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Le tecnologie abilitanti di industria 4.0

Rassegna delle tecnologie protagoniste 1) dell'internet industriale e del flusso dati: IoT, Cloud Big Data/Analytics, Machine Learning; 2) dell'interconnessione e della comunicazione remota tra macchine e sistemi: teleassistenza, telecontrollo, M2M, reti 5G e LPWAN e Web App. Nuovi approcci per progettare (simulazione, prototipazione, realtà virtuale e aumentata) e produrre (robotica collaborativa, additive manufacturing, nanotecnologie, materiali intelligenti, sistemi cyberfisici) in modalità 4.0. Funzioni di supporto pre e post produzione: logistica (smart sensor, RFID, AGV, droni), manutenzione (wearable, app), supply chain, sicurezza informatica.

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Le tecnologie abilitanti di industria 4.0

  1. 1. «Le tecnologie abilitanti di Industria 4.0» a cura di Armando Martin e Massimo Nannini - Elettromondo, Fiera di Padova Venerdì 20 Aprile 2018 Le tecnologie abilitanti di industria 4.0 Elettromondo, Fiera di Padova Venerdì 20 Aprile 2018– ore 9.30 – 12.30 a cura di Armando Martin e Massimo Nannini
  2. 2. «Le tecnologie abilitanti di Industria 4.0» a cura di Armando Martin e Massimo Nannini - Elettromondo, Fiera di Padova Venerdì 20 Aprile 2018 L’Italia è un grande paese industriale… Fatturato 900 miliardi Aziende 425 mila Addetti 4,5 milioni Export Quota 2,5% Surplus 100 mld USD Macchine Automatiche
  3. 3. «Le tecnologie abilitanti di Industria 4.0» a cura di Armando Martin e Massimo Nannini - Elettromondo, Fiera di Padova Venerdì 20 Aprile 2018 Le tecnologie abilitanti ✓ Dal 2011 si parla di Industria 4.0. Con questa “etichetta” si indica una strategia industriale hi-tech promossa in origine dal governo tedesco, che ha per obiettivo l’informatizzazione dell’industria manifatturiera ovvero la diffusione della fabbrica intelligente caratterizzata da capacità di adattamento, efficienza, ergonomia. ✓ L’Industria 4.0 o Quarta Rivoluzione Industriale deriva dal concetto di Digital Manufacturing e delle tecnologie ad esso correlato in grado di modificare i modelli di R&D e di business: stampa e scanning 3D, Internet of Things, social manufacturing, realtà aumentata, realtà virtuale, intelligenza artificiale, robotica adattativa, nanotecnologie e materiali avanzati, comunicazione wireless, prototipazione virtuale, cloud computing, gestione avanzata della Supply Chain. ✓ Il concetto delinea una visione della fabbrica intelligente, caratterizzata soprattutto dal controllo in tempo reale con l’ICT, dal crescente utilizzo di robot e cyber technology, dall’applicazione massiccia dell’IoT alla produzione industriale.
  4. 4. «Le tecnologie abilitanti di Industria 4.0» a cura di Armando Martin e Massimo Nannini - Elettromondo, Fiera di Padova Venerdì 20 Aprile 2018 Effetti sul mondo del lavoro (World Economic Forum)
  5. 5. «Le tecnologie abilitanti di Industria 4.0» a cura di Armando Martin e Massimo Nannini - Elettromondo, Fiera di Padova Venerdì 20 Aprile 2018 Piano Industria 4.0, scenario incentivi in Europa Fonte: Il Sole 24 Ore
  6. 6. «Le tecnologie abilitanti di Industria 4.0» a cura di Armando Martin e Massimo Nannini - Elettromondo, Fiera di Padova Venerdì 20 Aprile 2018 Letteralmente Internet delle cose ("Things"). Si tratta di una rete di oggetti fisici costituiti da elementi elettronici, software, sensori e connettività alla rete che li rendono in grado di collezionare e scambiare informazioni. Cosa significa Internet of Things
  7. 7. «Le tecnologie abilitanti di Industria 4.0» a cura di Armando Martin e Massimo Nannini - Elettromondo, Fiera di Padova Venerdì 20 Aprile 2018 Quando IIoT incontra Industria 4.0
  8. 8. «Le tecnologie abilitanti di Industria 4.0» a cura di Armando Martin e Massimo Nannini - Elettromondo, Fiera di Padova Venerdì 20 Aprile 2018 Distribuited Decision Making ✓ Dobbiamo dunque prendere in considerazione un altro aspetto, che affiancandosi alle specifiche capacità di un sistema di controllo ed attuazione digitale, ci permette di compiere il salto generazionale per passare dall’implementazione industriale "tradizionale" quella basata su IIoT e cioè di Distribuited Decision Making o processo decisionale distribuito. ✓ Questo importantissimo aspetto è reso possibile dalla interconnessione tra le varie parti del sistema che possono in questo modo scambiarsi informazioni in tempo reale e conseguentemente adattarsi al cambiamento dell’ambiente circostante.
