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SCENARI TECNOLOGICI PER
   L'EMILIA-ROMAGNA

      INNOVAZIONE NEL
      MANUFACTURING




         DRAFT - Gennaio 2012
Questo lavoro è stato realizzato nell’ambito delle attività di ASTER per il supporto e
coordinamento della Rete Alta Tecnologia della Regione Emilia-Romagna, da personale messo a
disposizione dai soci del Consorzio e con la collaborazione di imprese regionali.




Un sentito ringraziamento a tutti i membri dei gruppi di lavoro che hanno condiviso le proprie
competenze e si sono prestati alla sperimentazione di un metodo comune, primo passo per una
reale integrazione e valorizzazione del contributo di tutti.



Un grazie particolare alle imprese che volentieri hanno messo a disposizione gratuitamente il
proprio tempo per aiutarci a comprendere meglio i problemi della competizione e, in ultima
analisi, per individuare modi migliori per supportarle nelle loro sfide quotidiane.




Gruppo di lavoro ASTER:
Leda Bologni - Coordinamento generale

Teresa Bagnoli e Daniela Sani - Green economy
Leda Bologni - Innovazione nel manufacturing
Cecilia Maini e Nunzia Ciliberti - Tecnologie per la salute
Lucia Mazzoni - La pervasività dell’ICT




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Sommario
1   Executive summary ............................................................................................................. 6

2   Introduzione ....................................................................................................................... 8

3   Megatrend e Driver di Crescita 2010-14 ............................................................................ 12

     3.1          Identificazione dei megatrend globali ........................................................................ 12
     3.2          Impatto delle aree strategiche sui megatrend ........................................................... 17
     3.3          I megatrend piu’ rilevanti per l’area “Innovazione nel manufacturing” .................... 20

4   Articolazione dell’area strategica ....................................................................................... 27

     4.1          Pillars e Tecnologie ..................................................................................................... 27
     4.2          Nuovi modelli di business ........................................................................................... 29

5   Pillars di intervento ........................................................................................................... 35

     5.1          Manufacturing ad alte prestazioni ............................................................................. 36

                  5.1.1          Tematiche identificate e Key Technologies                                                            37
                  5.1.2          Trend delle Key Technologies                                                                         42
                  5.1.3          Benchmarking con i pivot regionali                                                                   47
                  5.1.4          Bibliografia, sitografia e links a documenti                                                         49
                  5.1.5          Gruppo di lavoro                                                                                     49
                  5.1.6          Pivot Regionali                                                                                      50

     5.2          Manufacturing intelligente......................................................................................... 51

                  5.2.1          Tematiche identificate e Key Technologies                                                            52
                  5.2.2          Trend delle Key Technologies                                                                         56
                  5.2.3          Benchmarking con i pivot regionali                                                                   63
                  5.2.4          Bibliografia, sitografia e link a documenti                                                          65
                  5.2.5          Gruppo di lavoro                                                                                     66
                  5.2.6          Pivot regionali                                                                                      66

     5.3          Manufacturing sostenibile ......................................................................................... 67

                  5.3.1          Tematiche identificate e Key Technologies                                                            71
                  5.3.2          Trend delle Key Technologies                                                                         74
                  5.3.3          Benchmarking con i pivot regionali                                                                   80
                  5.3.4          Bibliografia, sitografia e links a documenti                                                         81
                  5.3.5          Gruppo di lavoro                                                                                     82
                  5.3.6          Pivot regionali                                                                                      82

     5.4          La progettazione del futuro ........................................................................................ 83




                                                                                                                                  Pag. 4/109
5.4.1         Tematiche identificate e Key Technologies                                                 85
                5.4.2         Trend delle Key Technologies                                                              89
                5.4.3         Benchmarking con i pivot regionali                                                        90
                5.4.4         Bibliografia, sitografia e links a documenti                                              92
                5.4.5         Gruppo di lavoro                                                                          93
                5.4.6         Pivot regionali                                                                           93

     5.5        Materiali a funzionalità incrementata........................................................................ 94

                5.5.1         Tematiche identificate e Key Technologies                                                 94
                5.5.2         Trend delle Key Technologies                                                              99
                5.5.3         Benchmarking con i pivot regionali                                                        102
                5.5.4         Bibliografia, sitografia e links a documenti                                              104
                5.5.5         Gruppo di lavoro                                                                          105
                5.5.6         Pivot regionali                                                                           105

6   Conclusioni e raccomandazioni ........................................................................................ 106




                                                                                                                    Pag. 5/109
1 EXECUTIVE SUMMARY
Nell’ambito delle attività della Rete Alta Tecnologia della Regione Emilia-Romagna è stata
realizzata l’analisi degli scenari tecnologici relativi all’INNOVAZIONE NEL MANUFACTURING, una
area di intervento particolarmente significativa per l’economia regionale, anche in una prospettiva
di medio-lungo termine.

In conformità con le tendenze emerse in ambito nazionale ed internazionale, sono state
individuate cinque linee di intervento (o pillar) che caratterizzeranno il manufacturing del
prossimo futuro:

   1.   Manufacturing ad alte prestazioni
   2.   Manufacturing intelligente
   3.   Manufacturing sostenibile
   4.   Progettazione del futuro
   5.   Materiali a funzionalità incrementata

Ad esse è stata associata una linea di azione trasversale che influenzerà la produzione nel suo
insieme:

   0. Nuovi modelli di business

Ogni pillar è stato esaminato per la sua capacità di risposta alle tendenze globali (Megatrend) del
mercato che caratterizzeranno i prossimi anni.

In particolare sono stati esaminati i seguenti 9 megatrend considerati particolarmente rilevanti per
l’area di interesse:

       Città e infrastrutture intelligenti
       Nuova composizione generazionale della popolazione
       Mondo virtuale
       Nuovi modelli di business
       Wireless intelligence and advancement in networks
       Innovating to zero
       Tecnologie innovative del futuro
       Impresa del futuro, intelligente e verde
       Global power generation


Per ogni pillar considerato, tenendo presente i megatrend , sono state individuate le tecnologie (o
i metodi) che possono supportare le imprese della regione nell’affrontare tali tendenze del




                                                                                               Pag. 6/109
mercato. Ne sono risultate 44 tecnologie che possono ben rappresentare l’evoluzione
dell’innovazione applicata alla produzione regionale.

                                       AD ALTE PRESTAZIONI            MACCHINE E ROBOT AD ALTE PRESTAZIONI
                                       1. MANUFACTURING

                                                                      SISTEMI DI PRODUZIONE RICONFIGURABILI
                                                                      NUOVE TECNOLOGIE DI MANIFATTURA
                                                                      CONTROLLO DELLA PRODUZIONE
                                                                      SISTEMI KNOWLEDGE BASED PER L'AUTOAPPRENDIMENTO
                                                                      SISTEMI KNOWLEDGE-BASED PER LA PIANIFICAZIONE DI PROCESSO
                                                                      E-MAINTENANCE
                                                                      PROGNOSTICA
                                                                      SCHEDULAZIONE OTTIMALE DELLE RISORSE
                                                                      BUSINESS INTELLIGENCE E PROCESS MINING
                                       2. MANUFACTURING




                                                                      TECNICHE DI SIMULAZIONE STRATEGICA
                                          INTELLIGENTE




                                                                      PIANIFICAZIONE E SUPERVISIONE DELLA PRODUZIONE DISTRIBUITA
                                                                      REATTIVITÀ E ADATTAMENTO AGLI EVENTI
                                                                      GESTIONE INTEGRATA DELLA LOGISTICA
                                                                      INTEROPERABILITÀ DEI SISTEMI INFORMATIVI
                                                                      STANDARD PER LA PROGRAMMAZIONE DEL CONTROLLO
  INNOVAZIONE NEL MANUFACTURING




                                                                      PIENA INTEGRAZIONE ICT DI FABBRICA
                                                                      IDENTIFICAZIONE E TRACCIAMENTO
                                                                      EFFICIENZA ENERGETICA MEDIANTE INCREMENTO DELLA STABILITÀ DEI PROCESSI.
                                                   MANUFACTURING




                                                                      EFFICIENZA ENERGETICA NEI PROCESSI DI PRODUZIONE DI TIPO MECCANICO, TERMICO E CHIMICO
                                                     SOSTENIBILE




                                                                      RISORSE IN CICLO CHIUSO – INTEGRAZIONE DELLE RISORSE NEL PROCESSO
                                                         3.




                                                                      GESTIONE LOSS-FREE DELLE INFRASTRUTTURE DEGLI IMPIANTI PRODUTTIVI
                                                                      METODI PER LA GESTIONE SOSTENIBILE DELL’ENERGIA E DEI MATERIALI
                                                                      RECUPERO E RICICLO DI ACQUA DI QUALITÀ ALIMENTARE NELLE INDUSTRIE CHE OPERANO
                                                                      LAVAGGI, COTTURE E RAFFREDDAMENTI
                                  4. PROGETTAZIONE




                                                                      PROGETTAZIONE INTEGRATA DI CAMME ELETTRONICHE
                                                                      ALLEGGERIMENTO DI CINEMATISMI AD ELEVATA DINAMICA
                                      DEL FUTURO




                                                                      PROGETTAZIONE INTEGRATA DI CELLE FLESSIBILI DI LAVORAZIONE
                                                                      SIMULAZIONE REALISTICA DI LINEE DI PRODUZIONE E ASSEMBLAGGIO
                                                                      PROTOTIPAZIONE VIRTUALE CON APPROCCIO HARDWARE IN THE LOOP
                                                                      MESSA A PUNTO E COLLAUDO VIRTUALE IN AMBIENTE VIRTUALE 3D INTERATTIVO
                                                                      ADDESTRAMENTO TRAMITE SIMULAZIONE
                                                                      POLIMERI E RELATIVI COMPOSITI
                                       5. MATERIALI A FUNZIONALITA'




                                                                      CERAMICI
                                                                      SMART MATERIALS
                                                                      MATERIALI PER IL PACKAGING
                                             INCREMENTATA




                                                                      MEMBRANE
                                                                      PROCESSI FUSORI
                                                                      TRATTAMENTI TERMICI
                                                                      TRATTAMENTI DI MODIFICAZIONE SUPERFICIALE
                                                                      PROCESSI DI GIUNZIONE
                                                                      PROCESSI DI DEFORMAZIONE PLASTICA
                                                                      PROCESSI PRODUTTIVI DI POLIMERI/COMPOSITI/COMPONENTI
                                                                      SELEZIONE DEI MATERIALI, PREVISIONE E OTTIMIZZAZIONE DEL COMPORTAMENTO MECCANICO
                                                                      TECNICHE DI SIMULAZIONE DI PROCESSO




                                                                                                                                                    Pag. 7/109
In questo documento ogni tecnologia è descritta in sé e per il contributo che offre all’azione in
favore dei pillar individuati.
Per ogni pillar è inoltre discusso il modo in cui tali tecnologie sono percepite da alcune imprese
regionali particolarmente rappresentative della realtà economica locale, ed è mostrato l’impatto
dei Megatrend sul loro mercato di riferimento.


                                          SMART CITIES AND
                                          INFRASTRUCTURES

                       GLOBAL POWER
                                                                NEW GENERATIONS
                        GENERATION



              FACTORY OF THE
              FUTURE: SMART E                                          VIRTUAL WORLD
                  GREEN



                INNOVATIVE
            TECHNOLOGIES OF THE                                      NEW BUSINESS MODEL
                  FUTURE
                                                              WIRELESS
                                                          INTELLIGENCE AND
                        INNOVATING TO ZERO
                                                          ADVANCEMENT IN
                                                             NETWORKS




Si rileva che nel valutare l’importanza dei Megatrend, le imprese pivot assegnano maggiore
importanza alle tendenze più strettamente legate alle tecnologie di produzione, piuttosto che alle
specifiche di prodotto. E’ questa una conseguenza diretta dell’attuale sistema economico
regionale, costituito in larga parte da nodi della rete di creazione del valore, con la dominanza dei
rapporti cliente-fornitore sul controllo diretto delle specifiche di prodotto.
Dal punto di vista dell’evoluzione del mercato è opportuno sottolineare che una maggiore
focalizzazione sul prodotto, per quanto intermedio, potrebbe supportare efficacemente
riposizionamenti a seguito di situazioni di crisi nei rapporti di subfornitura.
Pertanto, l’analisi attenta dei Megatrend, sviluppati nella prospettiva dell’utente finale (o
consumatore) sono di crescente importanza nell’individuazione di prodotti innovativi, nella cui
catena di produzione l’innovazione del manufacturing offrirà certamente suggerimenti ed
opportunità per una crescita verso settori/mercati in espansione.

La corretta interpretazione dei Megatrend è certamente una misura efficace per evitare situazioni
critiche nel medio lungo periodo.




                                                                                             Pag. 8/109
2 INTRODUZIONE
A quasi dieci anni dal lancio della politica regionale per la ricerca e innovazione e dall’avvio della
Rete Alta Tecnologia, la Regione Emilia-Romagna e l’intera comunità regionale dell’innovazione
avvertono l’urgenza di delinearne lo sviluppo in un orizzonte di medio termine e di consolidarne
l’azione in favore delle imprese, con lo scopo ultimo di rafforzarne la presenza sul mercato e
facilitarne la sostenibilità.

Con questo obiettivo, e secondo le direttive Regionali del 2010, è stata avviata un’attività di
definizione degli scenari tecnologici rilevanti per l’economia regionale, i cui esiti sono riportati in
questo documento. L’attività è stata coordinata da ASTER ed ha coinvolto l’intera comunità
dell’innovazione del territorio, i ricercatori e le imprese, applicando una metodologia di lavoro
studiata appositamente per identificare da una parte le tendenze generali dei mercati per i
prossimi 5-10 anni, e dall’altra lo stato dell’arte tecnico-scientifico in alcune aree di interesse,
confrontandole con la situazione regionale per giungere a suggerimenti di traiettorie tecnologiche
che potrebbero offrire interessanti possibilità di allargamento di mercati o di consolidamento di
quelli esistenti.

Le aree sulle quali si è concentrato l’interesse, anche su richiesta specifica dell’Amministrazione
regionale, sono state le seguenti:

              Green economy
              Innovazione nel manufacturing
              Tecnologie per la salute
              Pervasività dell’ICT

Esse rivestono, per motivazioni diverse, una grande importanza per la Regione Emilia-Romagna e
per esse è particolarmente utile identificare le tendenze tecnologiche che caratterizzeranno i
prossimi anni. Tali tendenze possono contribuire alla costruzione di programmi di sviluppo delle
singole imprese e al consolidamento di conoscenze dei ricercatori che potranno essere in grado di
offrire nuove opportunità di sviluppo ai soggetti economici non solo regionali. Inoltre, esse
potranno costituire ambiti di possibile intervento della politica regionale a sostegno
dell’innovazione.

E’ utile ricordare che l’intero impianto dell’attività è basato sull’assunto che la ricerca applicata
possa costituire la base della crescita competitiva di un territorio, e che essa debba essere favorita
e sostenuta tenendo conto delle eccellenze e delle vocazioni territoriali ed utilizzando in modo
efficace le tecniche del trasferimento di tecnologia valorizzando economicamente e socialmente i
risultati della ricerca scientifica, in una ottica fortemente orientata all’open innovation.




                                                                                                Pag. 9/109
Uno studio di prospettiva sulle tendenze tecnologiche considera dunque centrale il ruolo della
ricerca scientifica cogliendone spunti e traiettorie filtrate attraverso la sua “usabilità” a medio
termine, per fini economici e di mercato o sociali, e cogliendone vincoli ed opportunità.

L’ambito di intervento di questo lavoro è quindi relativo all’identificazione delle tecnologie, delle
tecniche e dei metodi che potranno utilmente essere utilizzati a medio lungo termine dal sistema
economico e sociale della Regione Emilia-Romagna per incrementare la sua competitività, per
rafforzare la sua posizione sui mercati con prodotti e processi più sostenibili, e per rendere
migliore la vita dei suoi cittadini.

I punti di snodo del metodo utilizzato sono la reale applicabilità nel contesto regionale delle
tecnologie proposte, confermata dalla presenza di imprese con ruolo-guida per posizione di
mercato, autorevolezza e influenza sulla catena della subfornitura territoriale, e la loro
adeguatezza rispetto alle grandi tendenze globali sociali e di mercato, con le quali tutti dovranno
nei prossimi anni confrontarsi.

Nella realizzazione del lavoro è stata utilizzata una metodologia concordata tra ASTER e dai
membri della Rete Alta Tecnologia (imprese, università ed enti di ricerca) basata sulle seguenti
fasi:

   1. Creazione di team di scenario

   2. Acquisizione dei Megatrend globali sociali e di mercato




   3. Mappatura delle relazioni tra i megatrend e le 4 aree strategiche. Questa fase ha permesso
      di operare una selezione dei megatrend di maggiore impatto per ogni area strategica




   4. Identificazione di un numero limitato di linee di intervento specifiche per ogni area
      strategica, i PILLAR




                                                                                              Pag. 10/109
5. Mappatura delle relazioni tra i pillars e i megatrend rilevanti. Questa fase ha consentito di
   analizzare i contenuti dei pillars tenendo conto delle tendenze sulle quali essi possono
   avere influenza e dunque, in un certo senso, di ottenere i problemi generali ai quali essi
   possono offrire una valida soluzione.


6. Identificazione delle tecnologie-chiave (o dei metodi-chiave) che potranno essere
   considerati per affrontare le tendenze rilevanti. Le tecnologie o i metodi potranno essere
   utilizzati per la realizzazione di nuovi prodotti, o per l’identificazione di nuovi processi che
   terranno conto dei trend generali e quindi potranno presentare maggiore attrattività per il
   mercato.




7. Identificazione di imprese o, in generale, di soggetti che possono incrementare le
   performance della loro attività mediante l’utilizzo dei risultati della ricerca, con un ruolo di
   guida per il territorio, sia per la loro leadership di mercato che per la loro posizione sulla
   catena del valore, da considerare come pivot regionali.


8. Analisi del grado di consapevolezza dei pivot regionali sulle tecnologie identificate e sul
   loro ruolo nell’evoluzione futura di medio periodo.


9. Attivazione di un processo ricorsivo per aggiornare in permanenza gli scenari in base ai
   feedback o alle linee guida regionali.




                                                                                          Pag. 11/109
L’articolazione di questo documento utilizza la stessa sequenza operativa. Nel capitolo 3 sono
descritti sinteticamente i megatrend generali utilizzati, viene analizzata la loro relazione con le
quattro aree strategiche e, per quelli maggiormente rilevanti per l’area INNOVAZIONE NEL
MANUFACTURING viene proposta una descrizione più analitica, in cui vengono valorizzati gli
aspetti di specifico interesse.

Nel capitolo 4 viene presentata e discussa l’organizzazione per linee di tendenza specifiche o
pillars, e viene mostrata la connessione tra ciascuna di esse e i megatrend per l’identificazione
delle tecnologie e delle eventuali metodologie-chiave.

Nel capitolo 5 ogni pillar viene esaminato in dettaglio attraverso l’analisi delle tecnologie-chiave,
che considerano anche le opinioni dei pivot regionali.

L’attività qui descritta è stata svolta nell’anno 2011 come parte del piano di attività integrato
ASTER-Rete Alta Tecnologia ed ha coinvolto gruppi di lavoro identificati in sede di Comitati di
Coordinamento delle Piattaforme Tecnologiche Regionali per le aree strategiche sopra descritte. A
regime essa costituirà un’attività permanente del piano di attività annuale, e potrà prendere in
considerazione sia linee di intervento aggiuntive sulle stesse aree strategiche che aree strategiche
aggiuntive, adeguandosi così alle evoluzioni tecnologiche e di mercato, ed agli interessi specifici
del territorio.




3 MEGATREND E DRIVER DI CRESCITA 2010-14

            3.1 IDENTIFICAZIONE DEI MEGATREND GLOBALI

I megatrend utilizzati nella realizzazione dell’attività sono quelli più recenti sviluppati sulla base di
una originale metodologia dalla società di consulenza FROST&SULLIVAN1, personalizzati ed
ulteriormente definiti su commessa specifica per le esigenze e le aree di intervento di questo
lavoro2.

