SCENARI E TENDENZE PER LE FABBRICHE DEL FUTURO

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1 SCENARI E TENDENZE PER LE FABBRICHE DEL FUTURO Prof. Marco Macchi 20/05/2016 Prof. Marco Macchi POLITECNICO DI MILANO

2 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, /05/2016 Prof. Marco Macchi Manufacturing Group POLITECNICO DI MILANO copyright 2

3 20/05/2016 Prof. Marco Macchi Manufacturing Group POLITECNICO DI MILANO 20/05/2016 Prof. Marco Macchi Manufacturing Group POLITECNICO DI MILANO copyright 3 copyright Background: mega-trend società, ambiente e tecnologie

4 La società e l ambiente Cambiamenti demografici Scarsità delle risorse naturali Cambiamenti climatici 20/05/2016 Prof. Marco Macchi Manufacturing Group POLITECNICO DI MILANO copyright 4

5 Le tecnologie Number of transistors in Intel microprocessors Pentium (0,8 m) Pentium Pro (0,35 m) 3rd Gen Core (22 nm) 2nd Gen Core (32 nm) Pentium II (0,25 m) Pentium III (0,25 m) Pentium 4 (0,18 m) Pentium M (90 nm) Core 2 Duo (65 nm) Core 2 Duo (45 nm) Source: Intel 20/05/2016 Prof. Marco Macchi Manufacturing Group POLITECNICO DI MILANO copyright 5

6 Le tecnologie Cloud Computing Wearable Technologies Virtualization IPv6 Bluetooth Wi-Fi Big Data analitycs Augmented Reality Service Oriented Architecture (SOA) Mobile Devices RFId Industrial Internet Information System Networked Systems Wireless Sensor Networks Sensors Industrial Analytics Advanced robotics Machine to Business (M2B) Smart Devices Actuators Cyber Physical Systems (CPS) Additive Manufacturing Human Machine Interface (HMI) Machine to Machine (M2M) Ubiquitous computing names the third wave in computing, just now beginning. First were mainframes, each shared by lots of people. Now we are in the personal computing era, person and machine staring uneasily at each other across the desktop. Next comes ubiquitous computing, or the age of calm technology, when technology recedes into the background of our lives Weiser, 1991 The computer for the 21st century. Scientific American, special issue on communications, computers, and networks 20/05/2016 Prof. Marco Macchi Manufacturing Group POLITECNICO DI MILANO copyright 6

7 20/05/2016 Prof. Marco Macchi Manufacturing Group POLITECNICO DI MILANO 20/05/2016 Prof. Marco Macchi Manufacturing Group POLITECNICO DI MILANO copyright 7 copyright Background: il Manufacturing in Italia

8 L Italia nel manifatturiero mondiale Le Top 13 potenze manifatturiere nel Mondo Valore aggiunto del settore manifatturiero sul GDP Mondiale Rank USA Giappone Germania Italia Francia Regno Unito Cina Brasile Spagna Canada Korea, Rep Olanda Messico USA Giappone Cina Germania Regno Unito Italia Francia Korea, Rep Messico Spagna Brasile Canada India Cina USA Giappone Germania Korea, Rep. Italia Brasile Francia India Regno Unito Russia Spagna Messico Fonte Dati: The World Bank *Proiezione anno 2013 Cina USA* Germania Giappone* Korea, Rep. India Italia Regno Unito Francia Russia Brasile Messico Canada 20/05/2016 Prof. Marco Macchi Manufacturing Group POLITECNICO DI MILANO copyright 8

9 Valore aggiunto per attività nei principali paesi europei [ ; EUR bn, %] Germania Polonia Italia Spagna UK Francia % 25% 23% 22% 24% 24% 23% 22% 28% 31% 26% 27% 17% 16% 16% 25% 18% 17% 14% 26% 13% 14% 26% 23% 14% 12% 27% 25% 16% 16% 22% 23% 17% 20% 21% 18% 16% 16% 24% 21% 18% 16% 26% 17% 17% 15% 20% 21% 19% 17% 18% 14% 21% 17% 18% 18% 23% 19% 18% 13% Altri servizi 1 Pubblica Amministrazione 2 Real Estate & Construction Commercio 3 Manifattura /05/2016 Prof. Marco Macchi Manufacturing Group POLITECNICO DI MILANO copyright 9

10 Produttività del lavoro Fonte: OECD 20/05/2016 Prof. Marco Macchi Manufacturing Group POLITECNICO DI MILANO copyright 10

11 Investimenti in immobilizzazioni delle imprese manifatturiere Fonte: Eurostat 20/05/2016 Prof. Marco Macchi Manufacturing Group POLITECNICO DI MILANO copyright 11

12 The Products of the Future 20/05/2016 Prof. Marco Macchi Manufacturing Group POLITECNICO DI MILANO 20/05/2016 Prof. Marco Macchi Manufacturing Group POLITECNICO DI MILANO copyright 12 copyright

13 I prodotti del futuro Intelligenti Connessi Personalizzati Con il produttore Con l utente Con gli altri oggetti Nella concezione/produzione Nella fruizione/pagamento Verdi Nuovi Materiali Diagnostica Localizzazione Sensoristica Bassi consumi di energia Riciclabilità Proprietà fisiche e meccaniche Producibilità 20/05/2016 Prof. Marco Macchi Manufacturing Group POLITECNICO DI MILANO copyright 13