  9. 9. «Le tecnologie abilitanti di Industria 4.0» a cura di Armando Martin e Massimo Nannini - Elettromondo, Fiera di Padova Venerdì 20 Aprile 2018 L’utilizzo ormai ampiamente diffuso di qualsiasi dispositivo elettronico genera una massa di informazioni spesso indirette, che possono andare ad alimentare basi di dati di dimensioni enormi. Se l’informazione ha le caratteristiche di Varietà, Velocità, Volume allora si ha di fronte un vero Big Data Caratteristiche dei Big Data
  10. 10. «Le tecnologie abilitanti di Industria 4.0» a cura di Armando Martin e Massimo Nannini - Elettromondo, Fiera di Padova Venerdì 20 Aprile 2018 Big Data, piattaforme tecnologiche
  11. 11. «Le tecnologie abilitanti di Industria 4.0» a cura di Armando Martin e Massimo Nannini - Elettromondo, Fiera di Padova Venerdì 20 Aprile 2018 Il cloud computing è un paradigma dell'informatica, un nuovo modo di pensare al settore IT, non una tecnologia specifica. Cosa è il Cloud Computing ? Properties and characteristics High scalability and elasticity High availability and reliability High manageability and interoperability High accessibility and portability High performance and optimization Central ideas Utility Computing SOA - Service Oriented Architecture SLA - Service Level Agreement Enabling techniques Hardware virtualization Parallelized and distributed computing Web service
  12. 12. «Le tecnologie abilitanti di Industria 4.0» a cura di Armando Martin e Massimo Nannini - Elettromondo, Fiera di Padova Venerdì 20 Aprile 2018 Deployment Models Definiscono il tipo di accesso al Cloud
  13. 13. «Le tecnologie abilitanti di Industria 4.0» a cura di Armando Martin e Massimo Nannini - Elettromondo, Fiera di Padova Venerdì 20 Aprile 2018 ✓ Le fondamenta dell’AI furono poste da Alan Turing. Nel 1936 il matematico inglese ipotizzò la possibilità di costruire una macchina ideale in grado di svolgere qualsiasi calcolo. ✓ L’espressione Artificial Intelligence venne utilizzata per la prima volta nel 1956 dall’informatico John McCarthy per per indicare gli studi che mirano a “far fare alle macchine delle azioni che richiederebbero l'intelligenza se fossero fatte dagli uomini”. Machine Learning e AI (Articificial Intelligence) Alan Turing John McCarthy
  14. 14. «Le tecnologie abilitanti di Industria 4.0» a cura di Armando Martin e Massimo Nannini - Elettromondo, Fiera di Padova Venerdì 20 Aprile 2018 AI Debole e AI Forte
