Il ruolo strategico della simulazione nelle smart factory

Una fabbrica può essere definita come smart factory solo se presenta alcune caratteristiche tipiche: è interconnessa, collaborativa, digitalizzata e sfrutta potenti software di simulazione per efficientare processi e ottimizzare prodotti incrementando la propria efficienza, forza competitiva e capacità di innovazione.  

I concetti di Smart Manufacturing e Smart Factory sono declinazioni di quella che è stata definita la quarta rivoluzione industriale, determinata e portata avanti dal paradigma di Industria 4.0, emerso per la prima volta in Germania nel 2011 nel corso della grande manifestazione fieristica Hannover Messe. La novità più importante introdotta da questa nuova tappa evolutiva del sistema industriale globale consiste nella convergenza tra Information Technology e Operational Technology, resa possibile dall’introduzione dei sistemi CPS (Cyber-Physical System) e dal digital twin. I Cyber-Physical System si servono di migliaia di sensori intelligenti posizionati sulle macchine e sui sistemi robotici – già presenti nelle fabbriche durante la terza rivoluzione industriale – per raccogliere e restituire agli operatori dati preziosi e informazioni sul funzionamento dei flussi produttivi e dei macchinari stessi permettendone un totale controllo anche in fase predittiva. Attraverso questo processo si crea una rete di interconnessioni intelligenti che generano il proliferare di dati “parlanti” a disposizione dell’azienda, per organizzare in maniera più efficiente il lavoro, orientare le strategie e ottimizzare tempi e metodi produttivi in ottica “lean”.  I Digital Twin invece sono l’esatta rappresentazione digitale di un’entità fisica, reale, sia essa un oggetto, un processo, un luogo, delle infrastrutture, sistemi operativi o dispositivi. All’interno di una fabbrica intelligente ci si serve di gemelli digitali per progettare, simulare, ottimizzare, testare, validare o modificare prodotti e processi senza bisogno di creare prototipi fisici costosi e lunghi da realizzare. Attraverso il semplice impiego di potenti e sofisticati software di simulazione il mondo fisico e il mondo digitale convergono in una dimensione virtuale che permette di progettare e produrre in maniera più intelligente, efficace e senza sprechi in ordine di tempo e risorse.

Dalla mass production alla mass customization: le nuove esigenze di una fabbrica intelligente

La quarta rivoluzione industriale ha visto non solo un cambio di paradigma alla base del tessuto industriale produttivo, ma anche un’evoluzione del mercato e delle sue richieste. I due fattori sono legati e non possono essere analizzati separatamente. Se un tempo per soddisfare il mercato era necessario produrre in serie tantissimi pezzi nel minor tempo possibile, sfruttando le economie di scala che poteva offrire un modello produttivo lineare e ripetitivo, oggi non è più così: il mercato richiede la personalizzazione estrema dei prodotti e una costante innovazione in tempi sempre più rapidi con l’obiettivo di abbreviare il time to market e incrementare la competitività. Il modello produttivo che guida le fabbriche di oggi deve essere agile, digitalizzato, condiviso: deve poggiare su sofisticate piattaforme software integrate e in cloud, come lo sono, per esempio, SIMULIA e la 3DEXPERIENCE di Dassault Systèmes, per permettere la condivisione e la collaborazione di diverse figure professionali appartenenti ai vari reparti aziendali coinvolti nel processo, in qualsiasi momento e ovunque esse si trovino a lavorare. 

