Innovazione industriale

Industria 4.0: un interessante caso di monitoraggio integrato dei processi di produzione, controllo qualità e logistica

L’azienda pordenonese Premek Hi-Tech premiata dai Fari Manifatturieri del Friuli Venezia-Giulia, riconosciuti dal Digital Innovation Hub regionale IP4FVG, per gli estesi interventi di digitalizzazione effettuati, accompagnati da una profonda revisione, codifica e standardizzazione delle operazioni

16 Set 2020

Andrea Fornasier

Responsabile Lean Experience Factory e Digital Innovation Hub Diex, Unindustria Pordenone

Alberto Miotti

Innovation Manager Polo Tecnologico Pordenone, esperto in processi di innovazione digitale IP4FVG

Tra le eccellenze manifatturiere del Friuli Venezia-Giulia una menzione particolare spetta sicuramente a Premek Hi-Tech S.r.l. L’azienda pordenonese, fondata nel 1978, è specializzata nella lavorazione di componenti meccanici di elevata precisione e ad alto valore aggiunto. Nel suo percorso di crescita il digitale ha rappresentato la chiave di volta e, nell’ultimo quinquennio, l’azienda ha intrapreso un programma di innovazione fondato sull’advanced manufacturing e sull’integrazione delle tecnologie e dei propri processi di business.

Advanced manufacturing, rivoluzione 4.0 nella meccanica di precisione

Premek Hi-Tech S.r.l. nasce alla fine degli anni ‘70 come piccola azienda di subfornitura specializzata nelle lavorazioni di tornitura convenzionale. Ben presto, grazie al costante impegno profuso nell’innovazione tecnologica e nell’ampliamento dell’offerta di servizi, arriva a sviluppare prodotti sempre più sofisticati, al giorno d’oggi garanzia di qualità sul mercato mondiale. Con un bacino di circa 400 clienti distribuiti in 18 paesi, l’azienda offre i suoi articoli a un ampio spettro di settori produttivi: automotive e veicoli industriali, industria medicale, energetica, idraulica, pneumatica, aerospaziale e difesa. Realtà molto diverse con un unico punto in comune: la necessità di interfacciarsi con fornitori puntuali, in grado di offrire componenti meccanici altamente precisi e perfetti dalla prima all’ultima fase di lavorazione.

Con l’obiettivo di essere all’altezza di un mercato sempre più severo, Premek Hi-Tech ha investito importanti risorse per arricchire il proprio parco macchine e, dopo l’introduzione delle lavorazioni in CNC negli anni ’80 che hanno schiuso all’azienda gli orizzonti del mercato europeo, con il nuovo millennio ha fatto il suo ingresso nel mondo dell’industria 4.0, conquistandosi un posto tra i Fari Manifatturieri del Friuli Venezia-Giulia riconosciuti dal Digital Innovation Hub regionale IP4FVG. La motivazione alla base della premiazione ha riguardato gli estesi interventi di digitalizzazione effettuati nelle aree di produzione, qualità e manutenzione, accompagnate da una profonda revisione, codifica e standardizzazione delle operazioni.

advanced manufacturing

Figura 1- Stabilimento Premek Hi- Tech

Advanced manufacturing e integrated process monitoring

A partire dal 2015, nell’ambito della programmazione POR FESR 2014-20 del Friuli Venezia- Giulia, è stato avviato il progetto Digital Premek 4.0, finalizzato a un’estesa digitalizzazione dei principali processi di business aziendali. Nello specifico, il programma di innovazione ha comportato una massiccia attività di revamping e relativa sensorizzazione dei macchinari industriali, rendendo possibile non solo un costante scambio di informazioni tra quest’ultimi, ma realizzando anche un flusso di dati permanente tra il reparto produttivo e i sistemi a esso collegati, in un’ottica di integrazione dei servizi e dei processi il più possibile esaustiva. Particolarmente importante a riguardo è stata la creazione di un canale comunicativo tra la piattaforma software dedicata alla produzione e il sistema gestionale aziendale.

