Far progredire le fabbriche con l’automazione

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Eric Wendt, direttore di automazione presso Digi-Key Electronics

Il mondo sta assistendo a un significativo progresso nel modo in cui produciamo i beni. Questo periodo di trasformazione, definito la quarta rivoluzione industriale o Industry 4.0, riconosce una tendenza verso l’automazione e lo scambio di dati nelle tecnologie e pratiche di produzione che includono intelligenza artificiale (IA), edge computing e connettività.

Mentre le tendenze di cui parleremo qui sono molto lungimiranti e futuristiche, molte aziende non le hanno ancora adottate. Sappiamo che le aziende si trovano in punti diversi lungo questo viaggio verso la trasformazione, ma proprio come tutti sono saliti a bordo con la rivoluzione industriale originale (macchine a vapore), la seconda rivoluzione “tecnologica” (ferrovia e telegrafo) e la terza rivoluzione (digitale), nel tempo molte di queste tendenze emergenti diventeranno all’ordine del giorno.

Doppia visione

Per soddisfare la crescente domanda globale e superare le sfide della supply chain, i produttori devono guardare avanti. Un modo nuovo ed economico per farlo si trova nei cosiddetti gemelli digitali, ovvero una rappresentazione virtuale in tempo reale di un sistema o processo fisico che funge da controparte digitale per scopi di simulazione, integrazione, test e manutenzione. I gemelli digitali consentono simulazioni hardware dettagliate che influenzano qualsiasi cosa, dai processi di produzione ai layout completi di stabilimenti e impianti.

Costruendo virtualmente una macchina, una linea di produzione o un magazzino, un’azienda non spende denaro in componenti o attrezzature e il gemello digitale può verificarne il funzionamento prima di effettuare tali investimenti. Il gemello digitale può confermare come costruirlo e, una volta costruita fisicamente la fabbrica, il gemello digitale può essere utilizzato per lavorare sull’efficienza e sulla manutenzione predittiva.

Il nuovo centro di distribuzione prodotti (PDCe) di Digi-Key è stato inaugurato nell’agosto 2022.

Ad esempio, nel magazzino di Digi-Key, possiamo utilizzare il nostro gemello digitale per sapere quante stazioni di imballaggio dovrebbero essere in funzione quando sono in funzione le stazioni di prelievo e, a seconda del volume degli ordini, determinare se aprirne o chiuderne altre. Il gemello digitale può anche aiutarci a identificare quanti ordini possono essere gestiti in base a diversi livelli di personale per determinare i livelli ottimali.

Un altro vantaggio è la manutenzione predittiva e il miglioramento dei processi. Con una simulazione virtuale dell’esatto impianto di produzione, le aziende possono modificare i parametri digitalmente e vedere come risolveranno o identificheranno problemi e punti critici. Ogni componente all’interno di una fabbrica ha una certa durata e, dopo un determinato periodo di tempo, i motori e i componenti iniziano inevitabilmente a essere instabili e diventare elettricamente inaffidabili. Con un gemello digitale che esegue piattaforme di manutenzione predittiva, il sistema può avvisare, ad esempio, quando un motore è in funzione da un certo numero di ore, e che pertanto potrebbe iniziare a vibrare troppo. Se sappiamo che quando vibra così tanto, nel tempo si guasterà, avremo modo di correre ai ripari prima che si verifichi il guasto. Quindi, i tempi di inattività possono essere programmati in modo proattivo per sostituire il motore anziché aspettare che avvenga un guasto imprevisto che provocherebbe l’arresto anomalo dell’intero sistema.

Con un gemello digitale le aziende vedranno il futuro nel mondo virtuale per applicare quanto appreso al mondo reale. Il gemello digitale può anche accelerare ed eseguire, ad esempio, una settimana di test in un’ora, quindi ha un enorme potenziale.

Il PDCe dispone di oltre 43 chilometri di nastri trasportatori automatizzati all’interno dell’edificio e un ordine medio percorre più di 975 metri all’interno dell’edificio.

