UNIVERSITA’ DI PISA
Dipartimento di Economia e Management
Corso di Laura Magistrale in
STRATEGIA MANAGEMENT E CONTROLLO
Tesi di Laurea
Industria 4.0:
innovazione e competitività
delle PMI
Relatore
Chiar.mo Prof. M. Giannini
Candidata
Bove Luana
…Alla mia famiglia,
Ciro ed
Alice…
INDICE
INTRODUZIONE ... 1
PRIMO CAPITOLO ... 3
DALLA PRIMA RIVOLUZIONE INDUSTRIALE ALLA TERZA RIVOLUZIONE INDUSTRIALE ... 3
1.1 Premessa ... 3
1.2 Evoluzione della storia dell’umanità ... 3
1.3 La Prima Rivoluzione Industriale ... 6
1.4 La Seconda Rivoluzione Industriale ... 8
1.5 La Terza Rivoluzione Industriale ... 10
SECONDO CAPITOLO ... 12
LA QUARTA RIVOLUZIONE INDUSTRIALE ... 12
2.1 Premessa ... 12
2.2 L’Origine del termine “Industrie 4.0” ... 14
2.3 Modelli a confronto ... 16
2.4 La digitalizzazione... 19
2.5. Cyber Physical System (CPS) ... 21
2.6 Tecnologie abilitanti ... 25
2.6.1. Big data and analytics ... 27
2.6.2. Autonomous robot ... 29
2.6.3. Simulation ... 30
2.6.4. Horizontal and Vertical System Integration ... 32
2.6.5. Industrial Internet of Things (IIOT) ... 34
2.6.6 La Cybersecurity ... 37
2.6.7 Cloud computing ... 38
2.6.9. Augmented reality ... 44
TERZO CAPITOLO ... 47
IL PIANO NAZIONALE INDUSTRIA 4.0 ... 47
3.1 Premessa ... 47
3.2 Verso il Piano Nazionale Industria 4.0... 48
3.3 Il Piano Nazionale Industria 4.0 ... 52
3.3.1. Punti Impresa Digitale ... 62
3.3.2. Competence Center ... 63
3.3.3 Digital Innovation Hub ... 66
3.4 Il passaggio da Industria 4.0 a Impresa 4.0 ... 69
QUARTO CAPITOLO ... 74
LE PICCOLE MEDIE IMPRESE... 74
4.1 PREMESSA ... 74
4.2 Le Piccole e Medie Imprese: definizione e inquadramento ... 75
4.3 Il ruolo delle reti di impresa PMI ... 81
4.4 Il ruolo dei voucher consulenza innovazione per le PMI ... 91
4.5 Il ruolo delle associazioni per le PMI ... 94
4.6 Questionario Confapi ... 100
4.7 Il caso: Baglio del Cristo ... 111
CONSIDERAZIONI FINALI ... 120
1
INTRODUZIONE
L’oggetto del presente lavoro è l’analisi dell’Industria 4.0; la scelta di analizzare questo fenomeno, complesso ma allo stesso tempo affascinante, è dipesa dal fatto che oggi la quarta rivoluzione industriale rappresenta uno degli argomenti più discussi per l’importanza socio-economica che riveste e per la sua capacità di penetrare in ogni ambito della vita umana che ne viene completamente influenzata. Al centro di questa rivoluzione vi è l’interconnessione fra persone, macchine, impianti, materie prime, prodotti, che modifica non solo le modalità di produrre ma anche i rapporti con gli altri attori che creano valore lungo tutta la catena di valore, dai fornitori fino al consumatore finale, ed è proprio in questo contesto che nascono nuovi concetti quali Smart Factory, Smart Supply Chain. Ogni processo risente di questi cambiamenti dallo sviluppo e fabbricazione di nuovi prodotti, all’assistenza post-vendita, al marketing, alle relazioni con i clienti, tutto ciò è possibile grazie al congiunto utilizzo di tecnologie che rendono possibile tutta questa trasformazione, che causa anche mutamenti del business model.
Lo scopo dell’elaborato è quello di evidenziare gli effetti di questo nuovo paradigma nelle imprese, analizzando anche come l’Italia si sia interfacciata alla Digital Disruption con particolare attenzione alle PMI, che presentandosi come la realtà più diffusa rappresentano l’asse portante della nostra economia, e quindi meritano un’analisi particolare per conoscere quali potrebbero essere le mosse da mettere in atto per raggiungere la digitalizzazione e verificando le loro posizioni attuali lungo questa trasformazione 4.0.
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Il punto di partenza dell’analisi coincide con un “viaggio” tra le precedenti rivoluzioni industriali e i paradigmi produttivi che hanno caratterizzato l’evoluzione industriale fino al sistema odierno. Nel secondo capitolo l’attenzione è volta alla Quarta Rivoluzione Industriale per evidenziarne origine e sviluppo, soffermandosi in particolare sulla digitalizzazione e sul Cyber Physical System, chiavi dell’innovazione tecnologica di questa rivoluzione, che assieme alle altre tecnologie abilitanti, ampiamente analizzate, creano valore sulle tre dimensioni quali: lo smart product, lo smart manufacturing e i cambiamenti nei business model delle aziende.
Nel terzo capitolo l’attenzione è stata posta sul contesto italiano evidenziando gli strumenti messi in campo dal Governo, attraverso il Piano Industria 4.0 trasformatosi in seguito in Piano Impresa 4.0, al fine di aiutare le imprese lungo questa trasformazione, con particolare approfondimento su Competence Center, Punti Impresa Digitale e Digital Innovation Hub, strumenti di notevole importanza per lo sviluppo delle competenze 4.0. L’ultimo capitolo si concentra sulle PMI, evidenziando caratteristiche e problematiche che possono incontrare nell’implementazione di queste innovazioni, e presentando tre possibili soluzioni che potrebbero aiutarle in questa trasformazione, quali la possibilità di aggregarsi in Reti di Imprese, l’utilizzo di consulenti esperti in innovazione e le attività di sostegno svolte delle associazioni di categoria. Successivamente al fine di conoscere a che punto sono le PMI lungo questo percorso è presentata un’analisi sul grado di digitalizzazione di un campione di PMI del territorio toscano. Soffermandosi, infine, sull’analisi dell’impresa “Baglio del Cristo” di Campobello di Licata, in provincia di Agrigento, per presentare un caso di impresa che si sta approcciando a questo nuovo paradigma, in un percorso che avviene per piccoli passi con soluzioni tecnologiche e organizzative modulari e facilmente integrabili.
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PRIMO CAPITOLO
DALLA PRIMA RIVOLUZIONE INDUSTRIALE ALLA
TERZA RIVOLUZIONE INDUSTRIALE
1.1 Premessa
Il termine rivoluzione sta ad indicare un cambiamento radicale che segna una linea di demarcazione fra un prima e un dopo, un evento, un’invenzione talmente profonda da poter essere oggettivamente riconosciuta e quindi segnare l’inizio di una nuova era. Oggetto di questa tesi è l’analisi della Quarta Rivoluzione Industriale, meglio conosciuta come “Industria 4.0”. Il termine sta ad indicare un insieme di nuove tecnologie, nuovi fattori produttivi e nuove organizzazioni del lavoro che stanno modificando profondamente il modo di produrre e le relazioni tra gli attori economici, compresi i consumatori, con rilevanti effetti sul mercato del lavoro e sulla stessa organizzazione sociale1.
In questo capitolo, verrà evidenziata l’evoluzione della storia dell’umanità (1.1) facendo un breve excursus storico e partendo dall’avvento della Prima Rivoluzione Industriale (1.2), passando per la Seconda (1.3), la Terza (1.4), fino ad arrivare alla Quarta Rivoluzione, oggetto di studio del presente lavoro.
1.2 Evoluzione della storia dell’umanità
Se guardiamo la storia dell’umanità, si nota come per molti anni il progresso sia stato parecchio lento e tutto ruotava attorno agli animali, le fattorie, le guerre, gli imperi ma
1 MAGONE A. e MAZALI T., Industria 4.0. Uomini e macchine nella fabbrica digitale, Milano, Edizione Guerini e Associati Spa, 63.
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nulla riusciva ad avere una netta influenza, fino a che più di due secoli fa è avvenuto un fenomeno che ha portato un cambiamento repentino della società modificandola profondamente.
