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La strategia di Siemens per la digital transformation delle fabbriche di macchine utensili

di Marco de’ Francesco ♦ Cybersecurity, competenze multidisciplinari, soluzioni innovative integrate. Sono questi gli asset che la multinazionale tedesca mette a disposizione di chi fabbrica sistemi per produrre. E in più formazione adeguata e continua. Parla  Filippo Giannini

Cosa devono fare i costruttori di macchine utensili per avanzare sulla strada della trasformazione digitale, sia in termini di processo che di prodotto? Siemens, la multinazionale focalizzata nelle aree dell’elettrificazione, automazione e digitalizzazione, ha una strategia in proposito, che si declina in tre punti chiave. Anzitutto, l’innovazione da portare in azienda non può prescindere dalla cyber-security, visto che l’interconnessione comporta dei rischi specifici di crescente gravità. In secondo luogo, occorre puntare su player che non solo dispongono di competenze IT, ma anche di quelle di dominio – e cioè riferibili a prodotti e processi di settore, nonché alle tecnologie inerenti e all’analisi dei dati – e di quelle multidisciplinari, riguardanti ad esempio elettronica e meccanica. In terzo luogo, bisogna approfittare di offerte integrate e modulari, che riguardino soluzioni per la macchina, per la fabbrica e in Cloud. Di qui il portfolio CNC Shopfloor management software di Siemens, che rispecchia queste necessità. Parallelamente, occorre istruire il personale e Siemens Italia, com’è noto, ha attivato a Piacenza il Centro Tecnologico Applicativo (TAC) con lo scopo di garantire un’offerta formativa multidisciplinare con una forte componente applicativa. Ne abbiamo parlato con Filippo Giannini, Direttore del Business Segment Machine Tool Systems di Siemens Italia, di cui  Country Division Lead delle Divisioni Digital Factory e Process Industries and Drives è Giuliano Busetto.

 

Filippo Giannini, Direttore Business Segment Machine Tool Systems di Siemens Italia

Il settore delle macchine utensili: la crescita indoor si è arrestata

L’anno scorso ha rappresentato per il settore delle macchine utensili un periodo di avanzamento di rilievo. L’espansione dell’industria di comparto è proseguita, anzitutto grazie alla domanda interna e poi grazie alle esportazioni che sono tornate in positivo. La produzione, secondo Ucimu – Sistemi per produrre (l’associazione dei costruttori italiani di macchine utensili, robot, automazione e di prodotti a questi ausiliari come Cn, utensili, componenti e accessori) è aumentata del 9,4%, a quota 5,4 miliardi. E ciò soprattutto grazie alle politiche del Piano Calenda: la crescita è stata particolarmente marcata per il comparto delle macchine non convenzionali, dove ha raggiunto quota 11,8%. Un avanzamento, dunque, legato alla forte domanda interna di nuove tecnologie, che ha fatto segnare un + 16,1%. Questo, l’anno scorso. Le incertezze del governo sul rinnovo del Piano Calenda, poi sostanzialmente depotenziato con la Legge di Bilancio 2019, hanno prodotto un forte rallentamento della domanda: si pensi che nel terzo trimestre 2018 gli ordini raccolti sul mercato domestico hanno fatto segnare un arretramento del 15,3% rispetto allo stesso periodo dell’anno precedente. L’export regge, ma la macchina della crescita indoor sembra essersi arrestata.

Innovazione con un occhio alla sicurezza e alla cyber-security

In quanto a investimenti in ricerca e sviluppo effettuati da Siemens si assiste ad un trend crescente: un rialzo del 40% negli ultimi quattro anni. Per Giannini, Direttore del Business Segment Machine Tool Systems di Siemens Italia, «il dipartimento “Corporate Technology”, responsabile per la ricerca e sviluppo, focalizza la sua attività su tematiche innovative trasversali alle diverse divisioni, con focus ad esempio su “Artificial Intelligence”, “Additive Manufacturing”, “Data Analytics, “Simulation & Digital Twins”, “Connectivity & Edge Devices”. E’ evidente che l’innovazione sviluppata in questi contesti da Siemens produce un impatto nell’industria manifatturiera, e di conseguenza sui costruttori di macchine e sui loro utilizzatori». Nuove tecnologie avanzate messe in campo dalla multinazionale fanno cioè il loro ingresso nelle aziende di comparto. Naturalmente, con l’aumento della digitalizzazione, si registra un incremento dei cyber attacchi, e delle manomissioni e sottrazioni di dati e programmi delle aziende.