I megatrend sono tendenze di sviluppo macroeconomico globale che hanno impatto sugli affari,
sull’economia, sulla società, sulla cultura e in generale sulla vita delle persone e contribuiscono ad
costruire una plausibile visione del mondo del futuro e la sua evoluzione.

I megatrend hanno significati e importanza diversa a seconda delle diverse imprese, dei diversi
settori e delle diverse culture. La loro analisi e le loro implicazioni nei casi specifici formano una



1
 www.frost.com
2
 Si noti che, in generale, ogni considerazione riguardante scenari evolutivi futuri deve essere trattata da esperti nel
settore con le debite cautele.




                                                                                                             Pag. 12/109
componente importante nella definizione delle strategie future e nelle politiche di innovazione, ed
hanno ricadute importanti sui nuovi prodotti e sui nuovi processi.

I megatrend possono essere usati come base per l’assunzione di decisioni strategiche
identificandone gli influssi sulle varie funzioni aziendali, dal marketing, alla pianificazione R&S, alla
gestione delle risorse umane, ecc.

L’identificazione dei megatrend avviene con il coinvolgimento di un gran numero di tecnici analisti
esperti nei vari settori che operano in tutto il mondo con un metodo comune, basato su quattro
step:

          Selezione di megatrend attraverso analisi macroeconomiche, interviste e attività di
           brainstorming
          Generazione di uno scenario di fattori ed implicazioni per la società, per il mercato e
           per altri fattori chiave
          Analisi dell’impatto di questo scenario su mercati specifici
          Analisi di opportunità/vincoli per segmenti di mercato definiti, con suggerimenti per
           definizione/sviluppo di pianificazioni tecnologiche.



Sulla base di questa metodologia sono stati identificati i seguenti 13 megatrend rilevanti per la
nostra situazione territoriale:




                                                                                               Pag. 13/109
DESCRIZIONE SINTETICA
1. SMART CITIES AND     CITTA’ E           In futuro aumenteranno le concentrazioni abitative
INFRASTRUCTURES         INFRASTRUTTURE     e per esse sarà importante una gestione più
                        INTELLIGENTI       intelligente e sostenibile, in relazione alle reti
                                           energetiche, alla mobilità, agli edifici. L’efficienza
                                           energetica e le emissioni zero costituiranno la base
                                           per questa tendenza.


2. NEW GENERATION       NUOVA              La maggioranza della popolazione giovane sarà
                        COMPOSIZIONE       concentrata in India e in Cina, l’Europa avrà il 20%
                        GENERAZIONALE      del totale mondiale di popolazione ultraottantenne
                        DELLA              e le donne aumenteranno la presenza nella finanza
                        POPOLAZIONE        e nel business.


3. GEO-SOCIALIZATION    GEO-               Le interazioni fra individui e fra organizzazioni e le
                        SOCIALIZZAZIONE    possibilità di accesso a servizi saranno ripensate a
                                           partire dalle informazioni di localizzazione
                                           associate a dispositivi personali e pubblici



4. SMART CLOUD          CLOUD              Nel futuro sarà possibile integrare cloud pubblici e
                        INTELLIGENTE       privati e allocare cloud “ad-hoc” secondo le
                                           esigenze delle imprese.




5. VIRTUAL WORLD        MONDO VIRTUALE     Gli ambienti di simulazione saranno utilizzati in
                                           molti ambiti , ed in particolare nella difesa, nella
                                           medicina, nell’educazione, nella mobilità e nel
                                           business



6. NEW BUSINESS MODEL   NUOVI MODELLI DI   I modelli di business evolveranno verso
                        BUSINESS           condivisione di risorse (infrastrutture, macchinari)
                                           e pagamenti orari per servizi e per uso.




                                                                                        Pag. 14/109
DESCRIZIONE SINTETICA
7. WIRELESS             SVILUPPO DELLE        Nel futuro la connettività sarà principalmente
INTELLINGENCE AND       RETI E INTELLIGENZA   wireless, aumenteranno i dispositivi disponibili, la
ADVANCEMENT IN          WIRELESS              loro interconnessione e la capacità di elaborazione.
NETWORKS                                      L’ulteriore sviluppo della banda in termini di
                                              ampiezza e disponibilità influenzerà nuove
                                              generazioni di applicazioni e servizi e l’intelligenza
                                              artificiale.



8. INNOVATING TO ZERO   INNOVATING TO         L’innovazione di prodotti e processi sarà guidata
                        ZERO                  dagli obiettivi resi radicali dalle esigenze sociali di
                                              ridurre a zero i difetti, le falle di sicurezza, gli errori,
                                              gli incidenti e le emissioni pericolose per
                                              l’ambiente e la salute dei cittadini.


9. INNOVATIVE           TECNOLOGIE            Crescerà l’utilizzo di tecnologie oggi emergenti
TECHNOLOGIES OF THE     ABILITANTI DEL        legate ai nanomateriali, all’elettronica flessibile, ai
FUTURE                  FUTURO                laser, ai materiali “intelligenti” e così via.




10. E-MOBILITY          MOBILITA’             L’uso di veicoli elettrici a 2 e 4 ruote aumenterà
                        ELETTRICA             irreversibilmente erodendo la quota della mobilità
                                              tradizionale e saranno necessarie la realizzazione
                                              di nuove infrastrutture e l’identificazione di nuove
                                              soluzioni tecnologiche.

11. CURE & PREVENT IN   CURA E                Accanto allo sviluppo delle nuove terapie, il valore
HEALTHCARE              PREVENZIONE           sociale della salute ed del benessere delle persone
                        NELLA SANITA’         aumenterà. I metodi di prevenzione e di cura
                                              dovranno considerarlo nell’ipotizzare le proprie
                                              traiettorie di sviluppo.




                                                                                               Pag. 15/109
DESCRIZIONE SINTETICA
12. FACTORY OF THE   IMPRESA DEL         Aumenterà l’utilizzo dell’automazione industriale, il
FUTURE: SMART AND    FUTURO:             ricorso a tecniche di intelligenza artificiale e robot
GREEN                INTELLIGENTE E      intelligenti. La produzione sarà sempre più rapida,
                     VERDE               efficiente e sostenibile.




13. GLOBAL POWER     RETi Dİ             Aumenterà la quota di produzione di energia
GENERATION           GENERAZİONE Dİ      elettrica da parte dei paesi emergenti, e la quota
                     POTENZA ELETTRİCA   proveniente da fonti rinnovabili. In particolare
                     DİSTRİBUİTE         nella gestone delle reti che oggi vedono luoghi di
                                         produzione concentrati e con alta potenza, si
                                         dovranno considerare immissioni puntiformi dalla
                                         periferia verso il centro, con un diagramma di
                                         produzione stocastico derivanti da condizioni
                                         meteorologiche e alternanza giorno-notte




                                                                                     Pag. 16/109
3.2 IMPATTO DELLE AREE STRATEGICHE SUI MEGATREND

Come anticipato in introduzione, il primo passo nell’interpretazione dei Megatrend generali con
riferimento alle quattro aree strategiche ed alla situazione specifica della regione Emilia-Romagna,
ha richiesto una analisi delle relazioni tra ogni area strategica e i 13 Megatrend, operando una
selezione di tipo qualitativo per identificare le più rilevanti e le maggiormente significative per il
territorio regionale. Ne è risultata, per ogni area strategica, una selezione di tendenze che sono
particolarmente di interesse, con influenze importanti sui mercati e sui prodotti del futuro. Su tali
tendenze si è concentrata l’attenzione del gruppo di lavoro in quanto importanti drivers di
mercato a cui rispondere con opportune tecnologie/tecniche che sono quelle discusse nel
documento, e proposte come possibili soluzioni per affrontare le conseguenti sfide. Sulle tendenze
selezionate si sono anche intervistati i pivot regionali, allo scopo di comprenderne il grado di
consapevolezza e di importanza per il mercato di riferimento.

Ne sono risultate quattro situazioni rappresentate qui di seguito, che mostrano, per ogni area
strategica analizzata, le tendenze maggiormente significative.




                            MEGATREND rilevanti per GREEN ECONOMY




                                                                                            Pag. 17/109
MEGATREND rilevanti per INNOVAZIONE NEL MANUFACTURING




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MEGATREND rilevanti per TECNOLOGIE PER LA SALUTE




  MEGATREND rilevanti per PERVASIVITA’ DELL’ICT




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3.3 I MEGATREND PIU’ RILEVANTI PER L’AREA “INNOVAZIONE NEL
              MANUFACTURING”

Le seguenti nove tendenze sono state considerate di particolare importanza per lo scenario
“INNOVAZIONE NEL MANUFACTURING”.

1. CITTA’ E INFRASTRUTTURE INTELLIGENTI
2. NUOVA COMPOSIZIONE GENERAZIONALE DELLA POPOLAZIONE
5. MONDO VIRTUALE
6. NUOVI MODELLI DI BUSINESS
7. WIRELESS INTELLIGENCE AND ADVANCEMENT IN NETWORKS
8. INNOVATING TO ZERO
9. TECNOLOGIE INNOVATIVE DEL FUTURO
12. IMPRESA DEL FUTURO, INTELLIGENTE E VERDE
13. GLOBAL POWER GENERATION

Nel seguito esse vengono descritte con maggior dettaglio, dandone una visione non generale ma
specificamente orientata ai temi della produzione.

1. CITTA’ E INFRASTRUTTURE INTELLIGENTI

                     Attualmente metà della ricchezza mondiale è concentrata in 25 città. Nel 2020
                     il 60% della popolazione vivrà in città, e aumenterà la concentrazione di
                     popolazione attorno a pochi nuclei urbani, con la creazione di grandi
                     agglomerati con molti milioni di abitanti (megacities). Questa è una tendenza
                     generale, ma avrà un impatto maggiore nei paesi dell’area BRIC (Brasile, Russia,
India e Cina). Attorno alle megacities si amplieranno aree geografiche suburbane molto ampie che
ingloberanno altre città di medie dimensioni localizzate nelle vicinanze. Il concetto di città evolverà
verso quello di network di città, con molti centri, in cui saranno localizzati servizi ad alto valore
aggiunto (finanza, negozi di lusso, unità abitative di soggetti con grande capacità di spesa). Nelle
città satellite dovranno essere localizzate infrastrutture di elevato livello. La presenza di imprese di
subfornitura potrà aumentare il numero delle città satellite. L’efficienza del sistema di trasporti,
soprattutto quelli pubblici che aumenteranno la loro importanza, diventerà centrale per il
benessere degli abitanti, la logistica dei beni e dei servizi associati aumenterà la sua importanza, e
l’uso di reti energetiche intelligenti diventerà necessario per evitare un impatto troppo pesante
sull’ambiente naturale.




                                                                                              Pag. 20/109
2. NUOVA COMPOSIZIONE GENERAZIONALE DELLA POPOLAZIONE

                    In futuro si assisterà a modifiche importanti nella composizione generazionale
                    della popolazione. Nel 2020 la quota di popolazione tra i 15 e i 34 anni, la
                    cosiddetta generazione Y, sarà quasi il 35 % della popolazione e oltre il 60% di
                    essi vivrà in India e Cina. Questa generazione avrà un impatto importante sui
                    mercati e sulla tipologia di prodotti che avranno maggiormente successo. Essa
infatti sarà nativamente digitale e sarà orientata verso prodotti fortemente personalizzati
(individualizzati), con elevato contenuto tecnologico, permanentemente connessi, attenti
all’impatto ambientale, con tempi di risposta rapidi. Allo stesso tempo, oltre il 15% della
popolazione mondiale sarà composta da ultraottantenni (tale valore è in crescita esponenziale e
raggiungerà il 20% nel 2050), ma questa percentuale salirà al 26% in Europa, dove quindi
aumenterà l’importanza dei servizi alla persona, degli aspetti legati al benessere, del comfort, della
semplicità di uso. Il marketing strategico dovrà considerare questa tendenza nel progettare nuovi
prodotti per il mercato europeo. Inoltre, aumenterà il numero delle donne lavoratrici, anche in
posizioni gerarchiche elevate. Esse dunque aumenteranno il loro potere sui mercati e ci saranno
intere linee di prodotti dedicate in modo particolare a tali fasce di mercato. La composizione delle
famiglie si modificherà con pochi figli nati da genitori in età adulta e aumenteranno le famiglie
mono-parentali.



5. MONDO VIRTUALE

                   In futuro gli ambienti di simulazione avranno sempre maggiore rilevanza nei
                   campi della difesa, della medicina, dell’educazione, nella mobilità e nel business.
                   La simulazione 3D sarà molto utilizzata per interagire tra persone e per
                   sperimentare situazioni. Il commercio elettronico evolverà verso i negozi virtuali
                   in cui provare prodotti senza uscire da casa. La chirurgia virtuale consentirà
l’esecuzione di operazioni da remoto e il training di personale senza richiederne la mobilità.
Saranno incrementate le conferenze virtuali, così come i corsi di formazione. Ambienti virtuali
potranno essere utilizzati per l’organizzazione di training su dispositivi e impianti di produzione.
Mediante simulazioni sarà possibile effettuare da remoto assistenza per la manutenzione
programmata o straordinaria di impianti situati in zone remote, che è difficile e costoso
raggiungere. L’utilizzo intensivo di interfacce touch consentirà di utilizzare agevolmente interazioni
gestuali ed intuitive per dispositivi di uso comune, oltre che per giochi e intrattenimento.




                                                                                            Pag. 21/109
6. NUOVI MODELLI DI BUSINESS

Una nuova generazione di modelli di business influenzerà il mercato e lo sviluppo tecnologico con
                    l’evoluzione verso modelli come personalizzazione, condivisione di risorse
                    (infrastrutture, macchinari) e pagamenti orari per servizi e per uso,
                    introducendo modalità di marketing completamente nuove. Il concetto di
                    acquisto e proprietà si sposterà drasticamente verso il noleggio e l’utilizzo anche
                    in campi quali i mezzi e gli impianti di produzione, che così potranno essere più
                    facilmente saturati. Il pagamento per unità di utilizzo (ad esempio per Km
percorsi, ore volate, telefonate effettuate, …) o la condivisione di utilizzo (il car sharing) potranno
essere applicati in campi sempre più ampi e diversificati, ad esempio nei mezzi di produzione,
inserendo nuove dinamiche di relazione tra concorrenti e tra clienti e fornitori. Nuovi prodotti
potranno essere appositamente studiati per nuovi segmenti di mercato, quali ad esempio i
prodotti a basso costo e requisiti essenziali, o l’insieme prodotto+servizio (ad esempio impianti di
produzione, materiali di consumo e personale con adeguate competenze).



7. WIRELESS INTELLIGENCE AND ADVANCEMENT IN NETWORKS

                   Nel prossimo futuro le trasmissioni di segnali saranno sempre più decisamente
                   realizzate attraverso tecniche wireless. Si stima che nel 2020 l’80% delle
                   trasmissioni sarà di questo tipo ed integrata in una unica piattaforma IT. Questa
                   situazione avrà implicazioni molto importanti per i cittadini. La tecnologia
                   mobile 4G permetterà l’integrazione completa dei segnali in una unica
piattaforma, le tecnologie satellitari saranno disponibili per servizi a trasporto aereo, marittimo e
terrestre, saranno disponibili reti cittadine, con hotspot localizzati in luoghi pubblici ed altri luoghi
di interesse. La maggioranza delle autovetture sarà dotata di dispositivi per la guida satellitare, in
grado di affrontare in modo intelligente il traffico, mentre gli edifici integreranno sistemi di
building automation e le abitazioni e gli uffici potranno essere controllati e governati in modo
intelligente ed adattativo da dispositivi vari come laptop e Iphone. Sistemi di sorveglianza wireless
permetteranno la gestione di eventi da parte di servizi di emergenza. La comunicazione Macchina-
Macchina sarà sempre più di questo tipo, attraverso sensori wireless che permetteranno la
misurazione, il controllo e il comando di dispositivi e macchine, anche a livello di sistemi di
produzione, garantendo maggiore affidabilità e flessibilità. Questa tecnologia consentirà anche un
più agevole monitoraggio nell’uso dell’energia e dunque anche considerevoli risparmi.




                                                                                               Pag. 22/109
8. INNOVATING TO ZERO

                      L’innovazione di prodotti e processi sarà orientata alla riduzione (in prospettiva a
                      zero) dei difetti, delle falle di sicurezza, degli errori, degli incidenti e delle
                      emissioni pericolose per l’ambiente e la salute dei cittadini. Le tecniche di
                      prevenzione e di gestione degli errori e dei difetti in produzione saranno
                      migliorate, con lo scopo di ridurre le perdite di efficienza. Dovranno essere
                      incrementate le performance degli impianti in termini di produttività riducendo i
fermi per malfunzionamento attraverso l’utilizzo intensivo di tecniche di diagnostica, prognostica e
manutenzione programmata. Sarà incrementato l’utilizzo di tecniche legate alla gestione
dell’intero ciclo di vita dei prodotti, dall’utilizzo consapevole di materie prime a tecniche per
facilitare il riuso, la second-life, e lo smaltimento, correlate con la minimizzazione del loro total
cost. I consumi energetici dei sistemi di produzione dovranno essere ridotti, mediante l’utilizzo di
materiali innovativi più leggeri e resistenti, la riduzione delle perdite e il controllo intelligente del
loro funzionamento. Dovranno essere ridotti gli sprechi di risorse, anche attraverso il riutilizzo
degli scarti ed il recupero dei componenti economicamente interessanti. L’efficienza dei sistemi di
trasformazione dell’energia (motori, turbine, pompe, …) dovrà essere migliorata anche mediante
l’uso di tecniche di simulazione con obiettivi di ottimizzazione. Dovranno essere utilizzati modelli
di business che consentano una riduzione della logistica collegata alle merci (mercati km-zero).



9. TECNOLOGIE INNOVATIVE DEL FUTURO

                   Le tecnologie che modificheranno maggiormente i prodotti del futuro saranno:

                         Batterie e sistemi di accumulo di energia, più capienti, efficaci e leggere
                         Materiali intelligenti, sensibili all’ambiente circostante in grado di subire
                  modifiche prevedibili
              Tecnologie dell’Informazione “verdi”
              Laser con migliori performance in termini di potenza e precisione
              Biotecnologie bianche, basate su micro-organismi e catalizzatori biologici, per
               produzione di nuovi materiali e combustibili alternativi
              Sistemi a guida autonoma equipaggiati con sensoristica sofisticata per usi civili e di
               primo soccorso oltre che militari
              Integrazione 3D
              Solar PV
              Nanomateriali
              Elettronica flessibile




                                                                                                Pag. 23/109
Con particolare riferimento alla competitività delle imprese europee, la Commissione Europea ha
recentemente (giugno 2011) identificato le seguenti sei tecnologie abilitanti per nuovi prodotti del
futuro

      Nanotecnologie
      Micro e nano-elettronica
      Biotecnologie industriali
      Fotonica
      Materiali avanzati
      Sistemi avanzati di produzione


12. IMPRESA DEL FUTURO, INTELLIGENTE E VERDE

                    La fabbrica del futuro dovrà essere intelligente e verde, flessibile pur
                    mantenendo elevata capacità produttiva, ad automazione incrementata e basata
                    su sistemi di intelligenza artificiale. Dovranno essere utilizzati mezzi di
                    produzione altamente riconfigurabili, con alta efficienza energetica e consumi
                    bassi di potenza, per i quali la formazione potrà essere organizzata da remoto
con strumento immersivi e con realtà aumentata. La logistica di fabbrica sarà basata su sistemi di
movimentazione autonoma controllati da sistemi di intelligenza artificiale in grado di ottimizzare
consumi e prestazioni. La manutenzione dei sistemi produttivi sarà basata su sistemi predittivi e
potrà essere realizzata da remoto. I consumi energetici potranno essere ridotti anche grazie allo
sfruttamento dell’energia ottenuta da scarti e residui, e grazie all’uso di reti intelligenti di
distribuzione in grado di minimizzare le emissioni nell’ambiente. La fabbrica del futuro sarà
ampiamente sensorizzata al fine di controllarne in modo efficace situazioni ambientali, condizioni
operative e livelli di produzione. I sensori utilizzati faranno sempre più ricorso a tecnologie
wireless, che utilizzeranno reti locali ad alte prestazioni e semplificheranno i sistemi fisici. Le
potenze installate dovranno essere ridotte, e verrà incrementato l’utilizzo di motori a basso e
medio voltaggio. In generale i tempi e i costi di produzione dovranno essere ridotti e si farà un
utilizzo massiccio di tecniche di simulazione che potranno ridurre drasticamente i tempi di
sviluppo. Il consumo di acqua dovrà essere ridotto e i processi che ne fanno un uso significativo
(ad esempio quelli alimentari) dovranno trovare tecnologie alternative e sistemi per il riciclo ed il
riuso. Grande attenzione sarà riservata alla sicurezza ed alla prevenzione di incidenti, in modo
particolare quelli che possono avere un negativo impatto sull’ambiente.