Il tangibile incremento della produttività e la maggior efficienza di tutte le funzioni aziendali sono stati i risultati più evidenti ottenuti grazie alla completa interconnessione digitale; traguardi determinanti che hanno motivato l’impresa friulana a procedere con nuovi obiettivi verso la realizzazione del proprio modello di fabbrica intelligente. Nel 2018 è stata dunque inaugurata la seconda fase del progetto di trasformazione 4.0 con l’introduzione di nuove tecnologie finalizzate a raggiungere livelli di produzione più avanzati e ad ottenere prodotti innovativi. L’implementazione tecnologica non ha riguardato solamente l’ampliamento del parco macchine, ma anche l’inserimento di nuovi strumenti di interfaccia in grado di integrare in un unico sistema gli impianti di nuova acquisizione con quelli già esistenti.

I reparti maggiormente interessati da questo articolato programma di digitalizzazione quinquennale sono stati la logistica, il controllo qualità e la produzione.

advanced manufacturing

Figura 2- Reparti produttivi

Nell’ambito della logistica, a partire dal 2015 si è proceduto all’automazione completa del reparto con l’acquisto di magazzini automatici verticali, inizialmente limitati alla gestione degli utensili e delle attrezzature e successivamente, nel biennio 2018-19, impiegati anche per lo stoccaggio di materie prime e del prodotto finito. Collegando i nuovi sistemi intelligenti al software gestionale è stato possibile connettere tra loro tutte le fasi del ciclo di vita del prodotto, dall’approvvigionamento del materiale alla conservazione in deposito dell’articolo ultimato. L’ERP aziendale, fornendo in tempo reale dati utili circa lo stato delle scorte, permette da un lato di rendere più agile la gestione della merce in giacenza, dall’altro di ottimizzare i tempi di lavorazione del prodotto, incrementando anche l’operatività del parco macchine. Infatti, l’automazione e la centralizzazione delle attività di stoccaggio, unita ad una preliminare revisione e standardizzazione dei processi produttivi, ha comportato un notevole efficientamento delle attività di tornitura, con una riduzione media di circa 1 ora e mezzo sui tempi di attrezzaggio.

La qualità del prodotto viene verificata in due momenti principali: in accettazione e alla fine del processo produttivo. Secondo la procedura tradizionale, una volta completata la commessa l’operatore incaricato di svolgere sul prodotto tutti i controlli previsti si occupava di consegnare il modulo di verifica opportunamente completato all’ufficio qualità. A questi spettava il compito di confermare quanto dichiarato nel modulo, riesaminando il lavoro dell’operatore. Tale prassi, oltre a prevedere tempistiche molto lunghe, lasciava dunque ampio spazio all’errore umano. Con l’automazione della strumentazione e delle procedure di controllo qualità sono stati intensificati i controlli a campione effettuati durante il processo produttivo, registrati dall’operatore con appositi strumenti che, collegati all’ERP, forniscono informazioni in tempo reale sull’andamento della commessa. In questo modo, il sistema è in grado di segnalare immediatamente eventuali derive rispetto agli standard di qualità predefiniti, le quali verranno registrate dall’operatore e visualizzate in contemporanea dai direttori degli uffici di produzione e qualità. Di conseguenza, è possibile intervenire prontamente sulle anomalie riscontrate, efficientando i tempi di lavoro e ottimizzando le prestazioni.

Infine, in riferimento alla produzione, soprattutto a partire dall’ultimo biennio, con la seconda fase del progetto di digitalizzazione, l’arricchimento dello shopfloor è stato uno dei settori in cui l’azienda ha investito più risorse. Attualmente una quota compresa tra il 6 e l’8% del fatturato annuo è riservata all’acquisto di attrezzature all’avanguardia, aggiornate secondo i requisiti tecnici e funzionali previsti dal manufacturing 4.0. Sono stati introdotti macchinari automatici destinati sia a lavorazioni complesse, sia ad attività preliminari o secondarie (come trattamenti di finitura superficiale, fornitura di materie prime e utensili). Per le attività principali di tornitura e fresatura sono stati implementati un nuovo software CAD-CAM e macchine a controllo numerico (CNC) estremamente sofisticate, in grado di garantire assoluta precisione anche nella produzione di lotti di piccole dimensioni.

Qualsiasi nuova tecnologia inserita in azienda entra a far parte di un complesso di soggetti, strumenti e attività interdipendenti, che non riguarda il solo ambiente produzione, ma coinvolge anche i processi a esso direttamente collegati, secondo un approccio gestionale integrato. Fondamentale per realizzare questo macrosistema è stata l’introduzione di un nuovo software ERP nel 2018 e di una soluzione MES sviluppata appositamente per collegare quest’ultimo alle unità produttive nello shopfloor.

