Visioni future e roadmapping Milano Prof. Tullio TOLIO Presidente Cluster Fabbrica Intelligente

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1 Visioni future e roadmapping Milano Prof. Tullio TOLIO Presidente Cluster Fabbrica Intelligente

2 Indice La ricerca ai tre livelli Europeo-nazionale-regionale Il cluster Fabbrica intelligente Impostazione complessiva della roadmap I megatrend Il manifatturiero situazione europea-nazionale-mondiale Le sfide specifiche 7 linee di intervento Processo organizzativo generazione e validazione della roadmap La collaborazione tra clusters

3 ITIA-CNR Il manifatturiero in Europa Primo settore dell economia non finanziaria Europea (per occupati e valore aggiunto) 1 Primo settore per l export Europeo (genera più dell 80% dell export ed il trade surplus è triplicato dal 2006 ad oggi, da 125 a 365 mld euro) 2 Primo settore per investimenti privati in R&D (66%) 3 Primo settore per livello di innovazione 4 Primo settore per crescita di produttività 2 1 elaborazione ITIA-CNR su dati Eurostat State of the Industry, Sectoral overview and Implementation of the EU Industrial Policy, Commission Staff Working Document, EFFRA European Factory of the Future Research Association, European Competitiveness Report 2013

4 Contributo al Manifatturiero Europeo dei primi cinque paesi 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% Turnover DE IT FR UK ES DE IT FR Value added DE IT FR UK ES UK ES Number of enterprises DE IT FR UK ES Number of employees DE IT FR UK ES Fonte: elaborazione su dati Eurostat 2011

5 Contributo del manifatturiero all occupazione effetto PULL Ogni posto di lavoro nel manifatturiero genera fino a due posti nei servizi MANIFATTURIERO SERVIZI effetto PUSH effect 11% della produzione manifatturiera è impiegata per l erogazione dei servizi

6 ITIA-CNR Il Manifatturiero nelle politiche della ricerca Ensuring American Leadership in Advanced Manufacturing Obama (2011): 0,5 1 miliardo $/anno per 4 anni Manufuture (2006): Strategic Research Agenda assuring the future of manufacturing in Europe Recovery Plan - Barroso (2008): 1,2 milardi per il rilancio del Manufacturing in FP7 EFFRA - European Association for the Factories of the Future (2010): Strategic Multiannual Roadmap Horizon 2020 Factories of the Future 1,7 miliardi (finanziati UE 1.15) Cluster Tecnologici Nazionali: Fabbrica Intelligente Progetto Bandiera La Fabbrica del Futuro Cluster Regionali convenzione CNR-Regione Lombardia PNR, PON, RIS3

7 Manufacturing research in Europe Manufacturing Research ITIA-CNR European level

8 The European Initiatives: KETs Advanced materials Biotechnology Micro and nano electronics Nanotechnology Photonics Advanced Manufacturing Systems (transversal)

9 SPIRE Process Industry Focus on resources (materials, energy, water, etc.) and industrial sustainability

10 Factories of the Future Public - Private Partnership (PPP) Progress Through Partnership

11 EFFRA: Who we are & what we do About EFFRA Industry-driven European association Explaining industry needs to public authorities Acts as partner to the European Commission in the PPP Safeguarding industrial relevance of EU-projects within the Factories of the Future programme Creates consensus on common R&D priorities

12 Factories of the Future in Horizon 2020 A Contractual Partnership (cppp) Success of partnership = continuation under new EU research programme (Horizon 2020) Budget secured by official legal act (Commission decision) and by signed Contractual Arrangement Clearly defines roles of partners Sets out specific objectives Formal recognition of EFFRA s role as representative of private side Establishes Partnership Board Agreement to better monitor progress, also with the use of KPIs Factories of the Future = Largest cppp in terms of budget & network

13 EFFRA Roadmap: Factories of the Future 2020 Research, Development & Innovation Roadmap new strategic multi-annual roadmap = Factories of the Future 2020 roadmap covers research, development & innovation activities guiding principles: industry competitiveness, from research to industrial application & market uptake ambition: key impact on industrial application fields & grand societal challenges

14 Manufacturing research in Europe Manufacturing Research ITIA-CNR National level

15 Il Cluster nazionale

16 Cluster nazionali

17 Associazione Cluster Fabbrica Intelligente (CFI) Associazioni (19) Imprese (196) Disterrri tecnologici (6) Univerità, Enti di ricerca (44)

18 Associazione Cluster Fabbrica Intelligente (CFI) Enterprises R&D Organizations Associations Tech Districts

19 Manufacturing Research Manufacturing research in Europe Regional level

20 MINISTERO Esperti Ministero Progetto Progetto Progetto OCG Cluster nazionale Regione 1 Regione 2 Regione n Cluster reg. Distretto reg. Consorzio Reg. Industria Univ e enti di Ric. Associazioni e altre org.

