Industria 4.0

Smart product: cosa sono, quali vantaggi competitivi comportano per le aziende

Stanno sempre più prendendo piede in ambito B2B prodotti in grado di comunicare con il fornitore il proprio stato durante l’utilizzo da parte del cliente, con l’obiettivo di migliorarne il funzionamento, anticipare eventuali guasti o fornire servizi aggiuntivi

20 Apr 2020

Fabio Paracchini

solution leader servitization e IoT Alterna Srl

Per smart product si intende un prodotto in ambito B2B in grado di comunicare con il fornitore il proprio stato durante il suo utilizzo da parte del cliente, con l’obiettivo di migliorarne il funzionamento, anticipare eventuali guasti o fornire servizi aggiuntivi.

Lo smart product rappresenta la convergenza di diversi trend, che sono frutto di una maggiore attenzione al cliente (che vuole un servizio sempre più personalizzato e proattivo), dell’evoluzione della tecnologia (che negli ultimi anni è ormai disponibile a costi decrescenti) e dell’evoluzione dei modelli di business (che hanno cercato di spostare i costi da acquisto a noleggio).

Questo trend sta modificando le dinamiche di mercato, rendendo disponibili una serie di servizi in grado di migliorare l’esperienza d’uso da parte dei clienti, e contemporaneamente cambiando anche radicalmente lo scenario: sempre più il vantaggio competitivo per un produttore sarà legato alla capacità di comprendere l’utilizzo “sul campo” dei propri prodotti e di rispondere in maniera più o meno automatica alle richieste dei clienti, mentre la capacità di “costruire” contribuirà di meno alla capacità di produrre valore.

Gli obiettivi: monitoraggio, controllo, ottimizzazione, autonomia

I vantaggi che derivano dall’utilizzo di smart product permettono di raggiungere diversi obiettivi che aiutano l’utilizzatore ad impiegare il prodotto in maniera più efficiente.

Una delle prime formalizzazione degli obiettivi è stata quella di Porter e Heppelmann (“How connected products are transforming competition”, 2014) ma è interessante fare un parallelo tra gli obiettivi di uno smart product rispetto al modello di maturità Industria 4.0 sviluppato dall’Università di Aachen riportato nella figura che segue:

I due prerequisiti da soddisfare, corrispondenti ai livelli 1 e 2 del modello di maturità, sono la computerizzazione (ovvero la possibilità di controllare o monitorare il funzionamento del prodotto attraverso logiche programmabili come Plc, microcontroller o microcomputer) e la connettività (realizzata attraverso reti di comunicazione come 4G, 5G, WiFi o protocolli specializzati come ZigBee, LoraWan, NBIoT e, soprattutto, attraverso l’esposizione del funzionamento interno del prodotto).

Sulla base di questi due prerequisiti è possibile raggiungere obiettivi che aggiungono valore allo smart product, e che abilitano modelli di business differenti:

  • il monitoraggio (corrispondente al livello 3 di “visibility”) permette di vedere il funzionamento del prodotto in (quasi)realtime anche da remoto, e quindi di identificare tempestivamente eventuali malfunzionamenti ed attivare le eventuali contromisure
  • il controllo (livello 4, “transparency”) costruisce uno storico di funzionamento attraverso le tecnologie cloud e l’utilizzo dei big data e permette di effettuare un troubleshooting basato su dati reali e confrontando il funzionamento attuale con il passato, e inviare allo smart product nuove istruzioni di funzionamento, sotto forma di firmware aggiornato o di parametrizzazioni più adeguate alla realtà operativa
  • l’ottimizzazione (livello 5, “predictive capacity”) è possibile costruendo modelli predittivi attraverso algoritmi di machine learning o AI che correlano il funzionamento passato con i parametri rilevati al momento
  • l’autonomia (livello 6, “adaptability”) permette al prodotto di adeguare il proprio funzionamento, estendendo quello che tradizionalmente è realizzato con l’automazione (livello 1) con le caratteristiche tipiche di una soluzione connessa basata sul paradigma “Industria 4.0”.

Le componenti: fisica, smart e connessione

La componente “smart” permette al prodotto fisico di aumentare la propria capacità di rispondere alle esigenze del cliente durante il suo utilizzo, mentre la connessione permette al prodotto di uscire dal proprio confine fisico per esistere come modello in un ambiente digitale che a sua volta può connettersi ad altri prodotti o sistemi che ne ampliano ulteriormente le funzioni.

L’integrazione con la componente fisica del prodotto è possibile con la disponibilità di sensori in grado di rilevare caratteristiche fisiche a basso costo, e che possono essere integrati già in fase di progettazione per nuovi prodotti, oppure inseriti come retrofit su prodotti esistenti.

La componente smart è abilitata dalla disponibilità di tecnologie a costi decrescenti, sia in termini di costo per unità che in termini di facilità di sviluppo. La logica di un prodotto può essere implementata con una varietà di soluzioni hardware e software che coprono casi d’uso molto diversi in termini di dimensione (si passa da un microcontrollore single-chip a un computer industriale), di capacità di elaborazione (dalla raccolta di segnali a bassa variabilità all’elaborazione in realtime di segnali video) e di consumo (dall’invio di misurazioni giornaliere per il conteggio delle ore di utilizzo alla connessione continua per fornire le misure di consumo elettrico).

