Smart tracking e condition-based monitoring, due processi in chiave industria 4.0 - Industry 4 Business

Innovazione industriale

Smart tracking e condition-based monitoring, due processi in chiave industria 4.0

Queste soluzioni sono in grado di aumentare la produttività del lavoro, riducendo il tempo sprecato nelle ricerche grazie alla localizzazione delle merci in tempo reale e di migliorare il processo decisionale grazie al monitoraggio dello stato dei lavori

03 Nov 2020

Pier Giuseppe Dal Farra

Esperto di IoT e Industria 4.0 di Orange Business Services

Lo scopo principale dell’Industry 4.0 è l’introduzione di soluzioni di digitalizzazione specifiche nei processi produttivi, al fine di migliorarne la produttività e la qualità. Ma nel new normal che stiamo vivendo si aggiungono nuove priorità, come la sicurezza dei dipendenti, la garanzia che gli impianti produttivi possano funzionare durante una fase di lockdown e la necessità di rispondere ai cambiamenti della domanda che gli ultimi mesi hanno comportato. Di fronte a problemi come la scarsità di alcune materie prime, l’inconsistenza della domanda, l’indisponibilità di forza lavoro o la necessità di mantenere una bassa densità di personale in fabbrica, le motivazioni per adottare tecnologie flessibili e scalabili non sono mai state così forti. Ma cosa può significare in concreto un’evoluzione verso l’industry 4.0? Soluzioni della digitalizzazione dei processi industriali possono essere il Condition-based monitoring e lo smart tracking.

Condition-based Monitoring: dalla manutenzione preventiva alla manutenzione predittiva

Con Condition-based Monitoring intendiamo il processo di monitoraggio remoto dello “stato di salute” di impianti e macchinari, che vengono dotati di sensoristica che permette di inviare in tempo reale – cioè mentre i macchinari sono in funzione – informazioni sul loro funzionamento. In questo modo si supera la logica della “manutenzione”, che prevede di fermare i macchinari per effettuare manutenzioni periodiche, abbassando di conseguenza l’efficienza. Oltre a ciò, effettuare la manutenzione a scadenze prefissate spesso si dimostra inutile: ogni macchinario è diverso, ha un’età diversa, lavora in modo diverso, con il risultato che le tempistiche per determinati interventi o sostituzioni possono non essere accurate: ci si trova a interrompere la produzione per intervenire su di un macchinario per effettuare – ad esempio – il ricambio di guarnizioni per poi scoprire che erano ancora in perfette condizioni.

In sintesi, il condition-based monitoring conduce a un’evoluzione dalla manutenzione preventiva alla manutenzione predittiva, che consente di effettuare interventi solo quando è necessario, per limitare al minimo le interruzioni del flusso produttivo. Ma come sapere qual è il momento migliore?

Il ruolo della sensoristica

Il primo livello di questo approccio sono i sensori, in grado di rilevare in tempo reale vibrazioni, temperatura e assorbimento di corrente dei macchinari. Disponendo di questi set di dati, siamo in grado di identificare già il 95% dei problemi tipici: un macchinario che vibra in modo inconsueto – una anomalia individuabile tramite un’analisi spettrale delle frequenze – è la spia di un problema meccanico; così come una variazione di temperatura, che è spesso direttamente connessa a un eccessivo assorbimento di corrente. I sensori trasmettono in ogni momento un enorme ammontare di dati. Qui subentra il secondo livello: la data analytics.

Le risposte fornite dalla data analytics

Tramite algoritmi di data analytics, è possibile correlare i set che corrispondono a risultati nella norma con il flusso continuo di dati proveniente dai macchinari, così da capire lo stato di funzionamento ed essere in grado di predire – grazie a processi decisionali automatici – il momento esatto in cui operare un intervento di manutenzione. In questo senso, la data analytics sta evolvendo verso modelli di intelligenza artificiale, che in quantitativi enormi di dati individua pattern grazie a tecniche proprie del machine learning.

Consideriamo un esempio pratico: un’azienda multinazionale tedesca, leader nel settore degli elettrodomestici e degli elettroutensili, ha installato dei sensori nei boiler utilizzati in ambito casalingo. Quando i sensori riscontrano una deviazione dalla norma, la piattaforma automaticamente rileva il problema e segnala il malfunzionamento a un tecnico, che ha il supporto dell’albero decisionale per individuare dove potrebbe essere. La sede più vicina geograficamente viene avvertita e contatta il proprietario segnalando l’anomalia e la necessità di un intervento: il tecnico specializzato che lo eseguirà saprà già di che si tratta, e avrà già con sé le parti di ricambio e gli utensili corretti.

I benefici sono evidenti: il condition-based monitoring consente di evitare i tempi di downtime, riduce i costi di manutenzione dal 10 al 15%[1], e migliora la sicurezza dei dipendenti evitando i rischi connessi a guasti imprevisti dei macchinari. Questo risponde allo stesso tempo a diverse priorità dei produttori: da un lato, aumentare la produttività e diminuire i costi; dall’altro migliorare la sicurezza sul lavoro.

