Controllo produzione: cos’è e come farlo con il monitoraggio industriale

Misurare per deliberare: le soluzioni di Industrial Internet of Things consentono di misurare in dettaglio i costi di produzione di ogni singolo articolo, i consumi delle risorse impegnate nei processi, le condizioni delle macchine utilizzate. Dati acquisiti in tempo reale che vengono contestualizzati rispetto allo storico per analisi specifiche, operazioni di manutenzione predittiva, reazioni immediate in casi di anomalie. Un monitoraggio industriale efficace consente di rispettare il lead time di produzione e consegna, di aumentare la qualità del prodotto e del servizio e di ridurre gli sprechi: consente, quindi, un controllo della produzione che, allineando la pianificazione e la gestione, diventa un vantaggio competitivo che può fare la differenza.

Cos’è il controllo produzione

Il “controllo di produzione” si riferisce a tutte le attività di monitoraggio, gestione e verifica delle diverse fasi dei processi produttivi aziendali: dall’ingresso delle materie prime e delle loro componenti fino al prodotto finito, pronto a raggiungere il canale di distribuzione.

Comprende il controllo qualità e richiede l’accesso e la gestione di grandi quantità di dati: dall’inventario dei prodotti, dei componenti e del personale ai livelli di fornitura; dalle interruzioni del ciclo produttivo, ai fermi macchina, ai tempi di manutenzione; dai resi, ai tempi di consegna e di preparazione spedizioni.

Questi dati, se opportunamente inseriti in database e incrociati con lo storico, forniscono informazioni che vengono inoltrate ai diversi reparti e/o ai partner esterni e diventano di supporto alle decisioni per l’ottimizzazione dei processi e la pianificazione strategica aziendale.

In un tempo più o meno lontano, gli operai compilavano le schede di produzione cartacee da riconsegnare a fine giornata, i dati dai macchinari venivano recuperati o tramite USB e salvati su server aziendale o tramite ispezione in presenza, la verifica della manutenzione veniva fatta contattando i tecnici o verificando in presenza i contatori.

Oggi, le soluzioni IIOT consentono di unire pianificazione e controllo grazie a un monitoraggio in tempo reale di tutti i flussi produttivi: specifici software elaborano i dati forniti dai sensori posti nei punti strategici della linea di produzione, migliorandone la tracciabilità.

Come fare il controllo produzione

Un controllo di produzione efficace è frutto di un’accurata analisi di contesto. Per iniziare, occorre quindi domandarsi: a quale tipologia si riferisce il sistema produttivo? Sono presenti colli di bottiglia, lavorazioni critiche, vincoli nella relazione macchine-operatori? Lato domanda: qual è la dimensione dei volumi richiesti? E prodotti? Il mix di produzione è stabile? E ancora: quanto tempo si impiega a produrre l’articolo o il lotto? È soddisfacente per il mercato?

A partire da queste domande, che sono alla base della pianificazione strategica aziendale, si passa all’automatizzazione della raccolta dati: una delle soluzioni più immediate è sostituire le schede cartacee (compilate in digitale) con specifici punti di raccolta o con sistemi RFID di identificazione a radiofrequenza, versione evoluta dei sistemi di lettura dei codici a barre. I sistemi RFID riconoscono i tag, le “etichette” codificate, ad esempio, sui materiali (o sui loro contenitori) e sugli ordini di lavorazione attraverso le onde radio, e possono venire quindi lette a distanze maggiori e contemporaneamente da più dispositivi.

Per l’automatizzazione della raccolta dati, primo passo per la digitalizzazione del controllo di produzione, è necessaria una infrastruttura di rete sicura e facilmente gestibile, con connessione ad alta velocità e banda larga, che colleghi le fabbriche, i reparti e i vari centri di produzione. Per lo scambio dei dati su Internet, è possibile implementare le VPN – reti private virtuali.

Un altro punto strategico del controllo di produzione è la misurazione dei costi: di ogni singolo lotto, delle risorse impiegate nel processo (materiali, persone, tempi), di gestione e manutenzione delle macchine. L’adozione di soluzioni IIoT sui macchinari può aiutare: è frequente l’applicazione di sensori di misura (temperatura, velocità, pressione) che, collegati a un software di elaborazione, inviano specifici alert in caso di difformità rispetto ai parametri usuali, segnalando in anticipo eventuali usure dei componenti (manutenzione predittiva) ed evitando i “fermi macchina” dovuti a guasti o manutenzioni impreviste.

Si predispongono quindi i controlli dei carichi di lavoro, gli indicatori semplici dell’efficienza dei reparti produttivi (uno dei più comuni è l’OEE – Overall Equipment Effectiveness), il monitoraggio degli avanzamenti e si condivide una raccolta di procedure “storiche” utilizzate per risolvere anomalie e migliorare la qualità del processo con tutti gli attori coinvolti.

Ma come automatizzare il monitoraggio della produzione in tempo reale?

Quali sono i sistemi di controllo produzione

I software più comunemente utilizzati per il controllo di produzione sono i MES – Manufacturing Execution System.

Il MES monitora in tempo reale le attività svolte, gli operatori e le attrezzature coinvolte nei processi. Può dialogare sia con lo SCADA – Supervisory Control and Data Acquisition, il sistema che acquisisce i dati dai sensori nelle macchine, sia con il PLM – Product Lifecycle Management, il software che gestisce il ciclo di vita del prodotto, sia con l’ERP – Enterprise Resource Planning, il software che pianifica le risorse d’impresa.