Si stima che nel 2017 ci fossero 28,4 miliardi di device connessi; e che quest’anno l’asticella salirà a quota 34,8 miliardi. L’anno prossimo saremo già sulla soglia dei 42,1 miliardi e infine nel 2020 su quella dei 50,1 miliardi, cifra che supera di gran lunga il numero degli abitanti della Terra. La crescita fa ancora più impressione se si pensa che nel 2003 i device connessi erano solo 500 milioni. Il fenomeno è destinato ad incrementare il rischio di aggressioni via web. Ci sono varie forme di attività illecite, alcune delle quali tendono a far breccia nel sistema produttivo dell’impresa, a fini di riscatto. Tutto ciò può produrre danni considerevoli per le aziende. In effetti la sfida contro il cyber-crimine è nata a livello IT; mentre la “fabbrica”, l’officina”, non sono nate per rispondere a questo genere di minacce. Le tecnologie per fronteggiare i problemi sono già disponibili; ma si tratta di implementarle a livello OT. Dunque, come difendersi?

Siemens è coinvolta, afferma Giannini, “in prima linea” nelle azioni che riguardano la security delle aziende clienti e dei propri siti produttivi. Industria Italiana se ne è occupata qui. L’azienda ha infatti dato vita ad un team di esperti, che hanno adottato un approccio olistico, riguardante più livelli della questione. «Anzitutto, i nostri prodotti e le nostre tecnologie rispondono ai principi della security by design, un approccio allo sviluppo di software e hardware che cerca di rendere i sistemi privi di vulnerabilità e impermeabili all’attacco». Ciò anche grazie all’adozione di standard internazionali, come ad esempio l’ISA 99 / IEC 62443, quello che definisce le procedure per implementare i sistemi di controllo e di automazione secondo principi di sicurezza informatica.

In secondo luogo, Siemens applica «l’approccio “Defense in Depth”, che si sviluppa su tre livelli di controlli di sicurezza. Lo scopo è fornire ridondanza nel caso in cui una difesa fallisca e quindi applicare, in caso di attacco, una serie di contromisure complementari tra di loro e predefinite. Il primo, “plant security”, tende a identificare le vulnerabilità dell’impianto o dell’officina quanto ad accesso fisico. Grazie a policy di sicurezza e al monitoraggio di anomalie, si rende più complicato l’accesso a personale non autorizzato. Il secondo, “network security”, riguarda la protezione delle reti, che si ottiene con l’installazione di firewall, con la segregazione delle celle di lavoro e con la trasmissione criptata dei dati. Peraltro, la rete viene “divisa” in tante “isole”, e con un particolare protocollo, Syslog, è possibile tener traccia di tutte le operazioni realizzate e scoprire se una cella particolare sia stata aggredita nel corso di un attacco. Il terzo, infine, “system integrity”, concerne l’integrità di sistema – con la protezione di singoli terminali, Pc o controllori numerici o altro – per evitare l’accesso a dati e programmi, o la loro sottrazione e modifica». Siemens mette a disposizione la comunicazione crittografata, che associa univocamente l’identità di un soggetto e una chiave crittografica.

 

Amberg visual

Competenze multidisciplinari o di dominio

Per una corretta adozione delle tecnologie abilitanti, le aziende manifatturiere, e soprattutto i costruttori di macchine e i consumatori finali, dovrebbero riferirsi a player che non solo dispongono di competenze IT, ma anche di quelle di dominio, e cioè riferibili a prodotti e processi di settore, nonché alle tecnologie inerenti e all’analisi dei dati, e di quelle multidisciplinari, riguardanti ad esempio elettronica e meccanica. Un player dell’automazione che conosce la fabbrica ha delle carte in più da giocare. «Possiamo affermare che Siemens non ha rivali in termini di conoscenza di dominio, sia come fornitore di prodotti di automazione e di software industriale che come utilizzatore di prodotti e processi nei propri siti attivi nell’elettronica, nella meccanica, nella produzione di energia, nei trasporti e nella building technology» prosegue Giannini. L’azienda infatti testa le proprie tecnologie anzitutto nei propri impianti. Il know how è poi messo a disposizione delle aziende, che si tratti di Pmi e/o di grandi realtà industriali.