Il cambiamento di rotta sulle condizioni di vita delle persone è visibile nel grafico di Morris (Figura 1.1), il quale analizza nelle sue ricerche lo “sviluppo sociale” ovvero la capacità di un gruppo di dominare il proprio ambiente fisico e intellettuale per fare le cose.
Figura 1.1. Grafico sviluppo sociale di Morris. Fonte: Infotn, 7/11/2016
Dal grafico si nota, appunto, come verso la fine del Settecento si è avuta quest’impennata che corrisponde ad un grande sviluppo, ovvero alla Rivoluzione Industriale che è stata la somma di molti progressi in diversi campi, infatti si è spaziati dall’ingegneria meccanica, alla chimica, alla metallurgica e ad altre discipline. Morris ha descritto lo sviluppo sociale umano in quanto caratterizzato da quattro attributi:
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1. cattura dell’energia (calorie pro-capite derivate dall’ambiente per alimentazione, alloggio, commercio, industria, agricoltura e trasporti), 2. organizzazione (le dimensioni della città più grande),
3. potenzialità belliche (numero di armati, potenza e velocità delle armi, capacità logistiche e altri fattori simili),
4. tecnologie dell’informazione (la complessità e sofisticazione degli strumenti a disposizione per condividere ed elaborare le informazioni e la portata del loro utilizzo).
Ogni attributo è convertito in un numero che varia da 0 a 250, quindi lo sviluppo sociale è la somma di questi quattro numeri2.
Oggi, possiamo stabilire con certezza che si sono susseguite importanti trasformazioni, che a partire dal 1700 hanno costituito le diverse rivoluzioni industriali, di cui l'ultima è ancora in atto.
L’evento che ha cambiato l’umanità, è stata l’invenzione della macchina a vapore che ha segnato l’inizio di una nuova era e ha permesso di superare i limiti della forza umana generando ingente quantità di energia meccanica e sfruttando a pieno le risorse.
Circa un secolo dopo, si è assistito ad una nuova rivoluzione industriale che viene fatta coincidere con l’invenzione della lampadina, dell’elettricità e con l’utilizzo dei prodotti chimici e del petrolio consentendo la realizzazione della produzione di massa.
Si dovrà, però, attendere il 1970 per parlare di una nuova rivoluzione industriale, la terza, che, vede come protagonisti l’uso dei computer e dell’informatica, segnando il passaggio all’automazione dei processi di trasformazione industriale.
2 E. BRYNJOLFSSON, A. MCAFEE, The Second Machine Age: Work, Progress, and Prosperity in a Time
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Infine, è a partire dal 2011 che si inizierà a parlare di quarta rivoluzione industriale con la diffusione della “smart production” (produzione intelligente), realizzata attraverso l’uso della telematica collegata agli oggetti. Ciò che caratterizzerà questa nuova era sarà l’utilizzo di tecnologie digitali che consentiranno di migliorare l’interconnessione e la cooperazione delle risorse in qualunque settore, con notevoli implicazioni sul mondo del lavoro.
Tuttavia, per comprendere al meglio le caratteristiche e le prerogative della nuova rivoluzione, appare necessario fare un breve excursus storico attraverso cui rivivere sinteticamente le tappe che si sono rivelate propedeutiche ad essa.
Figura 1.2: Rappresentazione delle 4 rivoluzioni industriali Fonte: Fifthingenium, 24/11/2017 in Industry 4.0
1.3 La Prima Rivoluzione Industriale
La Prima Rivoluzione Industriale si ebbe fra il 1780 e il 1830 e determinò il passaggio da un’economia agricolo-artigianale ad una industriale. I cambiamenti furono dovuti a
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scoperte scientifiche che, attraverso la messa a punto di nuovi macchinari azionati dalla macchina a vapore, resero il lavoro efficiente e semplice sgravando l’uomo e gli animali dai lavori più pesanti, fornendoli quindi di una forza meccanica sostitutiva alla fatica fisica.
La macchina al vapore di Watt, nata dal perfezionamento del modello di Newcomen, è considerata, come già detto, l’invenzione scatenante la Rivoluzione. Tale strumento, inizialmente utilizzato nei settori tessili e metallurgico, consentì non solo la realizzazione di macchine industriali ma riversò i suoi effetti anche sull’intera economia e sulla società. Le fabbriche tessili divennero più produttive anche per merito di una innovazione, il filatoio meccanico, inventato dall’inglese Richard Arkwright, che consentì una produzione ben cento volte superiore permettendo il decollo dell’economia.
La novità del periodo riguardò anche i trasporti attraverso l’utilizzo della locomotiva, una macchina a vapore che utilizzando il carbone, forniva la forza per la trazione del treno. In tal modo, la mobilità e il trasporto delle materie prime vennero facilitate consentendone la nascita delle industrie in prossimità della città. La conseguenza di ciò fu la repentina urbanizzazione dovuta alla migrazione di una massa di contadini e artigiani che, attratti da una crescente offerta di lavoro, si spostarono in città. Il fenomeno noto con il termine “inurbamento” portò ad un sovraffollamento esagerato delle città ancora non sufficientemente adeguate all’accoglienza di una così numerosa affluenza e prive anche di sistemi igienici. Questi ex contadini e artigiani ormai divenuti operai erano una delle due classi in cui si divideva la società, l’altra era rappresentata dai capitalisti, che al contrario degli operai, costretti a salari irrisori ed a un estenuante monte ore, si arricchirono smisuratamente alle spalle degli operai che erano rappresentati non solo da uomini ma anche donne e bambini che oltretutto avevano un salario ancor più ridotto.
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Tali soprusi furono causati dall’assenza di protezioni e diritti sociali che condussero, a fine Settecento e inizi Ottocento, gli operai ad organizzarsi in scioperi, boicottaggi e proteste, conducendoli, infine, alla costituzione di leghe di lavoratori fino ad arrivare ai sindacati.
Con la prima rivoluzione industriale viene, dunque, inaugurata la prima età delle macchine, il primo periodo in cui il nostro progresso è stato spinto dall’innovazione tecnologica.
1.4 La Seconda Rivoluzione Industriale
Bisognerà attendere il 1870 per poter parlare di una nuova era industriale, la Seconda Rivoluzione Industriale. La principale novità fu il forte connubio fra scienza ed industria, e le innovazioni tecnologiche furono, quindi, la forza motrice che diedero avvio a questa rivoluzione. Si apre, così, l’era del petrolio e dell’automobile, inizia lo sfruttamento dell’energia elettrica derivata dalle acque di caduta e destinata agli usi più vari, la chimica compie enormi progressi, l’agricoltura si va meccanicizzando.
A segnare questo periodo furono principalmente l’utilizzo dell’elettricità3 e della
lampadina4 che apportarono alla città l’illuminazione, fornirono le imprese di nuovi macchinari, e rivoluzionarono i trasporti.
Anche le città, alla fine del XIX secolo, iniziarono ad assumere un nuovo aspetto in conseguenza allo sviluppo delle reti stradali, fognarie e dei servizi pubblici in generale; questi schemi urbanistici più razionali, moderni e funzionali presero il posto delle città vecchie e fatiscenti, che relegavano i cittadini in condizioni alquanto discutibili.
3 Fu Alessandro Volta con l’invenzione della pila a costruire il primo generatore statico di energia elettrica. 4 La lampada ad incandescenza vede la paternità in Edison che insieme ad Joseph Wilson Swan la ideò nel 1879, perfezionando il modello precedente, la “lampada ad arco”, di Humphry Davy (1814).
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Altre ideazioni cambiarono la società del tempo determinandone una drastica svolta attraverso la comparsa del telegrafo, del motore a scoppio e degli pneumatici, del telefono e del grammofono, della macchina per scrivere e della bicicletta, del tram elettrico e dell’automobile.
Tutti i settori produttivi vennero investiti da questa ondata di cambiamento ma gli sviluppi più interessanti riguardarono quello chimico, elettromeccanico e della metallurgia dell'acciaio. Dopo il 1870, infatti, benché carbone e ferro rimasero prodotti fondamentali, iniziò l'era dell'acciaio, della chimica, dell'elettricità e del petrolio. Quest’ultimo, in particolare, pian piano sostituì il carbone, che era stato il protagonista della prima rivoluzione industriale.