Il software di simulazione: strumento strategico al servizio della smart factory 

Termini come “economie di scala”, “produzione lineare” e “mass production”, in contrapposizione a concetti quali “personalizzazione” e “mass-customization” identificano la dicotomia tra passato e presente; una divergenza, questa, che si nota anche rispetto ai requisiti richiesti a una fabbrica: oggi contano rapidità, agilità e flessibilità, sia in fase organizzativa sia in produzione. I software di simulazione rivestono un ruolo fondamentale all’interno delle smart factory, contribuendo in modo significativo all’efficienza e all’innovazione dei processi produttivi e in fase di sviluppo prodotto. Innanzitutto, questi strumenti consentono di modellare e analizzare i vari processi produttivi prima della loro implementazione in un ambiente totalmente virtuale che non necessita di prototipi in fase di test e verifica, offrendo la possibilità di identificare eventuali inefficienze e colli di bottiglia prima che questi si verifichino nella realtà fisica. Questo processo di analisi permette di ottimizzare il flusso di lavoro, evitare i fermi macchina e migliorare la produttività complessiva. Un altro aspetto importante dei software di simulazione è la capacità di prevedere come diversi parametri, quali i tempi di lavorazione e la variabilità dei materiali, possano incidere sul risultato finale. I dati ottenuti attraverso la simulazione forniscono informazioni preziose che supportano decisioni strategiche, permettendo alle aziende di allocare le risorse in maniera precisa e ponderata, senza sprechi, riducendo sensibilmente i costi legati a eventuali inefficienze. La possibilità di prevedere i difetti che potranno presentare un prodotto o un flusso di lavoro prima che essi si manifestino nel processo reale contribuisce a ottenere un incremento significativo della qualità garantendo una produzione più efficiente e sostenibile. Un altro grande vantaggio derivante dall’utilizzo della simulazione all’interno di una fabbrica intelligente consiste nella manutenzione predittiva. Attraverso l’analisi dei dati, i software di simulazione possono infatti prevedere quando una macchina avrà bisogno di manutenzione, minimizzando il rischio di guasti improvvisi e migliorando l’affidabilità dell’intero impianto. Inoltre, gli operatori hanno la possibilità di esercitarsi in ambienti virtuali prima di lavorare sulle macchine reali, aumentando la sicurezza e riducendo il margine di errore. All’interno di una fabbrica intelligente, i software di simulazione trovano applicazione in diversi ambiti. Uno degli utilizzi più strategici riguarda la simulazione della produzione e dei flussi logistici, che permette di analizzare il movimento delle materie prime, dei semilavorati e dei prodotti finiti, ottimizzando il layout della fabbrica e i percorsi logistici. 

SIMULIA e 3DEXPERIENCE, la perfetta integrazione tra mondo fisico e virtuale e la digitalizzazione intelligente dell’impresa

L’applicazione dei software di simulazione più sofisticati ed evoluti, come ad esempio SIMULIA di Dassault Systèmes, ha permesso la nascita e lo sviluppo del concetto di gemello digitale, che ha rivoluzionato la progettazione, non solo di prodotto ma anche di processo. Il Digital Twin non è nient’altro che la replica fedele e virtuale di una macchina o dell’intero impianto produttivo e consente di monitorare, analizzare e ottimizzare le operazioni in tempo reale, migliorando l’efficienza e la reattività dell’intera catena produttiva. La rivoluzione sta nella possibilità di gestire tutte le fasi dello sviluppo prodotto in un ambiente completamente virtuale che non richiede costi di prototipazione per testare, validare, modificare o correggere dettagli del progetto affinché risulti qualitativamente valido e producibile. SIMULIA è uno dei software di simulazione oggi in commercio più evoluti e sofisticati e, allo stesso tempo, intuitivi e usabili. La gamma di tecnologie SIMULIA comprende discipline di simulazione quali meccanica strutturale, fluidodinamica computazionale, dinamica multicorpo e simulazione di campi elettromagnetici, per un reale approccio di simulazione multifisica. Il portfolio di tecnologie SIMULIA include anche strumenti per l’integrazione dei processi e la progettazione e l’ottimizzazione dei sistemi.
La piattaforma 3DEXPERIENCE supporta gli utenti che utilizzano la simulazione riunendo tutti i dati e gli strumenti di un progetto in un’unica fonte di dati, consentendo agli ingegneri di progettare e collaudare utilizzando un gemello virtuale. La 3DEXPERIENCE integra strumenti di diversi marchi Dassault Systèmes e consente agli addetti di progettazione, simulazione e di altri reparti di collaborare tra loro in un un unico grande ambiente digitale condiviso e collaborativo.