Giannini cita ad esempio tre siti particolari, dai quali provengono i principali componenti che equipaggiano le macchine utensili; e cioè i controlli numerici, i drive, i motori e l’automazione. Questi stabilimenti esemplificano il genere di competenze che Siemens può mettere a disposizione delle aziende di comparto. «Il primo è la fabbrica di Amberg, in Germania. Da circa trent’anni produce Plc (controllori logico-programmabili, che gestiscono i processi industriali), i sistemi di automazione Simatic presenti sia nelle macchine utensili che nelle officine. È ad uno stato molto avanzato di automazione e trasformazione digitale. Si pensi che in 25 anni la produttività è aumentata di otto volte, tanto che attualmente si realizzano 15 milioni di Simatic all’anno, utilizzando più di tre miliardi di componenti. Grazie all’adozione di particolari piattaforme, nell’ultimo quarto di secolo la qualità è migliorata di ben quaranta volte, e la flessibilità ha raggiunto tali livelli da rendere possibile la produzione, sulle stesse linee, di oltre mille varianti di prodotto».

Quanto al secondo sito, «è la fabbrica di Erlangen, sempre in Germania, che produce i controlli numerici Sinumerik e i drive Sinamics utilizzati sulle macchine utensili. Qui, anche grazie alla realtà virtuale e a piattaforme digitali (Lean Virtual Engineering & Digital Collaboration) per la gestione del ciclo di vita del prodotto, abbiamo messo a fattor comune le esperienze di esperti di ricerca e sviluppo, di produzione e di logistica e della filiera dei fornitori. In questa fabbrica utilizziamo tecnologie avanzate, come i robot collaborativi, la manifattura additiva e la stampa 3D». Il terzo sito è quello di Bad Neustadt, sempre in Germania. «Qui vengono prodotti i servomotori che equipaggiano le macchine utensili. Grazie a processi di lean manufacturing e con l’introduzione di sistemi robotizzati integrati, con Sinumerik Integrate Run MyRobot, e di altre innovazioni, abbiamo ottenuto un incremento di utilizzo delle macchine prossimo al 30%, una riduzione significativa di oltre il 60% del tempo di set up delle nuove macchine grazie al virtual commissioning nonché una riduzione dei cicli di produzione di alcuni componenti di circa il 20%». Target realizzati anche grazie al portfolio di CNC shop-floor management SW, che è stato presentato anche a BIMU 2018.

Flessibilità e modularità: il portfolio “Cnc Shop-floor management software”

Fino a poco tempo fa alcune importanti tecnologie innovative – come ad esempio quelle legate ai servizi di manutenzione predittiva o ai digital twin delle macchine – rappresentavano, per l’offerta dei costruttori di macchine utensili, un valore aggiunto opzionale. Secondo Giannini, «ben presto, però, saranno sempre più richieste dalla clientela e diventeranno parte integrante dell’offerta. Elementi discriminanti nella scelta dell’utilizzatore. Naturalmente, non è pensabile che piccole aziende che costruiscono macchine sviluppino piattaforme digitali proprietarie specifiche per arricchire prodotti e servizi con queste tecnologie. È una questione di risorse e di gestione del ciclo di vita delle piattaforme SW in continua evoluzione per evitare il rischio di obsolescenza; inoltre, è necessario adottare i più recenti standard di security». Di qui il portfolio “CNC Shop-floor management software”.

È un concentrato di soluzioni innovative di Siemens: applicazioni inserite direttamente nelle macchine a controllo numerico, quelle gestionali on premise (e cioè con installazione del software direttamente nel server locale) e quelle in Cloud. Sono soluzioni integrate, e insieme un sistema a disposizione dei clienti per integrare le macchine con tecnologie d’avanguardia. Si è creata, sostanzialmente, una architettura a tre livelli; dal basso verso l’alto: nella macchina, in linea e in Cloud. Piani che corrispondono a tre piattaforme di Siemens: a livello macchina, Sinumerik e Sinumerik Edge; a quello di officina, Sinumerik Integrate; fino al livello Cloud, con Mindsphere. «Nessun altro player ha la possibilità di offrire un portafoglio così integrato e modulare, che consenta al cliente di scegliere soluzioni per la macchina, per l’officina e in cloud».