21 Le iniziative regionali CFI

22 Smart specialization Smart specialization Integrazione dei tre livelli ITIA-CNR UE PPP - JTI Aziende, Università, Enti di Ricerca, Associazioni Call 1 Call n Call 2 Ministero Call 1 Call n Call 2 Regione Call 1 Call n Call 2

23 La Roadmap del Cluster Fabbrica Intelligente

24 La Roadmap del Cluster Fabbrica Intelligente

25 L analisi dei megatrend Cambiamento demografico Nuovi mercati emergenti MEGATREND Cambiamento climatico Scarsità delle risorse Accelerazione dell avanzamento tecnologico

26 Il manifatturiero italiano e l Europa 2012 ITALIA Fatturato: 906 miliardi di euro Valore aggiunto: circa 200 miliardi Dipendenti: circa 4 milioni di lavoratori Imprese: 417 mila. Confronto tra i principali Paesi manifatturiero in Europa. Italia seconda per fatturato, valore aggiunto, dipendenti dopo la Germania

27 Il manifatturiero italiano e il mondo Al 2012 l Italia è tra i primi sei Paesi al mondo per il valore aggiunto generato dal manifatturiero dove i primi 10 Paesi rappresentano il 70% del valore aggiunto mondiale.

28 Esportazioni Nel complesso secondo Paese in Europa per esportazioni Primo settore manifatturiero per export: beni strumentali

29 Forza lavoro 3,9 milioni di occupati Secondo Paese in Europa Quota di personale altamente qualificato

30 Ricerca e innovazione Quota delle attività di ricerca sul PIL Quota di finanziamento pubblico alla ricerca

31 La Roadmap del Cluster Fabbrica Intelligente TECNOLOGIE ABILITANTI

32 Mappatura tecnologie abilitanti Primo step: mappatura delle iniziative europee EFFRA (European Factories of the Future Research Association) Manifatturiero discreto; SPIRE (Sustainable Process Industry through Resource and Energy Efficiency) Manifatturiero continuo; Photonics21 Fotonica; Robotics Adsl Robotica; IMS2020 (Roadmap on Global Sustainable Manufacturing) Manufacturing; ActionPlanT ICT for Manufacturing; EUMAT (Materials for Life Cycle) Materials; Nanofutures (European Technology Integrating and Innovation Platform on Nanotechnology) Micro- and Nano-Manufacturing; Progetto Bandiera La Fabbrica del Futuro Programma di ricerca nazionale sul manifatturiero avanzato; Cluster Tecnologico Nazionale Fabbrica Intelligente Piano strategico e progetti del Cluster Nazionale Fabbrica Intelligente.

33 Mappatura tecnologie abilitanti

34 Secondo step: mappatura delle iniziative europee Mappatura delle tecnologie con le strategie regionali Documenti di smart specialization di: Piemonte B-Meccatronica per il manifatturiero Lombardia avanzato Liguria Veneto Emilia-Romagna Marche Puglia Regione Lombardia (B1-B3): Meccatronica per processi innovativi, per alta efficienza, per sistemi evolutivi e adattativi, per la produzione di prodotti personalizzati, al servizio delle persone, per la sostenibilità. Regione Liguria(B1): Algoritmi di controllo dei macchinari industriali Regione Emilia Romagna (B1): Sensoristica, Monitoraggio e Controllo; in particolare si dovranno sviluppare sensori intelligenti che effettuano l elaborazione del segnale per migliorare le prestazioni del controllo e per il monitoraggio intelligente. Regione Emilia Romagna (B2): Componenti, Macchine e Robot Intelligenti ed adattativi; Progettazione orientata alla flessibilità, per lo sviluppo di metodologie di progetto per lo sviluppo di sistemi flessibili, adattativi ed evolutivi, anche attraverso la prototipazione digitale dei sistemi produttivi. Regione Emilia Romagna (B3): Metodi e Tecniche per la progettazione innovativa che si basa sullo sviluppo e l'integrazione delle metodiche e delle tecniche per la caratterizzazione, modellazione, simulazione ed ottimizzazione dei processi e sistemi produttivi. Regione Piemonte(B1,2,3): Sensori e controlli integrati secondo logiche Smart, Robotica avanzata (autoapprendimento, adattatività automatica ai contesti operativi ecc.), Metodi e strumenti HW SW abilitanti per architetture di controllo Smart.

