Un esempio di trasformazione digitale basata su digital twin e IoT

L’Internet of things nasce dall’idea di portare nel mondo digitale gli oggetti della nostra esperienza quotidiana che hanno un carattere preminente fisico e di base non digitale. Si va a coniugare con l’Internet of things anche la definizione di gemello digitale (digital twin) che è l’effetto scatenante nella fase di design per la realizzazione di oggetto intelligente.

Cosa è il digital twin e cosa implica

Nella vita reale possiamo realizzare senza problemi un digital twin applicato a un prodotto. In genere le definizione di digital twin è applicata al prodotto nonostante per realizzarla occorra lavorare sul processo e sulle sue derivazioni digitali.

Il gemello digitale ha vita propria, anche se riproduce il prodotto fisico nella sua elaborazione e nell’output dove si giunge applicando le metodiche digitali.

Pensandoci bene, il concetto di digital twin rappresenta a pieno il paradigma Industria 4.0. L’obiettivo è quello di consentire tre tipi di attività: una sperimentale che può corrispondere alla semplificazione di processo di acquisto, di manutenzione etc., una predittiva, quale anticipazione di consumi etc, in ultimo di controllo anche attraverso analisi big data, machine learning e AI.

I settori particolarmente interessati dall’implementazione di un gemello digitale sono sicuramente la qualità e la manutenzione. Su questo tema analizziamo il caso pratico di un tarallificio pugliese.

Un caso pratico: IoT applicata a uno stabilimento di produzione

Quale applicazione pratica di quanto sopra descritto si pone il caso della creazione di una smart factory da parte di un tarallificio che ha una produzione artigianale, ma che grazie all’intervento effettuato ha realizzato un artigianato 4.0 evoluto. Lo scorso anno è stato implementato un progetto di IoT applicato a un processo standard di produzione di taralli, creando un gemello digitale. Tra i vari vantaggi, il progetto consente proprio di creare una sorta di modello digitale, che permette di prevedere le azioni da svolgere in presenza di problemi di qualità o processo. L’output è rappresentato da riduzione di complessità nel processo produttivo a cui si abbinano tecnologie di controllo necessarie a ridurre al minimo difformità e anomalie produttive che possono essere riscontrate con frequenza in un processo di lavorazione artigianale.

Il processo ordinario prevedeva queste fasi:

1. creazione impasto: la creazione della ricetta tipica coinvolge quattro materie prime principali, che risiedono in vari silos. In questa fase sono introdotte nelle impastatrici le quantità necessarie per la ricetta di riferimento che sono immesse nelle impastatrici attraverso la conoscenza degli operatori.
2. Impasto: l’impasto è la fase di lavorazione, dove una volta introdotte le materie prime si provvede a sviluppare la fase di centrifuga/mescola delle materie prime.
3. Formatura: in questa fase le macchine formatrici provvedono a sviluppare una forma standard di taralli.
4. Bollitura: fase tipica dei prodotti pugliesi-taralli che prevede bollitura prima di passare alla cottura.
5. Cottura: la cottura viene realizzata in forni industriali rotanti attraverso la verifica del colore e croccantezza. In genere la rotazione favorisce di per sé una cottura uniforme sul piano.
6. Confezionamento: linea automatica dove i taralli vengono rilasciati per il confezionamento.

Nel processo di digitalizzazione si è lavorato sulle stesse fasi in questo modo:

1. Creazione impasto: analisi attraverso sensoristica della giusta correlazione quantitativa tra le varie materie prime.
2. Impasto: sono stati introdotti sensori nelle vasche di impasto verificando le qualità principali dell’impasto quale durezza e qualità. Sono stati inseriti anche degli attuatori che in funzione della durezza e colore della pasta lavorano su introduzione di ulteriori materie prime che possono modificare i difetti riscontrati.
3. Formatura: in questa fase le macchine formatrici provvedono a sviluppare una forma standard di taralli. I sensori verificano le quantità formate identificando i lotti di riferimento.
4. Bollitura: si temporizza la bollitura attraverso il timing necessario a cui si aggiunge la verifica delle quantità transitate da una fase all’altra.
5. Cottura: telecamere che rilevano il colore e determinano quando terminare la cottura a seguito di analisi colore. Pertanto eliminano l’esperienza dell’operatore parametrando la fine della cottura con il raggiungimento della qualità colore preimpostata.
6. Confezionamento: verifica finale qualità in termini di colore e forma e controllo numero lotti, peso e quantità confezioni. In questa fase si analizzano gli scarti pervenuti.

Quello che deve emergere da questa analisi è la rivoluzione di processo attuata attraverso le implementazioni di IoT al processo produttivo. Dobbiamo analizzare l’impatto di questa tecnologia, o per meglio dire, la sua doppia spendibilità:

– sistema per la risoluzione dei problemi: si riduce il tasso di esperienza dell’operatore in quanto i processi ancorché artigianali risultano meglio applicati e standardizzati;

– sistema per la predizione delle soluzioni; dato un certo problema, quale può riscontrarsi in particolare nelle fasi di impasto o cottura, si provvede nell’immediato alla rettifica delle anomalie. Questo grazie agli attuatori che agiscono su indicazione dei risultati dei vari sensori. Lo stesso beneficio si ha nella fase di cottura realizzata attraverso parametri oggettivi e non di esperienza degli operatori.

In ultimo, ma non per importanza, l’evidenza di questi problemi viene gestita in forma puramente digitale, virtuale. Questo porta il processo produttivo dell’impresa a un miglioramento continuo.

I risultati ottenuti tramite la creazione di un digital twin

Tra i principali risultati è la riduzione di scarti di produzione. Non è sicuramente poco, in quanto in una economia in cui la marginalità del guadagno si gioca sui dettagli questo aumento di qualità migliora anche l’immagine del produttore nei confronti dei suoi fornitori.

Di non poco conto, perché rappresentato direttamente dall’impresa è la facilità di inserimento di nuovi operatori, prima legato molto a standard di artigianalità.

Conclusioni

L’Internet of things è un paradigma tecnologico dal potenziale applicativo sconfinato, anche se in alcuni casi viene messo sotto accusa per problemi legati alla privacy. Gli esempi di interconnessione di oggetti tramite tecnologie quali Ncf, Bluetooth, Rfid e altre sono presenti nella vita quotidiana. Dalla “casa intelligente”, la domotica, allo smart building allo smart metering, i sistemi che consentono la telelettura e telegestione dei contatori di energia elettrica, gas e acqua.

In ambito business vi sono le smart factory, in cui gli impianti industriali sono interconnessi e dotati di sensori, le smart care le smart city, ossia un insieme di strategie di pianificazione urbanistica tese all’ottimizzazione e all’innovazione dei servizi pubblici grazie all’impiego diffuso delle nuove tecnologie della comunicazione, della mobilità, dell’ambiente e dell’efficienza energetica, con l’applicazione più complessa e più organica dell’utilizzo di sensori IoT.