Cloud manufacturing: che cos’è, i vantaggi e le tecniche

Networked manufacturing: la collaboration nell’era del cloud

Le aziende manifatturiere sono tipicamente aziende estese, con stabilimenti e magazzini distribuiti in diverse località geografiche e con rapporti di fornitura e subfornitura nazionali e internazionali. Per gestire l’integrazione di risorse e applicazioni molte realtà produttive già da tempo si sono dotate di sistemi aziendali e ambienti per la collaborazione in rete gestiti in cloud: in questo caso si può parlare anche di networked manufacturing. Il networked manufacturing utilizza un middleware che consente di integrare le risorse distribuite. Con i sistemi più evoluti è possibile utilizzare le API (Application Programming Interface) per consentire l’interfacciamento delle risorse nel network,

Con il networked manufacturing le risorse produttive vengono distribuite, virtualizzate e incapsulate nell’ambito di uno o più servizi sulla nuvola che vengono gestiti in maniera centralizzata. Dal disegno di un prodotto al suo sviluppo, dall’ingegnerizzazione al calcolo della marginalità per stabilire il prezzo di vendita, dalla produzione al controllo qualità fino ad arrivare alla presa in carico del trasportatore incaricato della consegna al cliente finale, molte di queste fasi possono essere co-gestite attraverso una piattaforma integrata in cloud.

Industria 4.0: le tecnologie dello smart manufacturing

Le tecnologie associate all’Industria 4.0 hanno smartificato da tempo il mondo della produzione. Dall’uso dell’identificazione automatica alla sensorizzazione più pervasiva associata alla Internet of Thing, dalla robotica all’uso di applicazioni 3D, le fabbriche sono diventate più intelligenti, connesse, comunicanti ed efficienti.

Internet of Things

Oltre a rendere parlanti prodotti e componenti, accelerando movimentazione e produzione, la IoT fa parlare anche gli impianti che possono in tempo reale raccontare il loro stato, avvisando automaticamente il responsabile di eventuali anomalie o usure in modo da scatenare un intervento tempestivo a livello di manutenzione o sostituzione. L’intelligenza delle cose risolve più in generale ogni tipo di asset management, permettendo di localizzare in tempo reale gli item, risolvendo rapidamente inventari e controlli, mettendo a sistema sia le informazioni che lo storico degli interventi. Sensori e attuatori consentono di monitorare i valori più diversificati come, ad esempio, umidità, temperatura, emissioni, vibrazioni, oscillazioni. Estensimetri, accelerometri, inclinometri o misuratori di parametri chimici o anemometri sono nodi di controllo che aiutano a presidiare in tempo reale le attività, garantendo la sicurezza dei processi. La tracciabilità e la rintracciabilità degli item oltre a garantire massima trasparenza informativa, può essere associata a servizi di geolocalizzazione che, tramite portale web, permettono di conoscere l’esatta posizione di un bene anche in fase di trasporto: questa informazione viene condivisa anche con il cliente finale, che può così monitorare lo stato del suo ordine a monte e a valle.

L’architettura IoT tipica si compone di:

• Sensori e attuatori che raccolgono dati dall’ambiente fisico.
• Gateway che aggregano e trasmettono le informazioni a piattaforme cloud.
• Infrastruttura cloud per l’archiviazione, l’elaborazione e l’analisi dei dati.
• Dashboard e sistemi di intelligenza artificiale che interpretano i dati e forniscono insight utili per la gestione aziendale.

Robotica

Robot, cobot e veicoli autonomi già da tempo sono entrati nel mondo della produzione e nei magazzini. I cobot, in particolare, nella Fase 2 affiancano gli operatori umani garantendo le stesse unità operative nelle catene di montaggio, nel pieno rispetto del distanziamento sociale e della sicurezza.

Modellazione 3D e stampa 3D

Dall’ideazione di un prodotto alla sua prototipizzazione il digitale velocizza i tempi di sviluppo, consentendo di risparmiare in termini economici e temporali. Rendering 3D e stampa 3D permettono di fare mockup estremamente funzionali e rilevanti.

Big Data Management & Analytics

Grazie a piattaforme di collaborazione avanzate, gestite in cloud, i team preposti alle operation e i team di vendita possono poi condividere le informazioni legate ai progetti risolvendo tutti gli aspetti legati alla fattibilità tecnica e commerciale.