Human machine interface con la piattaforma I-Man

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Entrambi gli applicativi ERP e MES implementati da Premek Hi-Tech sono stati sviluppati dalla software house bergamasca Elabora S.r.l. Nel primo caso si tratta della piattaforma Prodware, la quale, in virtù della marcata flessibilità, risulta adottabile in molti contesti applicativi. Con essa è stato integrato il software MES I-Man (Interactive Manufacturing) che costituisce due livelli di interfaccia: tra l’operatore e la macchina utensile e tra quest’ultima e il sistema gestionale aziendale. Il sistema è composto da terminali wireless touchscreen collocati a bordo macchina, dotati di software direttamente collegati ai web-browser e da schede elettroniche che, connesse ai macchinari industriali, ne rilevano lo stato e i volumi di produzione, ricevendo e trasmettendo i relativi part-program. Lo scambio di informazioni tra l’ERP centrale e la piattaforma I-Man avviene costantemente e in real-time. Infatti, ogni informazione inserita sul MES è immediatamente acquisita ed elaborata dal sistema gestionale, così come qualsiasi modifica apportata al programma di produzione o alla documentazione tecnica viene visualizzata in tempo reale dagli addetti alla produzione sui terminali a bordo macchina. Più nello specifico, L’interactive manufacturing è in grado di:

  • indicare il quantitativo esatto di pezzi da mettere in lavorazione;
  • acquisire direttamente dalla macchina i dati sull’avanzamento della produzione;
  • visualizzare sul monitor il modello 3D del prodotto da realizzare;
  • gestire i codici a barre;
  • trasmettere e ricevere i programmi macchina dalla CNC.

Oltre a queste funzionalità basilari, la piattaforma mette a disposizione diverse applicazioni aggiuntive, implementate anche da Premek Hi-Tech:

I- Man Quality

Il software offre assistenza durante le attività di quality control. Riceve il piano di controllo elaborato dall’ufficio qualità, completo dei parametri da monitorare per ciascun macchinario e dei rispettivi range di tolleranza. In caso di anomalie, queste vengono tempestivamente segnalate agli uffici produzione e qualità e, al raggiungimento della quantità di pezzi prodotti prevista dal piano, il sistema ricorda all’operatore di eseguire le verifiche stabilite.

I-Man Tracciabilità e Logistica

Le etichette, nelle più svariate forme, possono essere stampate direttamente a bordo macchina. I prelievi e i versamenti effettuati in magazzino vengono coordinati da I-Man Material Management.

I-Man Supervisor

Con I-Man Supervisor il responsabile di produzione ha il controllo completo su tutte le macchine e sulle attività dello shopfloor. Visivamente, l’interfaccia mostra sul monitor una serie di tasselli, ognuno dei quali rappresenta un’unità del parco macchine, contraddistinti da colori diversi a seconda del loro stato: verde se il macchinario è in funzione, giallo se in attesa del prossimo controllo qualità, azzurro se in fase di attrezzaggio, grigio se fermo. Selezionando uno di essi viene mostrato lo stato generale dell’unità corrispondente. I dati visualizzati riguardano:

  • il prodotto in lavorazione;
  • la quantità di articoli da produrre e la quantità depositata in magazzino;
  • i tempi di produzione e le variazioni rispetto agli standard stabiliti;
  • gli eventuali fermi e le cause;
  • la frequenza e l’esito dei controlli qualità;
  • l’efficienza produttiva.

I-Man Analisi Efficienza Produttiva

Tale programma è in grado di elaborare analisi sull’efficienza produttiva in riferimento a una determinata macchina, a un singolo operatore o a una specifica fase del ciclo di lavorazione, entro un arco temporale estremamente flessibile, sia esso un turno specifico, un giorno o una settimana lavorativa.

Da precisare che il sistema I-Man, in tutte le sue applicazioni, è web based, dunque accessibile da qualsiasi dispositivo una volta installato (pc, tablet o mobile). Tale vantaggio permette al personale d’azienda di avere a portata di mano in qualsiasi momento le informazioni utili circa le attività dello shopfloor e la salute delle macchine.