  15. 15. «Le tecnologie abilitanti di Industria 4.0» a cura di Armando Martin e Massimo Nannini - Elettromondo, Fiera di Padova Venerdì 20 Aprile 2018 ✓ Cognitive computing rappresenta una tecnologia emergente che aumenta la produttività, la resa e la qualità, mentre si impara continuamente, migliorando le azioni, i processi e i risultati dei dipendenti. Se combinato con le tecnologie di produzione, si parla di Cognitive Manufacturing. Unisce milioni di punti di dati in ingresso che analizzati in tempo reale forniscono risposte alle domande in tutto l'impianto. Siano queste fatte dagli utenti, oppure dalle apparecchiature. ✓ La produzione cognitiva sfrutta le attuali tecnologie di produzione, come l'Industrial Internet of Things (IIoT), l'analisi, la mobilità, la collaborazione e la robotica per fornire vantaggi tangibili a livello di impianto. Cognitive Computing – Cognitive Manufacturing
  16. 16. «Le tecnologie abilitanti di Industria 4.0» a cura di Armando Martin e Massimo Nannini - Elettromondo, Fiera di Padova Venerdì 20 Aprile 2018 Teleassistenza e Manutenzione remota MONITORAGGIO E MANUTENZIONE Attraverso il monitoraggio e il controllo remoto dei macchinari con un flusso continuo di informazioni e le opportune politiche di sicurezza, i produttori possono implementare servizi di manutenzione reattiva, predittiva, proattiva e a lungo termine. TELEASSISTENZA Nel caso della teleassistenza, uno specialista da remoto può sfruttare la propria expertise per agevolare le attività del tecnico in campo grazie anche all’impiego di tecnologie indossabili e IoT. PREDICTIVE ANALYTICS I sistemi di predictive analytics che ne derivano sono in grado di fornire vantaggi competitivi, grazie in particolare ad una migliore allocazione delle risorse e ad una più rapida identificazione dei problemi REALTA’ AUMENTATA E MODELLAZIONE 3D In questo scenario la realtà aumentata e la modellazione 3D vengono adottate con la finalità di supportare l’identificazione delle corrette procedure di lavoro e degli strumenti da utilizzare.
  17. 17. «Le tecnologie abilitanti di Industria 4.0» a cura di Armando Martin e Massimo Nannini - Elettromondo, Fiera di Padova Venerdì 20 Aprile 2018 Telecontrollo IoT / Cloud based ✓ Nel telecontrollo basato sull’IoT, sensori, attuatori, dispositivi e sottoreti sono equiparabili a provider che pubblicano servizi impiegabili da diversi consumer in modalità trasparente. ✓ Con l’ausilio di sensori intelligenti, geolocalizzati e 3G/4G, dispositivi RFid, smartphone, sistemi mobili, dispositivi di allarme, infrastrutture telco e allarmi intelligenti il telecontrollo si avvia a diventare web-based, virtualizzato e cloud, in grado di dare vita a un network intelligente di impianti distribuiti sul territorio, migliorando la sostenibilità, massimizzando la prestazioni, recuperando efficienza. ✓ La disponibilità di sistemi cloud-based è un fattore attraente anche in termini di minori investimenti hardware e di reperibilità dei dati. ✓ In prospettiva gli approcci virtualizzati e cloud promettono di abbassare costi e tempi obsolescenza, di arricchire le funzionalità operative, di disporre di sistemi più sicuri.
