Industria 4.0. Nuovi approcci alla gestione dei processi produttivi

1- Premessa

Industria 4.0 si affaccia al mondo della produzione industriale e dei servizi nella configurazione che essi hanno progressivamente raggiunto a partire dalla crisi energetica degli anni settanta del secolo scorso e successivamente a seguito dei cambiamenti politici, economici e sociali che l’hanno accompagnata e seguita fino al giorno d’oggi.

Negli anni settanta i paesi a economia avanzata si sono confrontati con le conseguenze di una brusca carenza nella disponibilità di petrolio e del conseguente aumento a livelli altissimi dei prezzi dell’energia, e con altri fattori, quali, per citare alcuni tra i più rilevanti, lo sbilanciamento tra i costi tra manodopera – che rispondevano all’esigenza di sostenere un modello di “economia basato sui consumi” – e fatturati delle imprese, e l’abbandono della stabilità monetaria (decisione politica statunitense di annullare nel 1971 il legame dollaro–oro). Ad essi va aggiunto un elevato tasso di inflazione che risultò particolarmente critico per quei paesi come l’Italia le cui produzioni dipendevano fortemente dall’import di risorse energetiche.

Reazione al manifestarsi di questa crisi profonda è stata l’affermazione di politiche tese ad abbandonare approcci economici e sociali di tipo keynesiano a favore di risposte di tipo neoliberista con conseguente progressiva derubricazione del ruolo dello Stato come regista ed attore dello sviluppo economico.

Le domeniche in bicicletta

Questi cambiamenti di rotta sono stati coniugati in modo diverso da paese a paese; mentre la scarsezza delle tutele sindacali degli USA, ad esempio, ha favorito ristrutturazioni industriali accompagnate da forti riduzioni di personale (vedasi, ad esempio, quanto si è verificato nei comparti auto e siderurgico), in Italia, e più in generale nell’Europa continentale, una forte coscienza politica e sindacale hanno stimolato approcci almeno in parte diversi.

È su questo “humus” politico, economico e sociale che nell’Europa continentale si sono adottate scelte industriali mirate ad automatizzare in modo incisivo la produzione industriale, i flussi dei magazzini e più in generale tutti processi delle imprese, dalla qualità del prodotto al lavoro d’ufficio al fine massimizzare il rapporto fatturato/costo.

Questo è stato reso possibile dalla raggiunta maturità dell’industria elettronica e dallo sviluppo di SW idonei a sostenere questa rivoluzione industriale (si pensi, ad esempio, agli strumenti di Office sviluppati dalla Microsoft, alle tecniche di programmazione ad oggetti della Gensym, alle esperienze condotte in Giappone mirate a introdurre l’Intelligenza Artificiale non solo nella robotica, ma anche nelle produzioni industriali – ad es. i laminatoi della Nippon Steel a Kobe).

Questi eventi si sono riflessi nel riaggregarsi dell’industria in forme nuove – è di questo periodo la parola cluster– e nella nascita di attività professionali, oltre che di nuovi cammini formativi della scuole superiori e delle università.

Quanto si è verificato successivamente (la scomparsa della Unione Sovietica e del patto di Varsavia, l’apertura cinese al mondo occidentale operata da Deng Xiaoping, la crescita dell’India come potenza regionale, ecc.) ha accelerato scelte di politica economica ed estera mirate a favorire e rafforzare la cooperazione internazionale, la mobilità delle merci, dei capitali e delle persone – così come è dimostrato dal progressivo ingresso in OCSE di paesi del terzo mondo con economia in forte crescita a cavallo degli anni ottanta e novanta.

La incisiva integrazione economica e commerciale di paesi emergenti favorita dal basso costo del lavoro, dalle politiche incentivanti dei governi, ed amplificata dalla forte crescita del Web Market and Trade ha reso critico trovare il giusto equilibrio tra economia globalizzata, governo e risoluzione delle crisi finanziarie (industriali e governative) e bilanciamento del mercato tra domanda e offerta, anche perché era venuto meno il patto di governante mondiale deciso a Yalta.

Di questa situazione, che si proietta ai giorni nostri, ne hanno risentito e ne risentono maggiormente paesi ad economia fragile come l’Italia che, a fronte di un elevato potenziale commerciale, industriale e tecnologico, vedono limitate le proprie potenzialità da squilibri finanziari e da un modello di sviluppo che richiede una intelligente ammodernamento capace di riposizionare su piani di modernità gli asset industriali.

Con questo obiettivo, Industria 4.0 può costituire per l’Italia ed il Lazio un importante “leverage” per la crescita ed il consolidamento non solo dei propri mercati tradizionali (UE,USA), ma anche di quelli di altre aree del globo come l’estremo oriente che i dati statistici evidenziano come particolarmente attraenti (si consideri, ad esempio, che il raddoppio del Canale di Suez ha fatto passare l’import/export cinese verso il Mediterraneo da 5,5 Miliardi di euro nel 2001 a 56 miliardi di euro nel 2015 raddoppiandosi di valore ogni anno).

Raddoppio del Canale di Suez


2 – Industria 4.0 – Tecnologie e previsioni di mercato

Se ci si limita a pensare ad Industria 4.0 come un processo logico di “convergenza ed applicazione di nove tecnologie industriali digitali – robotica avanzata, produzione additiva, realtà aumentata, simulazione, integrazione orizzontale/verticale, Internet industriale, cloud, sicurezza informatica e Big Data e Analytics – (Boston Consulting Group) si rimane forse troppo rigidamente vincolati all’idea di una “quarta rivoluzione industriale nel settore manifatturiero e industriale” e non si coglie appieno come essa si manifesterà come una vera e propria “rivoluzione globale” capace di incidere non solo sul modo di concepire il lavoro e la sua organizzazione, ma anche sull’industria dei servizi (ad es. trasporti), sull’organizzazione sociale e sugli stili di vita.

Non è, infatti, pensabile che il passaggio – catalizzato da Industry 4.0 – dal modello “solo Internet e client-server” a quello di mobilità estesa o di cross–linking e convergenza tra Information Technology e Object Technology, Internet of Things, Big Data, Cloud, Advanced Robotics, Artificial Intelligence, ecc. si tradurrà solo in una maniera nuova di vedere l’automazione e l’ottimizzazione dei processi industriali.  Questa trasformazione, infatti, avrà sostanziali ricadute anche al di fuori del semplice perimetro industriale ed andrà a riversarsi in altri e socialmente più pervasivi ambiti: Smart City, trasporto ferroviario, aereo e navale, difesa e Security, gestione integrata su tutto il ciclo delle risorse energetiche (efficienza energetica non solo in fabbrica ma anche nell’HVAC – Riscaldamento, ventilazione e aria condizionata – di edifici o complessi degli stessi), telemedicina, fabbrica dematerializzata intesa nodo di una rete e “Sistema dei sistemi produttivi” (Smart Factory), riversandosi pure su nuovi modi di concepire gli aspetti legali legati alla proprietà intellettuale del prodotto dell’intelligenza umana, ecc.

In questa trasformazione che è in atto nell’impresa manifatturiera si sta affrontando un’importante sfida da cui dipenderà la sua capacità di fare fatturato e di farlo crescere. La digitalizzazione, infatti, impattando sui modelli sociali in modo profondo, già modifica i modelli di business esistenti. Ciò non solo aumenta la pressione sul settore, ma allo stesso tempo apre nuove opportunità di business, che le imprese industriali potranno cogliere riducendo significativamente grazie a Industria 4.0 il ‘’time to market’’ ed i costi attraverso l’aumento nella flessibilità dei processi, della qualità dei prodotti e la riduzione nel consumo di energia e di risorse.

Nello scenario che si va progressivamente delineando per effetto di Industria 4.0 il concetto di ‘’rete’’ diventa anche sinonimo di “sicurezza” perché la digitalizzazione pervasiva che ne è alla base, portando ad un aumento della vulnerabilità sia degli impianti di produzione sia delle infrastrutture critiche agli attacchi informatici, aumenta la necessità di elaborare adeguate risposte e soluzioni.  Infatti, i sistemi di attacco e difesa sono ormai eterogenei, agiscono in modo ubiquo  e sono del tutto differenti dai metodi ‘’tradizionali’’ di acquisizione indebita di informazioni, di soluzioni tecnologiche innovative, processi disruptive o altro. L’informazione oggi non viaggia più attraverso canali cartacei o, comunque, facilmente ‘’percepibili’’ da un punto di vista fisico, ma attraverso reti informatiche dove l’intrusione e la violazione può diventare più difficile da contrastare e con effetti devastanti. Si pensi a un data base che subisce un cyber attack che ne può alterare, manipolare, acquisire o cancellare i contenuti in tempi rapidissimi o comunque non compatibili con un sistema di difesa in grado di bloccare l’attacco stesso.

La pervasività di 4.0 si percepisce da previsioni di mercato più che rosee. Così come riportato nel rapporto “Industry 4.0 Market by Technology (Industrial Robotics, Cyber Security, Internet of Things, 3D Printing, Advanced Human-Machine Interface, Big Data, Augmented Reality & Virtual Reality, Artificial Intelligence), Vertical, Region – Global Forecast to 2022”, il mercato – valutato pari a 66,67 miliardi di dollari nel 2016 – è previsto raggiungere i 152,31 miliardi di dollari entro il 2022, con un tasso di crescita annuale composto (CAGR) del 14,72% tra il 2017 e il 2022.

Industry 4.0 e Smart Factory

Se da un lato una parte cospicua di questa crescita sarà coperta dalla robotica che salirà dai 41,75 miliardi di USD del 2016 agli 81,47 miliardi entro il 2022, trarrà beneficio da Industria 4.0 anche il settore della produzione di attrezzature industriali per applicazioni nei settori della difesa, delle costruzioni o della produzione in generale (dispositivi per lo stampaggio, piegatura, formatura e lavorazione, stampa 3D, inserire esempi ecc.) che è previsto salire a 22,79 miliardi di dollari entro il 2022 con un CAGR del 18,45%.   Farà da traino in quest’ultimo comparto la migliorata capacità – effetto di Industry 4.0– di integrare su macchina funzionalità di manutenzione predittiva con conseguente risparmio sui costi di manutenzione previsto salire fino al 50%.

Dell’opportunità di crescita di mercato data di Industria 4.0 si stima che sarà l’area APAC (Asian – PACific) a beneficiarne più di altre: il Giappone e la Cina si presentano come players primari. Quest’ultima, per il suo enorme potenziale in termini di applicazioni e per il basso costo della manodopera a cui le innovazioni tecnologiche associate, darà ulteriore spinta a questa rivoluzione.

In virtù del fatto che saranno principalmente gli attori industriali statunitensi, svizzeri, giapponesi, tedeschi a giocare la partita (General Electric, Cisco Systems, Microsoft Corporation, ABB Ltd., Mitsubishi Electric Corporation, Siemens AG, Basler AG Denso, ecc.), l’Italia e, in particolare, la Regione Lazio dovranno insieme agli Operatori del settore porre attenzione a definire una opportuna strategia capace di capitalizzare i trend di crescita positivi dei rapporti commerciali con l’estremo oriente.


3 – Nuovi approcci nella produzione industriale e nella logistica

Con Industry 4.0, quindi, il concetto di industria diventa più articolato e si sviluppa su assiomi tradizionali da rideclinare, però, su basi innovative che tengano conto degli scenari finanziari globalizzati, delle produzioni a basso costo dai paesi dell’estremo oriente, della distribuzione e dell’accesso alle materie prime, delle produzioni ad hoc basate sul principio dell’eccellenza (e, come tali, in teoria svincolabile dal parametro qualità/prezzo), della commercializzazione sia su canali tradizionali che sul mondo del Web.   In questo scenario  come cambiare le modalità di produzione, come gestire un magazzino, come sviluppare marketing e business in ottica 4.0?

Dare una risposta a queste domande per quanto possibile “centrata” necessita considerare che la quarta rivoluzione industriale – basata sulla connessione ad alto livello di Intelligenza del sistema in cui va a proiettarsi operativamente – ne modificherà progressivamente la struttura trasformando un mercato “al dettaglio’’ in un “mercato di nicchia” in cui tutto viaggia su

  • grandi numeri e sulla capacità espansa ad elaborarli, analizzarli a tradurli in modelli interpretativi complessi non lineari più accurati ed affidabili degli attuali,
  • web ad architettura ridisegnata e standardizzata in accordo alla necessità di rispondere ai requirement di “nuovi” approcci alla produzione
  • ruolo di Internet of Things
  • obiettivi di business vecchi ed innovativi
  • estesi network commerciali basati su una rete diffusa di centri ed un ristretto numero di magazzini-hub (vedasi contesti quali Amazon, E–bay, ecc.) interagenti in tempo reale con il cliente visto non più come semplice consumatore, ma come portatore di esigenze, elaboratore di valori ed interprete della realtà in divenire, sorgente di informazione

Il cambiamento nella struttura del mercato risalirà a monte rimodellando i modi di fare produzione in cui Informatica, Automazione, Elettronica e cibernetica diventano‘’la mente’’ della “Smart Factory” intesa come network espanso di processi produttivi ancor più interattivi ed interconessi -anche distribuiti su scala mondiale- in cui gli unici vincoli rimangono, forse, quelli geografici legati all’approvvigionamento delle materie prime.

Se questo scenario impone, da una parte, la riformulazione di domande quali “Lasciare o no le produzioni di basso valore a paesi emergenti e concentrare l’attenzione verso le nicchie di eccellenza? Cercare sinergie/accordi/collaborazione anche sulla produzioni grandi numeri? Essere multi-prodotto o con un paniere minimo, ma specifico e dedicato?”, dall’altra pone domande di livello superiore che afferiscono alla sfida numero uno, cioè la definizione di una strategia, quali

  • quanto le imprese e le infrastrutture sono lontane o pronte a Industria 4.0?
  • quali sono le caratteristiche, i principi, i livelli di maturità tecnologica raggiunti e desiderati, i benefici e le realizzazioni previste?