                                                                                           Pag. 24/109
13. GLOBAL POWER GENERATION

                 Nel 2020 metà dell’energia elettrica prodotta nel mondo proverrà dai paesi
                 emergenti. La quota proveniente dalle rinnovabili crescerà significativamente.
                 Occorrerà dunque migliorare le tecnologie relative alla gestione di reti in
                 generale ed elettriche in particolare alimentate dalle grandi centrali (come
                 avviene attualmente), ma anche da centrali distribuite nella periferia e operanti
direttamente in bassa tensione. Rilevante sarà la necessità di basarsi sui modelli stocastici di
produzione legati alla modulazione della produzione elettrica effettuata dagli agenti astronomici e
atmosferici.



Nel completare l’esame dei megatrend con impatto specifico sul manufacturing e sulla
produzione, può essere utile esaminare sinteticamente alcune considerazioni che derivano da una
previsione proposta da F&S3.

Secondo tale prospettiva, lo sviluppo del Manufacturing evolverà sulla base del modello 3C:
Competizione, Collaborazione e Conformità come rappresentato nello schema che segue.




3
    Vision of the Future of Manufacturing and Production (Visi-MAP) Module-1, N7B5-10, dicembre 2010




                                                                                                       Pag. 25/109
SFIDE                       TENDENZE              DOMINI                           IMPLICAZIONI PER LA PRODUZIONE E IL MANUFACTURING
                                                                                   Gestione della distribuzione e del trattamento dell'acqua/dei
                                                  Acqua
                                                                                   rifiuti
                            Efficienza nell'uso   Energia                          Mix di esplorazione, produzione e distribuzione di energia
                            delle risorse
                                                  Persone                          Gestione del capitale umano
COMPETIZIONE
                                                  Ambiente                         Pratiche per la produzione sostenibile e i cambiamenti climatici

                            Eccellenza            Eccellenza degli asset           Efficienza real-time degli asset
                            operativa             Eccellenza del processo          Innovazione di processo e differenziazione tecnologica
                                                  Integrazione di fabbrica         Produttività, qualità pianificata, time to market
                            Integrazione
                                                  Integrazione di eco-sistema      Efficienza della subfornitura e costo del prodotto
COLLABORAZIONE                                                                     Digital manufacturing, simulazione virtuale, virtual
                                                  Visualizzazione del prodotto
                            Visualizzazione                                        commissioning
                                                  Visualizzazione del processo     Visibilità real-time del processo, gestione del ciclo di vita
                                                  Rischi per le persone
                            Riduzione dei                                          Sistemi di sicurezza, cyber security, validazione e gestione della
CONFORMITA’                                       Rischi per il processo
                            rischi                                                 qualità
                                                  Rischi tecnologici




Considerando le implicazioni mostrate, ne derivano cinque tendenze aggregate per ogni sfida,
specifiche per il tema manufacturing e produzione, mostrate sinteticamente negli schemi che
seguono.



             COMPETIZIONE                                         COLLABORAZIONE                                             CONFORMITA'
 •Produzione sostenibile: adottare pratiche            •Partnership per la mitigazione del rischio:            •Gestione del rischio: considerare i rischi a
  innovative ed economiche che                          collaborare nell'ambito della catena di                 livello dell'impresa ed avviare strategie di
  permettano l'utilizzo ottimale delle risorse          subfornitura per condividere e mitigare i               mitigazione e controllo dei rischi
  con continua riduzione dell'impronta di               rischi                                                 •Sicurezza e controllo: unificare in un
  carbonio                                             •Ottimizzazione e visibilità della supply-               ambito unico la sicurezza e il controllo
 •Efficienza energetica ed operativa:                   chain: visibilità real-time sulle attività di          •Continuità del business: focalizzare
  monitorare il consumoed il costo                      subfornitura per favorire i miglioramenti               l'attenzione sulla gestione delle situazioni
  energetico per aumentare la redditività e             di processo                                             di dissesto e con forte criticità
  l'efficacia degli asset                              •Produzione digitale: avviare la                        •Sicurezza cibernetica: ridurre la
 •Produzione adattativa: rispondere                     convergenza delle fasi di progettazione,                vulnerabilità dei sistemi informatizzati e
  velocemente ai cambiamenti del mercato                ingegnerizzazione e produzione per la                   connessi
 •Ingegnerizzazione frugale: adottare                   riduzione dei costi                                    •Strategia di migrazione: Focalizzare
  progettazione e pratiche di produzione               •Simulazione e virtualizzazione: usare le                l'attenzione sulle tecnologie che
  frugali e nuovi prodotti innovativi, per              tecniche della simulazione per il controllo             massimizzano il ROI
  ridurre i rifiuti e produrre a costi minori           del workflow
  pur rispettando le funzionalità desiderate           •Gestione delle relazioni con i partners:
  dal mercato                                           includere i partners nelle attività innvative
 •Innovazione verde dei processi: Usare                 e considerarli come clienti interni
  principi centrati sul processo con
  l'obiettivo di ridurre l'impronta di carbonio
  usando processi e materiali
  ambientalmente friendly.




                                                                                                                                           Pag. 26/109
4 ARTICOLAZIONE DELL’AREA STRATEGICA

           4.1 PILLARS E TECNOLOGIE

Il tema dell’innovazione dei sistemi produttivi e del manufacturing è da tempo al centro
dell’attenzione delle istituzioni coinvolte nella gestione delle opportunità scientifiche ed
economiche per un recupero di competitività del sistema economico sia nazionale che europeo. Il
manufacturing, infatti, rappresenta il 21% del PIL europeo e il 20% dell’occupazione, con oltre 30
milioni di posti di lavoro in 230.000 imprese, per la maggior parte Piccole e Medie. In
considerazione della grande importanza di questo ambito per l’Europa, la Commissione Europea
ha avviato, come parte del Recovery Plan, una azione specifica sotto la forma di PPP (Public Private
Partnership) dal titolo Fabbrica del Futuro (FoF, Factory of the Future)4. La CE ha inoltre
commissionato ad un High Level Expert Group formato da rappresentanti delle imprese europee
un’analisi per identificare le linee di azione più importanti nell’ambito dell’azione FoF 5. Il
documento prodotto offre una visione molto interessante delle direzioni di intervento che
possono essere percorse per affrontare il tema della produzione del futuro, orientata
essenzialmente ai seguenti temi:

                Definizione di un nuovo modello europeo di sistemi di produzione basato su alte
                 prestazioni, personalizzazione, attenzione all’ambiente, efficienza energetica,
                 potenziale umano e creazione di conoscenza
                Utilizzo di produzione ICT-based e di tecnologie innovative
                Applicazione di metodi e processi per la produzione sostenibile.

I suggerimenti contenuti nella road-map di FoF sono stati largamente utilizzati nella definizione dei
pillars attorno ai quali analizzare il tema dell’innovazione nella produzione. In particolare, il gruppo
di lavoro ha selezionato le seguenti 5 aree (vedi figura sotto):

        Manufacturing ad alte prestazioni: è l’area che affronta il problema dell’ottimizzazione
        delle performance operative delle componenti e dei sistemi di produzione;
        Manufacturing intelligente: si affrontano i temi dell’utilizzo delle tecniche e degli
        strumenti ICT per una corretta interazione tra componenti sia interne che esterne
        all’impresa, inclusa l’automazione di fabbrica;




4
 http://ec.europa.eu/research/industrial_technologies/factories-of-the-future_en.html
5
 http://ec.europa.eu/research/industrial_technologies/pdf/ppp-factories-of-the-future-strategic-multiannual-
roadmap-info-day_en.pdf




                                                                                                        Pag. 27/109
Manufacturing sostenibile: tratta il tema dell’uso efficiente delle risorse (acqua, energia,
       …) negli ambienti produttivi
       Progettazione del futuro: attenzione particolare viene dedicata alla fase di definizione di
       nuovi prodotti e nuove modalità di utilizzo corretto dei sistemi di produzione basate su
       sistemi di realtà aumentata
       Materiali a funzionalità incrementata: è l’area che affronta le opportunità offerte da nuovi
       materiali per aumentare le funzionalità dei prodotti e dei processi produttivi.

A queste aree, si è aggiunta una sesta direzione di intervento che tratta i nuovi modelli di business
applicati in modo particolare ai mezzi di produzione. Si tratta di un tema di interesse trasversale
rispetto a tutti i contenuti qui proposti, e per tale motivo è stato trattato in modo differente dagli
altri. Si veda il capitolo successivo per una descrizione dettagliata di questo argomento.




Per ognuno dei cinque pillar identificati è stata effettuata una analisi specifica relativa alle
tecnologie ed ai metodi più promettenti per il nostro sistema regionale. Nella sezione 5 ogni pillar
è descritto insieme alle relative tecnologie.




                                                                                             Pag. 28/109
4.2     NUOVI MODELLI DI BUSINESS 6

I nuovi modelli di business (o new business models) sono
individuati tra i principali Megatrend di sviluppo che
influenzeranno nei prossimi decenni l’intero scenario                       The Next Generation Business
macro e micro economico e le stesse dinamiche sociali7.                     Models will redefine future
                                                                            business propositions and
Gianluca Marchi e Marina Vignola (2011) delineano il                        influence future technology and
concetto di Modello di Business come segue: “una storia                     product development. These
che spiega come un’impresa funziona con                                     business models will not only
un’impostazione customer-based all’incrocio tra                             reshape the landscape of business
                                                                            environment and but also
competenze di imprese e bisogni dei clienti”,
                                                                            influence industry dynamics. Some
“l’architettura finanziaria ed organizzativa di un business,                of these evolving models are
“un device che media tra sviluppo della tecnologia e                        Personalization, Car Sharing,“Pay
creazione del valore economico”, “una rappresentazione                      by the Hour”7
della logica di azione strategica di un’impresa nel creare
e catturare valore e nelle interazioni con un ampio value
network”. L’importante contributo di Shaefer et al.
(2005) permette di individuare gli ingredienti essenziali per un new business model: le scelte
strategiche, le modalità di creazione del valore, le modalità di cattura del valore e le modalità di
relazione con il value network (customers and co-creators).

Nell’industria manifatturiera in generale e, più specificamente, nel settore dei beni strumentali, i
nuovi modelli di business servono per adattarsi all’ambiente competitivo attraverso: servizi
aggiuntivi (ad alto valore aggiunto), integrazione/razionalizzazione della produzione, fornitura di
tecnologie esclusive e/o complesse, alternative alla vendita tradizionale del bene, fornitura di
servizi finanziari (es. leasing). I nuovi modelli di business spingono gli imprenditori, i partners e gli
stakeholders a competere in un’ottica di sistema. In generale un nuovo modello di business
consiste nell’utilizzo di un bene strumentale sulla base di contratti alternativi alla vendita (es.
noleggio con servizi, pay per use, pay per unit, pay per availability, wet leasing, vertical/P2P
renting, BOT – Build Operate Transfer, buyback …) a loro volta integrati da eventuali servizi ad alto
contenuto di conoscenza e/o ad alto valore aggiunto per gli utilizzatori.




6
  Questa parte è la sintesi dei contributi di Gianluca Marchi e Marina Vignola dell’Università di Modena, di Francesco
Timpano dell’Università Cattolica di Piacenza e di Serena Costa, del Laboratorio MUSP di Piacenza.
7
  “Mega Trends: Pre-empt the future! Exploring new frontiers to grasp upcoming opportunities” – Frost & Sullivan -
2010




                                                                                                             Pag. 29/109
Sono diversi i soggetti interessati e coinvolti nel funzionamento dei nuovi modelli di business: le
aziende costruttrici, gli utilizzatori finali, gli intermediari bancari e finanziari – specializzati nel risk
management e nella relativa contrattualistica, il personale di operation e di manutenzione, il
management team ed eventuali società che si occupano di noleggio e/o leasing. Le soluzioni
tecnologiche che le imprese produttrici manifatturiere (Piccole, Medie o Grandi Imprese) potranno
adottare per operare efficacemente sul mercato competitivo globale attraverso modelli di
business alternativi fanno diretto riferimento alle tecniche di monitoraggio remoto
(e-maintenance) e della riconfigurabilità e flessibilità del prodotto o della componente (modelli
multiclient).

Dunque i nuovi modelli di business, basati sull’efficace integrazione tra gli sviluppi della tecnologia
al servizio delle esigenze dei players del comparto (costruttori e utilizzatori) da un lato e gli
elementi contrattuali-organizzativi dall’altro, aumentano la dimensione del mercato (costruttori –
noleggiatori - finanziatori - utilizzatori) e consentono di condividere e ripartire il rischio
imprenditoriale tra gli attori in gioco. Il buon coordinamento e la corretta redistribuzione del
potere di mercato tra i diversi attori coinvolti offre loro un valore aggiunto aumentando così la
competitività complessiva degli stessi. La business model innovation permette di:

       diminuire il rischio d’impresa sfruttando strumenti contrattuali (leasing, affitto, servizio …)
        ed accordi organizzativi;
       sfruttare l’esperienza e la capacità operativa di attori normalmente non coinvolti (o
        coinvolti marginalmente) nel settore manifatturiero;
       garantire al costruttore un contatto con l’utilizzatore obiettivo;
       fornire un valore aggiunto ad ogni stakeholder (es. conoscenza di nuovi mercati di sbocco,
        definizione e sperimentazione di nuove offerte commerciali ed operative).

Si riporta uno strumento utile allo studio dei business concepts nel comparto manifatturiero delle
macchine utensili: la matrice è definita Morphological Box on product-service systems for the
machine tools industry 8 e consente di definire una tassonomia relativa ai new business models.




8
 G. Lay et al. Service-based business concepts: A typology for business-to-business markets European Management
Journal 27 (2009)




                                                                                                       Pag. 30/109
CHARACTERISTIC FEATURES               OPTIONS

                                                                           Operating
                                                         Third Party
                During phase of use Manufacturer                           Joint            Customer
                                                         (Leasing/Renting)
                                                                           Venture
Ownership
                                                                           Operating
                                                         Third Party
                After phase of use    Manufacturer                         Joint            Customer
                                                         (Leasing/Renting)
                                                                           Venture

                Manufacturing         Manufacturer       Operating Joint Venture            Customer
Personnel
                Maintenance           Manufacturer       Operating Joint Venture            Customer


                                      Manufacturer’s     Establishment fence-to-fence to    Customer’s
Location of operation
                                      establishment      the customer                       establishment

                                      In parallel operation for multiple    Operation for a single
Single/multiple customer operation
                                      customers                             customer

                                                         Pay for                            Pay for
Payment model                         Pay per unit                          Fixed rate
                                                         availability                       equipment


La valutazione strategica che precede la sperimentazione e la divulgazione di modelli innovativi di
business si articola in ambito di scelte organizzative e di filiera e di scelte finanziarie – gestionali.

Le scelte organizzative e di filiera hanno ad oggetto la declinazione del rapporto tra costruttore ed
utilizzatore del prodotto finale e le tecnologie di monitoraggio, manutenzione e riconfigurabilità.
L’insieme delle relazioni che si sviluppano tra l’azienda costruttrice e l’organizzazione utilizzatrice
del prodotto finale richiede che gli attori in gioco contemplino tre fondamentali componenti: la
scelta relativa alla localizzazione dell’impianto (es. costruttore/fence-to-fence/utilizzatore), il
product-service system (PSS) che include gli aspetti sia di operation sia di management ed, infine,
le modalità di utilizzo dell’impianto sotto il profilo organizzativo. Con riferimento alle componenti
analizzate, a titolo di esempio si annoverano la tendenza allo svilupparsi di nuovi indicatori di
customer satisfaction, al diffondersi del cosiddetto arbitrage seeker (le imprese usano a costi
decrescenti gli asset non saturati di altre imprese) e all’accesso a tecnologie sviluppate
esternamente (open innovation networks) tramite scouting interno o sistemi di brokeraggio.
L’ambito tecnologico relativo alla gestione fisica del prodotto finale e alla sua manutenzione
include le seguenti componenti innovative: nuove modalità di controllo della produzione
attraverso tecniche di Monitoraggio Remoto (altresì detto Machine to Machine-M2M), tecniche di
manutenzione condition-based e manutenzione predittiva e, in ultima analisi, caratteristiche del
prodotto capaci di stimolare le forme innovative di business (riconfigurabilità). Il Machine-to-




                                                                                                Pag. 31/109
Machine consiste nella comunicazione tra macchine, mezzi mobili ed esseri umani per lo scambio
di informazioni e dati al fine di svolgere operazioni complesse senza l'intervento umano. Si tratta
dell’insieme dei servizi, dei sistemi, delle tecnologie, del software e dell'hardware che abilitano
questa rete di comunicazioni. Le tecniche di manutenzione condition-based e di manutenzione
predittiva implicano che la pianificazione degli interventi sia basata sulla conoscenza reale e
attuale dello stato di salute del sistema (grazie a monitoraggio della macchina) e a previsione del
tempo di vita residuo effettivo (nel rispetto delle esigenze operative). I vantaggi del monitoraggio
remoto e della manutenzione predittiva possono essere così riassunti: il controllo continuo sul
funzionamento della macchina o dell’impianto, la traccia dell’evoluzione storica delle prestazioni e
della produzione, supervisione centralizzata, l’aumento dell’operatività dell’impianto grazie alla
riduzione dei fermo macchina indesiderati, la miglior gestione dei fermi pianificati, la riduzione dei
costi di manutenzione e riparazione, il mantenimento delle prestazioni al di sopra delle soglie
desiderate e la possibile prevenzione di anomalie e guasti incipienti.

Le scelte finanziarie e gestionali hanno a che vedere con la definizione delle opportune forme
contrattuali e finanziarie. Dal punto di vista contrattuale, le parti in gioco devono saper individuare
il contratto ideale alternativo alla compravendita tradizionale e che offra a ciascuno un valore
aggiunto aumentando la competitività complessiva degli stessi. Ecco alcuni esempi tra le
innumerevoli tipologie contrattuali legate ai modelli di business innovativi: pay per use, pay per
availability, pay per unit, prodotto in mano, wet leasing, noleggio con servizi. In particolare, tre
forme innovative contrattuali per l'acquisizione della capacità produttiva sono state meglio
definite da Copani G. et al (2011)9 rispetto allo stato attuale dell'arte:

       Pay Per Part - PPP (gli utenti finali acquisiscono capacità produttiva come un servizio,
        pagando il proprietario delle macchine, cioè il costruttore di macchine o l’agente
        finanziario, sulla base del numero di pezzi prodotti);
       Pay Per Use - PPU (il pagamento è basato sul tempo in cui l’utilizzatore utilizza le macchine,
        compresi i fermi per la manutenzione, riparazioni, ecc);
       Pay for Availability - PFA (il pagamento è basato sul tempo effettivo di funzionamento delle
        macchine, senza considerare il tempo speso per la manutenzione o guasto).