La connessione è invece la leva che permette allo smart product di valorizzare le proprie caratteristiche attraverso la cooperazione con altri smart product oppure con l’integrazione di informazioni presenti su altri sistemi.

Oggi anche la componente di comunicazione è diventata democratica, e permette di connettere gli smart product attraverso tecnologie che offrono il giusto compromesso tra copertura geografica, velocità di trasmissione e consumo di energia, il tutto con protocolli che si stanno consolidando verso standard comuni.

La disponibilità di servizi in cloud è un ulteriore abilitatore della comunicazione, perché permette alle aziende di progettare uno smart product partendo da componenti pronti all’uso, interoperabili perché basati su standard comuni, con la possibilità di scalare velocemente la soluzione senza doverne cambiare l’architettura quando l’aumento dei volumi di prodotti connessi richiederà di conseguenza un aumento delle necessità di elaborazione e memorizzazione.

Questo modello richiede un ripensamento dell’infrastruttura digitale delle aziende, che deve includere la comunicazione con gli smart product per valorizzare le sue caratteristiche e integrare i dati presenti sui sistemi aziendali tipici, quali Erp e Crm: lo sviluppo di nuovi servizi per il cliente passa non soltanto dalla progettazione della parte fisica, ma anche, e soprattutto per l’implementazione di nuovi servizi digitali che devono integrare tutte le componenti della catena del valore a partire dai sistemi più vicini al cliente fino al cuore del sistema informativo aziendale.

Il mercato per gli smart product

Nell’ambito B2B, che caratterizza l’industria italiana tra i leader mondiali nella produzione di macchine, ha avuto una evoluzione negli ultimi venti anni che ha cambiato profondamente il panorama.

Secondo i dati IHS World Industry Service, nel 1998 la quota di mercato mondiale dei produttori europei di macchine era del 41%, ed è scesa nel 2019 al 24%. Questa riduzione è stata causata da un aumento quasi speculare della quota dei produttori asiatici dal 28% al 53%, cambiamento che ha causato una erosione dei margini soprattutto per le macchine più generiche, che ormai hanno raggiunto lo stato di commodity, mentre per le macchine più specializzate (dove la manifattura italiana resta, per ora, molto presente) è presente una minaccia sempre maggiore di erosione dei margini.

La risposta dell’industria sembra che sia lo spostamento delle capacità produttive dalla sola progettazione e realizzazione delle componenti fisiche, alla realizzazione di software in grado di rendere più flessibile e connessa la macchina con l’obiettivo di fornire servizi al cliente. In questo modo l’impatto di una riduzione dei margini causato dalla commoditization viene compensato da un maggior valore fornito dai servizi, che distinguono l’offerta rispetto a quella dei concorrenti e aumentano le marginalità complessive.

Smart product, esempi di applicazione

Le applicazioni degli smart product in ambito B2B sono ormai parecchie, e in alcuni settori stanno diventando un prerequisito per restare sul mercato. Ci sono due macro tipologie di applicazione che si stanno diffondendo, e sono relative all’aumento dei livelli di servizio della macchina (riduzione dei guasti o miglioramento dell’efficienza) e all’introduzione di un modello di business che è legato alla fornitura di servizi in una modalità che si avvicina al pay-per-use, dove il fornitore si preoccupa del dimensionamento della macchina rispetto alle esigenze produttive del cliente.

Due esempi per ciascuna macro categoria sono:

  • produttore di macchine per pastifici, che ha effettuato un retrofit delle linee produttive già in produzione per raccogliere i dati di funzionamento dal Plc di gestione, con la creazione di un data lake che alimenta un modello predittivo dei guasti, in grado di fornire al cliente indicazioni sul piano di manutenzione programmato. Questa soluzione è stata costruita a partire dalle linee esistenti, già automatizzate da molti anni, sviluppando sui sistemi Erp e Crm esistenti una connessione al digital twin realizzato in cloud. In questo modo l’azienda ha sviluppato un nuovo modello di business a partire da quanto era già in esercizio (macchine e sistemi informativi) attraverso gli strumenti messi a disposizione in cloud da un player di livello internazionale, riducendo i tempi di rilascio della nuova soluzione sul mercato.
  • produttore di macchine per il packaging, che ha introdotto un modello di business basato sul numero di confezioni per giorno anziché sull’acquisto da parte del cliente di una linea. Il processo è iniziato qualche anno fa, dotando l’automazione delle macchine di un sistema di telemetria connesso al cloud, dove sono stati raccolti i dati di funzionamento e analizzati rispetto alle cause di fermo macchina, che sono legate al formato delle confezioni piuttosto che agli errori dell’operatore. In questo modo è stato possibile rendere evidente l’efficienza della linea (OEE, Overall Equipment Effectiveness) e condividere con il cliente i possibili interventi sulla parametrizzazione, attraverso un servizio venduto come add-on della macchina. Successivamente in casi più comuni l’azienda ha proposto un modello di vendita basato sull’efficienza rispetto alla capacità produttiva della linea, che ha aumentato il valore dei servizi di manutenzione rispetto alla pura vendita della macchina, differenziando la propria offerta rispetto alla concorrenza.

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