  18. 18. «Le tecnologie abilitanti di Industria 4.0» a cura di Armando Martin e Massimo Nannini - Elettromondo, Fiera di Padova Venerdì 20 Aprile 2018 Reti LPWAN, previsioni di crescita
  19. 19. «Le tecnologie abilitanti di Industria 4.0» a cura di Armando Martin e Massimo Nannini - Elettromondo, Fiera di Padova Venerdì 20 Aprile 2018 LPWAN, comparativa
  20. 20. «Le tecnologie abilitanti di Industria 4.0» a cura di Armando Martin e Massimo Nannini - Elettromondo, Fiera di Padova Venerdì 20 Aprile 2018 Reti 5G Standardizzazione prevista entro i il 2020 Funzioni IoT Banda ultralarga Efficienza energetica Velocità da 10 a 100 volte superiori al 4G Bassa latenza (1-10 ms) Approccio MIMO (Multiple Input Multiple Output) Sicurezza Affidabilità
  21. 21. «Le tecnologie abilitanti di Industria 4.0» a cura di Armando Martin e Massimo Nannini - Elettromondo, Fiera di Padova Venerdì 20 Aprile 2018 5G, applicazioni di fabbrica Cable Replacement Controllo Produzione e Manutenzione Logistica, adaptive manufacturing
  22. 22. «Le tecnologie abilitanti di Industria 4.0» a cura di Armando Martin e Massimo Nannini - Elettromondo, Fiera di Padova Venerdì 20 Aprile 2018 Piattaforme di Simulazione NUOVE PIATTAFORME DI SIMULAZIONE ✓ Maggiori performance ✓ Elevata produttività ✓ Collegamento diretto con la stampa 3D ✓ Moderne architetture HPC (High Performance Computing) SIMULAZIONE MULTIFISICA E NUMERICA NUOVE TENDENZE ✓ Particolarmente presente nel mondo accademico e industriale, ✓ Rappresentazione e analisi del comportamento fisico di un sistema attraverso l’elaborazione al calcolatore e il successivo post- processing dei dati ottenuti. ✓ Accelerazione dei tempi di sviluppo senza compromettere la precisione dei risultati ✓ Vari software specialistici oltre la fisica: meccanica strutturale (FEM), analisi termica, elettromagnetismo, chimica, fluidodinamica, acustica ✓ Analisi più globale del problema scientifico o progettuale, considerando non solo i singoli fenomeni fisici ma anche i reciproci effetti della loro interazione
  23. 23. «Le tecnologie abilitanti di Industria 4.0» a cura di Armando Martin e Massimo Nannini - Elettromondo, Fiera di Padova Venerdì 20 Aprile 2018 Prototipazione Digitale ✓ La Prototipazione Digitale (DP, Digital Prototyping) è una tecnica che consente ai progettisti di condividere un modello digitale (esatta riproduzione di quello reale) e di lavorare su di esso nelle fasi di sviluppo del progetto. ✓ Un prototipo digitale è una simulazione realistica di un prodotto. ✓ Il Digital Prototyping si profila come una delle aree strategiche del PLM supportata e integrata con sistemi CAD e con l’insieme delle best practices aziendali.
  24. 24. «Le tecnologie abilitanti di Industria 4.0» a cura di Armando Martin e Massimo Nannini - Elettromondo, Fiera di Padova Venerdì 20 Aprile 2018 Digital Twin e Machine Learning
  25. 25. «Le tecnologie abilitanti di Industria 4.0» a cura di Armando Martin e Massimo Nannini - Elettromondo, Fiera di Padova Venerdì 20 Aprile 2018 App realtà aumentata per monitoraggio impianti 25 Credits Kuka
  26. 26. «Le tecnologie abilitanti di Industria 4.0» a cura di Armando Martin e Massimo Nannini - Elettromondo, Fiera di Padova Venerdì 20 Aprile 2018 Smart Manufacturing
  27. 27. «Le tecnologie abilitanti di Industria 4.0» a cura di Armando Martin e Massimo Nannini - Elettromondo, Fiera di Padova Venerdì 20 Aprile 2018 Uomini e Cobot ✓ A differenza dei robot tradizionali, quelli collaborativi sono chiamati ad operare in un ambiente più dinamico, dovendo interagire con l’ambiente e intraprendere azioni opportune. ✓ Per certi versi robot tradizionali e collaborativi segnano approcci industriali diversi. Il primo, prescelto ad esempio dall’industria cinese, è più adatto per produzioni di massa come quelle dell’automotive o dell’elettronica. Il secondo si abbina più favorevolmente con produzioni di nicchia e di qualità, tendenzialmente più diffuse in Europa e negli Stati Uniti. ✓ I robot tradizionali sono più veloci e non determinano particolari problemi per la sicurezza. I cobot sono più flessibili, meno costosi, ma non automatizzano completamente il processo. ✓ Rispetto ai robot tradizionali i robot collaborativi rispondono perfettamente alle esigenze della produzione moderna perché si possono spostare e sollevare all’occorrenza, collegare ad altre macchine senza stravolgere la linea produttiva.