In generale, le dimensioni che stanno alla base della scelta della formacontrattuale si riferiscono a:
valutazione del contratto di noleggio vs. new company; definizione dell’architettura contrattuale
(leasing comprensivo di servizi e manutenzione), individuazione del modello di pagamento (ad
esempio basato sul coefficiente di utilizzo del bene). Dal punto di vista strettamente finanziario, è
richiesta un’opportuna gestione finanziaria basata sul ritorno degli investimenti relativamente più



9
 “New Financial Approaches for the Economic Sustainability in Manufacturing Industry” - Giacomo Copani, Lorenzo
Molinari Tosatti, Silvia Marvulli, René Groothedde, Derek Palethorpe




                                                                                                       Pag. 32/109
lungo per i costruttori, sul bisogno di individuare una “massa minima di utilizzatori”, e
sull’importanza del coordinamento tra domanda, offerta e disponibilità delle
macchine/componenti. La tecnologia finanziaria è costruita su alcuni pilastri: la riduzione delle
asimmetrie informative tra il produttore, l’utilizzatore e il soggetto finanziatore attraverso la
corretta valutazione del rischio e della qualità della controparte, il ruolo degli intermediari
finanziari, e infine, gli strumenti di tecnica finanziaria. È evidente come le dimensioni inerenti la
gestione finanziaria dei new business models siano connesse con gli aspetti legati alla natura
contrattuale. La riduzione delle asimmetrie informative può essere risolta mediante la stipulazione
di un opportuno contratto tra le parti o, alternativamente, per mezzo della costituzione di una new
company, ossia di una nuova realtà imprenditoriale (società di scopo). Gli intermediari finanziari
hanno il ruolo di farsi carico esclusivamente della parte finanziaria del rischio di mercato legato
alla business operation; il rischio di carattere operativo deve continuare a far capo agli altri attori
attivi nel settore manifatturiero. Tra gli strumenti di tecnica finanziaria rientra in modo prevalente
il leasing: dry lease, wet lease, leasing finanziario ed il leasing operativo. Il Catalogo di strumenti
finanziari applicabili nel settore manifatturiero10, è una lista di possibilità di finanziamento che le
aziende manifatturiere e i costruttori di macchine hanno a disposizione per acquisire capacità
produttiva. Di seguito si propongono due tabelle riepilogative per due analisi di casi. Nella prima
(Tabella A) si riportano i risultati di un lavoro di Lay G., Schroeter M., Biege S. che hanno analizzato
17 casi europei di new business models, mentre nella seconda (Tabella B) si riportano
sinteticamente le caratteristiche di alcuni casi specifici.

Settore di prevalente
                                Settori di sbocco                 PMI vs grandi imprese      Assetto proprietario
applicazione
                                                                                             In 10 casi su 17 la
Meccanica (6)                                                                                proprietà della macchina
                                Automotive, aerospace,
Macchine utensili (4)                                                                        rimane della società
                                food, health, packaging,          PMI 6 su 17
Chimica, servizi industriali,                                                                costruttrice
                                process industry
stampi                                                                                       3 casi con leasing bank
                                                                                             2 casi di joint venture
                                                                                             Modelli di pagamento
Utilizzatori                    Personale                         Localizzazione impianto
                                                                                             prevalenti
                                Per l’operatività è misto         Azienda costruttrice 3
                                (azienda costruttrice-            casi
Tipicamente gli utilizzatori                                                                 Rata fissa e pay per part
                                azienda utilizzatrice), per la    Azienda utilizzatrice 13
sono singoli                                                                                 o pay per availability
                                manutenzione è                    casi
                                dell’azienda costruttrice         Fence-to-fence 1 caso
                                                    Tabella A11




10
   “New Financial Approaches for the Economic Sustainability in Manufacturing Industry” - Giacomo Copani, Lorenzo
Molinari Tosatti, Silvia Marvulli, René Groothedde, Derek Palethorpe
11
   “Service-based business concepts: A typology for business-to-business markets” Lay G. et al. European Management
Journal 27 (2009)




                                                                                                        Pag. 33/109
Azienda                          Fonte                                  Business concept
                                 “Organizing for solutions: Systems
                                 seller vs. systems integrator” –
                                 Industrial Marketing Management
                                 36 (2007) 183-193. L’indagine
Alstom Transport                 empirica è tratta dai risultati        Systems seller e systems integrator
                                 ottenuti da un progetto di ricerca
                                 durante il periodo 2000-2003 e
                                 disponibile in Davies et al., 2001,
                                 2003.
                                 Methodology for Product Service
EDF                              Systems’, project European             Product service systems
                                 Commission

                                                                        Controllo remoto: monitoraggio in real
                                 “New Business Models nel settore
                                                                        time, riconfigurazione dei parametri di
Carpigiani – ALI Group           delle macchine utensili”, MUSP,
                                                                        funzionamento, diagnostica,
                                 marzo 2011
                                                                        aggiornamento del firmware

                                 “Giornata di studio sull’utilizzo di   Sensoristica avanzata per il controllo
                                 sensori per il monitoraggio di         remoto: Spindle Grow Sensor, Power
MARPOSS spa
                                 mandrini per fresatura e rettifica”,   Monitoring Sensor, Acceleration Sensor,
                                 MUSP, giugno 2011                      Temperature Monitoring Sensor

                                                      Tabella B12




12
     Elaborazione degli autori




                                                                                                        Pag. 34/109
5 PILLARS DI INTERVENTO




                          Pag. 35/109
5.1 MANUFACTURING AD ALTE PRESTAZIONI




La realizzazione di sistemi di produzione ad alte prestazioni richiede impianti in grado di cambiare
configurazione (riconfigurarsi) velocemente per essere competitivi, in termini di costi di
produzione, in un ampio intervallo di volumi di produzione, idealmente dal piccolo lotto a
quantità realizzate, fino ad ora, con macchine dedicate (produzione in serie). Questo obiettivo
strategico può essere realizzato utilizzando tecnologie flessibili e unità produttive modulari
fortemente integrate con tecnologie ICT. Inoltre, la gestione di questi impianti deve tendere allo
sviluppo di sistemi che riducano i tempi di lavorazione e di attesa delle macchine e migliorino le
capacità di esecuzione delle operazioni anche avvalendosi di dispositivi accessori che consentano
una rapida riconfigurazione del processo produttivo. Infine, l’aumento dell’efficienza e della
qualità dei processi di produzione deve tener conto dei vantaggi che possono derivare dall’impiego
di materiali high-tech.

In questo contesto, l’incremento delle prestazioni può essere ottenuto intervenendo

(a) sulle componenti fisiche del sistema produttivo per renderlo nel suo complesso più facilmente
adattabile e riconfigurabile (sistemi di produzione adattativi e riconfigurabili),

(b) sul sistema ICT che controlla il sistema produttivo con lo scopo di raggiungere una produzione
di alta qualità in percentuali elevate (produzione zero-difetti),



                                                                                          Pag. 36/109
(c) sulla gestione informatizzata/automatizzata della manutenzione (maintenance) delle macchine
e degli impianti per ridurre i tempi di fermo-macchina e/o la ridondanza degli impianti e sulla
capacità di previsione di guasti.




5.1.1 TEMATICHE IDENTIFICATE E KEY TECHNOLOGIES

Le tematiche e le Key Technologies da implementare nei sistemi e modelli di produzione del futuro
sono state ricavate analizzando i trend del mercato, i nuovi modelli di business e le evoluzioni dei
prodotti.

Il manufacturing ad elevate prestazioni del futuro dovrà realizzare una notevole flessibilità
operativa, gestendo lotti di dimensioni sempre minori sino al “one piece flow” ed effettuando forti
personalizzazioni, ma anche garantire contemporaneamente la massima precisione e qualità
(intesa anche come conformità a normative e legislazioni sempre più severe e complesse), di fatto
ottenibile solamente attraverso procedure e metodi di verifica metrologica con successiva auto
ottimizzazione adattativa dei cicli di lavoro.

Pertanto, i processi produttivi tenderanno ad essere sempre più complessi e articolati. Da un lato i
processi su grandi quantità (in cui, comunque, le dimensioni di lotto diminuiranno rispetto agli
anni precedenti; si citano, come filiere regionali di riferimento, ceramico/piastrelle, alimentare,
farmaceutico..) diverranno più complessi in termini di numero di operazioni/lavorazioni e,
soprattutto, controllo ed ottimizzazione dinamica della qualità. Dall’altro (specialità puramente
emiliana romagnola) processi di alta qualità a personalizzazione totale in cui sarà richiesta estrema
flessibilità su lotti ridottissimi con cicli produttivi articolati e riconfigurazione continua di
lavorazioni e attrezzature. Le vere prestazioni di produttività saranno determinate dalle fasi di
riattrezzaggio, riconfigurazione, ottimizzazione dinamica (online) dei parametri di lavoro sino alla
generazione automatica di cicli di lavoro personalizzati ed auto ottimizzati (e sempre diversi tra
loro).

Tali trend evolutivi impongono di ripensare non solo le macchine, ma anche i processi completi
(che includono in particolare operatori, training etc) e i modelli di business (BtO, AtO, CtO, mass
customization, mass personalization, catena collaborativa prodotto-processi di fornitura
nell’azienda olonico-virtuale). Nelle nuove macchine ed automazioni industriali si assisterà ad un
incremento di funzionalità da implementare, nonché alla necessità di coordinare e pianificare
azioni sinergiche e sequenze di operazioni / lavorazioni da sincronizzare per garantire la massima
produttività. Estendendo il discorso all’intero sistema di produzione e modello di business
bisognerà inoltre valutare anche il contributo, determinante, dell’operatore, non solo in termini di
mera produttività ma anche nel suo contributo abilitante di flessibilità e messa a punto estrema,
attuato cooperando attivamente con macchine e robot. I sistemi di produzione del futuro
vedranno infatti, incrementare non solo la loro autonomia operativa ed intelligenza (anche grazie
ai temi “ICT enabled”), ma paradossalmente anche la necessità di cooperare, interagire e/o essere

                                                                                           Pag. 37/109
affiancati da operatori istruiti ed ad alto valore aggiunto, in ambienti estremamente dinamici e
variabili.

Sistemi di produzione adattativi e riconfigurabili

KT1.1 - MACCHINE E ROBOT AD ALTE PRESTAZIONI

La possibilità di utilizzare tecnologie ICT nel processo produttivo passa attraverso l’impiego di
macchine che possano essere messe in rete sia per trasmettere informazioni sul loro stato che per
ricevere le istruzioni operative da eseguire.

In sintesi, la macchina nella fabbrica del “futuro”, scambiando informazioni in rete, deve essere in
grado di:

              produrre famiglie di componenti diversi all’interno di uno stesso ciclo produttivo;
              cambiare il proprio modus operandi (essere riconfigurata) per produrre differenti
               famiglie di componenti quando il ciclo produttivo cambia (e.g., nuovi prodotti
               richiesti dal mercato);
              essere economicamente conveniente in un range di volumi di produzione molto
               variabile.

Una macchina di questo tipo è per sua natura “general purpose” e con elevate caratteristiche
dinamiche, e può genericamente essere classificata come “robot industriale ad alte prestazioni”.

La movimentazione di oggetti (utensili o semilavorati) può essere individuata come operazione
base che il robot industriale deve implementare. Pertanto, il raggiungimento di alte prestazioni è
essenzialmente misurabile tramite i tempi/ciclo che la macchina è in grado di realizzare
nell’esecuzione di queste movimentazioni.

La riduzione significativa dei tempi/ciclo è l’obiettivo da raggiungere nella progettazione di un
“robot industriale ad alte prestazioni”.

La riduzione spinta dei tempi/ciclo richiede di combinare due filosofie progettuali:

   (i) semplificazione dell’architettura della macchina,
   (ii) alleggerimento spinto degli elementi della macchina e conseguente presa in
        considerazione della flessibilità degli stessi.

Queste due filosofie convergono verso il concetto di “manipolatore sotto-attuato e/o a mobilità
ridotta riconfigurabile”. Pertanto, l’individuazione sia di architetture idonee (sintesi funzionale)
che di metodologie di progettazione (flexible multibody modelling) e controllo di questi
manipolatori sta viepiù attraendo l’interesse di molti ricercatori ed è da ritenersi una tematica di
interesse strategico.

Più in generale, le specifiche progettuali di macchine utensili e sistemi di produzione ad alte
prestazioni comportano, da un lato, l’incremento delle velocità di lavorazione e dei volumi di

                                                                                            Pag. 38/109
produzione, dall’altro l’incremento della precisione e qualità del prodotto. Queste esigenze
contrastanti vengono limitate da effetti dinamici e vibratori che, oltre ad impedire il
raggiungimento di elevate specifiche funzionali, possono provocare livelli eccessivi di rumorosità o
essere causa di guasti e malfunzionamenti. Tali problematiche vanno affrontate tenendo conto
delle influenze reciproche tra le eccitazioni presenti e le caratteristiche vibro-acustiche del sistema
stesso, che nelle applicazioni industriali è di norma un sistema complesso ed altamente non
lineare. Risulta pertanto importante sviluppare ed introdurre in ambito industriale criteri e
metodologie di progettazione per il contenimento delle vibrazioni, da impiegarsi lungo tutta
l’attività di progettazione e che comportano opportune scelte progettuali sulla struttura della
macchina, i materiali, gli azionamenti e le leggi di moto. Lo sviluppo di soluzioni progettuali
innovative in questo ambito comporta una metodologia basata su una stretta interazione tra
simulazioni numeriche ed analisi sperimentali; in particolare l’impiego di modelli previsionali
opportunamente validati permette di ridurre tempi e costi di sviluppo del progetto.

KT1.2 - SISTEMI DI PRODUZIONE RICONFIGURABILI

La necessità di pervenire a modelli di produzione estremamente snelli e dinamici, in cui i prodotti
hanno elevati livelli di personalizzazione e qualità, ridotti tempi di consegna e cicli di vita in
costante diminuzione (comunque molto minori di quello dei loro rispettivi sistemi di produzione),
impone di rivalutare le prestazioni di macchine e linee di produzione esaltando soprattutto la
capacità di riconfigurarsi e di adattarsi a mutate condizioni operative.

Pertanto, i sistemi di produzione riconfigurabili dovranno presentare evidenti e superiori
caratteristiche di:

              riattrezzaggio e riconfigurazione in tempi ridotti per garantire produzioni sempre
               più flessibili e snelle
              ottimizzazione dinamica (online) dei parametri di lavoro sino alla generazione
               automatica di cicli di lavoro personalizzati ed auto ottimizzati (e sempre diversi tra
               loro) per garantire la massima personalizzazione di prodotto
              qualità finale di realizzazione basata su controlli metrologici integrati (adaptive
               manufacturing) con annullamento adattivo degli errori.


KT1.3 - NUOVE TECNOLOGIE DI MANIFATTURA

Ci si rivolge alle tecniche di progettazione di processi di produzione innovativi e non convenzionali,
sensibilmente diversi dallo stato dell’arte. Specifici metodi progettuali possono permettere di
ideare, validare ed ottimizzare nuove tipologie di lavorazione attualmente precluse, quali ad
esempio lavorazioni pesanti effettuate da robot attualmente non in grado di garantire adeguata
rigidezza e precisione, lavorazioni con utensili non convenzionali e comunque alternativi allo stato
dell’arte, realizzazione di decori estetici o finiture di superiore qualità, sistemi di produzione e/o


                                                                                             Pag. 39/109
lavorazioni a ridotto consumo energetico/impatto ambientale, produzione in ambienti a ridotto
livello di contaminazione etc..



Produzione zero difetti

KT1.4 - CONTROLLO DI PRODUZIONE

Il controllo di produzione è una funzione da applicare al processo produttivo nella sua completezza
sia esso di tipo tradizionale che di tipo distribuito (più unità produttive che concorrono alla
realizzazione di un unico prodotto). La realizzazione di questa funzione richiede che il sistema
produttivo sia dotato di un monitoraggio esteso dell’avanzamento della produzione, della capacità
di identificare e tracciare i prodotti, della funzione di misura e prevenzione dei rischi. Ciò è tanto
più difficile da realizzare quanto più i cicli produttivi sono brevi, i prodotti fortemente
personalizzati ed i lotti piccoli.

Per il raggiungimento dell’obiettivo della ‘produzione zero-difetti’, è necessario

              dotare i sistemi di controllo della produzione di dispositivi in grado di controllare la
               qualità del prodotto (sia sul prodotto finito sia eventualmente in fasi intermedie
               della lavorazione);
              introdurre sistemi per il monitoraggio dei malfunzionamenti dei sistemi di
               produzione, responsabili dello scadimento della qualità del prodotto.

Tali dispositivi permettono l’adozione di strategie di manutenzione predittiva (o su condizione)
atte ad ottimizzare gli interventi di manutenzione, riducendone i costi, ad evitare l’immissione sul
mercato di prodotti difettosi e a raccogliere informazioni per intervenire in tempo reale sulle
cause di scarsa qualità. Tutte queste azioni concorrono a ridurre il numero di pezzi non conformi
idealmente a “zero”.

I dispositivi per il controllo qualità e il monitoraggio dei malfunzionamenti sono costituiti da
opportuni sensori non intrusivi, sistemi di acquisizione ed elaborazione dei dati secondo opportuni
algoritmi in tempo reale, algoritmi decisionali buono/scarto o sano/guasto ed algoritmi di
diagnostica per l’individuazione e la localizzazione dei difetti.

Spesso le aziende manifatturiere evidenziano la problematica del riconoscimento automatico di
pezzi difettosi in catene di produzione industriali. In questo ambito, il riconoscimento automatico,
a partire da immagini, e la classificazione automatica sono due tecnologie rilevanti per tutte le
aziende che si trovano ad affrontare problematiche legate alla visione artificiale e identificazione
automatica, anche mediante tecniche di classificazione, di pezzi difettosi. Le tecnologie sono poi
particolarmente rilevanti per garantire la competitività delle aziende metalmeccaniche che
producono macchinari per fabbricazione industriale.



                                                                                              Pag. 40/109
KT1.5 - STRUMENTI KNOWLEDGE-BASED PER L’AUTOAPPRENDIMENTO

Le tecniche di rappresentazione della conoscenza, simboliche e basate su regole, possono essere
di ausilio alla formalizzazione di conoscenza, sia a fini di addestramento e formazione di personale
che per la manutenzione delle macchine.

 In questo ambito, i settori applicativi sono diversi. Le regole simboliche possono, ad esempio,
essere apprese a partire da basi di dati disponibili con tecniche di apprendimento automatico
tipiche dell’Intelligenza Artificiale.

Dotare i sistemi di produzione di capacità di autoapprendimento li rende capaci di classificare tutti
gli eventi “anomali” che si verificano durante la vita dell’impianto e di riconoscere situazioni
critiche, identificate in base ai dati storici raccolti. La disponibilità di queste informazioni su di un
supporto fisico (memoria del sistema di elaborazione dati) rende il know-how aziendale
indipendente dal turn-over del personale con ovvi benefici sulla qualità dei prodotti.
Esemplificando, il sapere aziendale si separa sempre più dal sapere dei singoli che operano
all’interno dell’azienda.

KT1.6 - STRUMENTI KNOWLEDGE-BASED PER LA PIANIFICAZIONE DI PROCESSO

La disponibilità del modello dei processi secondo cui opera l’azienda diventa sempre più
strategico per le aziende e le organizzazioni regionali. Tale modello può essere utilizzato come
base per un sistema “regolatorio” dell’operatività aziendale.

In questo contesto, trovano impiego tecniche formali di rappresentazione del modello e tecniche
di ragionamento automatico per la sua attuazione. Utilizzando queste tecniche,il modello può
anche essere appreso automaticamente a partire da databases che riportano le attività svolte in
azienda, con le tecnologie tipiche della Business Intelligence e del Process Mining.

 La rappresentazione formale del modello può poi essere utilizzata per ottimizzare l'uso delle
risorse o i tempi di produzione, mediante tecnologie di constraint processing.



Maintenance

KT1.7 - E-MAINTENANCE

Negli ultimi anni, le tecnologie ICT sono state pesantemente applicate nell’automazione dei
processi industriali, portando a significativi miglioramenti di ogni fase del processo produttivo
(Chryssolouris et al., 2009). In questo contesto, una delle applicazioni più importanti dell’ICT è
sicuramente quella rappresentata dall’e-maintenance.

Si tratta di un concetto recentemente emerso nel processo di “digitalizzazione” degli impianti
manifatturieri che fa riferimento all’integrazione dell’ICT nel processo di manutenzione, al fine di

                                                                                               Pag. 41/109
automatizzare le operazioni di gestione, tramite il monitoraggio e il controllo remoto delle
macchine e l’integrazione di tutti i dati di manutenzione all’interno del sistema informativo
aziendale.