I cambiamenti riguardarono anche il modo di produrre, infatti la produttività delle industrie fu incrementata con la catena di montaggio, ideata da Frederick Taylor nel suo libro “I principi dell’organizzazione scientifica del lavoro”, i cui obiettivi trovarono compiuta realizzazione nell’azienda di automobili di Henry Ford. I benefici di questo modello erano diretti ad eliminare gli sprechi di energia e di tempo dei lavoratori, frammentando il processo produttivo in una serie di operazioni che vennero attribuite a ciascun operaio, il quale divenne così responsabile di una mansione semplice, ripetitiva e sempre uguale. La maggiore produttività consentì anche l’aumento del salario degli operai, che ebbe come effetto la creazione di una classe media di lavoratori che poteva finalmente permettersi l’acquisto di beni durevoli, come l’automobile. Questi nuovi potenziali consumatori crearono domanda di beni, che venne soddisfatta attraverso una produzione di massa che permise un’offerta di beni ad un prezzo accessibile alla nuova classe. Ecco che la società si trasformò e nacque la società di massa.
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1.5 La Terza Rivoluzione Industriale
La Terza Rivoluzione Industriale cominciò negli anni successivi la fine della seconda guerra mondiale, molte delle innovazioni scientifiche, infatti, furono retaggio di quelle avvenute durante gli anni di guerra. Si iniziarono ad usare nuove fonti di energia come quella solare, quella eolica e quella atomica, quest’ultima in particolare fu fondamentale durante il secondo conflitto mondiale per i bombardamenti di Hiroshima e Nagasaki. Le nuove scoperte non ebbero solamente questi tristi epiloghi, ma regalarono celebri eventi come il primo “allunaggio” (1969), il cui episodio venne ben definito dalla memorabile frase, un “piccolo passo per l’uomo e un grande passo per l’umanità”, che lo stesso astronauta, Neil Armstrong, pronunciò quando compì il suo primo passo sulla luna. Effettivamente il 1970 segnò l’inizio di un vero e proprio periodo di metamorfosi della società e dell’economia in generale. Oltre a satelliti, navicelle spaziali, si ebbero altre innumerevoli innovazioni tecnologiche, che fecero la loro comparsa e che modificarono completamente la nostra società, questi furono: i personal computer, i robot, i primi telefoni cellulari.
A segnare il punto di non ritorno fu l’avvento dell’informatica, e della rete informatica, innovazione che fu in ambito militare, infatti internet comparve per merito di un progetto del Ministero della Difesa degli Stati Uniti, con l’obiettivo di permettere la comunicazione fra i diversi computer. In seguito, internet comincerà ad essere utilizzato dalla massa dando vita così ad una società sempre più connessa.
A modificarsi fu anche il mondo del lavoro, dando avvio alla terziarizzazione della società, infatti, il terzo settore si sovrappose all’agricoltura e all’industria. Le attività immateriali come l’arte, lo spettacolo, la ricerca e lo sviluppo, l’innovazione tecnologica e scientifica assorbirono sempre più lavoratori e fu proprio in questo clima che il lavoro
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intellettuale ebbe la meglio su quello manuale, con il conseguente aumento degli investimenti da parte del singolo in formazione ed istruzione. I cambiamenti si riversarono anche sul modo di produrre: dal fordismo ci si avviò verso il Toyotismo e la filosofia della qualità totale. La catena di montaggio, in questo modo, cedette il posto alla Lean Production, infatti da questo momento in poi fu il mercato a “tirare” la produzione quindi non si ricercò più una produzione che sfruttasse le economie di scale, tipico della produzione di massa, ma divennero indispensabili la logica just in time, l’eliminazione di tutti gli sprechi, il coinvolgimento di dipendenti e fornitori, la flessibilità, e la qualità totale di tutto il processo produttivo, in modo da garantire un prodotto con zero difetti. Il mercato divenne, così, traino della produzione in una società ove i confini nazionali non rappresentarono più un vincolo al commercio, ma il mercato a cui rivolgersi divenne mondiale, alimentando il fenomeno della globalizzazione.
Possiamo così sottolineare come tale rivoluzione delinei un’economia post-industriale, con un’ampia gamma di servizi in grado di sfruttare risorse come informazioni, conoscenza e creatività per servire un consumatore sempre più esigente e difficile.
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SECONDO CAPITOLO
LA QUARTA RIVOLUZIONE INDUSTRIALE
2.1 Premessa
La Quarta Rivoluzione Industriale, meglio conosciuta come Industria 4.0, che stiamo vivendo negli ultimi anni, riguarda la digitalizzazione e l’informatizzazione e fa riferimento a quel processo di trasformazione globale dell’organizzazione socio-economica che ha segnato la storia europea e mondiale, condizionando il nostro stile di vita.
Non si ha una data precisa di inizio di questa rivoluzione, ma si inizia a parlare di Industria 4.0 a partire dagli anni 2000 con la diffusione della “smart production” o “produzione intelligente” realizzata mediante l’utilizzo della telematica collegata agli oggetti.
Si parla più di Industria 4.0 che di quarta rivoluzione, perché viene richiamata la forma di numerazione utilizzata per le release (emissioni) dei software, volendo sottolineare il carattere fortemente informatico e telematico di questa rivoluzione.
Per svolgere tutte queste attività è necessario un flusso di informazioni sempre maggiore, un collegamento fra macchine e oggetti che è reso possibile dalle novità introdotte dalla rivoluzione, questo collegamento porta alla creazione di reti di valori ottimizzate, autorganizzate, inter-organizzative e in tempo reale, che possono essere ottimizzate in base a una serie di criteri come costi, disponibilità e consumo di risorse5.
5 BITKOM e.V., VDMA e.V. und ZVEI e.V.,Umsetzungsstrategie Industrie 4.0 Ergebnisbericht der
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Il termine innovazione è il concetto cardine di questa rivoluzione, ed è grazie alle scoperte nell’ambito delle produzioni industriali che si sono avuti cambiamenti radicali di abitudini, infatti gli imprenditori, i manager, gli impiegati e gli operai hanno dovuto affrontare nuove sfide per imparare a gestire le nuove tecnologie rivoluzionando l’intero sistema economico e sociale e cambiando gli stili di vita della società.
Figura 2.1: Industria 4.0
Fonte: Boston Consulting Group, 2015
Per affrontare l’analisi di questa nuova ondata di cambiamento, si evidenzierà l’origine del termine Industria 4.0 (2.2), e successivamente verrà fatto un breve confronto fra i modelli applicati dai diversi Paesi (2.3). Infine, il discorso si soffermerà sull’effetto principale di questa Rivoluzione, ovvero la sua digitalizzazione (2.4), il Cyber Physical System (2.4) e l’analisi delle tecnologie abilitanti sviluppatesi (2.5).
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2.2 L’Origine del termine “Industrie 4.0”
Il termine “Industrie 4.0” venne coniato per la prima volta nel 2011 all’Hannover Masse6
durante il discorso di apertura tenuto da Wolfgang Wahlster, Direttore e CEO del German Research Center for Artificial Intelligence. Il 2011 è l’anno in cui il Governo federale tedesco avvia un progetto che vede come promotori l’Industry Science Research Alliance, in partnership con Acatech – National Academy of Science and Engineering, dando vita a un gruppo di lavoro coordinato da Siegfried Dais (Robert Bosch GmbH) e da Henning Kagermann (Presidente di Acatech) per il rilancio dell’industria tedesca, lo Zukunftsprojekt Industrie 4.0. Essa si pone l’obiettivo di incrementare la competitività del comparto manifatturiero del futuro attraverso la crescente integrazione all’interno dei processi industriali di “Cyber Physical Systems” (CPS), una locuzione utilizzata per descrivere l’inserimento, nei lavori svolti dagli esseri umani, di macchine intelligenti e connesse ad Internet. Già a partire dal 2006 era stata lanciata in Germania la High-Tech Strategy con l’obiettivo di coordinare e finanziare gli attori nazionali che potevano aiutare nello sviluppo di nuove tecnologie, la strategia è stata poi rinnovata nel 2010 con il nome di High-Tech Strategy 2020. Il gruppo di lavoro, impegnato nel progetto, ha prodotto un report intitolato “Recommendations for implementing the strategic initiative Industrie 4.0”, presentato nell’aprile 2013 sempre alla fiera di Hannover7. In questo report sono
presenti delle raccomandazioni per rendere l’industria tedesca quanto più competitiva possibile, infatti gli obiettivi, come lo stesso report indica, sono l’adattamento delle tecnologie alle nuove produzioni e soluzioni innovative per i nuovi mercati al fine di
6 L’Hannover Masse è una fiera internazionale dell’industria e dell’automazione, allestita ogni anno fin dal 1947 ad Hannover.
