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Innovazione tecnologica: la fabbrica del futuro
Innovazione
tecnologica: la fabbrica del futuro
Dalla produzione primaria a quella di prodotti e servizi, tutto il settore alimentare è chiamato a rispondere alle istanze di sostenibilità attraverso l’innovazione dei processi. Il cambiamento, che deve avvenire nel rispetto della sostenibilità economica e sociale dei processi e degli investimenti, è favorito oggi da una serie di strumenti tecnologici che possono aiutare il settore a rispondere adeguatamente alle esigenze del mercato globale e alle necessarie azioni di mitigazione e riduzione degli impatti ambientali.
La quarta rivoluzione industriale
“Stiamo vivendo la quarta rivoluzione industriale”, ricorda Riccardo Guidetti, professore ordinario Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali dell’Università degli Studi di Milano, nell’ambito di AlimentiPiù, il primo convegno digitale di scienza e tecnologia alimentare. L’espressione, coniata nel 2016 da Klaus Schwab, rimanda alle tecnologie abilitanti che costituiscono innanzitutto il risultato operativo di un’evoluzione di mentalità, che mette la tecnologia a servizio delle esigenze dell’uomo. Si tratta di vere e proprie soluzioni applicative, ma la vera rivoluzione è data dalla capacità dell’uomo – l’intelligenza – di gestirle e integrarle per un’organizzazione produttiva differente. “Le nove tecnologie abilitanti (Tabella 1) sono utili sia per l’incremento produttivo, sia per interpretare correttamente lo sviluppo armonico ed evolutivo dell’uomo, di cui il settore alimentare è parte essenziale” commenta il professor Guidetti.
Francesca De Vecchi
Tecnologa alimentare OTALL e divulgatrice scientifica
Digitalizzare la filiera significa automatizzare le fasi e integrare il modello operativo di ciascuna azienda all’interno della filiera di appartenenza
Nuovo modello di gestione della fabbrica: automazione e transizione digitale giocano un ruolo fondamentale per rispondere agli scenari macroeconomici
Riccardo Guidetti, professore ordinario Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali dell’Università degli Studi di Milano Marco Banti, Presidente ANIPLA
Nuova gestione della fabbrica
In questo nuovo modello di gestione della fabbrica l’automazione e la transizione digitale giocano un ruolo fondamentale, per riuscire a rispondere agli attuali scenari macroeconomici: “L’automazione è un’opzione che non si può più rimandare per rendere sempre più efficienti le produzioni, semplificando i controlli, potendo tracciare i dati di lavorazione e integrare i processi,” spiega Marco Banti, Presidente ANIPLA, Associazione Nazionale Italiana Per L’Automazione. Come si può operare? Digitalizzare la filiera significa automatizzare le fasi e integrare il modello operativo di ciascuna azienda all’interno della filiera di appartenenza. Oggi diversi tool digitali integrati permettono un controllo centralizzato che consente di monitorare tutti i valori principali che sono gli indici della produttività della fabbrica: per esempio le attività che toccano la qualità, gli scarti e gli inventari. “Significa”, dice ancora Banti, “rappresentare la fabbrica come un unico ecosistema, con tante isole automatizzate connesse tra loro per poter consentire alla parte di controllo e di gestione di
Tabella 1. Le tecnologie abilitanti
Le tecnologie abilitanti Cosa sono e gli esempi nell’agrifood
Advanced Manufacturing Solutions Robotica collaborativa con “cobot” interconnessi e programmabili in grado di fornire vantaggi ergonomici e/o semplificazione del layout produttivo: sistemi ottici di cernita e classificazione dei prodotti agricoli, sistemi di monitoraggio continuo di parametri di processo. Additive Manufacturing Processo di creazione di un oggetto costruendo un livello (strato) alla volta (officina interna all’impianto; queste esigenze si avvalgono di stampanti 3D per costruire piccoli componenti e attrezzature). Augmented Reality È una versione migliorata del mondo fisico reale che si ottiene attraverso l’uso di elementi visivi digitali, suoni o altri stimoli sensoriali forniti tramite la tecnologia: strumenti per l’analisi ottica per leggere nell’infrarosso, codici bidimensionali.
Simulation Imita il funzionamento di processi o sistemi del mondo reale con l’uso di modelli. Il modello rappresenta i comportamenti e le caratteristiche chiave del processo o del sistema selezionato, mentre la simulazione rappresenta l’evoluzione del modello in condizioni diverse nel tempo (previsione).