KT1.8 - PROGNOSTICA

Predire un guasto incipiente prima che questo provochi un fermo macchina, a volte anche
disastroso, è fondamentale e determina le reali prestazioni di produttività, ma, specie nel caso di
cinematismi veloci e servomeccanismi che operano a velocità variabile, non risultano soluzioni
complete e consolidate. Per un efficace azione di e-maintenance è infatti necessario disporre di
sistemi di monitoraggio dello stato di salute della macchina, i più completi ed accurati possibile. Si
necessita quindi di investigare soluzioni tecnologiche, includendo le relative metodologie di
impiego, idonee a rilevare il funzionamento anomalo di componenti e cinematismi ed adottare
autonomamente opportune strategie di funzionamento.




5.1.2 TREND DELLE KEY TECHNOLOGIES

Sistemi di produzione adattativi e/o riconfigurabili

Lo studio di nuove architetture di macchine a mobilità ridotta, principalmente di tipo parallelo, è
un settore oramai maturo e si può ragionevolmente affermare che molte delle soluzioni
progettuali sono già presenti nella letteratura scientifica dell’ultimo decennio. Diversa è, invece, la
situazione delle architetture per macchine sotto-attuate e/o riconfigurabili. Per questo tipo di
architetture la fase di ideazione sta avendo proprio in questi anni una fase di rapida accelerazione
(il primo congresso internazionale sulle architetture riconfigurabili si è tenuto nel 2009
(http://www.remar2009.com/)); anche se molto deve essere ancora fatto per quanto riguarda il
controllo delle macchine sotto-attuate.

Purtroppo, lo studio delle architetture non va di pari passo con le analisi dinamiche con codici
multibody. Tuttavia, nell’ambito della modellazione flexible-multibody, esistono già i contesti
(congressi specifici, gruppi di ricerca, software commerciali come ADAMS, Virtual Lab, etc.) in cui
poter operare per sviluppare queste problematiche. Pertanto è lecito attendersi che questo gap
sia rapidamente colmato e che appaiano presto sul mercato macchine con queste architetture. In
poche parole, la riconfigurabilità delle attuali macchine è basata sulla ridondanza (utilizzo un
sistema con sei assi controllati per realizzare operazione differenti che richiedono al più tre assi
controllati, ma non sempre gli stessi); quelle di nuova generazione, riconfigurandosi, saranno in
grado di cambiare la natura degli assi controllati (se devo realizzare vari compiti che richiedono al
più tre assi controllati anche se di diversa natura, potrò utilizzare una macchina con soli tre assi
controllati, se non addirittura con meno di tre assi controllati (sistema sotto-attuato))




                                                                                             Pag. 42/109
Innovazione nel Manufacturing
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Innovazione nel Manufacturing