7 SEGHEZZI F., Lavoro e competenze nel paradigma di Industria 4.0: inquadramento teorico e prime
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permettere alla Germania l’aumento della propria competitività globale e preservazione dell'industria manifatturiera nazionale8. Si viene, così, a creare un mondo in cui i sistemi manifatturieri fisici e virtuali cooperano globalmente tra loro in maniera flessibile, soddisfacendo la necessità di un rapido sviluppo del prodotto e la capacità di imporsi in un ambiente sempre più complesso.
Si tratta di un approccio completamente nuovo alla produzione, in quanto, grazie a tali innovazioni, la manifattura non è più considerata una sequenza di fasi distinte, bensì un flusso integrato immaterialmente grazie alle tecnologie digitali.
Nell’autunno 2015, viene costituita la Piattaforma Industria 4.0 guidata dal Ministero dell’Economia e Ministero della Ricerca con lo scopo di accelerare l’introduzione della logica dell’Industria 4.0 creando a tal proposito condizioni adeguate e concentrandosi su vari aspetti, quali:
➢ Soluzioni modello, standardizzazione e normazione, ➢ Ricerca e innovazione,
➢ Sicurezza dei sistemi connessi, ➢ Quadro normativo,
➢ Lavoro, formazione e aggiornamento professionale.
Nel contesto della piattaforma è stato sviluppato il modello di riferimento RAMI 4.0 (Reference Architecture Model Industrie 4.0), il quale unisce i principali elementi tecnologici dell’Industria 4.0 in un unico modello, offrendo alle imprese dei diversi settori un orientamento omogeneo.
8 KAGERMANN H., WAHLSTER W., HELBIG J., Securing the future of German manufacturing
industry. Recommendations for implementing the strategic initiative Industrie 4.0. Final report of the Industrie 4.0 Working Group, Forschungsunion, Acatech, 2013, 7.
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L’importanza assunta dall’Industria 4.0 è stata evidenziata anche dalla cancelliera tedesca Angela Merkel, nel 2015, in occasione del World Economics Forum di Davos, affermando che “Dobbiamo realizzare rapidamente la fusione tra il mondo di Internet e quello della produzione industriale, perché altrimenti i leader del settore digitale porteranno via la produzione industriale”.
2.3 Modelli a confronto
Le iniziative per la diffusione dell’Industria 4.0 non furono esclusivamente retaggio della Germania, ma pian piano anche gli altri Paesi europei, che seppur in ritardo rispetto alla Germania, svilupparono, ciascuno in base alle proprie caratteristiche economiche, un proprio modello. Si parla, infatti, non solo della tedesca Industrie 4.0, ma anche della francese Industrie du Futur, l’High Value Manufacturing del Regno Unito e la Fabbrica Intelligente italiana. Espressioni diverse che stanno ad indicare lo stesso fenomeno. Oltre al modello europeo, scansionato in diverse sfumature in base alle caratteristiche dei vari Paesi, ci sono il modello americano Industrial Internet e le iniziative cinesi come Internet Plus, per integrare produzione ed e-commerce, e Made in China 2025 per la diffusione delle nuove tecnologie nella base manufatturiera.
In questo quadro l’Industria 4.0 diventa così, in diversi Paesi, parte indispensabile del dibattito sulla politica economica e sul lavoro.
A questo punto, appare opportuno focalizzarsi sull’analisi dell’Europa che su iniziativa della Commissione Europea ha realizzato il programma Horizon 2020 che è la principale fonte di finanziamento per la realizzazione dei progetti di ricerca e di innovazione degli stati membri. Precedentemente, tali iniziative venivano frazionate in vari stanziamenti economici: il Settimo Programma Quadro di ricerca, il Programma Innovazione e
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Competitività e l’Istituto Europeo per l’Innovazione e la Tecnologia, che in seguito sono stati condensati in Horizon anche per avere una maggiore semplificazione9.
Questo programma si sviluppa in un arco temporale di 7 anni, dal 2014 al 2020, con lo scopo ultimo di garantire una crescita intelligente, sostenibile e inclusiva, in modo da avvicinare ricerca e mercato per esempio aiutando a trasformare le innovazioni tecnologiche in prodotti e processi competitivi. Nella realizzazione del programma sono stati tre i fronti di interesse:
• eccellenza scientifica: l’obiettivo è posizionare l’Europa come leader mondiale nel campo della scienza attraendo i migliori cervelli. Lo scopo è quello di aiutare le persone di talento e le aziende innovative ad aumentare la competitività europea, poiché le scoperte di frontiera sono spesso l’input di innovazioni. Questo aiuto da parte dell’Europa è concesso attraverso una serie di finanziamenti: per sostenere i ricercatori mediante formazione, periodi di tirocinio; per garantire delle tecnologie e infrastrutture all’avanguardia in modo da rendere competitiva l’Europa e creare nuovi posti di lavoro;
• leadership industriale: incoraggiare le aziende private a investire nella ricerca e assieme al settore pubblico promuovere le innovazioni. In particolare, un sostegno viene dato anche alle PMI più innovative che nell’ambito del progetto ricevono un sostegno specifico, anche attraverso dei prestiti e delle garanzie che garantiscono una maggiore attrazione degli investimenti da parte di aziende che altrimenti avrebbero difficoltà nello sviluppare idee all’avanguardia;
9 VITICOLI S., LUIGI AMBROSIO L. con prefazione di Renato Ugo e Alberto Quadrio Curzio, postfazione di Paolo Messa e conclusioni di Antonio Tajani. Le Key Enabling Technologies. Un’occasione
per la competitività del sistema industriale italiano a cura di AIRI, Associazione Italiana per la Ricerca
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• sfide per la società: L'UE ha identificato sette sfide prioritarie nelle quali l'investimento nella ricerca e l'innovazione possono avere un impatto reale a beneficio dei cittadini, tali sfide riguardano:
1. la salute, il cambiamento demografico e il benessere;
2. la sicurezza alimentare, l’agricoltura e la silvicoltura sostenibile, la ricerca marina, marittima e delle acque interne e la bioeconomia; 3. l’energia sicura, pulita ed efficiente;
4. il trasporto intelligente, verde e integrato;
5. l’azione per il clima, l’ambiente, l’efficienza delle risorse e delle materie prime;
6. le società inclusive, innovative e riflessive;
7. le società sicure attraverso la garanzia della libertà e della sicurezza dell'Europa e dei suoi cittadini.10
Come già detto, il modello europeo non è l’unico ad essersi sviluppato, infatti, parallelo a questo vi è il modello americano. Fra i due si annoverano delle differenze che vengono di seguito descritte: mentre gli Stati Uniti si focalizzano sull’evoluzione digitale di tipo olistico, definito da molti come “digital supply network”, con l’obiettivo di migliorare il sistema economico nel suo complesso, privilegiando la tecnologia IoT “Internet of Things”; in Europa, invece, viene attribuita una interpretazione più factory-based. Fra le differenze vi è l’individuazione nel modello europeo di uno standard comune, a cui tutte le imprese fanno riferimento per lo sviluppo di tecnologie adeguate, invece il modello americano definisce piattaforme aperte a tutti gli operatori. Inoltre, mentre il modello europeo prevede un intervento sostanziale da parte del pubblico, quello
10 Horizon 2020 in breve: Il programma quadro dell'UE per la ricerca e l'innovazione, Lussemburgo, Ufficio delle pubblicazioni dell'Unione europea, 2014, 6-17.
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americano è sostenuto soprattutto da consorzi e coalizioni private che coinvolgono le grandi imprese private dell’ICT e delle comunicazioni (come Cisco, Inteel, IBM, General Electric, AT&T), della grande industria manufatturiera e di processo (General Motors, General Electrics, Rockwell Automation) in collaborazione con prestigiose università tra cui quella della California (conosciuta con l’acronimo UCLA) e quella dell’West Virginia.
