Abilitare un nuovo modello di produzione basato sulla capacità di un asset di auto-descriversi: sono queste le finalità dell’Asset Administration Shell (AAS), ulteriore sviluppo della ricerca applicata di SmartFactory Kaiserslautern (o SmartFactoryKL), consorzio tedesco impegnato nello sviluppo di applicazioni sperimentali in chiave Industry 4.0.
Il layer amministrativo sta diventando una chiave nell’implementazione delle ultime architetture di produzione. È il punto centrale dove, idealmente, è memorizzata la versione corrente di tutti i dati, per esempio, manuali, liste di controllo o schemi elettrici.
Una volta che tutti i dati sono uniformemente memorizzati e universalmente accessibili, l’AAS può essere utilizzato per il prossimo passo nello sviluppo: la comunicazione con le macchine reali. La macchina può quindi auto-descrivere le sue capacità o abilità al mondo esterno e offrirle agli altri nella rete.
“Questo rappresenta il passaggio da modelli di dati statici a sistemi viventi all’interno della produzione effettiva, a un modello di simulazione, un gemello digitale”, spiega Ruskowski, presidente di SmartFactory Kaiserslautern.
Caratteristiche che fanno dell’Asset Administration Shell un elemento chiave della Production Level 4, termine scelto dal consorzio per descrivere un modello di produzione, tipico dell’Industria 4.0, dove umani, tecnologie di automazione e Intelligenza Artificiale lavorano insieme.
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La produzione basata sulle competenze (Skill-Based Production)
Il guscio amministrativo abilita dunque un altro concetto di produzione, definito Skill-Based Production (produzione basata sulle competenze), che si basa sulla capacità di una risorsa di auto-descriversi. Questo permette alle macchine in rete di conoscere le proprie competenze e le altre attualmente disponibili all’interno della rete.
Anche gli operatori possono vedere, grazie all’AAS, a quali competenze si può accedere – per esempio, per l’uso nel design del prodotto – e nel caso che non siano disponibili in azienda, controllare se possono essere reperibili in rete.
I vantaggi si estendono a tutte le fasi di produzione: l’AAS contiene e comunica le competenze richieste per la fabbricazione del prodotto dai mezzi di produzione: il prodotto comunica alle macchine disponibili nella rete di quale fase di lavorazione ha bisogno al momento, per esempio un foro di 24 mm di diametro e 50 mm di profondità.
“Le macchine disponibili si offrono poi di fare quel lavoro – spiegato Ruskowski – Il nostro ultimo dimostratore della Production Level 4 implementa un eco-sistema che facilita la costruzione di un camion a partire da blocchi di nocciolo (Lego)”.
Le macchine sono in grado di comunicare anche quanto tempo richiede il lavoro, quanto costa e quanta energia viene consumata e, grazie all’uso dell’AI, suggerire, ad esempio, quale materiale è meglio utilizzare nella produzione.
“I criteri futuri per decidere se una macchina riceve l’ordine di lavoro possono essere l’efficienza energetica o il costo. Inoltre, le nostre macchine decidono autonomamente se è meglio forare o fresare il foro”, aggiunge Ruskowski.
Altra caratteristica dell’Asset Administration Shell è la cartella dedicata al life cycle del prodotto, che contiene informazioni riguardanti l’intero ciclo di vita del prodotto, dal design allo smaltimento.
Questo permette di portare avanti progetti come ReCircE, che utilizza il concetto della Skill-Based Production per migliorare il riciclo dei prodotti, mettendo a disposizioni informazioni cruciali, come quali componenti sono stati sostituiti, se sono ancora utilizzabili o meno e quali prodotti possono essere riciclati senza creare inquinamento.
“Questo può funzionare solo se so quali materiali sono stati usati. La sostenibilità è uno dei principi fondamentali del Production Level 4. Qui ci riferiamo all’economia, all’ambiente e al ruolo dell’uomo”, spiega Ruskowski.
L’interoperabilità e l’Open Source sono la chiave per la redditività futura
Uno dei maggiori ostacoli nello sviluppo pratico delle nuove tecnologie è la mancanza di interoperabilità e di standard. Organizzazioni come SmartFactory-KL o l’IDTA sono impegnate a garantire che i componenti software necessari siano disponibili come Open Source, per permettere alle aziende di impostare soluzioni su una base uniforme, come già avviene oggi nell’IT.
“L’Open Source è anche un tipo di standardizzazione, solo in un modo diverso. Siamo molto seri su questo argomento, che teniamo a mente in tutto ciò che facciamo”, commenta Andreas Orzelski, che si occupa di Standardizzazione Smart Manufacturing per Phoenix Contact e per la piattaforma Industrie 4.0.
SmartFactory-KL sta attualmente costruendo un ecosistema di produzione condivisa di livello 4 basato sulla Skill-Based Production. Entro il 2025, la rete di produzione flessibile dovrebbe funzionare tramite la piattaforma digitale Gaia-X.
Prima che gli asset (macchine, servizi, ecc.) possano entrare in futuro a far parte della piattaforma dati europea Gaia-X, devono soddisfare determinati standard tecnici, per esempio, in relazione alla sicurezza o alle descrizioni delle competenze. Anche queste informazioni si trovano nell’Asset Administration Shell.
“In smartMA-X, un progetto Gaia-X, testiamo le funzionalità tecniche. Poi usiamo questi risultati per sviluppare raccomandazioni di standardizzazione”, spiega Ruskowski.
Fin dalla sua fondazione, SmartFactory-KL ha sostenuto soluzioni indipendenti dal produttore e dalla tecnologia.
Per esempio, le aziende associate Weidmüller, TE Connectivity e Harting hanno sviluppato congiuntamente un connettore Smart plug (SmeC – Smart Electronic Connector) come caso d’uso per il dimostratore del livello di produzione 4 alla Hannover Messe 2020 (che poi non si è svolta a causa della pandemia).
“Riuniamo le parti interessate dal mondo della scienza e del business. Vogliamo sfuggire alla nostra mentalità da silos per raggiungere la sostenibilità in tutti gli aspetti della produzione“, conclude Ruskowski.