  • 1. SCENARI TECNOLOGICI PER L'EMILIA-ROMAGNA INNOVAZIONE NEL MANUFACTURING DRAFT - Gennaio 2012
  • 2. Questo lavoro è stato realizzato nell’ambito delle attività di ASTER per il supporto e coordinamento della Rete Alta Tecnologia della Regione Emilia-Romagna, da personale messo a disposizione dai soci del Consorzio e con la collaborazione di imprese regionali. Un sentito ringraziamento a tutti i membri dei gruppi di lavoro che hanno condiviso le proprie competenze e si sono prestati alla sperimentazione di un metodo comune, primo passo per una reale integrazione e valorizzazione del contributo di tutti. Un grazie particolare alle imprese che volentieri hanno messo a disposizione gratuitamente il proprio tempo per aiutarci a comprendere meglio i problemi della competizione e, in ultima analisi, per individuare modi migliori per supportarle nelle loro sfide quotidiane. Gruppo di lavoro ASTER: Leda Bologni - Coordinamento generale Teresa Bagnoli e Daniela Sani - Green economy Leda Bologni - Innovazione nel manufacturing Cecilia Maini e Nunzia Ciliberti - Tecnologie per la salute Lucia Mazzoni - La pervasività dell’ICT Pag. 2/109
  • 4. Sommario 1 Executive summary ............................................................................................................. 6 2 Introduzione ....................................................................................................................... 8 3 Megatrend e Driver di Crescita 2010-14 ............................................................................ 12 3.1 Identificazione dei megatrend globali ........................................................................ 12 3.2 Impatto delle aree strategiche sui megatrend ........................................................... 17 3.3 I megatrend piu’ rilevanti per l’area “Innovazione nel manufacturing” .................... 20 4 Articolazione dell’area strategica ....................................................................................... 27 4.1 Pillars e Tecnologie ..................................................................................................... 27 4.2 Nuovi modelli di business ........................................................................................... 29 5 Pillars di intervento ........................................................................................................... 35 5.1 Manufacturing ad alte prestazioni ............................................................................. 36 5.1.1 Tematiche identificate e Key Technologies 37 5.1.2 Trend delle Key Technologies 42 5.1.3 Benchmarking con i pivot regionali 47 5.1.4 Bibliografia, sitografia e links a documenti 49 5.1.5 Gruppo di lavoro 49 5.1.6 Pivot Regionali 50 5.2 Manufacturing intelligente......................................................................................... 51 5.2.1 Tematiche identificate e Key Technologies 52 5.2.2 Trend delle Key Technologies 56 5.2.3 Benchmarking con i pivot regionali 63 5.2.4 Bibliografia, sitografia e link a documenti 65 5.2.5 Gruppo di lavoro 66 5.2.6 Pivot regionali 66 5.3 Manufacturing sostenibile ......................................................................................... 67 5.3.1 Tematiche identificate e Key Technologies 71 5.3.2 Trend delle Key Technologies 74 5.3.3 Benchmarking con i pivot regionali 80 5.3.4 Bibliografia, sitografia e links a documenti 81 5.3.5 Gruppo di lavoro 82 5.3.6 Pivot regionali 82 5.4 La progettazione del futuro ........................................................................................ 83 Pag. 4/109
  • 5. 5.4.1 Tematiche identificate e Key Technologies 85 5.4.2 Trend delle Key Technologies 89 5.4.3 Benchmarking con i pivot regionali 90 5.4.4 Bibliografia, sitografia e links a documenti 92 5.4.5 Gruppo di lavoro 93 5.4.6 Pivot regionali 93 5.5 Materiali a funzionalità incrementata........................................................................ 94 5.5.1 Tematiche identificate e Key Technologies 94 5.5.2 Trend delle Key Technologies 99 5.5.3 Benchmarking con i pivot regionali 102 5.5.4 Bibliografia, sitografia e links a documenti 104 5.5.5 Gruppo di lavoro 105 5.5.6 Pivot regionali 105 6 Conclusioni e raccomandazioni ........................................................................................ 106 Pag. 5/109
  • 6. 1 EXECUTIVE SUMMARY Nell’ambito delle attività della Rete Alta Tecnologia della Regione Emilia-Romagna è stata realizzata l’analisi degli scenari tecnologici relativi all’INNOVAZIONE NEL MANUFACTURING, una area di intervento particolarmente significativa per l’economia regionale, anche in una prospettiva di medio-lungo termine. In conformità con le tendenze emerse in ambito nazionale ed internazionale, sono state individuate cinque linee di intervento (o pillar) che caratterizzeranno il manufacturing del prossimo futuro: 1. Manufacturing ad alte prestazioni 2. Manufacturing intelligente 3. Manufacturing sostenibile 4. Progettazione del futuro 5. Materiali a funzionalità incrementata Ad esse è stata associata una linea di azione trasversale che influenzerà la produzione nel suo insieme: 0. Nuovi modelli di business Ogni pillar è stato esaminato per la sua capacità di risposta alle tendenze globali (Megatrend) del mercato che caratterizzeranno i prossimi anni. In particolare sono stati esaminati i seguenti 9 megatrend considerati particolarmente rilevanti per l’area di interesse:  Città e infrastrutture intelligenti  Nuova composizione generazionale della popolazione  Mondo virtuale  Nuovi modelli di business  Wireless intelligence and advancement in networks  Innovating to zero  Tecnologie innovative del futuro  Impresa del futuro, intelligente e verde  Global power generation Per ogni pillar considerato, tenendo presente i megatrend , sono state individuate le tecnologie (o i metodi) che possono supportare le imprese della regione nell’affrontare tali tendenze del Pag. 6/109
  • 7. mercato. Ne sono risultate 44 tecnologie che possono ben rappresentare l’evoluzione dell’innovazione applicata alla produzione regionale. AD ALTE PRESTAZIONI MACCHINE E ROBOT AD ALTE PRESTAZIONI 1. MANUFACTURING SISTEMI DI PRODUZIONE RICONFIGURABILI NUOVE TECNOLOGIE DI MANIFATTURA CONTROLLO DELLA PRODUZIONE SISTEMI KNOWLEDGE BASED PER L'AUTOAPPRENDIMENTO SISTEMI KNOWLEDGE-BASED PER LA PIANIFICAZIONE DI PROCESSO E-MAINTENANCE PROGNOSTICA SCHEDULAZIONE OTTIMALE DELLE RISORSE BUSINESS INTELLIGENCE E PROCESS MINING 2. MANUFACTURING TECNICHE DI SIMULAZIONE STRATEGICA INTELLIGENTE PIANIFICAZIONE E SUPERVISIONE DELLA PRODUZIONE DISTRIBUITA REATTIVITÀ E ADATTAMENTO AGLI EVENTI GESTIONE INTEGRATA DELLA LOGISTICA INTEROPERABILITÀ DEI SISTEMI INFORMATIVI STANDARD PER LA PROGRAMMAZIONE DEL CONTROLLO INNOVAZIONE NEL MANUFACTURING PIENA INTEGRAZIONE ICT DI FABBRICA IDENTIFICAZIONE E TRACCIAMENTO EFFICIENZA ENERGETICA MEDIANTE INCREMENTO DELLA STABILITÀ DEI PROCESSI. MANUFACTURING EFFICIENZA ENERGETICA NEI PROCESSI DI PRODUZIONE DI TIPO MECCANICO, TERMICO E CHIMICO SOSTENIBILE RISORSE IN CICLO CHIUSO – INTEGRAZIONE DELLE RISORSE NEL PROCESSO 3. GESTIONE LOSS-FREE DELLE INFRASTRUTTURE DEGLI IMPIANTI PRODUTTIVI METODI PER LA GESTIONE SOSTENIBILE DELL’ENERGIA E DEI MATERIALI RECUPERO E RICICLO DI ACQUA DI QUALITÀ ALIMENTARE NELLE INDUSTRIE CHE OPERANO LAVAGGI, COTTURE E RAFFREDDAMENTI 4. PROGETTAZIONE PROGETTAZIONE INTEGRATA DI CAMME ELETTRONICHE ALLEGGERIMENTO DI CINEMATISMI AD ELEVATA DINAMICA DEL FUTURO PROGETTAZIONE INTEGRATA DI CELLE FLESSIBILI DI LAVORAZIONE SIMULAZIONE REALISTICA DI LINEE DI PRODUZIONE E ASSEMBLAGGIO PROTOTIPAZIONE VIRTUALE CON APPROCCIO HARDWARE IN THE LOOP MESSA A PUNTO E COLLAUDO VIRTUALE IN AMBIENTE VIRTUALE 3D INTERATTIVO ADDESTRAMENTO TRAMITE SIMULAZIONE POLIMERI E RELATIVI COMPOSITI 5. MATERIALI A FUNZIONALITA' CERAMICI SMART MATERIALS MATERIALI PER IL PACKAGING INCREMENTATA MEMBRANE PROCESSI FUSORI TRATTAMENTI TERMICI TRATTAMENTI DI MODIFICAZIONE SUPERFICIALE PROCESSI DI GIUNZIONE PROCESSI DI DEFORMAZIONE PLASTICA PROCESSI PRODUTTIVI DI POLIMERI/COMPOSITI/COMPONENTI SELEZIONE DEI MATERIALI, PREVISIONE E OTTIMIZZAZIONE DEL COMPORTAMENTO MECCANICO TECNICHE DI SIMULAZIONE DI PROCESSO Pag. 7/109
  • 8. In questo documento ogni tecnologia è descritta in sé e per il contributo che offre all’azione in favore dei pillar individuati. Per ogni pillar è inoltre discusso il modo in cui tali tecnologie sono percepite da alcune imprese regionali particolarmente rappresentative della realtà economica locale, ed è mostrato l’impatto dei Megatrend sul loro mercato di riferimento. SMART CITIES AND INFRASTRUCTURES GLOBAL POWER NEW GENERATIONS GENERATION FACTORY OF THE FUTURE: SMART E VIRTUAL WORLD GREEN INNOVATIVE TECHNOLOGIES OF THE NEW BUSINESS MODEL FUTURE WIRELESS INTELLIGENCE AND INNOVATING TO ZERO ADVANCEMENT IN NETWORKS Si rileva che nel valutare l’importanza dei Megatrend, le imprese pivot assegnano maggiore importanza alle tendenze più strettamente legate alle tecnologie di produzione, piuttosto che alle specifiche di prodotto. E’ questa una conseguenza diretta dell’attuale sistema economico regionale, costituito in larga parte da nodi della rete di creazione del valore, con la dominanza dei rapporti cliente-fornitore sul controllo diretto delle specifiche di prodotto. Dal punto di vista dell’evoluzione del mercato è opportuno sottolineare che una maggiore focalizzazione sul prodotto, per quanto intermedio, potrebbe supportare efficacemente riposizionamenti a seguito di situazioni di crisi nei rapporti di subfornitura. Pertanto, l’analisi attenta dei Megatrend, sviluppati nella prospettiva dell’utente finale (o consumatore) sono di crescente importanza nell’individuazione di prodotti innovativi, nella cui catena di produzione l’innovazione del manufacturing offrirà certamente suggerimenti ed opportunità per una crescita verso settori/mercati in espansione. La corretta interpretazione dei Megatrend è certamente una misura efficace per evitare situazioni critiche nel medio lungo periodo. Pag. 8/109
  • 9. 2 INTRODUZIONE A quasi dieci anni dal lancio della politica regionale per la ricerca e innovazione e dall’avvio della Rete Alta Tecnologia, la Regione Emilia-Romagna e l’intera comunità regionale dell’innovazione avvertono l’urgenza di delinearne lo sviluppo in un orizzonte di medio termine e di consolidarne l’azione in favore delle imprese, con lo scopo ultimo di rafforzarne la presenza sul mercato e facilitarne la sostenibilità. Con questo obiettivo, e secondo le direttive Regionali del 2010, è stata avviata un’attività di definizione degli scenari tecnologici rilevanti per l’economia regionale, i cui esiti sono riportati in questo documento. L’attività è stata coordinata da ASTER ed ha coinvolto l’intera comunità dell’innovazione del territorio, i ricercatori e le imprese, applicando una metodologia di lavoro studiata appositamente per identificare da una parte le tendenze generali dei mercati per i prossimi 5-10 anni, e dall’altra lo stato dell’arte tecnico-scientifico in alcune aree di interesse, confrontandole con la situazione regionale per giungere a suggerimenti di traiettorie tecnologiche che potrebbero offrire interessanti possibilità di allargamento di mercati o di consolidamento di quelli esistenti. Le aree sulle quali si è concentrato l’interesse, anche su richiesta specifica dell’Amministrazione regionale, sono state le seguenti:  Green economy  Innovazione nel manufacturing  Tecnologie per la salute  Pervasività dell’ICT Esse rivestono, per motivazioni diverse, una grande importanza per la Regione Emilia-Romagna e per esse è particolarmente utile identificare le tendenze tecnologiche che caratterizzeranno i prossimi anni. Tali tendenze possono contribuire alla costruzione di programmi di sviluppo delle singole imprese e al consolidamento di conoscenze dei ricercatori che potranno essere in grado di offrire nuove opportunità di sviluppo ai soggetti economici non solo regionali. Inoltre, esse potranno costituire ambiti di possibile intervento della politica regionale a sostegno dell’innovazione. E’ utile ricordare che l’intero impianto dell’attività è basato sull’assunto che la ricerca applicata possa costituire la base della crescita competitiva di un territorio, e che essa debba essere favorita e sostenuta tenendo conto delle eccellenze e delle vocazioni territoriali ed utilizzando in modo efficace le tecniche del trasferimento di tecnologia valorizzando economicamente e socialmente i risultati della ricerca scientifica, in una ottica fortemente orientata all’open innovation. Pag. 9/109
  • 10. Uno studio di prospettiva sulle tendenze tecnologiche considera dunque centrale il ruolo della ricerca scientifica cogliendone spunti e traiettorie filtrate attraverso la sua “usabilità” a medio termine, per fini economici e di mercato o sociali, e cogliendone vincoli ed opportunità. L’ambito di intervento di questo lavoro è quindi relativo all’identificazione delle tecnologie, delle tecniche e dei metodi che potranno utilmente essere utilizzati a medio lungo termine dal sistema economico e sociale della Regione Emilia-Romagna per incrementare la sua competitività, per rafforzare la sua posizione sui mercati con prodotti e processi più sostenibili, e per rendere migliore la vita dei suoi cittadini. I punti di snodo del metodo utilizzato sono la reale applicabilità nel contesto regionale delle tecnologie proposte, confermata dalla presenza di imprese con ruolo-guida per posizione di mercato, autorevolezza e influenza sulla catena della subfornitura territoriale, e la loro adeguatezza rispetto alle grandi tendenze globali sociali e di mercato, con le quali tutti dovranno nei prossimi anni confrontarsi. Nella realizzazione del lavoro è stata utilizzata una metodologia concordata tra ASTER e dai membri della Rete Alta Tecnologia (imprese, università ed enti di ricerca) basata sulle seguenti fasi: 1. Creazione di team di scenario 2. Acquisizione dei Megatrend globali sociali e di mercato 3. Mappatura delle relazioni tra i megatrend e le 4 aree strategiche. Questa fase ha permesso di operare una selezione dei megatrend di maggiore impatto per ogni area strategica 4. Identificazione di un numero limitato di linee di intervento specifiche per ogni area strategica, i PILLAR Pag. 10/109
  • 11. 5. Mappatura delle relazioni tra i pillars e i megatrend rilevanti. Questa fase ha consentito di analizzare i contenuti dei pillars tenendo conto delle tendenze sulle quali essi possono avere influenza e dunque, in un certo senso, di ottenere i problemi generali ai quali essi possono offrire una valida soluzione. 6. Identificazione delle tecnologie-chiave (o dei metodi-chiave) che potranno essere considerati per affrontare le tendenze rilevanti. Le tecnologie o i metodi potranno essere utilizzati per la realizzazione di nuovi prodotti, o per l’identificazione di nuovi processi che terranno conto dei trend generali e quindi potranno presentare maggiore attrattività per il mercato. 7. Identificazione di imprese o, in generale, di soggetti che possono incrementare le performance della loro attività mediante l’utilizzo dei risultati della ricerca, con un ruolo di guida per il territorio, sia per la loro leadership di mercato che per la loro posizione sulla catena del valore, da considerare come pivot regionali. 8. Analisi del grado di consapevolezza dei pivot regionali sulle tecnologie identificate e sul loro ruolo nell’evoluzione futura di medio periodo. 9. Attivazione di un processo ricorsivo per aggiornare in permanenza gli scenari in base ai feedback o alle linee guida regionali. Pag. 11/109
  • 12. L’articolazione di questo documento utilizza la stessa sequenza operativa. Nel capitolo 3 sono descritti sinteticamente i megatrend generali utilizzati, viene analizzata la loro relazione con le quattro aree strategiche e, per quelli maggiormente rilevanti per l’area INNOVAZIONE NEL MANUFACTURING viene proposta una descrizione più analitica, in cui vengono valorizzati gli aspetti di specifico interesse. Nel capitolo 4 viene presentata e discussa l’organizzazione per linee di tendenza specifiche o pillars, e viene mostrata la connessione tra ciascuna di esse e i megatrend per l’identificazione delle tecnologie e delle eventuali metodologie-chiave. Nel capitolo 5 ogni pillar viene esaminato in dettaglio attraverso l’analisi delle tecnologie-chiave, che considerano anche le opinioni dei pivot regionali. L’attività qui descritta è stata svolta nell’anno 2011 come parte del piano di attività integrato ASTER-Rete Alta Tecnologia ed ha coinvolto gruppi di lavoro identificati in sede di Comitati di Coordinamento delle Piattaforme Tecnologiche Regionali per le aree strategiche sopra descritte. A regime essa costituirà un’attività permanente del piano di attività annuale, e potrà prendere in considerazione sia linee di intervento aggiuntive sulle stesse aree strategiche che aree strategiche aggiuntive, adeguandosi così alle evoluzioni tecnologiche e di mercato, ed agli interessi specifici del territorio. 3 MEGATREND E DRIVER DI CRESCITA 2010-14 3.1 IDENTIFICAZIONE DEI MEGATREND GLOBALI I megatrend utilizzati nella realizzazione dell’attività sono quelli più recenti sviluppati sulla base di una originale metodologia dalla società di consulenza FROST&SULLIVAN1, personalizzati ed ulteriormente definiti su commessa specifica per le esigenze e le aree di intervento di questo lavoro2. I megatrend sono tendenze di sviluppo macroeconomico globale che hanno impatto sugli affari, sull’economia, sulla società, sulla cultura e in generale sulla vita delle persone e contribuiscono ad costruire una plausibile visione del mondo del futuro e la sua evoluzione. I megatrend hanno significati e importanza diversa a seconda delle diverse imprese, dei diversi settori e delle diverse culture. La loro analisi e le loro implicazioni nei casi specifici formano una 1 www.frost.com 2 Si noti che, in generale, ogni considerazione riguardante scenari evolutivi futuri deve essere trattata da esperti nel settore con le debite cautele. Pag. 12/109
  • 13. componente importante nella definizione delle strategie future e nelle politiche di innovazione, ed hanno ricadute importanti sui nuovi prodotti e sui nuovi processi. I megatrend possono essere usati come base per l’assunzione di decisioni strategiche identificandone gli influssi sulle varie funzioni aziendali, dal marketing, alla pianificazione R&S, alla gestione delle risorse umane, ecc. L’identificazione dei megatrend avviene con il coinvolgimento di un gran numero di tecnici analisti esperti nei vari settori che operano in tutto il mondo con un metodo comune, basato su quattro step:  Selezione di megatrend attraverso analisi macroeconomiche, interviste e attività di brainstorming  Generazione di uno scenario di fattori ed implicazioni per la società, per il mercato e per altri fattori chiave  Analisi dell’impatto di questo scenario su mercati specifici  Analisi di opportunità/vincoli per segmenti di mercato definiti, con suggerimenti per definizione/sviluppo di pianificazioni tecnologiche. Sulla base di questa metodologia sono stati identificati i seguenti 13 megatrend rilevanti per la nostra situazione territoriale: Pag. 13/109
  • 14. DESCRIZIONE SINTETICA 1. SMART CITIES AND CITTA’ E In futuro aumenteranno le concentrazioni abitative INFRASTRUCTURES INFRASTRUTTURE e per esse sarà importante una gestione più INTELLIGENTI intelligente e sostenibile, in relazione alle reti energetiche, alla mobilità, agli edifici. L’efficienza energetica e le emissioni zero costituiranno la base per questa tendenza. 2. NEW GENERATION NUOVA La maggioranza della popolazione giovane sarà COMPOSIZIONE concentrata in India e in Cina, l’Europa avrà il 20% GENERAZIONALE del totale mondiale di popolazione ultraottantenne DELLA e le donne aumenteranno la presenza nella finanza POPOLAZIONE e nel business. 3. GEO-SOCIALIZATION GEO- Le interazioni fra individui e fra organizzazioni e le SOCIALIZZAZIONE possibilità di accesso a servizi saranno ripensate a partire dalle informazioni di localizzazione associate a dispositivi personali e pubblici 4. SMART CLOUD CLOUD Nel futuro sarà possibile integrare cloud pubblici e INTELLIGENTE privati e allocare cloud “ad-hoc” secondo le esigenze delle imprese. 5. VIRTUAL WORLD MONDO VIRTUALE Gli ambienti di simulazione saranno utilizzati in molti ambiti , ed in particolare nella difesa, nella medicina, nell’educazione, nella mobilità e nel business 6. NEW BUSINESS MODEL NUOVI MODELLI DI I modelli di business evolveranno verso BUSINESS condivisione di risorse (infrastrutture, macchinari) e pagamenti orari per servizi e per uso. Pag. 14/109
  • 15. DESCRIZIONE SINTETICA 7. WIRELESS SVILUPPO DELLE Nel futuro la connettività sarà principalmente INTELLINGENCE AND RETI E INTELLIGENZA wireless, aumenteranno i dispositivi disponibili, la ADVANCEMENT IN WIRELESS loro interconnessione e la capacità di elaborazione. NETWORKS L’ulteriore sviluppo della banda in termini di ampiezza e disponibilità influenzerà nuove generazioni di applicazioni e servizi e l’intelligenza artificiale. 8. INNOVATING TO ZERO INNOVATING TO L’innovazione di prodotti e processi sarà guidata ZERO dagli obiettivi resi radicali dalle esigenze sociali di ridurre a zero i difetti, le falle di sicurezza, gli errori, gli incidenti e le emissioni pericolose per l’ambiente e la salute dei cittadini. 9. INNOVATIVE TECNOLOGIE Crescerà l’utilizzo di tecnologie oggi emergenti TECHNOLOGIES OF THE ABILITANTI DEL legate ai nanomateriali, all’elettronica flessibile, ai FUTURE FUTURO laser, ai materiali “intelligenti” e così via. 10. E-MOBILITY MOBILITA’ L’uso di veicoli elettrici a 2 e 4 ruote aumenterà ELETTRICA irreversibilmente erodendo la quota della mobilità tradizionale e saranno necessarie la realizzazione di nuove infrastrutture e l’identificazione di nuove soluzioni tecnologiche. 11. CURE & PREVENT IN CURA E Accanto allo sviluppo delle nuove terapie, il valore HEALTHCARE PREVENZIONE sociale della salute ed del benessere delle persone NELLA SANITA’ aumenterà. I metodi di prevenzione e di cura dovranno considerarlo nell’ipotizzare le proprie traiettorie di sviluppo. Pag. 15/109
  • 16. DESCRIZIONE SINTETICA 12. FACTORY OF THE IMPRESA DEL Aumenterà l’utilizzo dell’automazione industriale, il FUTURE: SMART AND FUTURO: ricorso a tecniche di intelligenza artificiale e robot GREEN INTELLIGENTE E intelligenti. La produzione sarà sempre più rapida, VERDE efficiente e sostenibile. 13. GLOBAL POWER RETi Dİ Aumenterà la quota di produzione di energia GENERATION GENERAZİONE Dİ elettrica da parte dei paesi emergenti, e la quota POTENZA ELETTRİCA proveniente da fonti rinnovabili. In particolare DİSTRİBUİTE nella gestone delle reti che oggi vedono luoghi di produzione concentrati e con alta potenza, si dovranno considerare immissioni puntiformi dalla periferia verso il centro, con un diagramma di produzione stocastico derivanti da condizioni meteorologiche e alternanza giorno-notte Pag. 16/109
  • 17. 3.2 IMPATTO DELLE AREE STRATEGICHE SUI MEGATREND Come anticipato in introduzione, il primo passo nell’interpretazione dei Megatrend generali con riferimento alle quattro aree strategiche ed alla situazione specifica della regione Emilia-Romagna, ha richiesto una analisi delle relazioni tra ogni area strategica e i 13 Megatrend, operando una selezione di tipo qualitativo per identificare le più rilevanti e le maggiormente significative per il territorio regionale. Ne è risultata, per ogni area strategica, una selezione di tendenze che sono particolarmente di interesse, con influenze importanti sui mercati e sui prodotti del futuro. Su tali tendenze si è concentrata l’attenzione del gruppo di lavoro in quanto importanti drivers di mercato a cui rispondere con opportune tecnologie/tecniche che sono quelle discusse nel documento, e proposte come possibili soluzioni per affrontare le conseguenti sfide. Sulle tendenze selezionate si sono anche intervistati i pivot regionali, allo scopo di comprenderne il grado di consapevolezza e di importanza per il mercato di riferimento. Ne sono risultate quattro situazioni rappresentate qui di seguito, che mostrano, per ogni area strategica analizzata, le tendenze maggiormente significative. MEGATREND rilevanti per GREEN ECONOMY Pag. 17/109
  • 18. MEGATREND rilevanti per INNOVAZIONE NEL MANUFACTURING Pag. 18/109
  • 19. MEGATREND rilevanti per TECNOLOGIE PER LA SALUTE MEGATREND rilevanti per PERVASIVITA’ DELL’ICT Pag. 19/109
  • 20. 3.3 I MEGATREND PIU’ RILEVANTI PER L’AREA “INNOVAZIONE NEL MANUFACTURING” Le seguenti nove tendenze sono state considerate di particolare importanza per lo scenario “INNOVAZIONE NEL MANUFACTURING”. 1. CITTA’ E INFRASTRUTTURE INTELLIGENTI 2. NUOVA COMPOSIZIONE GENERAZIONALE DELLA POPOLAZIONE 5. MONDO VIRTUALE 6. NUOVI MODELLI DI BUSINESS 7. WIRELESS INTELLIGENCE AND ADVANCEMENT IN NETWORKS 8. INNOVATING TO ZERO 9. TECNOLOGIE INNOVATIVE DEL FUTURO 12. IMPRESA DEL FUTURO, INTELLIGENTE E VERDE 13. GLOBAL POWER GENERATION Nel seguito esse vengono descritte con maggior dettaglio, dandone una visione non generale ma specificamente orientata ai temi della produzione. 1. CITTA’ E INFRASTRUTTURE INTELLIGENTI Attualmente metà della ricchezza mondiale è concentrata in 25 città. Nel 2020 il 60% della popolazione vivrà in città, e aumenterà la concentrazione di popolazione attorno a pochi nuclei urbani, con la creazione di grandi agglomerati con molti milioni di abitanti (megacities). Questa è una tendenza generale, ma avrà un impatto maggiore nei paesi dell’area BRIC (Brasile, Russia, India e Cina). Attorno alle megacities si amplieranno aree geografiche suburbane molto ampie che ingloberanno altre città di medie dimensioni localizzate nelle vicinanze. Il concetto di città evolverà verso quello di network di città, con molti centri, in cui saranno localizzati servizi ad alto valore aggiunto (finanza, negozi di lusso, unità abitative di soggetti con grande capacità di spesa). Nelle città satellite dovranno essere localizzate infrastrutture di elevato livello. La presenza di imprese di subfornitura potrà aumentare il numero delle città satellite. L’efficienza del sistema di trasporti, soprattutto quelli pubblici che aumenteranno la loro importanza, diventerà centrale per il benessere degli abitanti, la logistica dei beni e dei servizi associati aumenterà la sua importanza, e l’uso di reti energetiche intelligenti diventerà necessario per evitare un impatto troppo pesante sull’ambiente naturale. Pag. 20/109