35 Mappatura delle tecnologie con le strategie regionali

36 Le sfide specifiche per il manifatturiero La Roadmap del Cluster Fabbrica Intelligente

37 I Megatrend e le Sfide Le sfide specifiche

38 Le linee di intervento e le priorità di ricerca e innovazione La Roadmap del Cluster Fabbrica Intelligente

39 LI1: Sistemi per la produzione personalizzata L obiettivo è la realizzazione di sistemi e modelli industriali per la produzione efficiente di prodotti personalizzati ad alto valore aggiunto, per rafforzare il Made in Italy in Europa e nel mondo. Tali sistemi dovranno essere in grado di configurarsi e riconfigurarsi in tempi ridotti per soddisfare i requisiti di produzioni personalizzate, dovranno presentare un elevato grado di integrazione con i clienti e dovranno essere caratterizzati da nuovi modelli di gestione dei prodotto-servizio.

40 Priorità di ricerca per LI1: Sistemi per la produzione personalizzata 1.1 Soluzioni avanzate per la configurazione e progettazione di soluzioni personalizzate 1.2 Soluzioni per la produzione efficiente di prodotti personalizzati funzionali ad alto valore aggiunto 1.3 Modelli e strumenti per la creazione di reti dinamiche per la produzione personalizzata 1.4 Soluzioni avanzate per la gestione della produzione customer-driven 1.5 Le mini-factories: un modello per riorganizzare la filiera di produzione e distribuzione 1.6 Sistemi di produzione per materiali smart per la personalizzazione del prodotto/servizio

41 LI2: Strategie, modelli e strumenti per la sostenibilità industriale L obiettivo è lo studio e la realizzazione di strategie in grado di implementare processi produttivi sostenibili - dal punto di vista ambientale, economico e sociale riducendo l approvvigionamento di risorse produttive critiche dall esterno o penalizzate dalle normative vigenti. Tali strategie dovranno essere coerenti con l evoluzione dei mercati e delle tecnologie abilitanti, utilizzando la tecnologia come leva competitiva verso le tre dimensioni della sostenibilità.

42 Priorità di ricerca per LI2: Strategie, modelli e strumenti per la sostenibilità industriale 2.1. Integrazione dei processi di progettazione e sviluppo in ottica lifecycle management 2.2. Monitoraggio dell'impronta energetica dei prodotti 2.3. Modellazione integrata di prodotto-processosistema per l eco-efficienza (energia e risorse) 2.4. Tecnologie e processi per il ri-utilizzo, remanufacturing e riciclo di prodotti, componenti e materiali alla fine del ciclo di vita o provenienti dai processi di manutenzione Tecnologie e tools per sistemi di demanufacturing intelligenti 2.6. Modellazione e simulazione per l analisi della sostenibilità economica ed ambientale dei processi di produzione basato su modelli innovativi di LCA e LCC per Sustainable supply chain 2.7. Modelli di business per la Circular Economy

43 LI3: Sistemi per la valorizzazione delle persone nelle fabbriche L obiettivo è la concezione e lo sviluppo di sistemi produttivi in grado di accogliere le persone, considerando in particolare i trend demografici e sociali in corso e le esigenze di tutte le categorie di lavoratori, e di valorizzare le loro competenze al fine di contribuire alla soddisfazione e al benessere dei lavoratori.

44 Priorità di ricerca per LI3: Sistemi per la valorizzazione delle persone nelle fabbriche 3.1. Soluzioni ICT per la valorizzazione e condivisione della conoscenza all'interno delle fabbriche 3.2. Tecnologie e metodi per la fabbrica per le persone 3.3. Nuovi materiali e nuove tecnologie per la sicurezza sul posto di lavoro 3.4. Tecnologie e applicazioni di Realtà Virtuale (VR) per la gestione 3.5. Tecnologie e applicazioni di VR per la formazione

45 LI4: Sistemi di produzione ad alta efficienza L obiettivo è lo sviluppo di sistemi produttivi ad alta efficienza che consentano di minimizzare i costi di produzione, migliorare la produttività e la qualità di prodotto e di processo del manifatturiero. L alta efficienza produttiva è infatti condizione necessaria per la competitività di tutte le imprese, soprattutto quelle operanti nei settori con ridotta marginalità.

