Digitalizzazione, Internet of Things e interconnessione delle macchine sono le tecnologie che meglio realizzano l’industria sostenibile e 4.0.
Industria sostenibile e 4.0: le tecnologie più efficienti
12-mag-2023
Per industria sostenibile si intende un modello di business che integri le tre dimensioni della sostenibilità: ambientale, sociale ed economico-finanziaria. Puntare ad un modello di industria sostenibile comporta una sfida ambiziosa sia per il sistema produttivo che per la società, in quanto richiede l’adozione di un’economia di tipo circolare, alla base della quale vi sono attività e processi di produzione e di consumo sostenibili e in grado di gestire in modo consapevole ed efficiente le risorse del nostro pianeta.
La transizione verso un tipo di economia circolare è sicuramente favorita dallo sviluppo delle tecnologie digitali connesse all’Industria 4.0, la quarta fase industriale, basata sulla combinazione di robotica, sensoristica, digitalizzazioni dei processi, interconnessione delle macchine e opportunità dell’Internet of Things (IoT).
Un mix tecnologico in grado di monitorare e ottimizzare i cicli di vita di un prodotto, attraverso l’analisi dei dati con processi sempre più data-driven, e l’uso delle risorse, riducendo gli sprechi energetici e gli scarti generati nella fase di produzione.
Le caratteristiche dell’industria sostenibile
Definita dal decreto MISE del 25 ottobre 2014 in linea con le principali politiche industriali europee orientate ad una transizione in senso ecologico-digitale dei sistemi produttivi dei paesi membri, l’industria sostenibile promuove una crescita intelligente, sostenibile e inclusiva: “intelligente” perché basata sulla conoscenza e sull’innovazione; “sostenibile” perché efficiente sotto il profilo delle risorse, più verde e più competitiva; “inclusiva” perché capace di sostenere un’economia con un alto tasso di occupazione e favorire la coesione sociale e territoriale.
Per perseguire questi obiettivi, l’industria sostenibile si avvale dell’impiego delle tecnologie abilitanti fondamentali (KETs - Key Enable Technologies), introdotte in Europa nell’ambito del Programma Quadro Comunitario di Ricerca e Innovazione Horizon 2020 e ritenute la chiave di volta per realizzare lo sviluppo continuo e sostenibile dell’attività delle imprese industriali.
Secondo la Commissione Europea, le tecnologie abilitanti sono “ad alta intensità di conoscenza e associate a levata attività di Ricerca & Sviluppo, a cicli di innovazione rapidi, a consistenti spese d’investimento e a posti di lavoro altamente qualificati”.
L’industria 4.0 è strettamente collegata all’adozione di tecnologie digitali innovative: dall’Internet of Things all’Intelligenza artificiale; dalla big data analysis per ottimizzare prodotti e processi produttivi ai sistemi di cloud computing; dall’Advanced Manufacturing Solution all’integrazione dati lungo tutta la catena del valore (Horizontal/Vertical Integration), fino all’additive manufacturing e ai dispositivi per la realtà aumentata. Le Key Enabling Technologies (KET) rappresentano il futuro dell’industria sostenibile europea: ecco perché, come ha messo in luce anche lo studio “Key Enabling Technologies for Europe’s technological sovereignty” pubblicato dal Parlamento europeo, occorre puntare sulle tecnologie abilitanti chiave per la transizione verso l’industria sostenibile e 4.0.
Le tecnologie alla base dell’industria sostenibile e 4.0
La digitalizzazione, l’Internet of Things e l’interconnessione delle macchine, paradigmi della quarta rivoluzione industriale, stanno cambiando già da tempo le nostre vite e i modelli di business di molti settori industriali.
Le nuove tecnologie fanno sì che il mondo fisico e quello virtuale si fondano, dando vita ai cosiddetti sistemi cyberfisici (CPS), sia nella produzione che nella logistica. A questo sviluppo, noto appunto come Industry 4.0, si deve l’evoluzione di alcuni servizi, quali la manutenzione predittiva e il monitoraggio da remoto, grazie ai quali è possibile realizzare quell’ottimizzazione di processi, produzione e risorse che abilitano l’industria sostenibile.
Possedere conoscenze sull’interconnessione di sensori e macchine nonché sull’analisi e sulla visualizzazione dei dati semplifica infatti i processi e incrementa la produttività.
Inoltre, la maggiore efficienza ottenuta con la trasparenza e la comunicazione grazie all’interconnessione digitale riduce i costi di produzione. Massimizzare la produzione riducendo al minimo gli sprechi sono due driver fondamentali per il successo e la redditività delle cosiddette smart factory.