 

MIndsphere visual

 

Nel dettaglio, Sinumerik è il controllo numerico computerizzato di macchine utensili per la fresatura, tornitura, rettifica, punzonatura, laser, multistasking e additive manufacturing. Sinumerik Edge si basa sulle tecnologie dell’Edge computing, che consente di elaborare grandi quantità di dati localmente, ad alta frequenza e in tempo reale. Solo una piccola parte di essi, dopo un’elaborazione locale da parte di una APP specifica, viene trasferita ad una infrastruttura IT a livello di fabbrica o in Cloud. Questo comporta un risparmio in termini di tempo e di costi oltre a funzionalità locali estremamente performanti per l’elaborazione dei dati. Quanto a Sinumerik Integrated, la piattaforma fornisce i moduli necessari per l’analisi e la gestione dei dati di produzione di macchine collegate in rete.

Mindsphere è il sistema operativo aperto per l’IoT basato su cloud: in pratica, da una parte serve a connettere, in maniera estremamente sicura, le macchine presenti in azienda, sensori, sistemi e impianti e gestirne i dati in maniera segregata; dall’altra consente a partner (SW house, integratori, costruttori di macchine, utilizzatori finali) di sviluppare app proprietarie o che possono essere rese disponibili in un market place aperto ai player protagonisti dell’ecosistema Siemens. Quanto ai servizi offerti dalla piattaforma, sono tra i più diversi: dagli indicatori di performance al monitoraggio da remoto alla manutenzione predittiva. Industria Italiana se ne è occupata qui.

Peraltro, il portfolio di prodotti, servizi, soluzioni e competenze Siemens si poteva sperimentare qualche settimana fa alla 31esima edizione della BiMu di Milano, importante mostra italiana dedicata a macchine utensili, robot, automazione, digital manufacturing, tecnologie ausiliarie e abilitanti. Qui, con il motto “Digitalization in Machine Tool Manufacturing – Implement now!”, l’azienda ha presentato due percorsi espositivi, uno orientato a rispondere alle tipiche esigenze di costruttori di macchine, l’altro a quelle degli utilizzatori finali con l’intento di sottolineare il ruolo chiave della digitalizzazione per l’incremento di produttività, flessibilità e qualità nella realizzazione delle macchine utensili e nella lavorazione di pezzi.

 

Il TAC di Piacenza

 

La formazione

Naturalmente, per adottare le complesse piattaforme di cui abbiamo parlato, ai costruttori di macchine e utilizzatori finali serve una formazione adeguata e continua. «A tal fine, Siemens in Italia mette a disposizione il proprio Centro Tecnologico Applicativo (Tac) a Piacenza; il mio obiettivo, già dalla sua inaugurazione nel 2011, è sempre stato quello di garantire un’offerta formativa multidisciplinare, con una forte componente applicativa ed elevato orientamento all’innovazione», spiega Giannini. Con oltre 700 metri quadrati di superficie industriale con vere macchine utensili e di produzione, robot e piattaforme digitali – tra cui anche il Cnc Shop-floor Management software – «il TAC rappresenta un modello di Smart Factory, dove le aziende manifatturiere hanno l’opportunità di aggiornarsi sulle innovazioni utili per attuare la propria trasformazione digitale e dove possono testare e conoscere le tecnologie di controllo, di progettazione e di simulazione digitale applicate alle macchine automatiche e utensili, stazioni con robot e isole dove apprezzare i vantaggi applicativi delle piattaforme digitali. Va ricordato che è stato firmato, lo scorso luglio, un accordo tra Siemens e Confindustria: prevede un’attività di collaborazione tra il Tac di Siemens e la rete dei Digital Innovation Hub (Dih) di Confindustria. In particolare, Siemens offrirà ai Dih la possibilità di organizzare 100 giornate, fino alla fine del 2020, per le imprese manifatturiere interessate a conoscere e investire nelle tecnologie abilitanti per l’Industria 4.0».

Secondo Giannini, «grazie al Tac è stato creato un network di istituti tecnici e professionali e università, con una rete di nove partner formativi qualificati, in grado di formare docenti e studenti su aspetti quotidiani di tecnologia della macchina utensile, di cyber security, di automazione e di digitalizzazione. Nel centro, si tiene ogni anno anche la cerimonia di premiazione degli studenti vincitori delle Olimpiadi dell’Automazione (iniziativa che si rivolge agli studenti degli istituti tecnici italiani)». Il Tac inoltre è sede del corso accademico semestrale di Macchine Utensili, terzo anno del corso di studi di ingegneria Meccanica del Politecnico di Milano di cui l’ing. Giannini è docente. Il corso prevede anche tre visite guidate presso importanti costruttori di macchine utensili del Piacentino, come Jobs, Mandelli, Mcm, interventi di società come EOS, Renishaw, BLM group, Speroni, Comau e della stessa associazione di categoria Ucimu».

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