Luca Fumagalli Politecnico di Milano

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Prospero Fabbri
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1 Il nuovo manufacturing: come governare l evoluzione in chiave di riconfigurabilità ed integrazione Luca Fumagalli Politecnico di Milano 07/04/2016 Prof. Luca Fumagalli - POLITECNICO DI MILANO

2 Il cambiamento ai tempi dell Industry 4.0? It is not the strongest of the species that survives, nor the most intelligent, but those most responsive to change Charles R. Darwin - The origin of species, 1859 Con una prospettiva generale: capire i trend di sviluppo Con una prospettiva tecnica: capire le soluzioni che si possono adattare ai nuovi scenari produttivi e alle loro continue evoluzioni 2

3 Capire i trend di sviluppo 3

4 Capire i trend di sviluppo Quale soluzione scegliere? Quali valori perseguire? Quali tecnologie? Quale supporto riceviamo dalle istituzioni? Quali sono i trend del futuro? 4

5 Capire i trend di sviluppo 5

6 Le strategie nazionali per lo sviluppo: Germania Germania Industrie 4.0 6

7 Le strategie nazionali per lo sviluppo: USA Stati Uniti Smart Manufacturing Leadership Coalition 7

8 Le strategie nazionali per lo sviluppo: Regno Unito Regno Unito Catapult-High Value Manufacturing 8

9 Le strategie nazionali per lo sviluppo: Italia Italia Cluster Nazionale Fabbrica Intelligente 9

10 I trend di sviluppo: i CPS Un sistema ciber-fisico (CPScyber-physical system) è un sistema informatico in grado di interagire in modo continuo con il sistema fisico in cui opera. Il sistema è composto da elementi fisici dotati ciascuno di capacità computazionale e riunisce strettamente le cosiddette "tre C": capacità computazionale, comunicazione e capacità di controllo. 10

11 I trend di sviluppo: i CPS Un sistema ciber-fisico (CPScyber-physical system) è un sistema informatico in grado di interagire in modo continuo con il sistema fisico in cui opera. Il sistema è composto da elementi fisici dotati ciascuno di capacità computazionale e riunisce strettamente le cosiddette "tre C": capacità computazionale, comunicazione e capacità di controllo. 11

12 Cyber Physical Systems I Cyber Physical Systems realizzano il concetto di Internet of Things all interno delle fabbriche Stamatis Karnouskos - Cyber-Physical Systems in manufacturing and production workshop - Brussels 30th October

13 CPS all interno della fabbrica I Cyber Physical Systems permetteranno soprattutto di migliorare gli aspetti legati alla parte più operativa della produzione 13

14 CPS all interno della fabbrica I Cyber Physical Systems permetteranno soprattutto di migliorare gli aspetti legati alla parte più operativa della produzione Permetteranno di migliorare l integrazione tra i diversi livelli [full integration of CPSs: 10 years] 14

15 CPS all interno della fabbrica RTU Remote Terminal Unit 15

16 I Cyber Physical systems creano opportunità Già oggi! Analisi dei dati Miglioramento nei processi Migliore schedulazione della produzione Produzione più efficiente (monitoraggio OEE, monitoraggio parametri di manutenzione)

17 Una sfida per il cambiamento nel manufacturing Sistemi produttivi basati sui CPS, che possano supportare una rapida evoluzione dell ambiente produttivo, per rispondere alle esigenze di mercato The Challenge of Change Market Demand Evolves Faster and Faster Products Chase Demand Factories Chase Products What about ICT Systems? 17

18 Dai CPS all impianto produttivo Concetto di casa Voglio costruire la mia casa! Un set di componenti molto flessibili, definiti secondo una struttura standardizzata 18

