cluster tecnologico nazionale fabbrica intelligente · la trasformazione del settore manifatturiero...

09.04.2015

Cluster Tecnologico Nazionale

Fabbrica Intelligente Imprese, università, organismi di ricerca, associazioni e enti territoriali:

insieme per la crescita del Manifatturiero

Roma

Prof. Marcello Colledani

Dip. Meccanica,

Politecnico di Milano ITIA-CNR

Perché il Cluster? L’importanza del Manifatturiero in Italia

© ITIA-CNR

Contributo al Manifatturiero Europeo dei primi cinque paesi

DE

DE

DE

DE

IT

IT

IT

IT

FR

FR

FR

FR

UK

UK

UK

UK

ES

ES

ES

ES

0% 10%20%30%40%50%60%70%80%

Turnover

Valueadded

Numberofenterprises

Numberofemployees

DE

IT

FR

UK

ES

L’Italia è il primo paese Europeo per numero di imprese, il secondo per fatturato, valore aggiunto e addetti

• Contributo del manifatturiero al GDP Italia: 17%

• Obiettivo Europeo al 2020: 20%

Cluster Tecnologico Nazionale Fabbrica Intelligente

© ITIA-CNR

La Mission CFI si pone l’obiettivo di creare una comunità manifatturiera stabile che sia attiva nello sviluppo e attuazione di una strategia basata sulla ricerca e sull’innovazione in grado di consolidare e incrementare i vantaggi competitivi nazionali. CFI, altresì, intende indirizzare la trasformazione del settore manifatturiero italiano verso nuovi sistemi di prodotto, processi/tecnologie e sistemi produttivi, coerentemente con le agende strategiche dell’Unione Europea per la ricerca e l’innovazione.

indirizzare la trasformazione del settore manifatturiero italiano verso nuovi prodotti-servizi, processi e tecnologie in grado di sfruttare e sviluppare con successo il patrimonio unico di risorse offerte dal nostro paese

creare una comunità manifatturiera nazionale stabile e più competitiva nella progettazione, esecuzione e valorizzazione dei risultati della ricerca

collegare le politiche di ricerca nazionali e regionali con quelle internazionali, con lo scopo di aumentare la possibilità delle imprese e delle Regioni di utilizzare fondi di ricerca europei


© ITIA-CNR

Collegare le politiche di ricerca nazionali e regionali con quelle internazionali, con lo scopo di aumentare la possibilità delle imprese e delle Regioni di procurarsi fondi di

ricerca europei.

I numeri del Cluster

© ITIA-CNR

Soci: 226 Aziende, 49 Atenei e Centri di Ricerca, 20 Associazioni, 5 Distretti

15 Regioni coinvolte

7 Linee di Intervento strategiche per la programmazione delle attività di ricerca e innovazione del manifatturiero

4 Progetti di Ricerca e Formazione

43 milioni di euro di costi

10 Soci Sostenitori


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Le Attività • Roadmapping per la definizione di visioni e strategie per il futuro del settore

manifatturiero italiano. • Condivisione delle infrastrutture di ricerca e mobilità. • Trasferimento tecnologico. • Sostegno a un’imprenditorialità intelligente e sostenibile. • Foresight tecnologico a livello regionale, nazionale e internazionale nell’ambito della

fabbrica intelligente. • Supporto alla crescita del capitale umano.

I Progetti di Ricerca e Formazione già avviati

Progetto 1: SUSTAINABLE MANUFACTURING

Progetto 2: ADAPTIVE MANUFACTURING

Progetto 3: SMART MANUFACTURING 2020

Progetto 4: HIGH PERFORMANCE MANUFACTURING

Progetti & Tecnologie Abilitanti del Cluster

© ITIA-CNR

Primo set di enabling technologies ritenute prioritarie dalle imprese

Primi progetti per lo sviluppo delle enabling technologies

Il termine Demanufacturing include l’insieme delle tecnologie,

strumenti e metodi knowledge-based per recuperare funzioni e

materiali da rifiuti industriali e prodotti high-tech a fine vita, in un

ottica di “circular economy”.

Demanufacturing in CFI

Example: Benefits of remanufacturing in high-tech breaking systems (Knorr-Bremse)

Il termine Demanufacturing include l’insieme delle tecnologie,

strumenti e metodi knowledge-based per recuperare funzioni e

materiali da rifiuti industriali e prodotti high-tech a fine vita, in un

ottica di “circular economy”.