Il MES controlla in tempo reale quantità e consumi delle materie prime, riducendo gli stock inutilizzati; raccoglie dallo SCADA i dati su tempi e modi dei processi di utilizzo dei macchinari e li elabora per ridurre i tempi morti e implementare la manutenzione predittiva; analizza i dati relativi ai carichi di lavoro, ottimizzando i tempi e le modalità di utilizzo del personale; collega i reparti di produzione e il management aziendale; aiuta a gestire l’imprevisto in tempo reale, mentre la produzione è in corso; conserva tutti i dati relativi al processo produttivo, rendendolo completamente tracciabile; diminuisce gli errori di fabbricazione e riduce gli scarti; elabora reportistica su tempi, costi e qualità dei processi.

Il MES può essere uno strumento utile al monitoraggio energetico (qui le linee guida ENEA 2019) utile alla diagnosi energetica obbligatoria per le imprese con più di 250 occupati e un fatturato superiore a 50 milioni di euro e/o un bilancio annuo superiore a 43 milioni (D.Lgs 102/2014 e successivi aggiornamenti).

Il MES infatti attraverso l’analisi dei tempi e della qualità del processo produttivo può aiutare a ridurre o a concentrare le operazioni ad alto dispendio energetico.

Monitoraggio industriale: alcuni casi pratici

Le soluzioni di IIOT consentono un monitoraggio industriale in tempo reale che si traduce in maggiore flessibilità e maggiore rapidità di messa in produzione.

Un esempio: un MES implementato ad hoc ha consentito a Indesit, l’industria produttrice di elettrodomestici, di andare oltre la misurazione del livello di efficienza produttiva e capire le percentuali e le cause delle inefficienze produttive. Il MES sviluppato da EsiSoftware riesce ad analizzare e avvisare in tempo reale della inefficienza specifica tramite un’unica pagina web.

Nello specifico: i fermi macchina dell’impianto sono stati classificati in fermi di tipo gestionale o tecnico; il MES importa i dati di base dall’ERP e raccoglie i dati automatici da PLC; imputa le cause di fermata e di scarto selezionandole da anagrafica editabile; confronta quanto pubblicato dal PLC con quanto dichiarato dall’operatore; dichiara la commessa in corso con i componenti e le attrezzature utilizzate; compone un report che correla le inefficienze con componenti, attrezzature e operatori coinvolti. Un sistema che ottimizza il processo, traccia i lotti in produzione, riduce il tempo di reazione in caso di imprevisti.

Il MES for Discrete Manufacturing prodotto da Oracle è composto da una workstation per gli operatori e da un workbench per i supervisori: il primo configura e visualizza le istruzioni di lavoro, acquisisce il tempo effettivo in entrata e in uscita, fornisce un report delle transazioni in azienda, supporta il tracciamento dei lavori in serie o personalizzati, acquisisce e integra i dati delle lavorazioni, produce un report delle eccezioni. Il secondo è una dashboard che visualizza il riepilogo delle eccezioni, le metriche delle prestazioni, la capacità prevista o la carenza di risorse, il piano di lavoro per ottimizzare i processi.

IBM, critica nei confronti del MES, nato precedentemente all’IIoT, per il monitoraggio industriale punta sul Maximo Asset Monitor, monitoraggio remoto basato sull’AI su scala aziendale con dashboard configurabili, avvisi, analytics, visualizzazione del flusso di lavoro, generazione automatica degli ordini di lavoro, integrazione rapida dei dati con filtro e gestione dei dati gerarchici.

Microsoft integra il modulo “Controllo Produzione” all’interno della suite Dynamics 365 di pianificazione e gestione delle risorse aziendali.

Controllo avanzamento produzione

Qual è lo stato degli ordini? La consegna sarà rispettata in tempo? Il controllo dell’avanzamento di produzione permette di rispondere a queste importanti domande.

Un software MES consente di avere a colpo d’occhio lo stato di avanzamento di una commessa e i relativi ordini di lavoro, nonché i dati aggiornati sulle risorse necessarie al completamento e il tempo stimato di consegna (con eventuale ripianificazione attività in caso di ritardi).

I dati forniti dall’operatore vengono integrati alle letture automatiche di quelli provenienti dalle macchine in quadri sinottici in tempo reale per una visione completa del processo e una sua ottimizzazione.

Controllo qualità

Il Sistema di Controllo Qualità, che sia un modulo all’interno del MES oppure progettato singolarmente, è lo strumento che stabilisce la qualità del processo produttivo, oltre che del prodotto in via di realizzazione o realizzato.

Il sistema monitora i parametri di controllo per tutto il processo produttivo, rileva eventuali non conformità e lavora in ottica 4.0 con le tecnologie di IIoT.

Infatti, ad esempio, in una industria tessile possono essere installati nella linea di produzione sensori che misurano la tensione del filato, ne contano le torsioni, contano i metri di filo raccolti nelle singole rocche, ne analizzano le anomalie durante la preparazione nelle macchine roccatrici, binatrici, interlacciatrici: questi sensori collegati a un terminale inviano l’alert in caso di anomalie durante la produzione, consentendo un intervento tempestivo e l’ottimizzazione del processo prima che si arrivi allo scarto.

La produzione di articoli non conformi, l’aumento degli sprechi e delle rilavorazioni sono infatti alcuni dei maggiori costi che un efficace sistema di controllo qualità permette di abbattere, a vantaggio di una migliore performatività e a un aumento dei volumi prodotti.

Un sistema di controllo qualità comprende: la raccolta dati in tempo reale, un controllo statistico di processo, la gestione degli strumenti di misura, i controlli in accettazione da fornitori e la gestione dei lotti di materiale, i controlli post-lavorazioni, il collaudo finale e la gestione delle partite di collaudo. Ma anche la valutazione dei fornitori, la rilevazione dei parametri di qualità con collegamenti diretti alle macchine per la programmazione dei controlli in funzione dei pezzi prodotti, la gestione della tracciabilità. Tutte attività che incentivano la trasparenza e l’efficacia dei processi produttivi aziendali.