Tra le tecnologie di punta dell’industria 4.0, rientrano a pieno titolo gli smart sensor, elemento chiave per ottimizzare le performance e la sicurezza degli impianti nei più disparati settori. Grazie ad essi e alla possibilità di predisporre e rielaborare i dati sotto forma di vere e proprie informazioni, il concetto di IIoT (Industrial IoT) trova la sua applicazione più evoluta, con effetti dirompenti sui concetti di automazione, monitoraggio e pianificazione dei processi e ricadute importanti in termini di produttività ed efficienza.
Sensibilità avanzata, comunicazione efficiente, diagnostica e smart tasks, sono le quattro dimensioni tecnologiche fondamentali che vengono abilitate dall’integrazione degli smart sensor all’interno degli impianti aziendali.
Essi determinano il vero valore aggiunto per qualsiasi applicazione perché ne ottimizzano l’efficienza e la flessibilità, fornendo informazioni in tempo reale - estremamente preziose nell’era dei Big Data – e semplificando così la pianificazione produttiva e la manutenzione dei macchinari, estendendo il concetto di industria 4.0 a quello di industria sostenibile.
In tema di manutenzione e sostenibilità, un contributo importante nell’ottimizzazione dell’efficienza e della trasparenza energetica viene fornito dai sensori termici di portata FTMg (Flow Thermal Meter for gases), che supportano i gestori degli impianti nel riconoscimento tempestivo di perdite nei sistemi ad aria compressa, consentendo così di poter programmare la manutenzione.
L’aria compressa rientra tra le forme di energia più costose in termini di investimento, pertanto, negli impianti è necessario assicurare un funzionamento senza perdite per risparmiare sui costi esterni. Riconoscendo e prevenendo il dispendio energetico e le perdite inutili, il sensore FTMg indica una gestione energetica efficiente, conforme a DIN EN ISO 50001, e si dimostra un vero e proprio dispositivo polivalente ed economico.
FTMg offre un monitoraggio dei dati integrato, la registrazione dati interna per un periodo di sette giorni e la trasmissione dei dati di misura tramite IO-link o con segnali di commutazione e analogici. Invece, la tecnologia Power over Ethernet (PoE), grazie allo standard di comunicazione OPC UA, consente il collegamento semplice, via web a un PC o a un cloud, per rendere trasparente il consumo di energia. In tal modo, è possibile stabilire in modo affidabile variazioni e oscillazioni nel consumo di energia, minimizzare perdite di energia e costi e realizzare una soluzione digitale completa per il controllo e il miglioramento della sostenibilità dell’industria manifatturiera.
I possibili campi d’applicazione vanno dal controllo dei consumi e monitoraggio delle perdite negli impianti di aria compressa a quello del consumo energetico dell’aria compressa nella rete di alimentazione; dalla misurazione di gas inerti in imballi con atmosfera modificata nell’industria di alimenti e bevande a quella della portata di gas non corrosivi, come Ar, He, CO2, N2.
Rapporti costi/prestazioni dei sensori per l’acquisizione sempre più vantaggiosi, unitamente all’avanzamento delle tecnologie e dei software per l’elaborazione delle immagini, hanno reso conveniente, rapido ed affidabile anche l’utilizzo di sistemi di visione artificiale in tutte le fasi della produzione: dalle linee di produzione, dove i sistemi di Machine Vision aiutano i sistemi robotizzati nella presa pezzo dai cassoni e dai nastri trasportatori al controllo qualità, fino al tracciamento lungo tutta la Supply Chain.
Lo scambio continuo di informazioni tra livello di produzione operativo OT e livello IT non è tuttavia limitato ai confini fisici della fabbrica: l’interazione tra edge e cloud, resa possibile dalla presenza di veicoli intelligenti e piattaforme mobili, consente di gestire la produzione e i dati anche da e verso l’esterno, coinvolgendo la catena di fornitura.
Per questo, sempre più sistemi mobili vengono integrati nella catena produttiva. AGV e AMR di tutte le dimensioni agevolano il trasporto e i servizi di consegna in modo sicuro e senza incidenti in quasi tutti i settori industriali, in particolare nella logistica. Sistemi di Intelligenza Artificiale e Deep Learning possono, inoltre, determinare quali percorsi o modalità di trasporto abbiano il minor impatto ambientale.
La Smart Factory fa leva anche sulla stretta interazione tra robot ed esseri umani, che richiede quindi soluzioni di sicurezza che reagiscano in modo assolutamente affidabile e altamente flessibile, assicurate da tecnologie “Safe Motion” e dispositivi di protezione capaci di garantire costantemente la sicurezza delle persone, riducendo al minimo i tempi di fermo di macchine e impianti.
In un’ottica di industria sostenibile, vanno considerati anche i sistemi di controllo delle emissioni, necessari per il rispetto dei severi requisiti ambientali che normative europee e nazionali sul controllo dell'inquinamento atmosferico sempre più stringenti richiedono, oltre che per proteggere la salute e il benessere dei lavoratori delle fabbriche.
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