46 Priorità di ricerca per LI4: Sistemi di produzione ad alta efficienza 4.1. Controllo ottimo avanzato di sistemi ibridi 4.2. Soluzioni integrate di manutenzione, qualità e logistica della produzione per la produzione "Zero- Defect" Sistemi di monitoraggio e controllo dei processi industriali 4.4. Ambienti integrati per la progettazione di soluzioni di controllo distribuito 4.5. CyberPhysical Systems (CPS) per la fabbrica intelligente 4.6. Advanced motion planning for industrial robots Accurate modelling of industrial robots

47 LI5: Processi produttivi innovativi L obiettivo è la creazione di processi produttivi innovativi per la produzione di prodotti e materiali complessi e ad alto valore aggiunto, quali, ad esempio, materiali compositi e bio-materiali, microe nano- componenti, prodotti meccatronici, etc. Tali processi, infatti, sono spesso definiti a livello di applicazioni di laboratorio e mancano quindi le tecnologie ed i sistemi produttivi necessari a portare i nuovi prodotti sul mercato grazie ad operazioni di manifattura su larga scala.

48 Priorità di ricerca per LI5: Processi produttivi innovativi 5.1. Tecnologie e processi di produzione per materiali innovativi 5.2. Soluzioni avanzate per la realizzazione di prodotti su scala micro 5.3. Hybrid Processing 5.4. Stampa in 3D di componenti complessi 5.5. Nuove tecnologie per additive manufacturing 5.6. Tecnologie per la produzione di componenti in materiali compositi in alti volumi 5.7. Processi produttivi innovativi tramite lavorazioni laser

49 LI6: Sistemi di produzione evolutivi e adattivi L obiettivo di questa linee di intervento è lo sviluppo di una nuova generazione di sistemi produttivi in grado di evolvere nel tempo e di adattarsi dinamicamente alle mutevoli condizioni di contesto, determinate dalla turbolenza della domanda, dalla rapidità dei cicli tecnologici e dalle dinamiche della situazione competitiva. A tale scopo, i sistemi produttivi dovranno essere dotati di adeguate caratteristiche di flessibilità e riconfigurabilità. ERP MES SCADA/HMI CONTROL Optimal Real-time control system

50 Priorità di ricerca per LI6: Sistemi di produzione evolutivi e adattivi 6.1.Interazione intelligente tra operatore e macchina (Smart Humanmachine Interface) 6.2. Human-robot co-working 6.3. Strumenti di simulazione integrati per il virtual commissiong di sistemi di produzione 6.4. Intellinget Machines 6.5. ICT for model-based machinery development 6.6. Piattaforma integrata digitale per la configurazione di sistemi di produzione 6.7. Sistemi modulari meccatronici ad elevata flessibilità ERP MES SCADA/HMI CONTROL Optimal Real-time control system

51 LI7: Strategie e management per i sistemi produttivi di prossima generazione L obiettivo è lo sviluppo di nuove strategie di produzione e di gestione di reti industriali complesse e filiere che incrementino la competitività delle imprese manifatturiere italiane. Tali strategie dovranno essere coerenti con l evoluzione dei mercati e delle tecnologie abilitanti, utilizzando moderne soluzioni ICT per innovare la dimensione collaborativa e dinamica. Le tematiche di ricerca prioritarie in quest area sono gestione di reti industriali complesse e relative supply chain dinamiche grazie alle correnti e potenziali soluzioni IC

52 LI7: Strategie e management per i sistemi produttivi di prossima generazione 7.1. Metodi e tecniche per la valutazione strategica di prodotto-processo-sistema in ottica di Life cycle Engineering 7.2. Modelli di business innovativi basati sull offerta integrata di prodotto-servizio 7.3. Strumenti per la gestione di imprese collaborative e Supply Chain dinamiche 7.4. Pianificazione robusta per la gestione del rischio nella produzione MTO ed ETO 7.5. Sviluppo di ambienti operativi su base semantica per gli utenti 7.6. Strumenti per il supporto alle decisioni in ambienti complessi

53 Il processo di generazione roadmap Analisi dei documenti europei sia in termini di megatrend che di tecnologie abilitanti Analisi e sistematizzazione dei documenti regionali RIS3 Partecipazione opinion leaders Raccolta di tematiche specifiche da parte dei membri cluster (circa 50) Consultazione dei membri per raccolta commenti finali (processo aperto fino al 31 dicembre)

54 Il documento

55 Collaborazione tra i cluster nazionali

56 Collaborazione tra i cluster Collaborazione su priorità di ricerca simili nazionali PRI 1 PRI 2 PRI 3 PRI 3 PRI 4 PRI 5 PRI 6 PRI 7 TA1 TA2 TAn Tecnologie abilitanti Cluster 1 Cluster 2 Collaborazione sulla stessa tecnologia abilitante applicata a diversi contesti Cluster 3

57 Grazie per l attenzione Prof. Tullio Tolio Dip. di Meccanica Politecnico di Milano Direttore ITIA-CNR