassung 2019" ((Industry 4.0 Barometer, Summary 2019) Industry 4.0 Barometer, Summary 2019

10. M. Rothhöft, VDMA "Marktstudie Industrielle Kommunikation / Industrie 4.0" (Market Study Industrial Communication / Industry 4.0), VDMA Electrical Automation Association

11. VDW, umati