  28. 28. «Le tecnologie abilitanti di Industria 4.0» a cura di Armando Martin e Massimo Nannini - Elettromondo, Fiera di Padova Venerdì 20 Aprile 2018 Tecniche di manifattura additiva
  29. 29. «Le tecnologie abilitanti di Industria 4.0» a cura di Armando Martin e Massimo Nannini - Elettromondo, Fiera di Padova Venerdì 20 Aprile 2018 Materiali Intelligenti Tra le diverse tipologie di smart materials (materiali intelligenti) si possono ricordare a titolo di esempio: ✓ I materiali piezoelettrici, che sono in grado di generare una carica elettrica se sottoposti ad una deformazione, o viceversa produrre una deformazione se alimentati da una sorgente elettrica; ✓ Le leghe e i polimeri a memoria di forma, che sono materiali deformabili nel modo voluto, al variare della temperatura, del campo magnetico o del campo elettrico, e che, dopo essere stati deformati, possono ritornare alla forma iniziale, se viene rimossa la sorgente di temperatura o di campo magnetico. ✓ I polimeri sensibili all’acidità, che si allungano o accorciano al variare del pH del liquido in cui sono immersi. ✓ I materiali che cambiano colore se sottoposti a cambiamenti termici, meccanici, ottici, elettrici o chimici.
  30. 30. «Le tecnologie abilitanti di Industria 4.0» a cura di Armando Martin e Massimo Nannini - Elettromondo, Fiera di Padova Venerdì 20 Aprile 2018 Sistemi Cyber Fisici, Scenari sequenziali Un Cyber Physical Systems è un insieme di differenti tecnologie, le quali generano un sistema autonomo, intercomunicante e intelligente e, pertanto, capace di facilitare l’integrazione tra soggetti diversi e fisicamente distanti. Questo sistema abilita tre scenari sequenziali: 1. generazione e acquisizione dei dati 2. computazione ed aggregazione dei dati precedentemente acquisiti 3. supporto al processo decisionale
  31. 31. «Le tecnologie abilitanti di Industria 4.0» a cura di Armando Martin e Massimo Nannini - Elettromondo, Fiera di Padova Venerdì 20 Aprile 2018 CPS, Fisico vs Virtuale
  32. 32. «Le tecnologie abilitanti di Industria 4.0» a cura di Armando Martin e Massimo Nannini - Elettromondo, Fiera di Padova Venerdì 20 Aprile 2018 Efficienza, flessibilità e produttività Credits: www.alfacode.it Il mercato globale impone alle aziende manifatturiere di aumentare l’efficienza, la flessibilità e la produttività dei propri impianti. L’intralogistica si presenta come uno dei protagonisti cruciali della nuova rivoluzione "Industria 4.0". Il suo ruolo è centrale e determinante nella totalità dei processi interni.
  33. 33. «Le tecnologie abilitanti di Industria 4.0» a cura di Armando Martin e Massimo Nannini - Elettromondo, Fiera di Padova Venerdì 20 Aprile 2018 RFID, soluzioni per Industria 4.0 Svariate sono le applicazioni in cui la tecnologia RFID viene utilizzata in ambito Industria 4.0. I campi di applicazione più comuni sono: ✓ Identificazione materiali e persone ✓ Log di controllo parametri di qualità durante tutta le catena produttiva e di distribuzione ✓ Tracciabilità lotti materie prime, semilavorati e prodotti finiti ✓ Gestione magazzino ✓ Tracciabilità delle spedizioni
  34. 34. «Le tecnologie abilitanti di Industria 4.0» a cura di Armando Martin e Massimo Nannini - Elettromondo, Fiera di Padova Venerdì 20 Aprile 2018 Il ruolo degli AGV ✓ Carrelli motorizzati, portapallet, gru, elevatori, montacarichi, monorotaie, treni senza autista, convogliatori e alcuni tipi di robot industriali assolvono con efficienza ai compiti intralogistici da diversi decenni. ✓ I moderni AGV sono veicoli a guida libera, ottica o magnetica, progettati per seguire traiettorie precise ed effettuare operazioni di carico e scarico in modo automatico. ✓ Nell’Industria 4.0 gli AGV comunicano con macchine, sensori e robot mediante reti Wi-Fi, RFID e IoT, integrandosi in modo ottimale nelle linee produttive.