Horizontal/vertical integration
L’integrazione orizzontale è quando un’azienda cresce acquisendo o fondendo un’azienda simile nel proprio settore, nello stesso punto della catena di approvvigionamento. L’integrazione verticale è quando un’azienda si espande acquisendo o fondendo un’altra società che opera prima o dopo di essa nella catena di fornitura. Nell’ambito dell’Industria 4.0 ciò può riguardare anche solo la condivisione dei dati sia in orizzontale che in verticale (software e tecnologie ERP). Internet of Things (IoT) Descrive la rete di oggetti fisici (“cose”), connessi con sensori, software e altre tecnologie allo scopo di scambiare dati con altri dispositivi e sistemi tramite la rete Internet. Nel food significa avere tutti gli impianti riconoscibili e in grado di comunicare tra loro in tempo reale (tramite rete Wi-Fi). Cloud computing Avere la disponibilità delle risorse del sistema informatico a fronte di specifiche esigenze (condivisione di dati). Cyber security Protezione e sicurezza dei dati. Big data and analytics Tecniche analitiche avanzate per insiemi di big data molto grandi e diversificati che includono dati strutturati, semistrutturati e non strutturati, di origini diverse e di dimensioni diverse, da terabyte a zettabyte.
Massimo Mozzon, Associate Professor in Food Science and Technology dell’Università Politecnica delle Marche CAP (Cold Atmospheric Plasma) e PAW (Plasma Activated Water) sono tecnologie che sfruttano il plasma (in maniera diretta nelle tecnologie CAP e in maniera indiretta nelle tecnologie PAW) per una serie di processi di risanamento (ovvero riduzione del rischio microbiologico a livelli accettabili), ma anche di stabilizzazione (riduzione della microflora alterante degli enzimi). Sono tecnologie non termiche che consentono, da un lato di coniugare gli aspetti di selettività, minimizzando il danno termico, e dall’altro di portare vantaggi di sostenibilità, soprattutto dal punto di vista della gestione dell’energia coinvolta in questi processi. Ne ha parlato, nell’ambito del convegno digitale AlimentiPiù, Massimo Mozzon, Associate Professor in Food Science and Technology dell’Università Politecnica delle Marche, presentando il progetto PLASMAFOOD (Study and optimization of cold atmospheric plasma treatment for food safety and quality improvement), finanziato dal Ministero dell’Università e Ricerca che ha avuto inizio a giugno 2020 e si concluderà nel febbraio 2023. Il progetto coinvolge 5 atenei e l’Istituto Superiore di Sanità, che si occupa di seguire la parte relativa alla potenziale applicazione per l’eliminazione dei rischi connessi alla presenza di virus trasmissibili con gli alimenti e AlmaPlasma srl, spinoff dell’Università di Bologna, che fornisce i prototipi per
avere tutti i dati a supporto della qualità delle lavorazioni, identificare eventuali termini di efficienza e modificarli di volta in volta”. Gli strumenti di automazione che possono consentire un’efficiente integrazione di una filiera alimentare sono per semplicità raggruppabili in tre macrocategorie, che spieghiamo di seguito.
Sistemi di controllo di processo
I più diffusi oggi sono i sistemi di tipo collaborativo per l’automatizzazione dei processi di produzione (sistemi di orchestrazione, PLC). Questi possono integrare più funzionalità a livello di impianto, consentendo di gestire non soltanto le fasi di produzione e di lavorazione delle materie prime, ma integrando nella stessa piattaforma anche informazioni che servono per la manutenzione e per la gestione degli asset. Alcuni esempi comprendono: piattaforme che devono integrare allarmi; oppure i sistemi Scada (Supervisory Control and Data Acquisition), software per il controllo della produzione, che consentono di gestire dalle materie prime alle diverse fasi di lavorazione passando attraverso il coordinamento e la supervisione della parte di controllo.
Information Technology (Manufacturing Operation Management)
Raggruppano una serie di categorie di software industriali, quali MES (Manufacturing Execution System), EBR (Electronic Batch Record), Data Analytics e soprattutto di gestione degli asset manutentivi per garantire una gestione efficiente della fabbrica. Per monitorare e migliorare gli indicatori di performance di produzione sono disponibili strumenti che integrano i sistemi automatizzati già presenti, per ricavarne dati che possono essere ulteriorPrevia registrazione gratuita le registrazioni di tutte le sessioni sono disponibili sul sito www.alimentipiu.it.
Appuntamento al 26-27-28 settembre 2023 per la II edizione!
