In che modo l'intelligenza artificiale sta trasformando la tecnologia di produzione meccanica?

L'automazione nel settore manifatturiero

La convergenza tra microelettronica, informatica e automazione ha accelerato l'automazione della produzione in tre ambiti principali: la tecnologia di produzione, i singoli processi e i sistemi di produzione completi.

Automazione delle tecnologie di produzione

Le tecnologie informatiche e di rete supportano la progettazione assistita da computer (CAD), la pianificazione dei processi assistita da computer (CAPP), l'ingegneria assistita da computer (CAE), la produzione assistita da computer (CAM), la gestione dei dati di prodotto (PDM), i sistemi informativi gestionali (MIS) e la pianificazione delle risorse aziendali (ERP). Insieme, questi sistemi rendono la creazione e l’elaborazione delle informazioni relative alla produzione più rapide ed efficienti.

Automazione dei processi produttivi

I circuiti integrati, i controllori logici programmabili (PLC) e i computer automatizzano singole macchine, linee di produzione e sistemi completi. Nuovi sensori, prove non distruttive, ispezioni fisiche e chimiche, elaborazione dati e microelettronica misurano e monitorano in tempo reale temperatura, pressione, spostamento, sollecitazione, deformazione, vibrazioni e altre variabili di processo. La loro integrazione consente misurazioni elettroniche e digitali in corso di lavorazione, prove computerizzate, controllo di processo a circuito chiuso e controllo adattivo.

Automazione dei sistemi di produzione

La tecnologia CNC, i robot, la movimentazione e lo stoccaggio automatizzati e le celle automatizzate hanno trasformato la produzione, passando da singole macchine a sistemi completi, da un’automazione rigida a una flessibile e da architetture semplici a quelle complesse. La gerarchia che ne deriva comprende macchine CNC, centri di lavorazione (MC), celle di produzione flessibili (FMC), sistemi di produzione flessibili (FMS) e linee di produzione flessibili (FML), per convergere infine in sistemi di produzione integrati al computer (CIMS) e sistemi di produzione intelligenti (IMS).

Queste tecnologie migliorano la produttività, la qualità, la flessibilità e la capacità di adattamento alla varietà dei prodotti. Il continuo sviluppo sta rendendo la produzione più intelligente, interconnessa e integrata.

Tecnologia informatica e produzione flessibile

La produzione è guidata dalla domanda del mercato. Poiché i clienti richiedono prodotti sempre più vari e personalizzati, la produzione di massa tradizionale risulta sempre meno adeguata. La produzione flessibile è stata sviluppata per automatizzare la produzione efficiente e di alta qualità di una vasta gamma di prodotti in lotti di piccole e medie dimensioni a costi ragionevoli.

Produzione di prodotti misti, in lotti piccoli e medi

Un sistema flessibile può essere adattato rapidamente a prodotti diversi, soddisfacendo esigenze variegate e riducendo al contempo gli sprechi legati alla produzione monoprodotto.

Maggiore utilizzo delle macchine e costi inferiori

L'automazione consente di utilizzare in modo efficiente macchinari e altre attrezzature e di ridurre i tempi ausiliari improduttivi, abbassando così i costi di produzione.

Tempi di consegna più brevi e scorte ridotte

I processi automatizzati e ottimizzati accorciano i cicli di produzione. Una pianificazione flessibile riduce le scorte, libera capitale circolante e migliora la reattività al mercato.

Maggiore automazione e un ambiente di lavoro migliore

L'automazione riduce l'intensità del lavoro, garantisce una qualità costante grazie a operazioni precise e ripetibili, riduce gli interventi manuali e diminuisce i rischi sul posto di lavoro.

Integrazione tra progettazione e produzione

CAD/CAM, la produzione flessibile, la produzione integrata con il computer, l’ingegneria simultanea (CE) e la prototipazione rapida (RP) stanno abbattendo il confine tradizionale tra progettazione e produzione.

1. CAD/CAM

CAD/CAM collega direttamente la progettazione alla produzione. Gli ingegneri creano e modificano i prodotti in un ambiente virtuale, e i dati così ottenuti guidano la produzione. Ciò accorcia il percorso dalla progettazione alla produzione e riduce gli errori e le rilavorazioni.

2. FMS e CIMS

I sistemi flessibili e integrati con il computer collegano lavorazione, ispezione, logistica e assemblaggio attraverso l'automazione e la tecnologia dell'informazione. Un FMS utilizza robot, macchine CNC e attrezzature correlate per realizzare una produzione flessibile. Un CIMS integra tecnologie informatiche e gestionali per coordinare l'intera azienda.

3. Ingegneria simultanea

L'ingegneria concorrente organizza la progettazione, la produzione e i collaudi in modo che le attività procedano in parallelo anziché in sequenza rigorosa, riducendo i tempi di sviluppo del prodotto e accelerandone il lancio sul mercato.

