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Adattarsi ai cambiamenti? I processi di produzione modulare possono aiutare

In tempi di cambiamenti - a causa del COVID-19 o degli aggiornamenti delle ricette - i produttori possono contare sull'automazione modulare per scoprire i vantaggi della flessibilità produttiva.

Oggi i produttori si trovano di fronte a una nuova e difficile realtà caratterizzata da problemi nella catena logistica, da carenza di personale e da rigorose precauzioni di sicurezza. Nei primi mesi del 2020, la pandemia da COVID-19, ha provocato milioni di casi in tutto il mondo e il virus ha fermato la vita quotidiana così come la conoscevamo. Il lato positivo? Molti produttori si sono uniti alla lotta contro la diffusione del virus producendo articoli necessari alla comunità medica e non solo.

In seguito a questa crisi, i produttori si stanno rendendo conto che devono cambiare il loro modo di pensare, pianificare e produrre. Anche voi vi state chiedendo come potete riorganizzare o modificare la produzione per adeguarvi a nuove richieste o esigenze del mercato? Sia che vogliate, sia che abbiate bisogno di cambiare le capacità produttive del vostro impianto, i sistemi di produzione modulare possono fornire modi rapidi, semplici ed economici per essere flessibili e reattivi.

Nel corso dei miei quasi 30 anni di attività nell'automazione di processo, mi è stato spesso chiesto quali siano i modi più efficienti per aggiornare o modificare i sistemi di automazione di processo per rispondere alle nuove esigenze produttive. Queste domande sono più che mai attuali, dal momento che i produttori stanno sperimentando nuovi modi per rendere più flessibili e adattabili i loro processi.

Che si tratti di un nuovo prodotto o di una nuova materia prima, di un problema nella catena logistica, di un'espansione della capacità o di un'altra modifica del sistema di controllo esistente, prendete in considerazione queste due domande:

  • Come potete capire se il vostro sistema può essere rapidamente modificato e adattato al variare delle esigenze produttive?
  • Come potete ridurre il lavoro necessario per apportare e testare le modifiche al vostro sistema di automazione di processo?

Standard di controllo batch

Una delle caratteristiche principali alla base della flessibilità e della modularità di un processo è verificare se è stato adottato lo standard dell'International Society of Automation (ISA) sul controllo batch, ANSI/ISA-88 (noto anche come S88). Lo standard S88, rilasciato nel 1995 e aggiornato nel 2010, stabilisce una terminologia e un processo per separare le funzionalità fisiche dall'uso o dalla gestione dei macchinari e delle apparecchiature. Esso distingue tra ciò che si può fare (cosa si può misurare, quali sono le capacità dell'apparecchiatura ecc.) e come si intende farlo (procedure, fasi di lavorazione ecc.)

La separazione tra aspetti fisici e procedurali consente di modificare facilmente i sistemi e di adattarli a vari scenari, da nuove apparecchiature di processo e nuove funzioni delle apparecchiature esistenti, a nuove sequenze delle operazioni o nuovi prodotti - il tutto a seconda delle esigenze del sistema.

Cambiamenti del processo di produzione modulare: scenari tipici

La modularità non è un concetto nuovo nell'automazione. Per rappresentare questo concetto utilizzo da tempo l’analogia con una subroutine in codice BASIC. Un pezzo di codice che viene scritto una sola volta può essere usato ripetutamente in molti altri modi modificando le impostazioni che si utilizzano per eseguire il codice. Questa è la bellezza e la forza della modularità.

Per illustrare i vantaggi della modularità, esaminiamo alcuni semplici scenari di cambiamento comuni per i produttori e come tali cambiamenti potrebbero essere facilitati dalla programmazione modulare conforme S88.

1. Aggiunta di una nuova materia prima al processo. Potrebbe anche essere la modifica di una materia prima esistente. In un semplice processo di miscelazione di additivi con tre materie prime, vogliamo aggiungere una nuova sostanza chimica, ad esempio un virucida, al nostro processo e modificare le 10 ricette esistenti per aggiungervi questo nuovo elemento. Qual è il modo più efficiente per farlo?

  • Soluzione non modulare: in un tipico impianto che non segue i principi della programmazione modulare, ogni singola ricetta deve essere modificata per aggiungervi la funzionalità del nuovo virucida. Poiché ciò viene fatto senza adottare un concetto di modularità, tutte le funzionalità della nuova materia prima devono essere replicate in ciascuna ricetta.
  • Soluzione modulare: in un sistema modulare, la nuova funzionalità della materia prima viene implementata come oggetto. Questo oggetto rappresenta, dal punto di vista dell'automazione, la completa funzionalità del sistema di fornitura della materia prima: esso è scritto in funzione delle capacità del sistema. Le ricette sono scritte per eseguire o richiamare questi oggetti di automazione. Tutte le funzionalità sono, quindi, scritte una sola volta nell'oggetto e poi richiamate dalle ricette durante la loro esecuzione.

Poiché dobbiamo creare la funzionalità solo una volta, invece che in ogni ricetta, possiamo pensare di risparmiare fino al 90% del lavoro di implementazione, il che rappresenta un notevole vantaggio in termini di costi e di tempo.