  • 21. 2. NUOVA COMPOSIZIONE GENERAZIONALE DELLA POPOLAZIONE In futuro si assisterà a modifiche importanti nella composizione generazionale della popolazione. Nel 2020 la quota di popolazione tra i 15 e i 34 anni, la cosiddetta generazione Y, sarà quasi il 35 % della popolazione e oltre il 60% di essi vivrà in India e Cina. Questa generazione avrà un impatto importante sui mercati e sulla tipologia di prodotti che avranno maggiormente successo. Essa infatti sarà nativamente digitale e sarà orientata verso prodotti fortemente personalizzati (individualizzati), con elevato contenuto tecnologico, permanentemente connessi, attenti all’impatto ambientale, con tempi di risposta rapidi. Allo stesso tempo, oltre il 15% della popolazione mondiale sarà composta da ultraottantenni (tale valore è in crescita esponenziale e raggiungerà il 20% nel 2050), ma questa percentuale salirà al 26% in Europa, dove quindi aumenterà l’importanza dei servizi alla persona, degli aspetti legati al benessere, del comfort, della semplicità di uso. Il marketing strategico dovrà considerare questa tendenza nel progettare nuovi prodotti per il mercato europeo. Inoltre, aumenterà il numero delle donne lavoratrici, anche in posizioni gerarchiche elevate. Esse dunque aumenteranno il loro potere sui mercati e ci saranno intere linee di prodotti dedicate in modo particolare a tali fasce di mercato. La composizione delle famiglie si modificherà con pochi figli nati da genitori in età adulta e aumenteranno le famiglie mono-parentali. 5. MONDO VIRTUALE In futuro gli ambienti di simulazione avranno sempre maggiore rilevanza nei campi della difesa, della medicina, dell’educazione, nella mobilità e nel business. La simulazione 3D sarà molto utilizzata per interagire tra persone e per sperimentare situazioni. Il commercio elettronico evolverà verso i negozi virtuali in cui provare prodotti senza uscire da casa. La chirurgia virtuale consentirà l’esecuzione di operazioni da remoto e il training di personale senza richiederne la mobilità. Saranno incrementate le conferenze virtuali, così come i corsi di formazione. Ambienti virtuali potranno essere utilizzati per l’organizzazione di training su dispositivi e impianti di produzione. Mediante simulazioni sarà possibile effettuare da remoto assistenza per la manutenzione programmata o straordinaria di impianti situati in zone remote, che è difficile e costoso raggiungere. L’utilizzo intensivo di interfacce touch consentirà di utilizzare agevolmente interazioni gestuali ed intuitive per dispositivi di uso comune, oltre che per giochi e intrattenimento. Pag. 21/109
  • 22. 6. NUOVI MODELLI DI BUSINESS Una nuova generazione di modelli di business influenzerà il mercato e lo sviluppo tecnologico con l’evoluzione verso modelli come personalizzazione, condivisione di risorse (infrastrutture, macchinari) e pagamenti orari per servizi e per uso, introducendo modalità di marketing completamente nuove. Il concetto di acquisto e proprietà si sposterà drasticamente verso il noleggio e l’utilizzo anche in campi quali i mezzi e gli impianti di produzione, che così potranno essere più facilmente saturati. Il pagamento per unità di utilizzo (ad esempio per Km percorsi, ore volate, telefonate effettuate, …) o la condivisione di utilizzo (il car sharing) potranno essere applicati in campi sempre più ampi e diversificati, ad esempio nei mezzi di produzione, inserendo nuove dinamiche di relazione tra concorrenti e tra clienti e fornitori. Nuovi prodotti potranno essere appositamente studiati per nuovi segmenti di mercato, quali ad esempio i prodotti a basso costo e requisiti essenziali, o l’insieme prodotto+servizio (ad esempio impianti di produzione, materiali di consumo e personale con adeguate competenze). 7. WIRELESS INTELLIGENCE AND ADVANCEMENT IN NETWORKS Nel prossimo futuro le trasmissioni di segnali saranno sempre più decisamente realizzate attraverso tecniche wireless. Si stima che nel 2020 l’80% delle trasmissioni sarà di questo tipo ed integrata in una unica piattaforma IT. Questa situazione avrà implicazioni molto importanti per i cittadini. La tecnologia mobile 4G permetterà l’integrazione completa dei segnali in una unica piattaforma, le tecnologie satellitari saranno disponibili per servizi a trasporto aereo, marittimo e terrestre, saranno disponibili reti cittadine, con hotspot localizzati in luoghi pubblici ed altri luoghi di interesse. La maggioranza delle autovetture sarà dotata di dispositivi per la guida satellitare, in grado di affrontare in modo intelligente il traffico, mentre gli edifici integreranno sistemi di building automation e le abitazioni e gli uffici potranno essere controllati e governati in modo intelligente ed adattativo da dispositivi vari come laptop e Iphone. Sistemi di sorveglianza wireless permetteranno la gestione di eventi da parte di servizi di emergenza. La comunicazione Macchina- Macchina sarà sempre più di questo tipo, attraverso sensori wireless che permetteranno la misurazione, il controllo e il comando di dispositivi e macchine, anche a livello di sistemi di produzione, garantendo maggiore affidabilità e flessibilità. Questa tecnologia consentirà anche un più agevole monitoraggio nell’uso dell’energia e dunque anche considerevoli risparmi. Pag. 22/109
  • 23. 8. INNOVATING TO ZERO L’innovazione di prodotti e processi sarà orientata alla riduzione (in prospettiva a zero) dei difetti, delle falle di sicurezza, degli errori, degli incidenti e delle emissioni pericolose per l’ambiente e la salute dei cittadini. Le tecniche di prevenzione e di gestione degli errori e dei difetti in produzione saranno migliorate, con lo scopo di ridurre le perdite di efficienza. Dovranno essere incrementate le performance degli impianti in termini di produttività riducendo i fermi per malfunzionamento attraverso l’utilizzo intensivo di tecniche di diagnostica, prognostica e manutenzione programmata. Sarà incrementato l’utilizzo di tecniche legate alla gestione dell’intero ciclo di vita dei prodotti, dall’utilizzo consapevole di materie prime a tecniche per facilitare il riuso, la second-life, e lo smaltimento, correlate con la minimizzazione del loro total cost. I consumi energetici dei sistemi di produzione dovranno essere ridotti, mediante l’utilizzo di materiali innovativi più leggeri e resistenti, la riduzione delle perdite e il controllo intelligente del loro funzionamento. Dovranno essere ridotti gli sprechi di risorse, anche attraverso il riutilizzo degli scarti ed il recupero dei componenti economicamente interessanti. L’efficienza dei sistemi di trasformazione dell’energia (motori, turbine, pompe, …) dovrà essere migliorata anche mediante l’uso di tecniche di simulazione con obiettivi di ottimizzazione. Dovranno essere utilizzati modelli di business che consentano una riduzione della logistica collegata alle merci (mercati km-zero). 9. TECNOLOGIE INNOVATIVE DEL FUTURO Le tecnologie che modificheranno maggiormente i prodotti del futuro saranno:  Batterie e sistemi di accumulo di energia, più capienti, efficaci e leggere  Materiali intelligenti, sensibili all’ambiente circostante in grado di subire modifiche prevedibili  Tecnologie dell’Informazione “verdi”  Laser con migliori performance in termini di potenza e precisione  Biotecnologie bianche, basate su micro-organismi e catalizzatori biologici, per produzione di nuovi materiali e combustibili alternativi  Sistemi a guida autonoma equipaggiati con sensoristica sofisticata per usi civili e di primo soccorso oltre che militari  Integrazione 3D  Solar PV  Nanomateriali  Elettronica flessibile Pag. 23/109
  • 24. Con particolare riferimento alla competitività delle imprese europee, la Commissione Europea ha recentemente (giugno 2011) identificato le seguenti sei tecnologie abilitanti per nuovi prodotti del futuro  Nanotecnologie  Micro e nano-elettronica  Biotecnologie industriali  Fotonica  Materiali avanzati  Sistemi avanzati di produzione 12. IMPRESA DEL FUTURO, INTELLIGENTE E VERDE La fabbrica del futuro dovrà essere intelligente e verde, flessibile pur mantenendo elevata capacità produttiva, ad automazione incrementata e basata su sistemi di intelligenza artificiale. Dovranno essere utilizzati mezzi di produzione altamente riconfigurabili, con alta efficienza energetica e consumi bassi di potenza, per i quali la formazione potrà essere organizzata da remoto con strumento immersivi e con realtà aumentata. La logistica di fabbrica sarà basata su sistemi di movimentazione autonoma controllati da sistemi di intelligenza artificiale in grado di ottimizzare consumi e prestazioni. La manutenzione dei sistemi produttivi sarà basata su sistemi predittivi e potrà essere realizzata da remoto. I consumi energetici potranno essere ridotti anche grazie allo sfruttamento dell’energia ottenuta da scarti e residui, e grazie all’uso di reti intelligenti di distribuzione in grado di minimizzare le emissioni nell’ambiente. La fabbrica del futuro sarà ampiamente sensorizzata al fine di controllarne in modo efficace situazioni ambientali, condizioni operative e livelli di produzione. I sensori utilizzati faranno sempre più ricorso a tecnologie wireless, che utilizzeranno reti locali ad alte prestazioni e semplificheranno i sistemi fisici. Le potenze installate dovranno essere ridotte, e verrà incrementato l’utilizzo di motori a basso e medio voltaggio. In generale i tempi e i costi di produzione dovranno essere ridotti e si farà un utilizzo massiccio di tecniche di simulazione che potranno ridurre drasticamente i tempi di sviluppo. Il consumo di acqua dovrà essere ridotto e i processi che ne fanno un uso significativo (ad esempio quelli alimentari) dovranno trovare tecnologie alternative e sistemi per il riciclo ed il riuso. Grande attenzione sarà riservata alla sicurezza ed alla prevenzione di incidenti, in modo particolare quelli che possono avere un negativo impatto sull’ambiente. Pag. 24/109
  • 25. 13. GLOBAL POWER GENERATION Nel 2020 metà dell’energia elettrica prodotta nel mondo proverrà dai paesi emergenti. La quota proveniente dalle rinnovabili crescerà significativamente. Occorrerà dunque migliorare le tecnologie relative alla gestione di reti in generale ed elettriche in particolare alimentate dalle grandi centrali (come avviene attualmente), ma anche da centrali distribuite nella periferia e operanti direttamente in bassa tensione. Rilevante sarà la necessità di basarsi sui modelli stocastici di produzione legati alla modulazione della produzione elettrica effettuata dagli agenti astronomici e atmosferici. Nel completare l’esame dei megatrend con impatto specifico sul manufacturing e sulla produzione, può essere utile esaminare sinteticamente alcune considerazioni che derivano da una previsione proposta da F&S3. Secondo tale prospettiva, lo sviluppo del Manufacturing evolverà sulla base del modello 3C: Competizione, Collaborazione e Conformità come rappresentato nello schema che segue. 3 Vision of the Future of Manufacturing and Production (Visi-MAP) Module-1, N7B5-10, dicembre 2010 Pag. 25/109
  • 26. SFIDE TENDENZE DOMINI IMPLICAZIONI PER LA PRODUZIONE E IL MANUFACTURING Gestione della distribuzione e del trattamento dell'acqua/dei Acqua rifiuti Efficienza nell'uso Energia Mix di esplorazione, produzione e distribuzione di energia delle risorse Persone Gestione del capitale umano COMPETIZIONE Ambiente Pratiche per la produzione sostenibile e i cambiamenti climatici Eccellenza Eccellenza degli asset Efficienza real-time degli asset operativa Eccellenza del processo Innovazione di processo e differenziazione tecnologica Integrazione di fabbrica Produttività, qualità pianificata, time to market Integrazione Integrazione di eco-sistema Efficienza della subfornitura e costo del prodotto COLLABORAZIONE Digital manufacturing, simulazione virtuale, virtual Visualizzazione del prodotto Visualizzazione commissioning Visualizzazione del processo Visibilità real-time del processo, gestione del ciclo di vita Rischi per le persone Riduzione dei Sistemi di sicurezza, cyber security, validazione e gestione della CONFORMITA’ Rischi per il processo rischi qualità Rischi tecnologici Considerando le implicazioni mostrate, ne derivano cinque tendenze aggregate per ogni sfida, specifiche per il tema manufacturing e produzione, mostrate sinteticamente negli schemi che seguono. COMPETIZIONE COLLABORAZIONE CONFORMITA' •Produzione sostenibile: adottare pratiche •Partnership per la mitigazione del rischio: •Gestione del rischio: considerare i rischi a innovative ed economiche che collaborare nell'ambito della catena di livello dell'impresa ed avviare strategie di permettano l'utilizzo ottimale delle risorse subfornitura per condividere e mitigare i mitigazione e controllo dei rischi con continua riduzione dell'impronta di rischi •Sicurezza e controllo: unificare in un carbonio •Ottimizzazione e visibilità della supply- ambito unico la sicurezza e il controllo •Efficienza energetica ed operativa: chain: visibilità real-time sulle attività di •Continuità del business: focalizzare monitorare il consumoed il costo subfornitura per favorire i miglioramenti l'attenzione sulla gestione delle situazioni energetico per aumentare la redditività e di processo di dissesto e con forte criticità l'efficacia degli asset •Produzione digitale: avviare la •Sicurezza cibernetica: ridurre la •Produzione adattativa: rispondere convergenza delle fasi di progettazione, vulnerabilità dei sistemi informatizzati e velocemente ai cambiamenti del mercato ingegnerizzazione e produzione per la connessi •Ingegnerizzazione frugale: adottare riduzione dei costi •Strategia di migrazione: Focalizzare progettazione e pratiche di produzione •Simulazione e virtualizzazione: usare le l'attenzione sulle tecnologie che frugali e nuovi prodotti innovativi, per tecniche della simulazione per il controllo massimizzano il ROI ridurre i rifiuti e produrre a costi minori del workflow pur rispettando le funzionalità desiderate •Gestione delle relazioni con i partners: dal mercato includere i partners nelle attività innvative •Innovazione verde dei processi: Usare e considerarli come clienti interni principi centrati sul processo con l'obiettivo di ridurre l'impronta di carbonio usando processi e materiali ambientalmente friendly. Pag. 26/109
  • 27. 4 ARTICOLAZIONE DELL’AREA STRATEGICA 4.1 PILLARS E TECNOLOGIE Il tema dell’innovazione dei sistemi produttivi e del manufacturing è da tempo al centro dell’attenzione delle istituzioni coinvolte nella gestione delle opportunità scientifiche ed economiche per un recupero di competitività del sistema economico sia nazionale che europeo. Il manufacturing, infatti, rappresenta il 21% del PIL europeo e il 20% dell’occupazione, con oltre 30 milioni di posti di lavoro in 230.000 imprese, per la maggior parte Piccole e Medie. In considerazione della grande importanza di questo ambito per l’Europa, la Commissione Europea ha avviato, come parte del Recovery Plan, una azione specifica sotto la forma di PPP (Public Private Partnership) dal titolo Fabbrica del Futuro (FoF, Factory of the Future)4. La CE ha inoltre commissionato ad un High Level Expert Group formato da rappresentanti delle imprese europee un’analisi per identificare le linee di azione più importanti nell’ambito dell’azione FoF 5. Il documento prodotto offre una visione molto interessante delle direzioni di intervento che possono essere percorse per affrontare il tema della produzione del futuro, orientata essenzialmente ai seguenti temi:  Definizione di un nuovo modello europeo di sistemi di produzione basato su alte prestazioni, personalizzazione, attenzione all’ambiente, efficienza energetica, potenziale umano e creazione di conoscenza  Utilizzo di produzione ICT-based e di tecnologie innovative  Applicazione di metodi e processi per la produzione sostenibile. I suggerimenti contenuti nella road-map di FoF sono stati largamente utilizzati nella definizione dei pillars attorno ai quali analizzare il tema dell’innovazione nella produzione. In particolare, il gruppo di lavoro ha selezionato le seguenti 5 aree (vedi figura sotto): Manufacturing ad alte prestazioni: è l’area che affronta il problema dell’ottimizzazione delle performance operative delle componenti e dei sistemi di produzione; Manufacturing intelligente: si affrontano i temi dell’utilizzo delle tecniche e degli strumenti ICT per una corretta interazione tra componenti sia interne che esterne all’impresa, inclusa l’automazione di fabbrica; 4 http://ec.europa.eu/research/industrial_technologies/factories-of-the-future_en.html 5 http://ec.europa.eu/research/industrial_technologies/pdf/ppp-factories-of-the-future-strategic-multiannual- roadmap-info-day_en.pdf Pag. 27/109
  • 28. Manufacturing sostenibile: tratta il tema dell’uso efficiente delle risorse (acqua, energia, …) negli ambienti produttivi Progettazione del futuro: attenzione particolare viene dedicata alla fase di definizione di nuovi prodotti e nuove modalità di utilizzo corretto dei sistemi di produzione basate su sistemi di realtà aumentata Materiali a funzionalità incrementata: è l’area che affronta le opportunità offerte da nuovi materiali per aumentare le funzionalità dei prodotti e dei processi produttivi. A queste aree, si è aggiunta una sesta direzione di intervento che tratta i nuovi modelli di business applicati in modo particolare ai mezzi di produzione. Si tratta di un tema di interesse trasversale rispetto a tutti i contenuti qui proposti, e per tale motivo è stato trattato in modo differente dagli altri. Si veda il capitolo successivo per una descrizione dettagliata di questo argomento. Per ognuno dei cinque pillar identificati è stata effettuata una analisi specifica relativa alle tecnologie ed ai metodi più promettenti per il nostro sistema regionale. Nella sezione 5 ogni pillar è descritto insieme alle relative tecnologie. Pag. 28/109
  • 29. 4.2 NUOVI MODELLI DI BUSINESS 6 I nuovi modelli di business (o new business models) sono individuati tra i principali Megatrend di sviluppo che influenzeranno nei prossimi decenni l’intero scenario The Next Generation Business macro e micro economico e le stesse dinamiche sociali7. Models will redefine future business propositions and Gianluca Marchi e Marina Vignola (2011) delineano il influence future technology and concetto di Modello di Business come segue: “una storia product development. These che spiega come un’impresa funziona con business models will not only un’impostazione customer-based all’incrocio tra reshape the landscape of business environment and but also competenze di imprese e bisogni dei clienti”, influence industry dynamics. Some “l’architettura finanziaria ed organizzativa di un business, of these evolving models are “un device che media tra sviluppo della tecnologia e Personalization, Car Sharing,“Pay creazione del valore economico”, “una rappresentazione by the Hour”7 della logica di azione strategica di un’impresa nel creare e catturare valore e nelle interazioni con un ampio value network”. L’importante contributo di Shaefer et al. (2005) permette di individuare gli ingredienti essenziali per un new business model: le scelte strategiche, le modalità di creazione del valore, le modalità di cattura del valore e le modalità di relazione con il value network (customers and co-creators). Nell’industria manifatturiera in generale e, più specificamente, nel settore dei beni strumentali, i nuovi modelli di business servono per adattarsi all’ambiente competitivo attraverso: servizi aggiuntivi (ad alto valore aggiunto), integrazione/razionalizzazione della produzione, fornitura di tecnologie esclusive e/o complesse, alternative alla vendita tradizionale del bene, fornitura di servizi finanziari (es. leasing). I nuovi modelli di business spingono gli imprenditori, i partners e gli stakeholders a competere in un’ottica di sistema. In generale un nuovo modello di business consiste nell’utilizzo di un bene strumentale sulla base di contratti alternativi alla vendita (es. noleggio con servizi, pay per use, pay per unit, pay per availability, wet leasing, vertical/P2P renting, BOT – Build Operate Transfer, buyback …) a loro volta integrati da eventuali servizi ad alto contenuto di conoscenza e/o ad alto valore aggiunto per gli utilizzatori. 6 Questa parte è la sintesi dei contributi di Gianluca Marchi e Marina Vignola dell’Università di Modena, di Francesco Timpano dell’Università Cattolica di Piacenza e di Serena Costa, del Laboratorio MUSP di Piacenza. 7 “Mega Trends: Pre-empt the future! Exploring new frontiers to grasp upcoming opportunities” – Frost & Sullivan - 2010 Pag. 29/109
  • 30. Sono diversi i soggetti interessati e coinvolti nel funzionamento dei nuovi modelli di business: le aziende costruttrici, gli utilizzatori finali, gli intermediari bancari e finanziari – specializzati nel risk management e nella relativa contrattualistica, il personale di operation e di manutenzione, il management team ed eventuali società che si occupano di noleggio e/o leasing. Le soluzioni tecnologiche che le imprese produttrici manifatturiere (Piccole, Medie o Grandi Imprese) potranno adottare per operare efficacemente sul mercato competitivo globale attraverso modelli di business alternativi fanno diretto riferimento alle tecniche di monitoraggio remoto (e-maintenance) e della riconfigurabilità e flessibilità del prodotto o della componente (modelli multiclient). Dunque i nuovi modelli di business, basati sull’efficace integrazione tra gli sviluppi della tecnologia al servizio delle esigenze dei players del comparto (costruttori e utilizzatori) da un lato e gli elementi contrattuali-organizzativi dall’altro, aumentano la dimensione del mercato (costruttori – noleggiatori - finanziatori - utilizzatori) e consentono di condividere e ripartire il rischio imprenditoriale tra gli attori in gioco. Il buon coordinamento e la corretta redistribuzione del potere di mercato tra i diversi attori coinvolti offre loro un valore aggiunto aumentando così la competitività complessiva degli stessi. La business model innovation permette di:  diminuire il rischio d’impresa sfruttando strumenti contrattuali (leasing, affitto, servizio …) ed accordi organizzativi;  sfruttare l’esperienza e la capacità operativa di attori normalmente non coinvolti (o coinvolti marginalmente) nel settore manifatturiero;  garantire al costruttore un contatto con l’utilizzatore obiettivo;  fornire un valore aggiunto ad ogni stakeholder (es. conoscenza di nuovi mercati di sbocco, definizione e sperimentazione di nuove offerte commerciali ed operative). Si riporta uno strumento utile allo studio dei business concepts nel comparto manifatturiero delle macchine utensili: la matrice è definita Morphological Box on product-service systems for the machine tools industry 8 e consente di definire una tassonomia relativa ai new business models. 8 G. Lay et al. Service-based business concepts: A typology for business-to-business markets European Management Journal 27 (2009) Pag. 30/109
  • 31. CHARACTERISTIC FEATURES OPTIONS Operating Third Party During phase of use Manufacturer Joint Customer (Leasing/Renting) Venture Ownership Operating Third Party After phase of use Manufacturer Joint Customer (Leasing/Renting) Venture Manufacturing Manufacturer Operating Joint Venture Customer Personnel Maintenance Manufacturer Operating Joint Venture Customer Manufacturer’s Establishment fence-to-fence to Customer’s Location of operation establishment the customer establishment In parallel operation for multiple Operation for a single Single/multiple customer operation customers customer Pay for Pay for Payment model Pay per unit Fixed rate availability equipment La valutazione strategica che precede la sperimentazione e la divulgazione di modelli innovativi di business si articola in ambito di scelte organizzative e di filiera e di scelte finanziarie – gestionali. Le scelte organizzative e di filiera hanno ad oggetto la declinazione del rapporto tra costruttore ed utilizzatore del prodotto finale e le tecnologie di monitoraggio, manutenzione e riconfigurabilità. L’insieme delle relazioni che si sviluppano tra l’azienda costruttrice e l’organizzazione utilizzatrice del prodotto finale richiede che gli attori in gioco contemplino tre fondamentali componenti: la scelta relativa alla localizzazione dell’impianto (es. costruttore/fence-to-fence/utilizzatore), il product-service system (PSS) che include gli aspetti sia di operation sia di management ed, infine, le modalità di utilizzo dell’impianto sotto il profilo organizzativo. Con riferimento alle componenti analizzate, a titolo di esempio si annoverano la tendenza allo svilupparsi di nuovi indicatori di customer satisfaction, al diffondersi del cosiddetto arbitrage seeker (le imprese usano a costi decrescenti gli asset non saturati di altre imprese) e all’accesso a tecnologie sviluppate esternamente (open innovation networks) tramite scouting interno o sistemi di brokeraggio. L’ambito tecnologico relativo alla gestione fisica del prodotto finale e alla sua manutenzione include le seguenti componenti innovative: nuove modalità di controllo della produzione attraverso tecniche di Monitoraggio Remoto (altresì detto Machine to Machine-M2M), tecniche di manutenzione condition-based e manutenzione predittiva e, in ultima analisi, caratteristiche del prodotto capaci di stimolare le forme innovative di business (riconfigurabilità). Il Machine-to- Pag. 31/109