Il più grande progresso tecnologico che ha reso i gemelli digitali una realtà è l’edge computing, che consente di elaborare tutto a una velocità elevata. Più la potenza di calcolo aumenta su tutta la linea, più queste pratiche diventeranno comuni. In questo momento, il costo dei sistemi per edge computing è piuttosto elevato e quindi irraggiungibile per molte aziende. Ma il compromesso tra la possibilità di prevedere le esigenze di personale e la consapevolezza di quando dover sostituire i sistemi è molto prezioso per gli operatori di fabbrica, perché fa risparmiare tempo: se sanno quando il sistema sta per guastarsi, possono prevenire i danni e programmare la manutenzione, accorciando i tempi di inattività.

L’utilizzo dell’edge computing e dei gemelli digitali sta anche creando posti di lavoro più remunerativi e incentrati sulla tecnologia come ruoli di IT, analisti di dati e altro ancora. Inoltre, i robot collaborativi negli stabilimenti possono assumere ruoli più noiosi e monotoni e liberare il personale che in precedenza svolgeva quei lavori per occupare posizioni più rilevanti all’interno dell’azienda.

The Show Must Go On

Che si tratti di problemi con i macchinari, di carenza di componenti o di altre potenziali sfide, le interruzioni della produzione non sono più accettabili. Le fabbriche di oggi devono offrire una visibilità a livello di sistema attraverso l’uso di sensori e hardware complessi progettati per acquisire, monitorare e fornire informazioni chiave prima che si verifichino problemi.

Il PDCe di Digi-Key si collega alla sede centrale esistente e al PDC originale tramite uno Skybridge che si estende per 100 metri ed è dotato anche di un nastro trasportatore collegato per consegnare prodotti e altri articoli a entrambi gli edifici.

Il principale problema per gli impianti oggi è la carenza di circa un milione di lavoratori qualificati necessari nell’ambito dell’automazione – e questa tendenza non farà che peggiorare. Quindi, la sfida è trovare quanti più processi da automatizzare per poter lavorare con lo stesso numero di persone senza compromettere la crescita. L’automazione è scalabile: quando si automatizza un processo, di solito si riduce il personale o non si devono aggiungere operatori se aumentano i volumi di produzione.

La pandemia ha favorito questa tendenza, poiché le aziende si sono rese conto abbastanza presto che probabilmente non sarebbero mai state in grado di assumere un numero sufficiente di lavoratori per soddisfare la domanda. Quindi la sfida si è spostata sul capire che cosa automatizzare per risparmiare, perché non basta affidare una mansione a un robot per sostituirlo a una persona.

C’è anche una grande necessità di integratori di sistemi che aiutino i produttori a determinare che cosa può essere automatizzato e come far funzionare il tutto insieme senza problemi. Gli studenti oggi dovrebbero focalizzarsi sull’automazione e capire come diventare integratori, poiché questi saranno i lavori del futuro.

Pensare fuori dagli schemi

Nel mondo della produzione, i pionieri pensano sempre al futuro e prototipano le futuro delle tecnologie in fabbrica. Guardando avanti, molte tendenze a breve termine trasformeranno l’Industry 4.0 da un concetto in realtà. Dai robot collaborativi che possono svolgere più compiti al momento in cui l’intelligenza artificiale e la robotica si fondono, credo davvero che questa sarà la più grande dell’invenzione dai tempi della ruota.

La domanda di integratori di sistemi non cesserà e continuerà a esserci una spinta maggiore verso la produzione localizzata. Questa non è solo una tendenza negli Stati Uniti, ma è globale: tutti desiderano concentrarsi su una produzione più vicino al punto di utilizzo del prodotto finale. Con una produzione “quasi a km 0”, le aziende possono fornire più facilmente prodotti personalizzati, progetti unici e lotti a volumi inferiori.

KNAPP, leader nella logistica di magazzino e nell’automazione, ha collaborato con Digi-Key per l’automazione interna e le attrezzature operative della struttura.

Mentre andiamo verso un futuro più automatizzato, Digi-Key si impegna a fornire tutto ciò di cui avete bisogno per la prossima rivoluzione delle vostre attività. Con oltre 70.000 componenti specifici per l’automazione in magazzino e 150.000 prodotti di automazione e controllo disponibili, Digi-Key offre quasi tutto l’occorrente per ogni esigenza di automazione.

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