Flessibile e produttivo – I sistemi di produzione a matrice rendono le fabbriche pronte per il futuro

Pagina del titolo Produzione di Matrix

Come possono i produttori rispondere più rapidamente alle crisi globali, affrontare le carenze di approvvigionamento e allo stesso tempo soddisfare le esigenze individuali dei clienti? Su incarico di acatech, ricercatrici e ricercatori del Fraunhofer hanno studiato in che misura i sistemi di produzione a matrice ciberfisici possano aiutare le aziende a superare le sfide.

È stata richiesta una flessibilità rara: interruzioni delle catene di approvvigionamento causate da crisi e guerre, cancellazioni o modifiche dell'ordine a breve termine, una tendenza a ordini sempre più piccoli e una crescente personalizzazione dei prodotti fanno ormai parte della quotidianità di molte aziende manifatturiere. Allo stesso tempo, le aziende devono aumentare la loro produttività per poter competere a livello globale. Nuovi concetti di produzione flessibili possono aiutare in questo. Su questa conclusione giungono i team di ricerca dell'Istituto Fraunhofer per la tecnologia della produzione e l'automazione IPA e dell'Istituto Fraunhofer per le macchine utensili e la tecnologia di formatura IWU. Fraunhofer IPA e IWU hanno redatto congiuntamente, su incarico dell'Accademia tedesca delle scienze e delle tecnologie acatech, una relazione sulla realizzazione di sistemi di produzione a matrice ciberfisici.

Il termine matrice deriva originariamente dalla matematica e descrive una disposizione rettangolare di oggetti in righe e colonne. Per i tecnici di produzione, una matrice è una disposizione a scacchiera di moduli di produzione: magazzini di merci, macchine di produzione e sistemi di trasporto, ad esempio, operano indipendentemente l’uno dall’altro. Allo stesso tempo, sono però collegati ciberfisicamente: nello spazio virtuale esiste un Gemello Digitale che rappresenta i processi di produzione e i moduli di produzione. Attraverso di esso, è possibile ottimizzare i flussi di materiali e il carico delle macchine. I risultati vengono poi utilizzati per controllare i moduli fisici reali.

Sistemi di produzione a matrice in uso: la produzione diventa più flessibile e allo stesso tempo più produttiva?

I sistemi di produzione a matrice ciberfisici sono considerati dagli esperti come la chiave di una produzione sia flessibile che produttiva, che aiuta le aziende ad aumentare la loro resilienza e a resistere anche in tempi turbolenti. »I sistemi di produzione a matrice ciberfisici offrono una risposta ai cambiamenti di mercato, come la diminuzione dei pezzi prodotti, l’aumento della varietà di varianti e la scarsa prevedibilità delle esigenze dei clienti«, afferma Thomas Bauernhansl, membro del comitato scientifico della piattaforma Industrie 4.0 e direttore dell’Istituto Fraunhofer IPA.

Il fatto che ingegneri e ingegneri siano particolarmente interessati alla flessibilità e alla produttività ha una buona ragione. Le due dimensioni sono finora considerate opposti nella produzione: la produzione tradizionale in officina, in cui i componenti, ad esempio le lamiere, vengono lavorati gradualmente con diversi utensili, è poco automatizzata, molto flessibile, ma almeno a partire da numeri di pezzi medi inefficienti. La produzione in linea altamente automatizzata, invece, grazie a una catena rigida, è altamente produttiva, ma poco flessibile – ad esempio, se manca un componente, la linea si ferma.

È possibile che i sistemi di produzione a matrice ciberfisici rendano la produzione in officina più produttiva e quella in linea più flessibile? Per rispondere a questa domanda, i team di Fraunhofer hanno intervistato 28 aziende, raccolto e analizzato i risultati. »Il nostro obiettivo era esaminare lo stato dell’arte e capire in che misura i nuovi sistemi siano già utilizzati nella pratica e se effettivamente aumentano flessibilità e produttività«, spiega Petra Foith-Förster, responsabile dello studio presso Fraunhofer IPA.

Le grandi aziende utilizzano sistemi di produzione a matrice – mancano soluzioni complete per le PMI

»Soprattutto le grandi aziende, ma anche aziende di medie dimensioni più grandi, utilizzano già sistemi di produzione a matrice«, riferisce il dottor Arvid Hellmich, che ha diretto lo studio presso Fraunhofer IWU. I pionieri nell’introduzione di questi nuovi sistemi sono l’industria dei semiconduttori, ma anche produttori più grandi di automobili o dispositivi elettronici adottano strutture modulari, ottimizzate e controllate digitalmente. »Siamo stati lieti di scoprire che le tecnologie sono già molto mature in molte delle aziende che utilizzano sistemi di produzione a matrice«, sottolinea il ricercatore.

Per valutare il livello di maturità dei sistemi di produzione a matrice ciberfisici, ingegneri e ingegneri hanno elaborato un catalogo di criteri. Tra questi figurano, tra l’altro, la struttura modulare delle unità di produzione, il grado di implementazione di un Gemello Digitale, l’uso di sistemi di trasporto automatizzati e la riconfigurabilità del processo, che permette di adattare rapidamente la produzione alle mutate esigenze di mercato.

»Il risultato della relazione mostra che i sistemi di produzione a matrice consentono una produzione economica anche in presenza di sfide di mercato e che aziende con processi produttivi diversi, provenienti da settori diversi, li stanno già adottando parzialmente o anche completamente«, riassume Hellmich.

Ciò che manca ancora sono soluzioni complete pronte per il mercato: »Ci ha sorpreso il fatto che, sebbene siano disponibili soluzioni singole per sistemi di produzione a matrice, non ci siano pacchetti completi comprensivi di tecnologia di impianto e automazione dei processi«, sottolinea Foith-Förster. »Le aziende che già lavorano con i nuovi sistemi modulari le hanno sviluppate autonomamente. Le piccole e medie imprese, che non possono permettersi uno sviluppo tecnologico autonomo, sono svantaggiate. È urgente migliorare la rete tra fornitori di tecnologia e potenziali clienti.«