I modelli europeo e americano presentano caratteri similari individuabili nel fatto che entrambi puntano all’integrazione tra macchine, oggetti e persone (con queste ultime nella veste di lavoratori e di consumatori) nel nuovo concetto di sistema cyberfisico che pervade la fabbrica, la supply chain e l’intera società.11
2.4 La digitalizzazione
La Quarta Rivoluzione Industriale è guidata dalla digitalizzazione sviluppatasi in seguito all’avvento di Internet, che dopo aver modificato ogni aspetto della vita delle persone, modificandone anche la domanda di beni e servizi, ha iniziato ad impattare sulle modalità di produzione e distribuzione dei beni e servizi. Innanzitutto, è venuta meno la netta separazione, che fino a qualche anno fa risuonava all’interno della fabbrica, fra tecnologie informatiche (IT) e tecnologie operative (OT) per la realizzazione di quella che prende il nome di “impresa connessa”.
Questa collaborazione non è sempre facile, poiché è necessario un cambiamento della mentalità che può avvenire attraverso una fissazione di obiettivi comuni e una realizzazione di progetti affinché si istauri un’aperta comunicazione e una cooperazione tale da aumentare la produttività e ridurre i rischi.
11 MAGONE A., MAZALI T., Industria 4.0. Uomini e macchine nella fabbrica digitale, Edizione Guerini e Associati Spa, Milano, 64-66.
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La novità, rispetto alle precedenti rivoluzioni, è che mentre in passato erano guidate da una sola tecnologia chiave, adesso si presenta un paniere di tecnologie che sono venute a maturazione nel corso degli ultimi decenni e che oggi possono trovare applicazione in vari settori. Queste tecnologie sono nate in diversi campi della ricerca scientifica ma appartengono alla sfera del digitale sfruttando le potenzialità offerte della rete internet. L’utilizzo combinatorio di queste tecnologie ha condotto a dei benefici in termini di:
• flessibilità attraverso la produzione di piccoli lotti ai costi della grande scala con importanti ricadute in termini di customizzazione;
• velocità della fase di prototipazione alla produzione in serie attraverso tecnologie innovative che riducono i tempi di set-up e accelerano i tempi di go to market;
• produttività attraverso l’aumento della dinamica dei processi e una maggiore flessibilità operativa e di riconfigurazione dei sistemi, con conseguente riduzione di costi e sprechi, aumento della affidabilità dei sistemi produttivi e della qualità resa (riduzione di errori, difetti e fermi macchina);
• integrazione delle filiere e catene di fornitura e subfornitura attraverso miglioramenti nei sistemi di approvvigionamento e nella logistica, più efficiente gestione del magazzino e degli ordini, ottimizzazione dei rapporti con i fornitori, anche in una chiave minore di conflittualità in ecosistemi aperti e collaborativi;
• sicurezza attraverso una migliore interazione e agilità di interfaccia uomo-macchina che rende possibile una significativa riduzione di errori e infortuni, un miglioramento della sicurezza e dell’ergonomia del luogo di lavoro;
• sostenibilità attraverso una riduzione dei consumatori energetici e dell’uso di materie prime, delle emissioni, con conseguente riduzione dell’impatto ambientale sull’intero ciclo di vita del prodotto;
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• innovazione di prodotto grazie alle nuove tecnologie digitali che rendono possibile rivisitare in chiave smart molti prodotti e rivedere i modelli di servizio e di approccio al mercato12.
2.5. Cyber Physical System (CPS)
Oggi per comunicare, intrattenere relazioni commerciali e rimanere costantemente informati su ciò che accade intorno a noi utilizziamo le interfacce dei dispositivi. Tutto ciò è realizzabile attraverso lo spazio cyber-fisico, elemento a fondamento dell’Industria 4.0, che mira all’integrazione tra mondo fisico e digitale.
Pertanto, il “Cyber Physical Systems” (CPS) è definibile come un sistema in cui si richiede che gli oggetti fisici siano affiancati dalla propria rappresentazione nel mondo digitale, siano integrati con elementi dotati di capacità di calcolo, memorizzazione e comunicazione, e che siano collegati in rete tra loro.
La componente fisica è costituita da un dispositivo materiale dotato di sensori, memorie, connettività, capacità computazionale e attuatori che permette al CPS di percepire il mondo reale nel quale si muove e di interagire e controllare o essere controllato da altri dispositivi materiali, sia fisicamente che virtualmente. Permette anche al CPS di monitorarsi, decidere, adattarsi e apprendere in autonomia. La componente virtuale, invece, è costituita da un Digital Twin (gemello digitale) del dispositivo materiale. Questa copia digitale permette:
1. in fase di progettazione del dispositivo materiale di: 1. simularne il comportamento per prevenirne errori,
12 BIANCHI A., Industria 4.0: le trasformazioni per le imprese nella Quarta Rivoluzione Industriale, in
Studi e Saggi “Il lavoro 4.0. La Quarta Rivoluzione industriale e le trasformazioni delle attività lavorative” -180- Firenze University Press, 2018, 643.
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2. supportare la realizzazione rispecchiando le richieste degli utenti,
3. determinarne le condizioni operative di funzionamento ottimali, ma anche esplorarne di alternative limitando costi e rischi;
2. in fase di utilizzo di:
1. monitorarne la correttezza ed efficienza di funzionamento durante tutto il suo ciclo di vita anticipandone le performance reali,
2. identificare le parti riutilizzabili al momento dell’eliminazione.
Esistono, inoltre, i Cyber-physical production systems (CPPS): sistemi di produzione costituiti da più CPS, e ulteriori sistemi di archiviazione rispetto a quelli già in dotazione ai singoli CPS, in grado di condividere dati per automonitorarsi, autoapprendere, autogestirsi e autoadattarsi.
Il focus si sposta, quindi, dalla singola macchina o impianto produttivo, al complessivo flusso produttivo intra- e interaziendale. I CPPS sono infatti alla base della realizzazione della fabbrica intelligente e della sua interconnessione con gli altri attori del suo value (eco)system, nonché del digital thread. Quest’ultimo è la rappresentazione digitale dell’intero ciclo di vita fisico del prodotto, dal suo progetto digitale, anche attraverso la co-creazione con il cliente, al controllo digitale dei processi manifatturieri per ridurre gli errori e migliorare la qualità prevenendo difetti di produzione, fino al monitoraggio digitale del prodotto in uso o in eliminazione. In questo modo diventa possibile condividere, integrare e trasformare in tempo reale tutti i dati contenuti nei diversi sistemi informativi intra- e inter-aziendali in informazioni e conoscenze funzionali a
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massimizzare l’eccellenza operativa in termini di produttività, qualità, tempo e sostenibilità.13
Il vero valore aggiunto di questa ondata rivoluzionaria, come afferma Agostino Santoni (CEO Cisco Italy), è dunque la “connettività” fra le persone, oggetti, dati, processi, macchine in modo che le persone possano esprimere al meglio le loro capacità, la creatività, così come macchine e applicazioni possano esprimere al meglio le funzionalità per cui sono state progettate14. Pertanto, l’aspetto innovativo non risiede nell’uso di ‘sensori’ o ‘attuatori’, ma nell’impiego di Internet of Things (IoT) che mette in comunicazione ‘oggetti’ o ‘oggetti’ e persone. La comunicazione che interviene tra ‘cose’ e tra ‘cose’ e ‘decisori’ (persone e sistemi di gestione) che, a sua volta, incardinata in computer e piattaforme, si avvale dei ‘dati’ in possesso, sulla cui base vengono avanzate le strategie e azioni ritenute più opportune.15
Oggi, infatti, le metodologie e gli strumenti messi a disposizione al fine di convertire il dato in informazione sono molteplici e, negli ultimi anni, hanno visto una progressione notevole. Per esempio, è possibile controllare lo stato di salute della macchina permettendo di prendere consapevolezza della vita utile rimasta al macchinario.
I vantaggi che derivano dall’implementazione del CPS all’interno della fabbrica sono numerosi e possono essere ricondotti a tre fattori:
➢ componenti,
➢ macchine,
13 BAGNOLI C., BRAVIN A., MASSARO M., VIGNOTTO A. Business Model 4.0 I modelli di business
vincenti per le imprese italiane nella quarta rivoluzione industriale, Venezia, Edizione Ca’ Foscari, 2018,
37-38.
14 KRANZ M., Building the Internet of Things: Implement New Business Models, Disrupt Competitors,
Transform Your Industry, John Wiley & Sons, 2016, 11.