19 Dai CPS all impianto produttivo Concetto di casa Un set di componenti molto flessibili, definiti secondo una struttura standard 19 Voglio costruire la mia casa! Il «concetto di casa» è la Domain Knowledge, che permette ai singoli componenti di essere disposti in modo coerente e di poter interagire tra loro. In un impianto produttivo è quello che garantisce (pur mantenendo un sistema altamente modulare e configurabile): - Automazione perfettamente coordinata - Migliore scheduling delle attività - Indicatori di prestazione calcolati correttamente

20 Il progetto europeo escop 20

21 Il progetto europeo escop Il progetto escop: Al sito: su YouTube con le parole chiave: «escop project explained» escop project explained.mp4 21

22 Il progetto europeo escop 22

23 Il team escoop 23

24 Il dimostratore INCAS nel progetto escop 24

25 Il dimostratore INCAS nel progetto escop Remote Terminal Units basate su schede Raspberry Pi e UniPi 25

26 Integrazione verticale Un architettura a servizi aiuta l integrazione verticale L integrazione verticale non è però una novità, ciò che è nuovo è la possibilità di garantire flessibilità nella configurazione del sistema. Uno degli obiettivi dell Industry 4.0 è creare seamless link «collegamenti senza cuciture e senza carta» Sforzi nell ambito dell ingegneria informatica e ingegneria gestionale Necessità di sviluppare soluzione meglio integrate con i livelli superiori e inferiori e migliorare i processi gestionali Sforzi nell ambito dell automazione e sempre più presenza di tecnologie informatiche (anche omologate dal mondo consumer) 26

27 Integrazione orizzontale L integrazione, secondo il paradigma dell Industry 4.0 dovrebbe essere estesa ad un Inter enterprise integration. L integrazione dovrebbe quindi avvenire lungo tutta la supply chain, o meglio, in una catena estesa sia con client che con fornitori A quale livello posizionare l integrazione? 27

28 L ambizione di Industry 4.0 Machine to Machine Integration of CPS between factories [full integration of CPSs: 10 years] 28

29 Su cosa concentrarci oggi? Comunicazione a livello di ERP e MES Questa comunicazione deve attentamente curare gli aspetti di: gestione della produzione, che in ogni azienda può essere affrontata in maniera diversa. Ecco perché l aspetto non è solo informatico, ma anche (e soprattutto) di gestione del processo 29

30 Integrazione orizzontale L integrazione orizzontale, in ambito produttivo, deve considerare le due logiche principali di gestione della produzione: logica push e pull. Un sistema push autorizza il rilascio del lavoro sulla base dell ordine, con i vantaggi di ottimizzazione della schedulazione rispetto a previsioni di domanda anche con mix molto complessi Schedule: ordini, previsioni o altre informazioni upstream (da monte) information Rilascio dell ordine Processo FACTORY PHYSICS, Wallace J. Hopp, Mark L. Spearman L integrazione può avvenire facilmente attraverso comunicazione a livello di ERP e MES (o potenzialmente) anche a livello più basso Il rilascio degli ordini si basa su una schedulazione facilmente integrabile con i sistemi previsti dall Industry

31 Integrazione orizzontale Un sistema pull autorizza il rilascio del lavoro anche sulla base dello stato del sistema Status del processo o delle stazioni downstream (a valle) Rilascio dell ordine Processo La teoria del controllo indica che un sistema pull è naturalmente più stabile di un sistema push, perché il meccanismo di controllo del pull è basato sul work in progress / le scorte / materiale circolante (il WIP work in progress), che sono parametri «facili» da calcolare 31

32 Integrazione orizzontale La stabilità del sistema non è in realtà data dalla scelta tra pull o push, ma dalla decisione di considerare sia lo Schedule dei lavori che lo Stato delle risorse Se il controllo del WIP, che può avvenire attraverso il corretto monitoraggio della linea, è il parametro determinante per avere un sistema robusto, non è strettamente necessario vincolarsi ad un sistema pull. I sistemi dell Industry 4.0 dovrebbero quindi concentrarsi su approcci che sappiano coniugare: - Monitoraggio di impianto - Ottimizzazione della schedulazione degli ordini 32

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