Il futuro dell’industria: più automazione, robotica e controllo digitale

La progressiva delocalizzazione dei più importanti processi produttivi industriali verso aree del pianeta a basso costo di manodopera è una conseguenza della persistente spinta alla competitività, dettata dalle attuali condizioni del mercato globalizzato. Come innovazione organizzativa e gestionale, l’automazione è stata introdotta agli inizi degli anni Sessanta negli USA, ove fu coniato il neologismo inglese “automation” per indicare la complessa tecnologia di tali sistemi automatici. La moderna automazione comprende infatti un insieme di tecnologie impiegate assieme alla meccanica che spaziano dall’idraulica alla pneumatica, dalla tecnologia elettrica ed elettronica all’informatica. I primi impianti a servirsi dei sistemi di automazione appartengono ai settori chimico e siderurgico, ma ben presto gli ambiti di applicazione si sono estesi alla maggior parte delle industrie nei Paesi tecnologicamente all’avanguardia — inclusi servizi logistici e di trasporto, comunicazioni, domotica e sanità —, indipendentemente dalle loro dimensioni. In particolar modo, l’industria manifatturiera deve rispondere ad obiettivi quali una produttività migliore, qualità costante e fabbricazione flessibile, fornendo le quantità variabili di beni che possono essere assorbite dal mercato. È inoltre indispensabile assicurare la sicurezza del lavoro e dei prodotti, nonché un impatto ambientale minimo.

Al fine di mantenere una presenza rilevante sulla scena commerciale e seguirne l’evoluzione, conseguendo al contempo elevati standard qualitativi e quantitativi, fin dall’inizio della rivoluzione industriale è stata incrementata la sostituzione del lavoro svolto dall’uomo con il lavoro svolto dalle macchine. A differenza della semplice meccanizzazione, infatti, una soluzione di automazione industriale consente di implementare il processo produttivo negli impianti, includendo la gestione degli ordini e dei magazzini, la catena di approvvigionamento e l’acquisizione dei dati relativi alla diagnostica.

Sistemi di controllo automatizzato: il cervello digitale dell’industria

Per funzionare automaticamente, i macchinari e gli impianti industriali necessitano di dispositivi che intervengano su tutte le fasi della produzione, facendo eseguire alle macchine la fasi più complesse o rischiose e semplificando il lavoro svolto dall’uomo, controllando e proteggendo gli impianti. Parte essenziale degli automatismi è il sistema di controllo computerizzato, ossia un processo che sia in grado di effettuare l’analisi di tutti i dispositivi che lo compongono. A tale scopo, gli algoritmi implementati per i sistemi di controllo attualmente più diffusi sono i regolatori logici programmabili, Programmable Logic Controller (PLC), i quali comprendono processori avanzati progettati appositamente per l’ambito industriale. L’unico intervento umano diretto sui PLC riguarda la programmazione — non essendo dotati di un’apposita interfaccia con l’operatore, la Human Machine Interface (HMI).

I sistemi PLC e HMI sono in grado di fornire differenti controlli dei processi elettromeccanici e dei sistemi di costruzione, agendo gli uni come cervello digitale dei sistemi automatizzati, gli altri permettendo una elaborazione in tempo reale delle informazioni destinate ad un operatore umano per il monitoraggio dei processi. Un sistema completo di supervisione industriale e acquisizione dati computerizzato è detto Supervisory Control And Data Acquisition (SCADA). Tale genere di hardware viene impiegato prevalentemente nelle industrie alimentari, negli impianti per l’imbottigliamento delle bevande e nel settore automobilistico.

Il futuro dei robot industriali

Le applicazioni industriali della robotica sono i più noti automatismi. Il primo brevetto di un braccio meccanico destinato ad operare nelle fabbriche fu registrato nel 1954 e, sette anni più tardi, l’azienda statunitense Unimation Inc. fu la prima ad installare un robot industriale nei propri impianti. Da allora, negli USA, in Giappone ed in Europa — dove l’Italia è in una posizione avanzata — sono state introdotte migliaia e migliaia di macchine “intelligenti”. Robot in grado di sostituire l’operatore umano in specifiche funzioni e reagire a stimoli esterni complessi, quali la raccolta di istruzioni finalizzate all’apprendimento ed all’esecuzione di determinate operazioni, nonché la capacità di valutare l’esito di tali interventi, operando scelte in base ai dati raccolti. Sensori ottici, tattili e di manipolazione costituiscono un sofisticato macchinario interattivo governato da un calcolatore con capacità di memoria. Il robot viene definito come un sistema artificiale che interagisce con l’ambiente esterno e con le proprie parti funzionali meccaniche, elaborando informazioni per eseguire compiti preordinati.

Macchine automatiche operatrici e flessibili, con la capacità di modificare in breve tempo il ciclo operativo da eseguire. Il robot utilizzato negli impianti è stato definito dalla norma ISO TR/8373 come “un manipolatore a molteplici gradi di libertà, comandato automaticamente, riprogrammabile, multiscopo, fisso o mobile, destinato ad applicazioni di automazione industriale”. Grazie ai progressi della robotica i tradizionali manipolatori si stanno evolvendo in dispositivi con sempre maggiore autonomia, visione e guida autonoma, oltre a dimensioni più ridotte. Dai minirobot ai nanorobot, le applicazioni di tali manipolatori possono essere estese anche in campo medico. Gli attuali robot di terza generazione sono controllati anch’essi da algoritmi e caratterizzati da capacità adattive relative all’ambiente che li rendono “intelligenti”. Per ciò che riguarda i sistemi di automazione della futura quarta generazione, non è ancora possibile sapere con certezza con quali materiali saranno realizzati. Si ipotizza che possano essere non metallici, certamente più leggeri e veloci, con elevata accuratezza e percezione sensoriale amplificata, in modo da poter svolgere operazioni di complessità superiore.

Flora Liliana Menicocci