14 I prodotti e la produzione del futuro Perchè la Responsiveness nel Manufacturing? Manufacturing sta evolvendo verso paradigmi di mass customization e personalization La responsiveness porta a molte sfide per il manufacturing 20/05/2016 Prof. Marco Macchi Manufacturing Group POLITECNICO DI MILANO copyright 14

15 Product volumes globalization 2000 Craft production 1850 Time Product variety 20/05/2016 Prof. Marco Macchi Manufacturing Group POLITECNICO DI MILANO copyright 15

16 1950 Product volumes You can have any color for your car as long as it is black! (Henry Ford) globalization 2000 MASS PRODUCTION 1850 Time Product variety 20/05/2016 Prof. Marco Macchi Manufacturing Group POLITECNICO DI MILANO copyright 16

17 Product volumes Mass Customization 1908 globalization Time Product variety 20/05/2016 Prof. Marco Macchi Manufacturing Group POLITECNICO DI MILANO copyright 17

18 Products become a service Service for product Service for customer Product Service to support product Service to differentiate product Service IS the product K.D. Thoben /05/2016 Prof. Marco Macchi Manufacturing Group POLITECNICO DI MILANO copyright 18

19 Examples of Servitization Car Sharing: You do not purchase and possess a car anymore, but you purchase the usage of a car. 20/05/2016 Prof. Marco Macchi Manufacturing Group POLITECNICO DI MILANO copyright 19

20 Examples of Servitization Selling flying hours instead of aeronautical engines. 20/05/2016 Prof. Marco Macchi Manufacturing Group POLITECNICO DI MILANO copyright 20

21 20/05/2016 Prof. Marco Macchi Manufacturing Group POLITECNICO DI MILANO 20/05/2016 Prof. Marco Macchi Manufacturing Group POLITECNICO DI MILANO copyright 21 copyright Come reagire: la vision dello Smart Manufacturing

22 La Quarta Rivoluzione Industriale Prima Rivoluzione Industriale Seconda Rivoluzione Industriale Terza Rivoluzione Industriale Quarta Rivoluzione Industriale Introduzione di strumenti meccanici di produzione Organizzazione del lavoro e produzione di massa grazie all utilizzo dell energia elettrica Produzione ulteriormente automatizzata grazie all utilizzo in fabbrica di sistemi IT ed elettronici Prodotti e processi interconnessi grazie all utilizzo in fabbrica dell Internet delle Cose e delle nuove tecnologie digitali oggi TEMPO Primo telaio a vapore Prima catena di montaggio (1870) Primo PLC (1969) 20/05/2016 Prof. Marco Macchi Manufacturing Group POLITECNICO DI MILANO copyright 22

23 Products become smarter (along the life cycle!) Information technology helps to improve energy efficiency Digital steering and control systems enable improved ergonomics Machines can be remotely controlled humans are freed from working in uncomfortable and dangerous surroundings Machines can measure processes and output to optimise performance Machines can send data on output, lapsed time, and their own condition over mobile internet Improved conditions for fleet management Need for repair and maintenance can be anticipated to minimise downtime Pictures: Sandvik, Ponsse, Metos Slide courtesy of 20/05/2016 Prof. Marco Macchi Manufacturing Group POLITECNICO DI MILANO copyright 23

24 Le tecnologie abilitanti BIG DATA CLOUD COMPUTING & CYBER SECURITY INTERNET OF THINGS INTERFACCIA UOMO MACCHINA AUTOMAZIONE ROBOTICA ADDITIVE MANUFACTURING 20/05/2016 Prof. Marco Macchi Manufacturing Group POLITECNICO DI MILANO copyright 24

25 ICT Megatrends Technology Push Perspective Human centric Manufacturing 20/05/2016 Prof. Marco Macchi Manufacturing Group POLITECNICO DI MILANO copyright 25

26 Interconnected Manufacturing 26 Stamatis Karnouskos Cyber Physical Systems in manufacturing and production workshop Brussels 30th October /05/2016 Prof. Marco Macchi Manufacturing Group POLITECNICO DI MILANO copyright 26

27 Dal MES (Mfg Execution System) al MOS (Mfg Operating System) M Apps Store App1 App2 App3 App4 App5 App Manufacturing Workspace MOS Manufacturing Operating System User/Process X User/Process Y User/Process Z Migration from MES world Existing Monolytic Applications (e.g. ERP, MES, ) App1 App3 App1 App2 App5 App2 App5 Interface Layer M Apps are aggregated and customized based on user and business needs Enterprise network (office) Manufacturing Service Bus / Real time / Industrial Middleware (Shop floor) Migration from Standard Equipments World encapsulation + CPPR Cyber Physical Production Resource CPPR 3 Real/virtual production plant CPS enabled production resources Additional control intelligence Standard Production equipment 20/05/2016 Prof. Marco Macchi Manufacturing Group POLITECNICO DI MILANO copyright 27

28 Industrial Internet crea opportunità New business potential in industrial services Analysis of data Better machines and equipment Improved processes More efficient production 20/05/2016 Prof. Marco Macchi Manufacturing Group POLITECNICO DI MILANO copyright 28

29 Dal factory floor al Cyber-twin Extracted from Lee, J., Bagheri, B., Kao, H., A Cyber Physical Systems architecture for Industry 4.0 based manufacturing systems. Manufacturing Letters, Volume 3, /05/2016 Prof. Marco Macchi Manufacturing Group POLITECNICO DI MILANO copyright 29

30 Stay hungry, stay foolish. Prof. Marco Macchi /05/2016 Prof. Marco Macchi Manufacturing Group POLITECNICO DI MILANO copyright 30