Il cloud manufacturing, infatti, è per sua natura è data-driven. Abilitando una gestione illuminata dai big data le aziende possono gestire tutti i flussi approvativi legati all’ideazione di un prodotto in un’unica soluzione di continuità. Il digitale, oltre a rendere più efficienti molti processi, infatti, permette di seguire meglio i clienti e di fare più facilmente new business. Utilizzando algoritmi associati alla data science e all’Intelligenza Artificiale è possibile incrociare anagrafiche prodotto e anagrafiche clienti per monitorare le pipeline di vendita e fare forecasting.

I vantaggi del cloud manufacturing: cliente al centro di una produzione virtuosa

L’obiettivo e i vantaggi della pianificazione industriale 4.0 sono ridurre i tempi di produzione e gli sprechi, ottimizzando le risorse e gli sforzi di tutti gli operatori per centrare l’obiettivo comune di dare ai clienti quello che vogliono, quando lo vogliono e come lo vogliono. Dalla produzione di massa alla personalizzazione di massa, i modelli di business del manifatturiero sono profondamente cambiati. Spostare il focus da uno sviluppo prodotto centrico a uno sviluppo customer centrico ha aperto alla governance nuovi orizzonti. Per le imprese non è facile conciliare le personalizzazioni con i termini di rilascio richiesti, riuscendo ad ottimizzare e saturare correttamente persone, impianti e macchinari. Nella gestione dei progetti le organizzazioni devono coinvolgere tutte le funzioni aziendali e ampliare le risorse interessate, così da assicurare la corretta gestione dei processi interni ed esterni, in una visione globale di filiera.

Una nuova agilità progettuale e commerciale

Oggi, che si tratti di gestire una lavorazione nella quale vengono impiegate le risorse produttive dell’azienda al fine di produrre un semilavorato o un prodotto finito richiesto dai clienti oppure che si debbano finalizzare programmi, campagne o qualsiasi tipo di servizio è fondamentale cambiare la cultura del fare e del saper fare, rivedendo il concetto stesso di progettualità. Concertare programmazione e collaborazione significa orchestrare una molteplicità di fattori, fortemente interallacciati, che necessitano di essere risolti attraverso un approccio olistico. Il cloud manufacturing permette alle aziende di gestire un ecosistema complesso di informazioni e di relazioni, presidiando rigore operativo, uso efficiente delle risorse, controllo dei costi e delle attività progressive in conformità alle tempistiche, con una capacità di azione e di reazione massimamente flessibile, per adeguare prontamente l’offerta alla volatilità della domanda.

Digital Twin e cloud manufacturing

IoT e Digital Twin rappresentano due delle tecnologie più innovative nell’ambito della trasformazione digitale industriale. La loro combinazione, supportata dal cloud manufacturing, sta rivoluzionando il modo in cui le aziende gestiscono le proprie operazioni, ottimizzano i processi produttivi e migliorano la manutenzione degli asset. L’integrazione tecnologica rivoluziona il modo in cui vengono gestiti i processi di ideazione, prototipazione, produzione, distribuzione e servitizzazione, utilizzando una replica virtuale di un oggetto fisico, di un processo o di un sistema, aggiornata dinamicamente grazie ai dati raccolti dai dispositivi IoT. Il Digital Twin consente di simulare, monitorare e prevedere il comportamento dell’asset corrispondente nel mondo reale, migliorando la gestione delle risorse e riducendo i tempi di inattività.

Le principali funzionalità di un Digital Twin includono:

• Monitoraggio in tempo reale, grazie all’integrazione con i dati IoT.
• Analisi predittiva, per identificare guasti o inefficienze prima che si verifichino.
• Ottimizzazione operativa, mediante simulazioni basate su scenari differenti.
• Supporto alla manutenzione avanzata, attraverso strategie di manutenzione predittiva e prescrittiva.
• Simulazione, testing, visualizzazione e analisi, integrati in una piattaforma di gestione dedicata, che permettono di prevedere e testare il comportamento dell’asset digitale nel tempo e nello spazio.
• Riduzione dei costi di manutenzione e produzione, grazie alla possibilità di testare virtualmente modifiche e aggiornamenti senza interrompere i processi fisici.
• Miglioramento della qualità e della sicurezza, con il monitoraggio continuo e l’identificazione precoce di difetti o anomalie nei prodotti o negli impianti.
• Maggiore efficienza energetica, tramite il controllo avanzato dei consumi e l’ottimizzazione dei processi produttivi.
• Personalizzazione e innovazione più rapide, attraverso modalità di collaborazione sincronizzate facilitando lo sviluppo e la sperimentazione di nuovi prodotti o configurazioni senza il rischio di errori costosi nel mondo reale.