Smart tracking: il tracciamento intelligente di asset e persone

Quando parliamo di “smart tracking” – o tracciamento intelligente – intendiamo una varietà di soluzioni, che hanno in comune la funzione di tracciamento, appunto; cioè il fatto che persone, asset e veicoli siano forniti di tag per localizzarli in ogni momento. Ma ci sono grandi differenze a seconda che si tratti di localizzazione indoor o outdoor: le soluzioni tecnologiche divergono a seconda dei casi d’uso, e il tipo di tracker utilizzato e la modalità di tracking dipendono dagli scopi specifici della soluzione.

Seguire il percorso delle merci in viaggio

L’ambito di impiego del tracking outdoor o geografico è tipicamente la logistica. Spostando merci da una fabbrica all’altra, attraverso uno Stato o un continente, la scelta ricade sulle connessioni cellulari, se disponibili. Un’altra modalità può essere la connessione LoRa – acronimo di LongRange, una tecnologia di comunicazione wireless – molto utilizzata ad esempio in Francia, un paese con una copertura LoRa quasi totale.

Il tracking outdoor non avviene quasi mai in tempo reale, ma questo offre il vantaggio di consumare poca energia: in un contesto in cui pallet o contenitori si trovano in movimento, non esiste la possibilità di cambiare le batterie e quindi si tende a limitare il più possibile la quantità di dati trasmessi.

Un tracciamento più accurato è possibile impiegando un ricevitore GPS, che però consuma più energia.

Lo smart tracking indoor fornisce una mappa digitale di ogni cantiere

Veniamo ora al tracking “indoor”: un’espressione con cui non si intende necessariamente un’area “al chiuso”, come una traduzione letterale farebbe pensare: parliamo invece di un’area definita.

In questo caso, lo smart tracking è in grado di fornirci una mappa digitale del cantiere, provvedendo aggiornamenti in tempo reale sulla posizione di persone, asset, materiali e semilavorati.

Le tecnologie impiegate nell’ambito indoor sono completamente differenti rispetto all’outdoor, e la ragione è chiara: all’interno di una fabbrica, ad esempio, avremo bisogno di individuare persone e oggetti molto più frequentemente, a volte anche in tempo reale. In questo caso nemmeno il GPS può bastare – se la ricezione è insoddisfacente e la precisione non è sufficiente – allora la scelta ricadrà su tecnologie diverse, sulla base di quanta precisione serve: una possibilità sono le reti mesh, rapide, efficaci, scalabili e riposizionabili, che non hanno bisogno di gateway, perché sono i tag dei prodotti stessi a propagare il segnale. Più preciso è il Bluetooth, che resta entro i 2-3 metri a seconda dei gateway. Quando è necessaria una precisione al centimetro, si sceglierà una rete ultra wide band, che ha però lo svantaggio di essere molto più costosa.

smart tracking

Aumentare la produttività riducendo il tempo sprecato in ricerche

Mentre risulta intuitivo comprendere l’utilità del tracking outdoor, vale la pena soffermarsi sui molti possibili casi d’uso del tracking indoor.

Prendiamo ad esempio un progetto realizzato con un importante gruppo aeronautico multinazionale: la produzione di motori aerei avviene in fabbriche di enormi dimensioni, e il montaggio richiede l’utilizzo di strumenti molto sofisticati di estrema precisione, da tenere sempre sotto controllo per due ragioni: la prima, sono molto costosi; la seconda, devono essere calibrati periodicamente. Per questo progetto abbiamo applicato tag a diverse migliaia di utensili: in questo modo ogni operatore era in grado di verificare immediatamente le informazioni di ciascuno strumento, dallo stato di calibrazione al luogo dove si trovava – con un risparmio di tempo pari dedicato alle ricerche pari al 15%.

Tutelare la sicurezza delle persone grazie allo smart tracking

In alcuni ambiti, lo smart tracking delle persone può svolgere un ruolo cruciale nel tutelare la loro sicurezza. Ad esempio, nei settori cantieristici, chimici e oil and gas, è fondamentale controllare l’accesso del personale ad aree pericolose.

Soluzioni analoghe possono essere utili anche in contesti in cui un’azienda faccia ricorso a un forte numero di risorse esterne: tracciare il movimento delle persone consente di accertarsi che restino in aree autorizzate.

Queste soluzioni, dunque, sono in grado di aumentare la produttività del lavoro riducendo il tempo sprecato nelle ricerche grazie alla localizzazione delle merci in tempo reale e di migliorare il processo decisionale grazie al monitoraggio in tempo reale dello stato dei lavori.

Questo risponde allo stesso tempo a diverse priorità dei produttori: da un lato, aumentare la produttività e diminuire i costi; dall’altro migliorare la sicurezza sul lavoro.

  1. Dati dall’articolo di McKinsey “Coronavirus: Industrial IoT in challenging times

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Pier Giuseppe Dal Farra
Esperto di IoT e Industria 4.0 di Orange Business Services

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