15 MARI G., Il lavoro 4.0 come atto linguistico performativo. Per una svolta linguistica nell’analisi delle
trasformazioni del lavoro, in Studi e Saggi “Il lavoro 4.0. La Quarta Rivoluzione industriale e le trasformazioni delle attività lavorative” -180- Firenze University Press, 2018, 316
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➢ sistemi di produzione.
Le informazioni che si traggono dai dati raccolti tramite sensori permettono, ad esempio, la determinazione dei tempi macchina e quindi consente la creazione di autoconsapevolezza e auto-predizione.
I vantaggi legati alle macchine, invece, partono dall’aggregazione delle informazioni raccolte sui singoli componenti e consentono di fornire dati macchina molto più avanzati rispetto a quelli a cui si possono ambire a livello di componente. Quindi, la rappresentazione virtuale dell’intera macchina consente agli operatori di monitorare lo stato di salute del macchinario conferendo l’opportunità di auto-confronto.
Per ciò che concerne, invece, il sistema di produzione, tutte le informazioni aggregate circa i componenti e poi i macchinari creano i vantaggi dell’auto-configurabilità e dell’auto-manutenzione. È proprio attraverso l’implementazione dell’architettura CPS che è possibile pianificare la produzione e gestire in maniera ottimale le scorte ed il magazzino.
Un altro vantaggio, inoltre, riguarda la garanzia di avere una produzione che riduce al minimo i tempi di inattività delle macchine e consente di operare senza interruzioni apportando un notevole vantaggio economico.
La fusione del mondo fisico con quello virtuale, all’interno dei CPS e CPPS che caratterizza la quarta rivoluzione industriale, è resa possibile dall’avvento di nove tecnologie abilitanti. Alcune tecnologie sono realmente innovative, altre sono miglioramenti incrementali di tecnologie già presenti nella rivoluzione precedente. Queste nuove tecnologie, possono essere così raggruppati in:
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1. tecnologie software abilitanti per raccogliere e trasmettere automaticamente e in tempo reale (Internet of things industriale), e immagazzinare (cloud computing) in sicurezza (cyber-security) grandi quantità di dati rilevanti e a prezzi contenuti; 2. tecnologie software fondamentali per elaborare (Big data & analytics) grandi quantità di dati al fine di trasformale in informazioni atte a permettere l’automazione dei lavori basati sulla conoscenza, in primis delle decisioni, e dell’apprendimento, anche delle macchine e impianti produttivi (simulazione); 3. tecnologie hardware integrative per favorire l’interazione in tempo reale tra
uomo-macchina (realtà aumentata), macchina-macchina (integrazione orizzontale e verticale dei processi), e la conversione automatizzata dal digitale al fisico (manifattura additiva e robot autonomi)16.
L’accelerazione in atto del progresso tecnologico ne sta però facendo crescere in modo esponenziale le prestazioni e ridurre i prezzi rendendo così possibile il loro utilizzo anche in ambito industriale.
2.6 Tecnologie abilitanti
Le tecnologie abilitanti, come accennato precedentemente, sono il frutto della ricerca scientifica e trovano applicazione in diversi settori, la Commissione Europea le definisce, infatti, come tecnologie “ad alta intensità di conoscenza e associate ad elevata intensità di R&S, a cicli d'innovazione rapidi, a consistenti spese di investimento e a posti di lavoro altamente qualificati. Rendono possibile l'innovazione nei processi, nei beni e nei servizi
16 BAGNOLI C., BRAVIN A., MASSARO M., VIGNOTTO A. Business Model 4.0 I modelli di business
vincenti per le imprese italiane nella quarta rivoluzione industriale, Venezia, Edizione Ca’ Foscari, 2018,
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in tutti i settori economici e hanno quindi rilevanza sistemica. Sono multidisciplinari, interessano tecnologie di diversi settori e tendono a convergere e a integrarsi”17. Queste tecnologie non vanno considerate compartimenti stagni, separate le une dalle altre, ma insieme collaborano per la realizzazione della Smart Factory.
La classificazione di queste tecnologie è stata effettuata dalla Boston Consulting Group, società di consulenza in uno studio sul fenomeno Industria 4.0, individuando ben nove diverse tecnologie (riportate nella figura 2.2).
Alcune di queste, come già detto, derivano da innovazioni precedenti ma solo con l’avvento dell’Industria 4.0 iniziano a scardinare il flusso di produzioni, le cui parti diventano integrate e ottimizzate, determinando una maggiore efficienza, ma anche scombussolando le relazioni di produzione fra fornitore, produttore e cliente così come fra macchina e macchina18.
Le tecnologie individuate sono: 1. Big data and analytics 2. Autonomous robot 3. Simulation
4. Horizontal and Vertical System Integration 5. Industrial Internet of Things (IIOT)
6. Cybersecurity 7. Cloud computing 8. Additive manufacturing
17 Commissione Europea, “Current situation of key enabling technologies in Europe”, Berlino 2009.
18 RÜßMANN Micheal, Markus, Lorenz, Gerbert, Philipp, Waldner, Manuela, Pascal, Jan Justus. Boston Consulting Group. Industry 4.0: The Future of Productivity and Growth in Manufacturing Industries - BCG, Aprile 2015, 4-5
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9. Augmented reality
Figura 2.2: Tecnologie abilitanti Fonte: Boston Consulting Group, 2015
Adesso vedremo in dettaglio, in cosa consistono tali tecnologie abilitanti e in che modo sono in grado di contribuire a questa nuova ondata innovativa dell’Industria 4.0.
2.6.1. Big data and analytics
Il dato assume un ruolo di primaria importanza e costituisce l’essenza dell’Industria 4.0, infatti attraverso i dati si determina la potenza di calcolo delle macchine e si muove l’economia attuale e quella futura.
Il Big data and analytics rappresenta un processo di raccolta e di elaborazione di una grande quantità di dati che vengono prodotti giornalmente. Infatti, tutti svolgiamo azioni
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su internet che generano dati, basti pensare a tutte le attività online come foto e video sui social e le varie comunicazioni. Tutto ciò lascia una traccia digitale che le imprese e le istituzioni possono utilizzare a proprio vantaggio. Le aziende, proprio attraverso l’analisi di questi dati messi in rete possono comprendere i comportamenti dei potenziali clienti, ottimizzare i processi produttivi, intuire i comportamenti di mercato e anticipare la concorrenza, trasformando un insieme di dati in un valore aggiunto. Considerata la mole di dati prodotta giornalmente da migliaia di persone, e per questo si parla di Big data, non può essere utilizzato un normale software ma necessitano di sofisticati calcolatori che utilizzano un sistema detto cloud per la loro raccolta e classificazione.
Proprio la capacità di gestire tutte queste informazioni permetterà analisi real-time e predittive dei dati in modo da ottenere sia processi decisionali e produttivi su produzioni e consumi più veloci, flessibili ed efficienti, sia lo sviluppo di sistemi produttivi on-demand con capacità di risposte personalizzate e immediate al consumatore.
La sfida implicita di questa tecnologia risiede nel fatto che le imprese devono riuscire a gestire in modo efficiente l’enorme quantità di dati che raccolgono. L’adozione di tecnologie del tipo Big data & analytics richiede la risoluzione di problematiche legate a quattro dimensioni fondamentali: il volume, dovuto anche alla capacità delle nuove tecnologie di raccogliere dati da diverse fonti; la velocità con cui questi vengono raccolti; la varietà intesa come eterogeneità dei dati stessi; e infine la veridicità, che riguarda l’attendibilità dei dati 19.
Al fine di comprendere al meglio l’applicazione di questa tecnologia appare opportuno riportare il caso Amadori, una delle principali imprese europee di produzione e commercializzazione di carni avicole. Il gruppo ha adottato un sistema di business
19 WITKOWSKI K., Internet of Things, Big Data, Industry 4.0 – Innovative Solutions in Logistics and
29
intelligence, che prevede un’analisi quantitativa dei dati sui tradizionali sistemi di business intelligence e un’analisi dei dati destrutturati raccolti sul web, che una volta resi strutturati permettono alla Direzione del gruppo di ottenere un vantaggio competitivo, attraverso modelli previsionali, a garanzia di un migliore supporto al Business con una massimizzazione dei risultati. Questo ha permesso di ottimizzare l’identificazione di nuovi trend di mercato e focalizzare meglio gli investimenti dell’area marketing. Il Gruppo Amadori utilizza una soluzione di web monitoring personalizzata per raccogliere informazioni sui clienti e sui prodotti dal web. L’impresa può così raccogliere feedback sulla percezione che il consumatore ha del prodotto in modo da supportare il processo interno di ricerca e sviluppo e per creare campagne di comunicazione mirate. Queste informazioni vengono sfruttate per avviare processi di miglioramento del prodotto e per conoscere il posizionamento del brand sul web20.