  35. 35. «Le tecnologie abilitanti di Industria 4.0» a cura di Armando Martin e Massimo Nannini - Elettromondo, Fiera di Padova Venerdì 20 Aprile 2018 Blockchain e Industria 4.0 Grazie alla tecnologia su cui si fonda, Blockchain offre una serie di possibili applicazioni per l’industria di più moderna concezione, consentendo un alto livello di sicurezza ed elevate possibilità di controllo. Sono quattro i punti che possono permettere alla Blockchain di diventare uno strumento fondamentale per l’Industria 4.0: ✓ Resilienza ✓ Scalabilità ✓ Sicurezza ✓ Autonomia
  36. 36. «Le tecnologie abilitanti di Industria 4.0» a cura di Armando Martin e Massimo Nannini - Elettromondo, Fiera di Padova Venerdì 20 Aprile 2018 ✓ In caso di eccessivo stress, l’impianto può ridurre i livelli prestazionali autonomamente, funzionando a scarto ridotto. Questa capacità adattiva è particolarmente efficace nel caso di impianti e macchine in rete. ✓ Questo nuovo scenario di connettività estesa - con oggetti che comunicano fra loro e con applicazioni che risiedono nei data center, nel cloud e nelle infrastrutture IT - porta con sé una mole ingente di dati raccolti (Big Data) con la necessità di comprenderli, analizzarli ed estrarne informazioni utili (Data Mining). ✓ L’utilizzo di infrastrutture di comunicazione scalabili permette di collegare e gestire dispositivi geograficamente distribuiti Manutenzione e IoT
  37. 37. «Le tecnologie abilitanti di Industria 4.0» a cura di Armando Martin e Massimo Nannini - Elettromondo, Fiera di Padova Venerdì 20 Aprile 2018 ✓ Negli impianti industriali stanno avanzando nuove tecnologie diagnostiche e strumentazione di nuova generazione ✓ Supporto esigenze critiche di sicurezza, messa in servizio e decision-making ✓ Sistemi touchscreen e dispositivi intelligenti dotati di connettività Cloud e IoT ✓ L’operatore può ricavare le informazioni necessarie per semplificare il controllo, la manutenzione e il monitoraggio dell’impianto ✓ Dati e segnalazioni di guasto o anomalia pubblicati in rete da sensori PDA touchscreen per manutenzione e messa in servizio di impianti (Endress+Hauser) Smart Glass per analisi guasti, tutoring, manutenzione programmata (Epson) Wearable Technologies per Applicazioni Industriali
  38. 38. «Le tecnologie abilitanti di Industria 4.0» a cura di Armando Martin e Massimo Nannini - Elettromondo, Fiera di Padova Venerdì 20 Aprile 2018 Sicurezza IT e Industria 4.0 ✓ Cybersecurity è un sinonimo di sicurezza informatica, ovvero di tutte quelle tecnologie utili a proteggere un computer o un insieme di computer (sistema informatico) da attacchi che possono portare alla perdita o compromissione di dati ed informazioni. ✓ Per capire se un sistema informatico è più o meno sicuro bisogna trovare le minacce e vulnerabilità e proteggerli da eventuali attacchi. ✓ Il successo di Industria 4.0 è legato alla pervasività delle tecnologie ICT e del cyberspazio (reti che comprendono macchine e persone) ✓ Una delle conseguenze di Industry 4.0 sarà l’estensione al mondo manifatturiero dello stato Always-on che già sperimentiamo a livello individuale
  39. 39. «Le tecnologie abilitanti di Industria 4.0» a cura di Armando Martin e Massimo Nannini - Elettromondo, Fiera di Padova Venerdì 20 Aprile 2018 Grazie dell’attenzione Armando Martin Consulente Industriale | Giornalista info@armandomartin.it Massimo Nannini Consulente IT | Formatore massimo.nannini@gemaxconsulting.it Le tecnologie abilitanti di industria 4.0

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