Il ruolo del cloud manufacturing nel rapporto tra IoT e Digital Twin

Il cloud manufacturing rappresenta il tessuto connettivo tra IoT e Digital Twin, fornendo la potenza di calcolo e la scalabilità necessarie per elaborare grandi quantità di dati e generare modelli digitali accurati. Le piattaforme cloud offrono:

• Archiviazione e gestione dati scalabili per raccogliere e processare informazioni da migliaia di dispositivi IoT.
• Ambienti di simulazione avanzati, che permettono di testare scenari di produzione, valutare l’impatto di nuove strategie e ottimizzare le operazioni senza dover intervenire fisicamente sugli impianti.
• Analisi avanzata e machine learning, fondamentali per costruire modelli predittivi e migliorare la precisione dei Digital Twin.
• Integrazione con altri sistemi IT, come ERP, MES e CRM, per una visione completa delle operazioni aziendali.
• Gestione avanzata della servitizzazione, con la possibilità per le aziende manifatturiere di integrare servizi a valore aggiunto, come aggiornamenti, riconfigurazioni, monitoraggio remoto, riparazioni e noleggi operativi, in modalità pay-per-use o in abbonamento.

L’approccio cloud-based consente di accedere facilmente ai dati provenienti da fonti diverse, aggregarli e visualizzarli in un unico cruscotto centralizzato, migliorando la collaborazione tra i reparti e ottimizzando la gestione delle informazioni lungo l’intero ciclo di vita del prodotto. L’adozione di queste tecnologie consente alle aziende di migliorare l’efficienza operativa, ridurre i costi e incrementare la resilienza dei propri processi, aprendo la strada a una nuova era di automazione, simulazione avanzata e intelligenza predittiva.

Tecniche di cloud manufacturing

La verticalizzazione del CRM sul manifatturiero introduce quattro asset innovativi che sono:

• Sales agreement: grazie alla tecnologia, i venditori possono definire e gestire gli accordi quadri con i clienti (prodotti, prezzi e quantità nel tempo, applicazione di scontistiche personalizzate in base alla tipologia di cliente e via dicendo) potendo fare pianificazioni e previsioni. Utilizzando un’apposita dashboard, il venditore può monitorare con la periodicità preferita i contratti chiusi e aperti nei confronti del cliente. La qualità e la quantità di informazioni permettono al venditore di avere visibilità sull’andamento dei flussi di ordinato per capire l’impatto sulla produzione e sul business. avendo visibilità anche sulle operation e quindi sulla produzione.
• Account Based Forecast: la nuova intelligenza applicativa abilita la capacità di prevedere per account non solo i nuovi deal ma anche il run rate business attraverso analitiche potenziate dal deep learning.
• Gestione del processo end to end: dalla prevendita (gestione fiere, comunicazione marketing a prospect e lead) alla post-vendita, il venditore gestisce tutti gli aspetti dell’offerta relazionandosi con gli ingegneri della produzione per definire al meglio tutte le caratteristiche del prodotto. Utilizzando un cruscotto centralizzato, ad esempio, è possibile visualizzare quantità e prezzi in un determinato arco temporale, con monitoraggio dello scostamento tra quanto contrattuato e stato attuale delle vendite. Dietro alle analisi lavorano appositi algoritmi sviluppati su un modello dati specifico per il manifatturiero.
• Digital customer experience: il digitale permette di erogare tutta una serie di servizi, anche in modalità self-service, grazie ai quali i clienti possono avere informazioni sui prodotti, e sui tempi di consegna dei prodotti ordinati, con traccia di tutti i feed back di soddisfazione o di ticketing aperti legati a contestazioni. Dal punto di vista della post-vendita, il cloud manufacturing abilita un canale di vendita B2B dove il cliente può ordinare prodotti e parti di ricambio, oppure ricevere il supporto del desk hot liner per avere supporto in diretta, con programmazione dell’intervento da remoto o in loco a seconda dei casi.