TI SEI PERSO ALIMENTIPIÙ?
effettuare le prove di trattamento su vari tipi di alimenti. Il plasma è un gas ionizzato: uno stato fisico della materia, costituito da ioni, radicali liberi, elettroni, fotoni per lo più nella regione dell’UV, molecole e atomi sia nel loro stato fondamentale che nel loro stato eccitato. La generazione del plasma in natura richiede condizioni termiche e di pressione piuttosto drastiche. Esiste tuttavia la possibilità di generare plasma a pressione atmosferica e a temperatura ambiente attraverso l’applicazione di campi elettromagnetici adeguatamente intensi, sfruttando varie tipologie di tensioni o impulsi a determinate frequenze. Oltre alla decontaminazione batterica (batteri, muffe, lieviti, spore e virus), CAP e PAW si possono utilizzare anche per la decontaminazione di superfici di alimenti o materiali di imballaggio; unendo infatti le tecnologie al plasma e le atmosfere modificate è possibile ionizzare direttamente il gas all’interno della confezione, così da provocare direttamente una riduzione della carica microbica, contribuendo quindi a prolungare la shelf life di prodotti già confezionati. Altre potenziali applicazioni riguardano il pest control (CAP), le modificazioni delle proprietà funzionali di componenti alimentari come amidi, proteine, riso (CAP) e le variazioni delle proprietà funzionali superficiali di materiali di imballaggio (CAP). Le stesse specie chimiche sono anche capaci di distruggere componenti tossiche come pesticidi (tra cui dichlorvos e malathion), micotossine ed alcuni allergeni. La ricerca sulle applicazioni di queste tecnologie per il food, dal 2015 ad oggi, è cresciuta in modo costante. Rimangono ad oggi alcuni limiti da risolvere che riguardano la sicurezza d’uso (sono necessari maggiori dati sulle cinetiche di distruzione microbica) e il controllo delle specie reattive che si formano nella generazione del plasma e che potrebbero colpire componenti particolarmente sensibili all’ossidazione (i lipidi, per esempio). La finalità è quella di rendere la tecnologia conforme a quanto richiesto dal Regolamento europeo 2015/2283 relativo ai nuovi alimenti e quindi renderla applicabile su vasta scala alle produzioni alimentari.
Strumenti di robotica per un sempre maggior efficientamento di tutte le diverse aree produttive e una completa integrazione dell’intero “ecosistema” della fabbrica
mente elaborati per il miglioramento della produzione. I benefici ricadono nell’ambito della riduzione di tempi di fermo-impianto, dell’inventory, di errori di manipolazione dei dati da parte dell’operatore e nella registrazione di tutti i dati necessari anche per produrre report a supporto dei processi di economia circolare.
ERP Software
ERP (Enterprise Resource Planning) sono sistemi che mettono in relazione processi diversi, favorendo lo scambio dei dati. Trovano uso anche in ambito di supply chain per la gestione di ordini e la soddisfazione del mercato attraverso un coordinamento migliore della logistica.
Efficienza energetica e Industry 4.0
In ottica di sostenibilità rientrano fra le attività di monitoraggio di processo e di prodotto anche quelle relative ai consumi energetici. Oggi sempre di più si parla di integrazione di celle solari e di sistemi di building automation ad alta efficienza (cioè l’automazione delle funzioni degli impianti di un edificio) e di gestione “intelligente” delle rete elettrica (smart grid) per ridistribuire la potenza all’interno delle diverse aree produttive. Il piano Industry 4.0, inoltre, può offrire delle opportunità di integrazione di altre tecnologie abilitanti. Per esempio: le soluzioni digital twin che permettono, all’interno del sistema di controllo in uso, di simulare completamente il processo produttivo, per migliorare le rese, per esempio, partendo da dati già disponibili nel sistema. Oppure il data analytics che integra il livello di automazione di base consentendo all’imprenditore di utilizzare tutti i dati dell’impianto (in tempo reale, storici, non strutturati, strutturati, qualitativi) per trovare nuovi modelli e per automatizzare le decisioni. Le migliori soluzioni supportano processi end-to-end, dalle materie prime alla preparazione, all’analisi dei dati di produzione, fino al monitoraggio dei risultati. Oltre a queste sono disponibili soluzioni per l’automazione avanzata, applicazioni per la cybersecurity e la realtà virtuale applicata ai processi produttivi. “Da un punto di vista operativo la ‘fabbrica di domani’”, conclude Banti, “deve poter integrare le nuove tecnologie anche a livello degli operatori: si assisterà sempre di più al ricorso a una realtà virtuale e aumentata; di strumenti di robotica per un sempre maggior efficientamento di tutte le diverse aree produttive e una completa integrazione dell’intero ‘ecosistema’ della fabbrica”.