2. Nuova ricetta di prodotto. Immaginate di voler aggiungere una nuova ricetta ad un sistema esistente. Questo esempio dimostra i vantaggi di poter combinare facilmente questi oggetti funzionali in nuove combinazioni e ordini unici.

  • Soluzione non modulare: la nuova ricetta include tutto il codice per eseguire ogni singola azione richiesta, dall’aggiunta della materia prima, alla miscelazione, al raffreddamento e al trasferimento.
  • Soluzione modulare: la nuova ricetta utilizza link o puntatori agli oggetti per l'aggiunta della materia prima, per la miscelazione, il raffreddamento e il trasferimento.

Il risparmio nella realizzazione delle ricette dipende dalla complessità della ricetta stessa. Più complessa è la ricetta, maggiore è il risparmio possibile. Il lavoro per implementare una nuova ricetta in un impianto modulare rispetto ad un impianto non modulare per una semplice ricetta in 10 fasi è inferiore al 20%. In entrambi gli esempi, si otterranno ulteriori vantaggi dall'implementazione modulare, tra cui la riduzione dei costi di gestione della configurazione, la riduzione delle spese di test e l'accelerazione del processo di cambiamento.

Modularità: un deciso vantaggio per la flessibilità

Come si può vedere in questi esempi, la segregazione fornita da S88 permette la modularizzazione della funzione di controllo in modo che essa sia contenuta in piccoli oggetti riutilizzabili. Questi piccoli oggetti riutilizzabili rappresentano la funzionalità del mondo fisico, del processo. Questi oggetti funzionali possono essere aggiornati e modificati, aggiunti o rimossi dal sistema senza influenzare altri oggetti e riducendo il lavoro quando si apportano modifiche.  Dopotutto, chi non ha mai provato ad apportare modifiche a quei programmi monolitici scherzosamente chiamati "spaghetti code"?

Inoltre, come si vede nel secondo esempio, poiché questi oggetti sono separati e modulari, possono essere combinati in molti modi diversi e unici a seconda delle necessità di nuovi prodotti o ricette. Anche se i concetti e le idee in S88 sono stati scritti facendo riferimento a un processo di produzione batch, essi possono essere applicati a molti tipi di processi.

Forse state pensando che si tratta di esempi semplici e astratti, e vi chiederete in che modo questi concetti ci aiutano a fare qualcosa di concreto, come nel caso della battaglia contro il COVID-19? In questo momento, molti produttori stanno adeguando la loro supply chain e stanno sfruttando la flessibilità offerta dai processi di produzione modulare. Alcuni di questi stanno perfino realizzando nuovi prodotti che non avevano mai realizzato prima d'ora, aiutando la sanità pubblica ad affrontare la pandemia, come ad esempio:

  • Ventilatori - un'azienda sanitaria è stata in grado di aumentare la produzione in poche settimane
  • Test per virus - un’azienda farmaceutica multinazionale ha modificato la produzione per realizzare test per il COVID-19
  • Disinfettante per le mani - i produttori di birra e i distillatori si stanno rapidamente adattando a produrre ricette a più alto contenuto di etanolo per soddisfare la maggiore domanda

La produzione modulare fa per voi?

Il modo più semplice per stabilire se i vostri processi e sistemi di automazione sono modulari è chiedersi se tutte le vostre ricette devono essere cambiate ogni volta che c'è un cambiamento fisico del processo nella vostra apparecchiatura. Se dovete modificare più ricette in risposta ad un cambiamento fisico del processo, allora potreste non avere un sistema modulare. Alcune buone risorse sull'automazione modulare sono gli ultimi standard ANSI/ISA S88 e S95, che si occupano di gerarchie modulari nell'automazione della produzione e sono sia attuali che buone pratiche di produzione.

Cosa potete fare per passare ad una infrastruttura di automazione più modulare? Si tratta di un processo semplice in tre fasi:

  1. Fissate gli obiettivi. Documentate come dovrebbe essere una strategia di produzione flessibile per la vostra area di produzione. Stabilite cosa sperate di ottenere e i benefici che ne derivano.
  2. Create un piano. Analizzate le vostre attuali attrezzature e i vostri flussi di lavoro e rivedeteli con un consulente di automazione che abbia familiarità con i concetti di S88. Stabilite come il vostro sistema corrente supporta i vostri obiettivi e dove c'è spazio per migliorare.
  3. Agite. Date priorità agli investimenti e ai cambiamenti nei progetti in cui volete raggiungere gli obiettivi.

I nostri consulenti sono esperti nel controllo e nell'automazione batch, e possono aiutarvi a determinare la via da seguire indipendentemente da dove vi trovate nel vostro percorso di sviluppo. In questo mondo in continua evoluzione, Rockwell Automation è al vostro fianco  per superare le sfide poste dal COVID-19, e non solo. Scoprite di più su come i nostri servizi di consulenza possono esservi d'aiuto.


Bruce Kane
Bruce Kane
Global Industry Technical Consultant, Life Sciences, Rockwell Automation
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