  • 32. Machine consiste nella comunicazione tra macchine, mezzi mobili ed esseri umani per lo scambio di informazioni e dati al fine di svolgere operazioni complesse senza l'intervento umano. Si tratta dell’insieme dei servizi, dei sistemi, delle tecnologie, del software e dell'hardware che abilitano questa rete di comunicazioni. Le tecniche di manutenzione condition-based e di manutenzione predittiva implicano che la pianificazione degli interventi sia basata sulla conoscenza reale e attuale dello stato di salute del sistema (grazie a monitoraggio della macchina) e a previsione del tempo di vita residuo effettivo (nel rispetto delle esigenze operative). I vantaggi del monitoraggio remoto e della manutenzione predittiva possono essere così riassunti: il controllo continuo sul funzionamento della macchina o dell’impianto, la traccia dell’evoluzione storica delle prestazioni e della produzione, supervisione centralizzata, l’aumento dell’operatività dell’impianto grazie alla riduzione dei fermo macchina indesiderati, la miglior gestione dei fermi pianificati, la riduzione dei costi di manutenzione e riparazione, il mantenimento delle prestazioni al di sopra delle soglie desiderate e la possibile prevenzione di anomalie e guasti incipienti. Le scelte finanziarie e gestionali hanno a che vedere con la definizione delle opportune forme contrattuali e finanziarie. Dal punto di vista contrattuale, le parti in gioco devono saper individuare il contratto ideale alternativo alla compravendita tradizionale e che offra a ciascuno un valore aggiunto aumentando la competitività complessiva degli stessi. Ecco alcuni esempi tra le innumerevoli tipologie contrattuali legate ai modelli di business innovativi: pay per use, pay per availability, pay per unit, prodotto in mano, wet leasing, noleggio con servizi. In particolare, tre forme innovative contrattuali per l'acquisizione della capacità produttiva sono state meglio definite da Copani G. et al (2011)9 rispetto allo stato attuale dell'arte:  Pay Per Part - PPP (gli utenti finali acquisiscono capacità produttiva come un servizio, pagando il proprietario delle macchine, cioè il costruttore di macchine o l’agente finanziario, sulla base del numero di pezzi prodotti);  Pay Per Use - PPU (il pagamento è basato sul tempo in cui l’utilizzatore utilizza le macchine, compresi i fermi per la manutenzione, riparazioni, ecc);  Pay for Availability - PFA (il pagamento è basato sul tempo effettivo di funzionamento delle macchine, senza considerare il tempo speso per la manutenzione o guasto). In generale, le dimensioni che stanno alla base della scelta della formacontrattuale si riferiscono a: valutazione del contratto di noleggio vs. new company; definizione dell’architettura contrattuale (leasing comprensivo di servizi e manutenzione), individuazione del modello di pagamento (ad esempio basato sul coefficiente di utilizzo del bene). Dal punto di vista strettamente finanziario, è richiesta un’opportuna gestione finanziaria basata sul ritorno degli investimenti relativamente più 9 “New Financial Approaches for the Economic Sustainability in Manufacturing Industry” - Giacomo Copani, Lorenzo Molinari Tosatti, Silvia Marvulli, René Groothedde, Derek Palethorpe Pag. 32/109
  • 33. lungo per i costruttori, sul bisogno di individuare una “massa minima di utilizzatori”, e sull’importanza del coordinamento tra domanda, offerta e disponibilità delle macchine/componenti. La tecnologia finanziaria è costruita su alcuni pilastri: la riduzione delle asimmetrie informative tra il produttore, l’utilizzatore e il soggetto finanziatore attraverso la corretta valutazione del rischio e della qualità della controparte, il ruolo degli intermediari finanziari, e infine, gli strumenti di tecnica finanziaria. È evidente come le dimensioni inerenti la gestione finanziaria dei new business models siano connesse con gli aspetti legati alla natura contrattuale. La riduzione delle asimmetrie informative può essere risolta mediante la stipulazione di un opportuno contratto tra le parti o, alternativamente, per mezzo della costituzione di una new company, ossia di una nuova realtà imprenditoriale (società di scopo). Gli intermediari finanziari hanno il ruolo di farsi carico esclusivamente della parte finanziaria del rischio di mercato legato alla business operation; il rischio di carattere operativo deve continuare a far capo agli altri attori attivi nel settore manifatturiero. Tra gli strumenti di tecnica finanziaria rientra in modo prevalente il leasing: dry lease, wet lease, leasing finanziario ed il leasing operativo. Il Catalogo di strumenti finanziari applicabili nel settore manifatturiero10, è una lista di possibilità di finanziamento che le aziende manifatturiere e i costruttori di macchine hanno a disposizione per acquisire capacità produttiva. Di seguito si propongono due tabelle riepilogative per due analisi di casi. Nella prima (Tabella A) si riportano i risultati di un lavoro di Lay G., Schroeter M., Biege S. che hanno analizzato 17 casi europei di new business models, mentre nella seconda (Tabella B) si riportano sinteticamente le caratteristiche di alcuni casi specifici. Settore di prevalente Settori di sbocco PMI vs grandi imprese Assetto proprietario applicazione In 10 casi su 17 la Meccanica (6) proprietà della macchina Automotive, aerospace, Macchine utensili (4) rimane della società food, health, packaging, PMI 6 su 17 Chimica, servizi industriali, costruttrice process industry stampi 3 casi con leasing bank 2 casi di joint venture Modelli di pagamento Utilizzatori Personale Localizzazione impianto prevalenti Per l’operatività è misto Azienda costruttrice 3 (azienda costruttrice- casi Tipicamente gli utilizzatori Rata fissa e pay per part azienda utilizzatrice), per la Azienda utilizzatrice 13 sono singoli o pay per availability manutenzione è casi dell’azienda costruttrice Fence-to-fence 1 caso Tabella A11 10 “New Financial Approaches for the Economic Sustainability in Manufacturing Industry” - Giacomo Copani, Lorenzo Molinari Tosatti, Silvia Marvulli, René Groothedde, Derek Palethorpe 11 “Service-based business concepts: A typology for business-to-business markets” Lay G. et al. European Management Journal 27 (2009) Pag. 33/109
  • 34. Azienda Fonte Business concept “Organizing for solutions: Systems seller vs. systems integrator” – Industrial Marketing Management 36 (2007) 183-193. L’indagine Alstom Transport empirica è tratta dai risultati Systems seller e systems integrator ottenuti da un progetto di ricerca durante il periodo 2000-2003 e disponibile in Davies et al., 2001, 2003. Methodology for Product Service EDF Systems’, project European Product service systems Commission Controllo remoto: monitoraggio in real “New Business Models nel settore time, riconfigurazione dei parametri di Carpigiani – ALI Group delle macchine utensili”, MUSP, funzionamento, diagnostica, marzo 2011 aggiornamento del firmware “Giornata di studio sull’utilizzo di Sensoristica avanzata per il controllo sensori per il monitoraggio di remoto: Spindle Grow Sensor, Power MARPOSS spa mandrini per fresatura e rettifica”, Monitoring Sensor, Acceleration Sensor, MUSP, giugno 2011 Temperature Monitoring Sensor Tabella B12 12 Elaborazione degli autori Pag. 34/109
  • 35. 5 PILLARS DI INTERVENTO Pag. 35/109
  • 36. 5.1 MANUFACTURING AD ALTE PRESTAZIONI La realizzazione di sistemi di produzione ad alte prestazioni richiede impianti in grado di cambiare configurazione (riconfigurarsi) velocemente per essere competitivi, in termini di costi di produzione, in un ampio intervallo di volumi di produzione, idealmente dal piccolo lotto a quantità realizzate, fino ad ora, con macchine dedicate (produzione in serie). Questo obiettivo strategico può essere realizzato utilizzando tecnologie flessibili e unità produttive modulari fortemente integrate con tecnologie ICT. Inoltre, la gestione di questi impianti deve tendere allo sviluppo di sistemi che riducano i tempi di lavorazione e di attesa delle macchine e migliorino le capacità di esecuzione delle operazioni anche avvalendosi di dispositivi accessori che consentano una rapida riconfigurazione del processo produttivo. Infine, l’aumento dell’efficienza e della qualità dei processi di produzione deve tener conto dei vantaggi che possono derivare dall’impiego di materiali high-tech. In questo contesto, l’incremento delle prestazioni può essere ottenuto intervenendo (a) sulle componenti fisiche del sistema produttivo per renderlo nel suo complesso più facilmente adattabile e riconfigurabile (sistemi di produzione adattativi e riconfigurabili), (b) sul sistema ICT che controlla il sistema produttivo con lo scopo di raggiungere una produzione di alta qualità in percentuali elevate (produzione zero-difetti), Pag. 36/109
  • 37. (c) sulla gestione informatizzata/automatizzata della manutenzione (maintenance) delle macchine e degli impianti per ridurre i tempi di fermo-macchina e/o la ridondanza degli impianti e sulla capacità di previsione di guasti. 5.1.1 TEMATICHE IDENTIFICATE E KEY TECHNOLOGIES Le tematiche e le Key Technologies da implementare nei sistemi e modelli di produzione del futuro sono state ricavate analizzando i trend del mercato, i nuovi modelli di business e le evoluzioni dei prodotti. Il manufacturing ad elevate prestazioni del futuro dovrà realizzare una notevole flessibilità operativa, gestendo lotti di dimensioni sempre minori sino al “one piece flow” ed effettuando forti personalizzazioni, ma anche garantire contemporaneamente la massima precisione e qualità (intesa anche come conformità a normative e legislazioni sempre più severe e complesse), di fatto ottenibile solamente attraverso procedure e metodi di verifica metrologica con successiva auto ottimizzazione adattativa dei cicli di lavoro. Pertanto, i processi produttivi tenderanno ad essere sempre più complessi e articolati. Da un lato i processi su grandi quantità (in cui, comunque, le dimensioni di lotto diminuiranno rispetto agli anni precedenti; si citano, come filiere regionali di riferimento, ceramico/piastrelle, alimentare, farmaceutico..) diverranno più complessi in termini di numero di operazioni/lavorazioni e, soprattutto, controllo ed ottimizzazione dinamica della qualità. Dall’altro (specialità puramente emiliana romagnola) processi di alta qualità a personalizzazione totale in cui sarà richiesta estrema flessibilità su lotti ridottissimi con cicli produttivi articolati e riconfigurazione continua di lavorazioni e attrezzature. Le vere prestazioni di produttività saranno determinate dalle fasi di riattrezzaggio, riconfigurazione, ottimizzazione dinamica (online) dei parametri di lavoro sino alla generazione automatica di cicli di lavoro personalizzati ed auto ottimizzati (e sempre diversi tra loro). Tali trend evolutivi impongono di ripensare non solo le macchine, ma anche i processi completi (che includono in particolare operatori, training etc) e i modelli di business (BtO, AtO, CtO, mass customization, mass personalization, catena collaborativa prodotto-processi di fornitura nell’azienda olonico-virtuale). Nelle nuove macchine ed automazioni industriali si assisterà ad un incremento di funzionalità da implementare, nonché alla necessità di coordinare e pianificare azioni sinergiche e sequenze di operazioni / lavorazioni da sincronizzare per garantire la massima produttività. Estendendo il discorso all’intero sistema di produzione e modello di business bisognerà inoltre valutare anche il contributo, determinante, dell’operatore, non solo in termini di mera produttività ma anche nel suo contributo abilitante di flessibilità e messa a punto estrema, attuato cooperando attivamente con macchine e robot. I sistemi di produzione del futuro vedranno infatti, incrementare non solo la loro autonomia operativa ed intelligenza (anche grazie ai temi “ICT enabled”), ma paradossalmente anche la necessità di cooperare, interagire e/o essere Pag. 37/109
  • 38. affiancati da operatori istruiti ed ad alto valore aggiunto, in ambienti estremamente dinamici e variabili. Sistemi di produzione adattativi e riconfigurabili KT1.1 - MACCHINE E ROBOT AD ALTE PRESTAZIONI La possibilità di utilizzare tecnologie ICT nel processo produttivo passa attraverso l’impiego di macchine che possano essere messe in rete sia per trasmettere informazioni sul loro stato che per ricevere le istruzioni operative da eseguire. In sintesi, la macchina nella fabbrica del “futuro”, scambiando informazioni in rete, deve essere in grado di:  produrre famiglie di componenti diversi all’interno di uno stesso ciclo produttivo;  cambiare il proprio modus operandi (essere riconfigurata) per produrre differenti famiglie di componenti quando il ciclo produttivo cambia (e.g., nuovi prodotti richiesti dal mercato);  essere economicamente conveniente in un range di volumi di produzione molto variabile. Una macchina di questo tipo è per sua natura “general purpose” e con elevate caratteristiche dinamiche, e può genericamente essere classificata come “robot industriale ad alte prestazioni”. La movimentazione di oggetti (utensili o semilavorati) può essere individuata come operazione base che il robot industriale deve implementare. Pertanto, il raggiungimento di alte prestazioni è essenzialmente misurabile tramite i tempi/ciclo che la macchina è in grado di realizzare nell’esecuzione di queste movimentazioni. La riduzione significativa dei tempi/ciclo è l’obiettivo da raggiungere nella progettazione di un “robot industriale ad alte prestazioni”. La riduzione spinta dei tempi/ciclo richiede di combinare due filosofie progettuali: (i) semplificazione dell’architettura della macchina, (ii) alleggerimento spinto degli elementi della macchina e conseguente presa in considerazione della flessibilità degli stessi. Queste due filosofie convergono verso il concetto di “manipolatore sotto-attuato e/o a mobilità ridotta riconfigurabile”. Pertanto, l’individuazione sia di architetture idonee (sintesi funzionale) che di metodologie di progettazione (flexible multibody modelling) e controllo di questi manipolatori sta viepiù attraendo l’interesse di molti ricercatori ed è da ritenersi una tematica di interesse strategico. Più in generale, le specifiche progettuali di macchine utensili e sistemi di produzione ad alte prestazioni comportano, da un lato, l’incremento delle velocità di lavorazione e dei volumi di Pag. 38/109
  • 39. produzione, dall’altro l’incremento della precisione e qualità del prodotto. Queste esigenze contrastanti vengono limitate da effetti dinamici e vibratori che, oltre ad impedire il raggiungimento di elevate specifiche funzionali, possono provocare livelli eccessivi di rumorosità o essere causa di guasti e malfunzionamenti. Tali problematiche vanno affrontate tenendo conto delle influenze reciproche tra le eccitazioni presenti e le caratteristiche vibro-acustiche del sistema stesso, che nelle applicazioni industriali è di norma un sistema complesso ed altamente non lineare. Risulta pertanto importante sviluppare ed introdurre in ambito industriale criteri e metodologie di progettazione per il contenimento delle vibrazioni, da impiegarsi lungo tutta l’attività di progettazione e che comportano opportune scelte progettuali sulla struttura della macchina, i materiali, gli azionamenti e le leggi di moto. Lo sviluppo di soluzioni progettuali innovative in questo ambito comporta una metodologia basata su una stretta interazione tra simulazioni numeriche ed analisi sperimentali; in particolare l’impiego di modelli previsionali opportunamente validati permette di ridurre tempi e costi di sviluppo del progetto. KT1.2 - SISTEMI DI PRODUZIONE RICONFIGURABILI La necessità di pervenire a modelli di produzione estremamente snelli e dinamici, in cui i prodotti hanno elevati livelli di personalizzazione e qualità, ridotti tempi di consegna e cicli di vita in costante diminuzione (comunque molto minori di quello dei loro rispettivi sistemi di produzione), impone di rivalutare le prestazioni di macchine e linee di produzione esaltando soprattutto la capacità di riconfigurarsi e di adattarsi a mutate condizioni operative. Pertanto, i sistemi di produzione riconfigurabili dovranno presentare evidenti e superiori caratteristiche di:  riattrezzaggio e riconfigurazione in tempi ridotti per garantire produzioni sempre più flessibili e snelle  ottimizzazione dinamica (online) dei parametri di lavoro sino alla generazione automatica di cicli di lavoro personalizzati ed auto ottimizzati (e sempre diversi tra loro) per garantire la massima personalizzazione di prodotto  qualità finale di realizzazione basata su controlli metrologici integrati (adaptive manufacturing) con annullamento adattivo degli errori. KT1.3 - NUOVE TECNOLOGIE DI MANIFATTURA Ci si rivolge alle tecniche di progettazione di processi di produzione innovativi e non convenzionali, sensibilmente diversi dallo stato dell’arte. Specifici metodi progettuali possono permettere di ideare, validare ed ottimizzare nuove tipologie di lavorazione attualmente precluse, quali ad esempio lavorazioni pesanti effettuate da robot attualmente non in grado di garantire adeguata rigidezza e precisione, lavorazioni con utensili non convenzionali e comunque alternativi allo stato dell’arte, realizzazione di decori estetici o finiture di superiore qualità, sistemi di produzione e/o Pag. 39/109
  • 40. lavorazioni a ridotto consumo energetico/impatto ambientale, produzione in ambienti a ridotto livello di contaminazione etc.. Produzione zero difetti KT1.4 - CONTROLLO DI PRODUZIONE Il controllo di produzione è una funzione da applicare al processo produttivo nella sua completezza sia esso di tipo tradizionale che di tipo distribuito (più unità produttive che concorrono alla realizzazione di un unico prodotto). La realizzazione di questa funzione richiede che il sistema produttivo sia dotato di un monitoraggio esteso dell’avanzamento della produzione, della capacità di identificare e tracciare i prodotti, della funzione di misura e prevenzione dei rischi. Ciò è tanto più difficile da realizzare quanto più i cicli produttivi sono brevi, i prodotti fortemente personalizzati ed i lotti piccoli. Per il raggiungimento dell’obiettivo della ‘produzione zero-difetti’, è necessario  dotare i sistemi di controllo della produzione di dispositivi in grado di controllare la qualità del prodotto (sia sul prodotto finito sia eventualmente in fasi intermedie della lavorazione);  introdurre sistemi per il monitoraggio dei malfunzionamenti dei sistemi di produzione, responsabili dello scadimento della qualità del prodotto. Tali dispositivi permettono l’adozione di strategie di manutenzione predittiva (o su condizione) atte ad ottimizzare gli interventi di manutenzione, riducendone i costi, ad evitare l’immissione sul mercato di prodotti difettosi e a raccogliere informazioni per intervenire in tempo reale sulle cause di scarsa qualità. Tutte queste azioni concorrono a ridurre il numero di pezzi non conformi idealmente a “zero”. I dispositivi per il controllo qualità e il monitoraggio dei malfunzionamenti sono costituiti da opportuni sensori non intrusivi, sistemi di acquisizione ed elaborazione dei dati secondo opportuni algoritmi in tempo reale, algoritmi decisionali buono/scarto o sano/guasto ed algoritmi di diagnostica per l’individuazione e la localizzazione dei difetti. Spesso le aziende manifatturiere evidenziano la problematica del riconoscimento automatico di pezzi difettosi in catene di produzione industriali. In questo ambito, il riconoscimento automatico, a partire da immagini, e la classificazione automatica sono due tecnologie rilevanti per tutte le aziende che si trovano ad affrontare problematiche legate alla visione artificiale e identificazione automatica, anche mediante tecniche di classificazione, di pezzi difettosi. Le tecnologie sono poi particolarmente rilevanti per garantire la competitività delle aziende metalmeccaniche che producono macchinari per fabbricazione industriale. Pag. 40/109
  • 41. KT1.5 - STRUMENTI KNOWLEDGE-BASED PER L’AUTOAPPRENDIMENTO Le tecniche di rappresentazione della conoscenza, simboliche e basate su regole, possono essere di ausilio alla formalizzazione di conoscenza, sia a fini di addestramento e formazione di personale che per la manutenzione delle macchine. In questo ambito, i settori applicativi sono diversi. Le regole simboliche possono, ad esempio, essere apprese a partire da basi di dati disponibili con tecniche di apprendimento automatico tipiche dell’Intelligenza Artificiale. Dotare i sistemi di produzione di capacità di autoapprendimento li rende capaci di classificare tutti gli eventi “anomali” che si verificano durante la vita dell’impianto e di riconoscere situazioni critiche, identificate in base ai dati storici raccolti. La disponibilità di queste informazioni su di un supporto fisico (memoria del sistema di elaborazione dati) rende il know-how aziendale indipendente dal turn-over del personale con ovvi benefici sulla qualità dei prodotti. Esemplificando, il sapere aziendale si separa sempre più dal sapere dei singoli che operano all’interno dell’azienda. KT1.6 - STRUMENTI KNOWLEDGE-BASED PER LA PIANIFICAZIONE DI PROCESSO La disponibilità del modello dei processi secondo cui opera l’azienda diventa sempre più strategico per le aziende e le organizzazioni regionali. Tale modello può essere utilizzato come base per un sistema “regolatorio” dell’operatività aziendale. In questo contesto, trovano impiego tecniche formali di rappresentazione del modello e tecniche di ragionamento automatico per la sua attuazione. Utilizzando queste tecniche,il modello può anche essere appreso automaticamente a partire da databases che riportano le attività svolte in azienda, con le tecnologie tipiche della Business Intelligence e del Process Mining. La rappresentazione formale del modello può poi essere utilizzata per ottimizzare l'uso delle risorse o i tempi di produzione, mediante tecnologie di constraint processing. Maintenance KT1.7 - E-MAINTENANCE Negli ultimi anni, le tecnologie ICT sono state pesantemente applicate nell’automazione dei processi industriali, portando a significativi miglioramenti di ogni fase del processo produttivo (Chryssolouris et al., 2009). In questo contesto, una delle applicazioni più importanti dell’ICT è sicuramente quella rappresentata dall’e-maintenance. Si tratta di un concetto recentemente emerso nel processo di “digitalizzazione” degli impianti manifatturieri che fa riferimento all’integrazione dell’ICT nel processo di manutenzione, al fine di Pag. 41/109
  • 42. automatizzare le operazioni di gestione, tramite il monitoraggio e il controllo remoto delle macchine e l’integrazione di tutti i dati di manutenzione all’interno del sistema informativo aziendale. KT1.8 - PROGNOSTICA Predire un guasto incipiente prima che questo provochi un fermo macchina, a volte anche disastroso, è fondamentale e determina le reali prestazioni di produttività, ma, specie nel caso di cinematismi veloci e servomeccanismi che operano a velocità variabile, non risultano soluzioni complete e consolidate. Per un efficace azione di e-maintenance è infatti necessario disporre di sistemi di monitoraggio dello stato di salute della macchina, i più completi ed accurati possibile. Si necessita quindi di investigare soluzioni tecnologiche, includendo le relative metodologie di impiego, idonee a rilevare il funzionamento anomalo di componenti e cinematismi ed adottare autonomamente opportune strategie di funzionamento. 5.1.2 TREND DELLE KEY TECHNOLOGIES Sistemi di produzione adattativi e/o riconfigurabili Lo studio di nuove architetture di macchine a mobilità ridotta, principalmente di tipo parallelo, è un settore oramai maturo e si può ragionevolmente affermare che molte delle soluzioni progettuali sono già presenti nella letteratura scientifica dell’ultimo decennio. Diversa è, invece, la situazione delle architetture per macchine sotto-attuate e/o riconfigurabili. Per questo tipo di architetture la fase di ideazione sta avendo proprio in questi anni una fase di rapida accelerazione (il primo congresso internazionale sulle architetture riconfigurabili si è tenuto nel 2009 (http://www.remar2009.com/)); anche se molto deve essere ancora fatto per quanto riguarda il controllo delle macchine sotto-attuate. Purtroppo, lo studio delle architetture non va di pari passo con le analisi dinamiche con codici multibody. Tuttavia, nell’ambito della modellazione flexible-multibody, esistono già i contesti (congressi specifici, gruppi di ricerca, software commerciali come ADAMS, Virtual Lab, etc.) in cui poter operare per sviluppare queste problematiche. Pertanto è lecito attendersi che questo gap sia rapidamente colmato e che appaiano presto sul mercato macchine con queste architetture. In poche parole, la riconfigurabilità delle attuali macchine è basata sulla ridondanza (utilizzo un sistema con sei assi controllati per realizzare operazione differenti che richiedono al più tre assi controllati, ma non sempre gli stessi); quelle di nuova generazione, riconfigurandosi, saranno in grado di cambiare la natura degli assi controllati (se devo realizzare vari compiti che richiedono al più tre assi controllati anche se di diversa natura, potrò utilizzare una macchina con soli tre assi controllati, se non addirittura con meno di tre assi controllati (sistema sotto-attuato)) Pag. 42/109