EU – Towards a circular

economy, a zero waste

programme for Europe,

COM (2014) 398 final

Demanufacturing in CFI

© ITIA-CNR

EOL PRODUCTS

DEMO 1 & 2

PRODUCT DESIGN LEVEL

DEMO 3

DEMO 8

DEMO 6 & 7 DEMO 4 & 5

Aree di Ricerca dell’OR3: demanufacturing

TECHNOLOGY AND SYSTEM LEVEL

BUSINESS MODEL AND STRATEGIC

LEVEL 0"

100"

200"

300"

400"

500"

600"

700"

800"

2007" 2008" 2009" 2010"Thousands)tonnes)

+54%vs2007

Germany

Italy

UK

Spain

France

Sweden

OR3 Activities and Demonstrators

© ITIA-CNR

Activities

OR3.1: Design for Disassembly and

Recycling

OR3.2: Technologies, Automation

and Methods for

Disassembly, Separation

and Recycling

OR3.3: Sustainable Recovery

Technologies for Metals

OR3.4: Closed-loop Recycling/Re-

use/Up-Downgrade of non-

metal fractions

OR3.5: New business models for

demanufacturing

technologies and systems

D1: Design For househoods

D2: Design for coffe machines

D3: HSI material characterization

D4: Intelligent treatments

D5: Modeling & Simulation

D6: Al recovery

D7: Key-metals recovery

D8: Polymers recovery

Demonstrations

PCBs (30% metals, 70% non-

metals):

“Urban Mineral Resources”:

•Rane (20%) •Ferro (8%) •Stagno (4%)

•Nickel (2%) •Piombo (2%) •Zinco (1%) •Argento (0,2%) •Oro (0,3%) •Palladio (0,005%)

• Rutenio, Gallio, Tantalio (0,003%) • Fibra di Vetro, plastica, FR (60-70%%)

Altri prodotti contenenti PCBs:

• Elettronica di consumo (computer, TVs, …)

• Sistemi di controllo avanzati (macchine

speciali, aeronautica, F1, …)

• Sistemi energetici avanzati.

• La purezza dei materiali preziosi nei PCBs è 10 volte superiore a quella del

materiale da estrazione.

• La discarica è un alternativa poco praticabile a causa di agenti inquinanti.

PCBs nei componenti meccatronici:

OR3 Activities and Demonstrators

Obiettivo:

• Disassemblare la parte meccanica dalla parte elettronica nei

componenti elettronici/meccatronici utilizzando paradigmi di

cooperazione uomo-macchina.

Difficoltà e limiti:

• Variabilità ed incertezza sullo stato del prodotto in input.

• Costo e rigidità di soluzioni automatizzate (“Sony Minidisc”,

“Fuji single-use camera”).

OR3.2 Robotic Disassembly

OR3.2 Mechanical Shredding and Separation

Caratterizzazione mixture con Imaging Iperspettrale

HSI system

Caratterizzazione di

frazioni metalliche e

non-metalliche con

tecnologia VIS-NIR di

granulometria fine da

rifiuti elettronici.

Risultati:

Hypercube image l: 900-1700nm Size: 400x320x256 File dimension: 50MB

Classification Copper: 44.53% pixel PVC: 55.47% pixel

Controllo di processi con Imaging Iperspettrale

Sistema di controllo di processo

Controllo di processo Feed-forward per

processi di separazione adattativi

Caso di studio: cavi da rifiuti elettronici.

OR3.4 Strategic Objective (CNR-ICTP)

Risultati:

Messa a punto di un

processo innovativo ad

emulsione per

l’ottenimento di

compounds contenenti

EPS e polveri di PCBs e

EPS/PCBS/polvere di

pneumatici.

EPS/PCBs-NMF/TR compound

EPS/PCBs-NMF compound

Flexural and impact properties

1 GRINDING

Ground PCB

2 PRE-MIXING

Organic solvent EPS / ABS

Emulsion 3 TWIN SCREW MIXER

Emulsion

Water

4 VACUUM OVEN

Organic solvent

Dry EPS+CFRP

5 PLATEN PRESS

Final recycled

composites

PCB

Rough Grinding of scraps

Ground scraps

scraps

EPS(50%)+[PCBS_MMarelli+Pneum](50%)

EPS 50% + PCBS (Candy) 50%

0

5

10

15

20

25

30

Young Mod x 100 (Mpa)

Stress at Break (Mpa)

15,34

20,69

26,6627,47

Pro

per

ties

[M

pa]

Flexural properties

EPS 50%+PCBS Candy 50%

EPS(50%) + [PCBS_MMarelli+Pneum](50%)

0

5

10

15

20

25

Resilience (kJ/m^2)

Energy at break (mJ)

1,52

18

2,608

22

Pro

per

ties

[kJ

/m^2

], [

mJ]

Fracture test

© ITIA-CNR


Progetti già definiti

• Sustainable Manufacturing

• Approccio Modulare e Adattivo alla Fabbrica Digitale

• