Product and process design: il primo passo verso una digitalizzazione di successo

Immagina di essere un produttore intenzionato a sviluppare un nuovo prodotto e a investire in una linea produttiva dedicata. Hai letto dei vantaggi offerti dalla digitalizzazione e desideri adottare un approccio più “high-tech”. Ma da dove cominciare? Dalla progettazione…

Se stai sviluppando un nuovo prodotto e hai bisogno di una nuova linea di produzione, è necessario partire dal presupposto che il design di prodotto determina quello del processo e non il contrario. Il secondo aspetto importante da considerare è che le due attività devono essere eseguite in parallelo, ragion per cui il time-to-market in una fabbrica digitale si accorcia.

Qual è il principio di base?

Tutti i partner del progetto, vale a dire produttori di macchine e linee, ingegneri OT e IT e specialisti dell’automazione e dell’integrazione, devono sapere cosa si vuole ottenere con il prodotto, quali funzioni devono essere integrate e quali sono i fattori alla base del suo sviluppo. Solo allora possono consigliare la soluzione giusta.

Inoltre, è fondamentale stabilire i processi necessari per la fabbricazione del prodotto, suddividendoli in diverse fasi. La sfida consiste nel gestire questa procedura come un esercizio a più livelli, specificando i processi informatici e quelli fisici. Inoltre, si deve considerare la connettività necessaria tra i vari processi di produzione e i dati richiesti per le finalità di tracciabilità, controllo della qualità e monitoraggio della fabbrica. In questo modo, i partner di progetto capiranno come collegare le macchine tra loro per raggiungere i risultati desiderati.

Dai requisiti alla visualizzazione virtuale

Una volta chiariti i requisiti, è possibile creare una riproduzione digitale del layout della fabbrica. Questa replica virtuale simula il processo di produzione, consentendo ai produttori di mitigare i rischi per i progetti, evitare costosi errori e ridurre significativamente i tempi di costruzione e collaudo.

Ciò è particolarmente utile per l’automazione, in cui la velocità e l’affidabilità sono aspetti fondamentali: in questo caso, ricorrendo alla tecnologia dei gemelli digitali, gli errori vengono corretti nel mondo virtuale, risparmiando tempo e costi nel mondo reale.

Equilibrare le richieste in conflitto

Questa fase prevede il ricorso a test iterativi. A volte è necessario apportare modifiche al prodotto per garantire una produzione efficiente: ad esempio, un contenitore di bevande dalla forma creativa potrebbe richiedere una riprogettazione per garantire una gestione agevole sulla linea.

Un processo digitale consente di eseguire regolazioni e test rapidi, accelerando il processo decisionale e migliorando la validità dei prodotti.

La collaborazione è fondamentale

Non è solo il prodotto che potrebbe richiedere delle modifiche, ma anche il processo, per adeguarsi alle modifiche apportate al design del prodotto e ottimizzare le prestazioni della linea.

Il tuo provider IT potrebbe essere in grado di apportare modifiche a livello digitale, ma non saprà necessariamente se lo stesso approccio potrà essere riproposto nell’ambiente di produzione reale. In questo modo, l’OT e i partner di automazione aggiungono valore, fornendo i dati necessari per comprendere il comportamento del sistema nella vita reale.

Si può prendere come esempio una pinza per una cella robotica. Una pinza più leggera consuma meno energia e costa meno, ma potrebbe non offrire la resistenza e la precisione offerte delle pinze più pesanti. Collaborando tra loro, i partner di progetto devono essere in grado di testare diversi parametri di prestazioni in un ambiente virtuale per determinare un design ottimale, evitando costosi errori nel mondo reale e accelerando il time-to-market.

Un gemello è per sempre

Una volta convalidati il prodotto e il processo nel mondo digitale, gli esperti OT e i costruttori di macchine possono passare all’implementazione nel mondo reale. Ma il digital twin è utile anche oltre questa fase, per i seguenti motivi:

• rispecchia il sistema fisico in tempo reale;
• consente ai produttori di testare nuovi materiali, ingredienti o strumenti in un ambiente digitale sicuro;
• supporta la manutenzione predittiva e la gestione dell’energia;
• grazie al monitoraggio continuo, i produttori ottimizzano le operazioni in modo proattivo, senza limitarsi a reagire ai guasti.

Adattarsi alle nuove tendenze

Un approccio digitale alla progettazione di prodotti e processi deve infine allinearsi alle principali tendenze nel campo della produzione moderna:

• progetta ovunque, costruisci dappertutto;
• le metodologie standardizzate di ingegneria e progettazione sono un pilastro importante di questo approccio, che mira a superare i confini e i limiti imposti dalla posizione geografica, garantire la coerenza tra le diverse aree geografiche e offrire vantaggi in termini di efficienza e qualità;
• l’implementazione di successo di questo modello è possibile solo se i produttori adottano un approccio digitalizzato al product and process design; con la tecnologia dei gemelli digitali, un processo di produzione può essere replicato in qualsiasi parte del mondo e, grazie alla possibilità di scambiare e condividere dati tra i vari siti, gli stabilimenti possono allineare i processi e le prestazioni.

L’importanza dell’ingegneria meccatronica

La seconda tendenza è la meccatronica, che integra l’ingegneria meccanica con l’elettronica nella progettazione e nella produzione di prodotti e processi. La meccatronica è molto presente nell’industria automobilistica, in prodotti come i sistemi avanzati di assistenza alla guida (Adas), dove esiste un elevato livello di connettività tra le parti meccaniche ed elettroniche.

In conclusione, i metodi per la progettazione e la produzione di prodotti intelligenti sono complessi e richiedono un approccio multidisciplinare, al fine di integrare con successo componenti elettrici, meccanici e software. In quest’ottica, tuttavia, la modellazione digitale diviene il metodo più efficace per semplificare il processo di progettazione ed evitare problemi di integrazione in un ambito in rapida evoluzione.

di Stefano Gandolfi, marketing manager di Omron - http://industrial.omron.it

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