2.6.2. Autonomous robot
Gli Autonomous robot sono delle macchine che eseguono comportamenti anche complessi con un alto grado di autonomia e sono utilizzati in diversi settori.
I robot sono in grado di coprire l’intero processo di produzione in certe aziende, infatti se prendiamo come esempio un’azienda di automobili, notiamo che questi sono in grado di coprire l'intero processo di produzione, incluso lo stampaggio, la saldatura, la verniciatura, le lavorazioni meccaniche dei motori e sono in grado di produrre modelli diversi sulla stessa linea impiegando solo alcuni secondi per passare da un modello all’altro. Inoltre, la caratteristica di questi nuovi robot è l’interazione con gli operatori umani, tanto da essere definiti “collaborativi”. La loro funzione si esplica, in misura ancor
20 GRUPPO AMADORI, Ottimizzare la Brand Reputation grazie ad un software di Social Business
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più rivoluzionaria nelle attività di logistica, il cui esempio più lampante deriva da Amazon in cui i robot si occupano di tutte le operazioni di magazzino: pick, pack and ship. Questa tecnologia inevitabilmente verserà i suoi effetti sul fattore lavoro, sintetizzati in un’azione in parte sostitutiva (non solo per il lavoro manuale e ripetitivo ma nel lavoro qualificato) ed in parte complementare, nel senso che aiuta nella creazione di attività nuove e diverse21.
Nel 2012, infatti, Amazon ha acquisito e adottato Kiva Systems, un sistema di robot mobili e software di gestione per l’organizzazione dei propri magazzini. Questo ha portato ad eseguire gli ordini il 70% più velocemente rispetto ai magazzini tradizionali.
Mentre, infatti, i robot eseguono le attività di raccolta e spostamento dei pacchi, i lavoratori possono dedicare più tempo a migliorare il processo complessivo. Questo esempio dimostra, come già detto precedentemente, che uomini e robot possano lavorare fianco a fianco. Amazon, inoltre, ha sperimentato l’utilizzo di droni come mezzi di trasporto per le consegne con l’obiettivo di evadere gli ordini di un peso massimo di 5 chilogrammi entro 30 minuti dall’acquisto da parte del cliente e questo dimostra come oggi le macchine siano in grado di sostituirsi all’uomo22.
2.6.3. Simulation
Per simulazione si intende un modello della realtà che consente di valutare e prevedere lo svolgersi dinamico di una serie di eventi o processi susseguenti all’imposizione di certe condizioni da parte dell’utente o dell’analista. Le nuove tecnologie e le istallazioni di sensori all’interno della fabbrica forniscono una grande quantità di dati molto più precisi
21MAGONE A., MAZALI T., Industria 4.0. Uomini e macchine nella fabbrica digitale, Milano, Edizione
Guerini e Associati Spa, 75
22 BAGNOLI C., BRAVIN A., MASSARO M., VIGNOTTO A. Business Model 4.0 I modelli di business
vincenti per le imprese italiane nella quarta rivoluzione industriale, Venezia, Edizione Ca’ Foscari, 2018,
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rispetto a quelli di cui si disponeva in passato. Infatti, il termine Simulation si riferisce a quel processo che attraverso la simulazione 3D, rende possibile visualizzare i flussi di lavoro prima di regolare la linea di produzione, permettendo di prevedere e stabilire a priori i parametri del processo produttivo, attraverso lo sfruttamento di dati in tempo reale per rappresentare il mondo fisico in un modello virtuale con l’inclusione di macchine, persone e prodotti.23
In questo modo è possibile impostare correttamente i macchinari riducendo i tempi di configurazione degli stessi, aumentare la sicurezza dei lavoratori in azienda sfruttando le simulazioni per l'addestramento del personale.
Sarà, quindi, possibile attuare correzioni nel processo produttivo di un determinato prodotto senza affrontare gli ingenti costi derivanti dal learning-by-doing, riducendo il tempo di set-up delle macchine ed incrementando la qualità dei processi industriali nonché dei prodotti realizzati.
Al fine di ottenere buoni risultati dalla simulazione l’elemento cruciale da ricercare è l’accuratezza dei dati, infatti è necessario sapere da dove si parte per sapere che cosa si può ottenere.
La simulazione nell’industria presenta tre declinazioni:
➢ System Dynamics → ha una visione molto ampia, studia aggregati di cose e permette di modellare il comportamento nel tempo di sistemi complessi. Tale simulazione è utilizzata per analizzare contesti esterni.
➢ Discrete Event → consente di simulare eventi discreti che seguano un cambiamento di stato in un particolare istante di tempo. Può essere mappato un
23 RÜßMANN Micheal, Markus, Lorenz, Gerbert, Philipp, Waldner, Manuela, Pascal, Jan Justus. Boston Consulting Group. Industry 4.0: The Future of Productivity and Growth in Manufacturing Industries - BCG, Aprile 2015, 5
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evento di qualsiasi livello di dettaglio a seconda della conoscenza del processo. In questo caso la simulazione è utilizzata in contesti interni.
➢ Agent Based → simula i comportamenti degli agenti che sono in grado di sentire cosa succede e adattarsi come se fossero esseri umani. Ciascun oggetto segue una certa regola, ma ognuno a suo modo, con una intelligenza artificiale abbastanza evoluta.
Queste tre declinazioni possono essere usate contestualmente e integrate al fine di rappresentare le dinamiche che impattano sull’intera azienda.24
Per citare alcuni esempi, lo stabilimento Audi di Ingostaldt, una nuova generazione di robot di servizio esegue i lavori più pesanti e pericolosi, e garantisce il mantenimento sulla linea produttiva della popolazione operaia che avrebbe difficoltà a reggere i ritmi della linea. Invece la Icam di Lecco produce cioccolato utilizzando biosensori disposti lungo il ciclo produttivo, che consentono di mantenere costante lo standard di qualità del prodotto e variare velocemente le ricette di produzione25.
Pertanto, possiamo affermare che l’avvento di queste nuove tecnologie è riuscito a migliorare ed aumentare la velocità del ciclo produttivo.
2.6.4. Horizontal and Vertical System Integration
La Horizontal and Vertical System Integration (integrazione sistematica orizzontale e verticale) è l’integrazione dei dati e dei sistemi lungo tutta la catena del valore, in questo modo tutti i reparti e le funzioni aziendali diventano parte di un unico sistema integrato26.
24 PIRA S., TRIVELLI L., Industria 4.0. Senza slogan. A cura di Fantoni G., Pisa, Towel Publishing S.r.l.s., 2017, 66.
25 MAGONE A., MAZALI T., Industria 4.0. Uomini e macchine nella fabbrica digitale, Milano, Edizione Guerini e Associati Spa, 82.
26 PERESSOTTI V., II vero significato di Industry 4.0. Quali impatti avrà sulle aziende, Sistemi e Impresa, 2016, 44.
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Si possono, dunque, individuare due tipi di integrazione: orizzontale e verticale, l’integrazione orizzontale fa riferimento a generazione di reti di creazione di valore che prevede l’integrazione di diversi agenti come partner commerciali e clienti, modelli di business e di cooperazione. L’integrazione verticale, invece, riguarda sistemi di produzione intelligenti, ad esempio fabbriche e prodotti intelligenti, networking di logistica smart, produzione, commercializzazione e servizi. L’integrazione verticale di sottosistemi gerarchici porta alla creazione della fabbrica intelligente, la quale a sua volta supporta l’integrazione orizzontale attraverso reti di valore.