In sintesi, grazie alla standardizzazione e codifica e conseguente digitalizzazione di tutte le informazioni significative che governano il processo della produzione e al loro utilizzo omogeneo da parte di ciascun impianto produttivo, Premek ha realizzato un sistema di governo e controllo in tempo reale (Control Tower) che permette il costante e continuo monitoraggio dell’intero sistema di produzione. Questo è un eccellente esempio di integrazione orizzontale, che è una delle tecnologie abilitanti dell’Industria 4.0.

Figura 3- Prodotti, processi e industria 4.0 di Premek

Verso nuove sfide in ottica 4.0

Gli investimenti in ricerca e innovazione profusi da Premek Hi-Tech negli ultimi cinque anni hanno permesso all’azienda di consolidare la propria posizione sul mercato in termini di efficienza, precisione e credibilità. Partendo dalla completa sensorizzazione del parco macchine, i principali obiettivi raggiunti attraverso il progetto Digital Premek 4.0 sono stati:

  • introduzione di nuovi impianti;
  • implementazione di un nuovo sistema ERP e di un nuovo MES;
  • implementazione di nuovi sistemi di automazione per lo stoccaggio;
  • installazione di un nuovo software CAD- CAM.

Risultati importanti da cui sono conseguiti vantaggi altrettanto significativi. Innanzitutto, è da sottolineare un considerevole aumento dell’efficienza e della produttività (5% in più dal 2018), oltre a una maggiore accuratezza nei controlli qualità e una maggior precisione dei dati raccolti durante il ciclo produttivo. Tra questi, quelli inerenti ai fermi macchina e alle relative causalità rappresentano una fonte di primaria importanza a cui l’azienda ha attinto per perfezionare l’attività manutentiva sulle proprie macchine utensili.

L’estesa digitalizzazione delle procedure di lavoro e l’installazione di nuovi sistemi informativi ha richiesto un’intensa attività di trasferimento e standardizzazione sul piano virtuale dei dati aziendali precedentemente raccolti in formato analogico, con quasi totale abolizione del materiale cartaceo.

Attività preliminare molto impegnativa che ha comportato grandi sforzi sia da parte del management sia da parte del personale dipendente, inizialmente poco disponibile ad abbandonare gli abituali strumenti di lavoro, con i quali aveva ormai acquisito dimestichezza. Difficoltà a cui il team aziendale ha saputo brillantemente far fronte anche grazie all’inserimento nel proprio organico di nuove figure professionali, con adeguate competenze informatiche.

A tal riguardo, IP4FVG ha dato il suo contributo mettendo a disposizione dell’azienda, in quanto Faro Manifatturiero, una borsa di studio per l’assunzione di una giovane risorsa, attualmente impegnata nel progetto “Preventivazione 4.0”, portato avanti da Premek Hi-Tech in collaborazione con l’hub regionale. Obiettivo del lavoro è riuscire a integrare all’interno del software gestionale il sistema di preventivazione aziendale in modo da poter rispondere in maniera più rapida ed esatta alle richieste dei clienti. La nuova piattaforma integrata permetterebbe a tutto il personale coinvolto nel processo di inserire dati e valutazioni di rispettiva competenza, in maniera sincrona da ciascuno degli addetti, abbattendo drasticamente i tempi di elaborazione dell’offerta finale. Non solo, sfruttando algoritmi di machine learning sarà possibile simulare i tempi e le fasi di lavorazione del prodotto richiesto, grazie ai modelli in 3D forniti dal cliente e processati tramite software CAD-CAM. Di conseguenza, sulla base degli sforzi presunti, del monte ore previsto, del volume e del tipo di materiale lavorato, il personale sarà in grado di selezionare il macchinario più adatto a essere impiegato, ottenendo non solo un’ottimizzazione ulteriore del ciclo produttivo ma perfezionando anche la valutazione dell’offerta in fase di preventivazione.

Questo, insieme al perfezionamento delle attività di manutenzione predittiva, è il prossimo traguardo prefissosi dal Faro Manifatturiero del Friuli Venezia-Giulia, teso, grazie alla digital transformation, verso nuove prospettive di vantaggio competitivo.

Si ringrazia Marco Camuccio (socio amministratore e responsabile commerciale di Premek Hi-Tech S.r.l.) per l’intervista rilasciata, che ha reso possibile la stesura del presente articolo.

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Andrea Fornasier
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Alberto Miotti
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