A questo riguardo dallo studio condotto dal Boston Consulting Group nel corso del 2016 emerge un processo in atto di implementazione di Industry 4.0, interpretato dalle imprese, però, secondo criteri isolati, rispondenti alle specificità di ciascuna di esse e sostanzialmente mirato al miglioramento della produttività (ad esempio, Big Data e robotica) perché spesso manca un quadro ed strategia più ampia anche a fronte del fatto che 4.0 sia in realtà un più ampio ecosistema di possibilità.

Matrice evolutiva di Industry 4.0

Quindi Internet of Things (IoT) secondo il BCG è ancora considerato dalle imprese statunitensi, nonostante il numero crescente di progetti lanciati nel suo ambito, più strategico e tattico che trasformazionale e gli obiettivi/processi interni rimangono quelli fondamentali (processo/produzione, seguito da manutenzione predittiva ed intelligente) per quanto nelle imprese che guardano al miglior servizio clienti, a nuovi flussi di entrate, ai cambiamenti nei modelli di business e all’ innovazione, le implementazioni IoT già vanno oltre (Negli USA il 55% delle imprese già considera IoT strategico per la competitività del proprio business).

Se, perciò, l’analisi di BCG lascia intravedere almeno in una fase iniziale una focalizzazione verso le tre tematiche sopracitate è pensabile che Industria 4.0 renda possibili, riportando alcuni esempi certamente non esaustivi, la nascita di

  • imprese di servizio in grado di gestire in modo delocalizzato e remotizzato linee produttive di impianti diversi garantendone tutte le funzionalità necessarie (monitoraggio macchine, manutenzione, gestione dei flussi), lasciando alla/e società produttiva/e le scelte strategiche di prodotto, ingegneria, marketing ed innovazione tecnologica
  • servizi di manutenzione industriale su scala globale di linee di produzione/impianti ausiliari, infrastrutture energetiche, infrastrutture di trasporto transazionali se non transcontinentali (impianti per la produzione di acciaio, alluminio e raffinerie, gaspipelines e piattaforme petrolifere, linee ferroviarie, aeroporti, flotte aeree e navali, ecc.)
  • servizi basati sulla raccolta ed elaborazione di moli enormi di dati mirati alla creazione di modelli statistici e/o probabilistici (rilevanti quelli basati su tecniche bayesiane già utilizzate in ambito aerospaziale e nucleare) da utilizzare come strumenti a supporto delle decisioni (analisi di mercato più mirate alla base di una scelta più oculata ed intelligente dei prodotti da sviluppare, sistemi predittivi per impianti industriali e civili capaci di ottimizzare il rapporto costi manutenzione/estensione vita di esercizio macchine ed impianti, monitoraggi ambientali intelligenti, ecc.)
  • servizi di reverse engeneering, additive manufacturing, fonderia, ecc. forniti in tempo reale, o valorizzanti banche dati tecnologiche ed affidabilistiche, ecc.
  • servizi per la logistica in cui il magazzino diventa una entità ancor più virtuale che fisica trasformandosi sempre più in una rete interconnessa di prodotti fisicamente sparsi su tutto il pianeta e gestiti in tempo reale in termini di movimentazione, proposta di vendita e distribuzione da robot dotati di intelligenza ed in grado di elaborare le migliori decisioni in modo autonomo
  • servizi di marketing in cui il server e la connessione internet non solo rappresentano e sostituiscono un catalogo, un volantino, ma elaborano e gestiscono essi stessi la campagna pubblicitaria. Questa viene governata nei tempi e nei modi da software intelligenti dotati di Base knowledge che sfruttano motori di ricerca e le indicazioni commerciali reperibili dagli stessi.
  • ecc.

Industry 4.0 e crescita sostenibile

In questo scenario la robotica e l’intelligenza artificiale saranno gli attori principali di un processo che impatterà fortemente non solo sui processi di impresa, ma anche sulla struttura fisica della stessa e non solo nell’accezione già precedentemente accennata.  Robot terrestri o volanti (droni) intelligenti operanti in modo cooperativo e dotati si sensori (microbilance, videocamere multi-spettrali, ecc.) possono misurare la temperatura di un bagno di fusione comandando le richieste procedure di processo ed immediatamente dopo valutare le emissioni nocive di un camino forni di cottura o ancora rilevare lo stato di danneggiamento di tubazioni vapore attivando procedure di manutenzione ed interventi di tutela ambientali.

Tutto ciò aumenterebbe l’affidabilità dei processi e la sostenibilità ambientale degli impianti, anche se a spese della diminuzione di addetti ai lavori; ma, forse, non è questa la strada da perseguire per mantenere in Italia infrastrutture, ad esempio, siderurgiche o petrolchimiche considerate strategiche che vedono i loro mercati erosi, ad esempio, da competitors cinesi o mediorientali?

di Francesco Sintoni e Marco Regi