4. Prototipazione rapida

La prototipazione rapida consente di realizzare modelli fisici mediante l'aggiunta di materiale, permettendo ai progettisti di valutare e testare rapidamente un'idea. Processi avanzati non tradizionali, quali il taglio laser e la lavorazione elettrochimica, rendono inoltre sempre più labile il confine tra la lavorazione a freddo convenzionale e quella termica. Le fasi di ispezione, logistica e assemblaggio sono sempre più integrate in un unico sistema informativo automatizzato.

Lavorazione meccanica ultraprecisa e ad altissima velocità

La lavorazione ultraprecisa ha raggiunto la scala nanometrica, consentendo la realizzazione di ottiche ad alta precisione, sistemi microelettromeccanici (MEMS) e dispositivi a semiconduttori.

1. La lavorazione di precisione si sta orientando verso fonti di energia con lunghezze d'onda sempre più corte, dall'infrarosso alla luce visibile, fino agli ultravioletti e ai raggi X. Le lunghezze d'onda più corte consentono di ottenere un'energia maggiore e una lavorazione più precisa. Le macchine ultraprecise stanno inoltre diventando multifunzionali e modulari.
2. La gamma dei materiali si è ampliata, passando dai metalli alla ceramica, alla plastica e al vetro. La ceramica garantisce resistenza all'usura e stabilità alle alte temperature, mentre la plastica e il vetro trovano impiego in numerose applicazioni ottiche ed elettroniche.
3. Il taglio ad altissima velocità migliora l'efficienza e la qualità aumentando notevolmente la velocità di taglio. Il taglio delle leghe di alluminio ha superato i 1.600 m/min, mentre quello della ghisa ha raggiunto circa 1.500 m/min. Questo approccio consente di migliorare la lavorabilità di leghe e materiali compositi difficili da lavorare, ridurre i danni termici e l'usura degli utensili e migliorare la qualità della superficie.

Modelli di produzione avanzati

La produzione avanzata integra tecnologia, risorse umane e organizzazione. Il suo pieno valore dipende dal coordinamento di questi tre elementi e dalla combinazione dei processi produttivi con le tecnologie informatiche e una gestione moderna.

1. Produzione flessibile, just-in-time e snella. I sistemi flessibili consentono di passare rapidamente da un prodotto all'altro. La produzione just-in-time (JIT) riduce le scorte in eccesso e gli sprechi, mentre la produzione snella (LP) elimina gli sprechi attraverso il miglioramento continuo e l'ottimizzazione dei processi.
2. Produzione agile e ingegneria simultanea. La produzione agile pone l'accento sulla rapidità di risposta e sull'innovazione. L'ingegneria concorrente consente di portare avanti contemporaneamente le fasi di progettazione, analisi, produzione e collaudo, riducendo i tempi che intercorrono tra l'ideazione del prodotto e la sua immissione sul mercato.
3. Produzione distribuita in rete (DNM). Internet e le tecnologie dell'informazione collegano le risorse produttive dislocate in diverse sedi per favorire la condivisione e la collaborazione, migliorando l'efficienza e la flessibilità.

Con il progredire delle tecnologie informatiche e della globalizzazione, questi modelli di produzione aiutano i produttori a rimanere competitivi grazie a livelli più elevati di automazione, intelligenza e connettività.

Come l'intelligenza artificiale sta cambiando la produzione meccanica

L'intelligenza artificiale amplia la percezione e il processo decisionale umani ed è un fattore chiave per la produzione intelligente. La produzione intelligente applica tecnologie informatiche avanzate e sistemi intelligenti per automatizzare, ottimizzare e migliorare la produzione.

1. Sistemi esperti. I sistemi di pianificazione dei processi sono in grado di generare percorsi di lavorazione sulla base dei requisiti di progettazione e delle risorse disponibili. I sistemi di progettazione supportano gli ingegneri fornendo consigli e soluzioni. I sistemi di collaudo, controllo e diagnostica monitorano le apparecchiature, individuano i problemi in fase di sviluppo e garantiscono la stabilità dei processi e la qualità dei prodotti.
2. CAD/CAM intelligenti e robotica. Il sistema integrato CAD/CAM garantisce un flusso continuo dalla progettazione alla produzione. I robot intelligenti eseguono operazioni di assemblaggio complesse e sostituiscono gli operatori umani in ambienti pericolosi o difficili.

Il deep learning, l’elaborazione del linguaggio naturale e il riconoscimento delle immagini vengono ormai applicati in diversi ambiti, dalla progettazione dei prodotti e dalla pianificazione della produzione al controllo qualità e alla manutenzione predittiva. L’intelligenza artificiale può aumentare la produttività e la qualità, ridurre i costi e il fabbisogno di manodopera e rendere la produzione più reattiva alla domanda personalizzata. Il continuo sviluppo renderà sempre più diffuse le fabbriche intelligenti e la produzione intelligente.