Come rendere efficiente la catena di montaggio

La catena di montaggio (assembly-line in inglese) è un modello industriale che, in una logica di produzione di massa, velocizza e rende più efficiente il lavoro degli operai, consentendo di diminuire tempi e costi. Nata come sistema di produzione seriale, la catena di montaggio oggi si è notevolmente ingegnerizzata. Gli operai, oltre che lavorare al fianco di robot collaborativi, sono supportati da schermi che a video riportano le schede tecniche dei prodotti da assemblare con tutte le istruzioni di dettaglio. In alcuni contesti si utilizzano invece soluzioni in realtà aumentata, utilizzando tablet o postazioni interattive. In altri ancora gli operai hanno caschi od occhiali che attivano la virtual reality. Componenti e accessori sono tutti tracciati con tag RFID e barcode, risolvendo così in modo corretto il picking, l’assemblaggio e il confezionamento per la spedizione.

Come ottimizzare i processi nella filiera: oltre il lean management

Nella filiera produttiva intervengono diversi fattori che determinano l’ammontare dei costi, suddivisi generalmente in costi delle materie prime e in costo del valore aggiunto, cioè del lavoro e dei processi organizzativi. A questi si aggiunge il lead time, vale a dire il cosiddetto tempo di attraversamento o tempo di risposta dal momento in cui arriva l’ordine a quello in cui viene evaso. Ridurre tempi e costi, perciò, è uno dei modi principali per ottimizzare la gestione del flusso produttivo.

In questo senso le tecniche lean aiutano a razionalizzare i processi in un’ottica di miglioramento e riduzione degli sprechi. Ma non solo. In Toyota, ad esempio, due volte al mese le linee di assemblaggio si fermano per mezz’ora, mentre ogni membro si riunisce nei QCC (Quality Control Circles) per analizzare i dati e capire meglio cosa accade nella loro sezione e in tutta l’azienda.

Gli obiettivi del cloud manufacturing

La lean innovation, infatti, ha insegnato a studiare meglio i dati, non solo quelli di processo ma anche quelli di vendita e di servizio. Il cloud manufacturing consente di integrare la gestione dei progetti e delle commesse con le pipeline di vendita, utilizzando sistemi di Business Intelligence potenziati dall’AI. Traghettare il modo di lavorare da una serie di attività e di attitudini estremamente focalizzate agli aspetti interni dell’organizzazione a un approccio customer centrico di più larghe vedute, dove la gestione dei processi e dei progetti è in grado di sostenere una delivery veramente on time & on quality, mantiene alta sia la marginalità che la customer satisfaction.

Tecnologie emergenti per il cloud manufacturing

L’evoluzione del cloud manufacturing è supportata da un ecosistema di tecnologie emergenti che potenziano ulteriormente l’automazione e l’ottimizzazione dei processi produttivi. Tra le più rilevanti troviamo:

• L’evoluzione del cloud manufacturing è supportata da un ecosistema di tecnologie emergenti che potenziano ulteriormente l’automazione e l’ottimizzazione dei processi produttivi. Tra le più rilevanti troviamo:

  • Intelligenza Artificiale e Machine Learning: le tecniche di deep learning e analisi predittiva consentono di rilevare anomalie nei processi produttivi, migliorare l’allocazione delle risorse e affinare i modelli di manutenzione predittiva. Gli algoritmi AI vengono utilizzati per ottimizzare la gestione delle supply chain e ridurre i tempi di inattività.
  • Blockchain per la tracciabilità: la tecnologia blockchain assicura un registro immutabile e distribuito per la gestione della supply chain, garantendo la trasparenza delle transazioni, la verifica dell’origine dei materiali e la protezione da frodi o contraffazioni. Le smart contract permettono inoltre di automatizzare le operazioni e ridurre gli errori nei processi logistici.
  • Realtà Aumentata (AR) e Realtà Virtuale (VR): l’AR facilita la manutenzione assistita, sovrapponendo informazioni digitali sugli asset fisici per guidare gli operatori nelle riparazioni. La VR, invece, consente la simulazione immersiva di interi impianti, permettendo la formazione avanzata del personale e la progettazione di nuovi layout produttivi.
  • Robotica collaborativa (Cobot): i cobot, connessi al cloud, apprendono dinamicamente dai dati raccolti in produzione per adattarsi alle esigenze operative in tempo reale. Questi robot lavorano a stretto contatto con gli operatori umani, riducendo la fatica fisica e migliorando la precisione nelle operazioni ripetitive.
  • Cybersecurity avanzata: con l’aumento delle superfici di attacco legate all’interconnessione tra sistemi IT e OT, le tecnologie di sicurezza informatica si evolvono attraverso il cloud con soluzioni di protezione basate su AI, sistemi di rilevamento delle minacce in tempo reale e framework zero-trust per impedire accessi non autorizzati.