L’adozione di tecnologie interconnesse, in grado di analizzare big data e creare sistemi aperti di condivisione dati ed informazioni in tempo reale, rende il sistema più funzionale e permette di ridurre il rischio di perdita delle informazioni attraverso un sistema di trasferimento efficiente dei dati, che vengono analizzati e impiegati a fini decisionali. Attraverso questa tecnologia riusciamo, così, ad ottenere una diminuzione dei costi operativi a seguito del miglioramento dei tempi di produzione e della qualità dei prodotti. L’applicazione di tale tecnologia la troviamo nel caso Continental Tire, produttrice e distributrice di pneumatici, che a causa delle problematiche nella produzione e nella supply chain, sia a monte che a valle, ha introdotto un sistema di tecnologie che gli ha consentito di integrare completamente i suoi processi. Questo gli ha permesso di avere una visione più ampia dell’intera supply chain e, quindi, il suo diretto controllo grazie alle connessioni in tempo reale con i clienti e i fornitori. In questo modo, l’impresa è riuscita a migliorare la soddisfazione dei clienti riuscendo a rispettare gli impegni con gli stessi e ad evadere per tempo gli ordini27.
27 BAGNOLI C., BRAVIN A., MASSARO M., VIGNOTTO A. Business Model 4.0 I modelli di business
vincenti per le imprese italiane nella quarta rivoluzione industriale, Venezia, Edizione Ca’ Foscari, 2018,
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2.6.5. Industrial Internet of Things (IIOT)
L’Industrial Internet of Things è una branca dell’Internet of Things e rappresenta le architetture IoT utilizzabili in ambito industriale.
Il termine “Internet of Things” è stato usato per la prima volta nel 1999 dal ricercatore del MIT Kevin Ashton, cofondatore e direttore esecutivo di Auto-ID Center. Il ricercatore statunitense utilizzò questo termine riferendosi alla possibilità di etichettare e tracciare tutte le merci con marcatori RFID (piccole antenne da attaccare agli oggetti) durante una presentazione presso Procter & Gamble, multinazionale che commercializza migliaia di prodotti di consumo. Dopo l’intuizione di Ashton fu la società di consulenza statunitense Gartner a sviluppare e diffondere questo nome nelle diverse industrie. Fino al 2013 l’espressione “Internet delle cose” è rimasta utilizzata solo come termine tecnico, ma successivamente si è assistito a un vero e proprio boom nella diffusione di questo termine e della sua sigla (IoT)28.
Con l'avvento dell'IoT e l’aumento delle informazioni in rete diventa necessario attuare una soluzione al problema della sicurezza cibernetica (Cyber Security) nei sistemi di controllo industriali che garantisca la salvaguardia dei dati sensibili. La complessità dell'IoT impone che la sicurezza cibernetica venga prevista fin dalla fase di progettazione dei componenti che costituiscono il sistema di automazione. La trasformazione digitale dei processi produttivi, l'uso da parte delle aziende dei sistemi cloud, ma anche l’uso delle cripto valute, ha aumentato notevolmente la superficie di attacco da parte degli hacker nei confronti delle imprese e delle istituzioni, ha aumentato di fatto l’esposizione al cyber crime.
28TEMPORELLI M. COLORNI F., GAMUCCI B., 4 punto 0. Fabbriche, professionisti e prodotti della
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Con l’Internet of Things, più dispositivi comunicano e interagiscono tra loro e con controller più centralizzati, in tal modo vengono garantite un’analisi decentrata e un processo decisionale che consenta risposte in tempo reale.
Un esempio giunge da Bosch Rexroth, un fornitore di sistemi di azionamento e controllo, che ha attrezzato un impianto di produzione per valvole con un processo di produzione semiautomatico e decentralizzato. I prodotti sono identificati da codici di identificazione a radiofrequenza e le stazioni di lavoro "sanno" quali fasi di produzione devono essere eseguite per ciascun prodotto e possono adattarsi per eseguire l'operazione specifica29. Pertanto, possiamo affermare che all’interno dell’Industria 4.0, l’Internet of Things è la componente più affascinante poiché porta nel mondo digitale anche gli oggetti, le cose, e non solo i computer e ci permette anche di dialogare con le macchine e gli oggetti. Con IoT, infatti, non si intende solamente una tecnologia che abilita la comunicazione tra device e device, ma intende una mescolanza di quattro elementi:
➢ le cose → devices dotatidi schede elettroniche miniaturizzate in grado di eseguire operazioni di misurazione e di attuazione con una dotazione sensoristica diversificata, che va dalle normali misurazioni di temperatura, umidità, vibrazione e peso a misurazioni più complesse come conducibilità elettrica, ph, scansione infrarossi, misurazione laser. Talvolta, direttamente sul dispositivo vengono già eseguite delle pre-elaborazioni del dato, calcoli, aggregazioni e correlazioni in modo da ridurre al minimo la quantità di dati di telemetria che viene fatta
29 RÜßMANN MICHEAL, MARKUS, LORENZ, GERBERT, PHILIPP, WALDNER, MANUELA,
PASCAL, JAN JUSTUS, Boston Consulting Group, Industry 4.0: The Future of Productivity and Growth
36
transitare sulla rete. In tale caso si predispone un tipo di architettura che viene chiamata Fog Computing30;
➢ le applicazioni utilizzate dalle persone → applicazioni web e mobile, tramite le quali gli utenti ottengono informazioni e prendono decisioni, in maniera più precisa e puntuale rispetto al tipo di esigenza. Oltre alle applicazioni web un’altra possibile nuova tendenza rispetto alle interfacce grafiche delle mobile apps, è rappresentata dalle piattaforme di messaggistica, che permettono una comunicazione a mezzo della voce o addirittura tramite visualizzazione di un viso virtuale;
➢ i dati e gli algoritmi di analisi → bisogna parlare non solo di dati ma soprattutto di algoritmi di analisi dei dati, che rendono possibile l’estrazione del valore da essi. In alcuni casi ciò avviene anche solo attraverso una semplice misurazione matematica, in altri attraverso un vero e proprio processo di normalizzazione, pulizia, campionamento e applicazione di algoritmi scientifico-statistici riconducibili alla tecnologia dell’intelligenza artificiale e alle reti neurali;
➢ i processi → quotidianamente ci confrontiamo continuamente con dei processi facilmente rappresentabili da diagrammi UML (Unifield Modeling Language) che ne determinano le caratteristiche e ne descrivono gli step, la sequenza e le possibili interazioni. L’IoT è sempre alla ricerca di nuovi use cases, che assumono enorme valore all’interno di un processo già consolidato, qualunque esso sia, trovando spazio per aggiungere componenti tecnologiche che rendono più efficiente e veloce il processo stesso, oltre che più sicuro ed economicamente vantaggioso.
30 Fog Computing: evoluzione del Cloud Computing, è un’architettura in cui si processano i dati più vicino possibile al punto in cui vengono generati invece che raccoglierli tutti e inviarli al cloud perché vengano processati al centro della rete.
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Un esempio interessante, che vede applicare queste tecnologie all’interno dei processi, è il sistema dei parcheggi pubblici della città di San Francisco, l’obiettivo è quello di raggiungere in breve tempo il centro città a fronte di un costo accettabile. La città di San Francisco ha deciso di connettere le diverse aree di sosta attraverso dispositivi digitali, posti sia all’interno dei parcheggi coperti e sia nelle colonnine dei parchimetri con lo scopo di raccogliere in tempo reale le informazioni inerenti i posti disponibili e la durata residua dei posti occupati con riferimento ad aree predefinite nel territorio. Tali informazioni vengono rese disponibili all’utenza finale attraverso app che mostrano oltre al dato aggregato, anche il costo del parcheggio in tempo reale, cercando di favorire le aree meno affollate a discapito delle altre.31
2.6.6 La Cybersecurity
Oggi, con la maggiore connettività e l'uso dei protocolli di comunicazione standard forniti con Industry 4.0, la necessità di proteggere i sistemi industriali critici e le linee di produzione dalle minacce alla sicurezza informatica aumenta notevolmente. Di conseguenza, sono essenziali comunicazioni sicure e affidabili, nonché una sofisticata gestione dell'identità e degli accessi di macchine e utenti.
Con l'Industry 4.0, come già sottolineato, è possibile interagire con gli oggetti fisici direttamente da remoto e impartire così ordini o raccogliere informazioni facendo uso anche solo di uno smartphone. Celata dietro questa comodità, c'è tuttavia la possibilità che persone indesiderate possano entrare in comunicazione con questi oggetti e quindi creare danni alle persone e alle aziende. Tale rischio non è solo informatico ma comprende l’intera vita, professionale e privata, di ciascuno. L’informazione, pertanto,
31 BELTRAMETTI L., GUARNACCI N., INTINI N. La fabbrica connessa. La manifattura italiana
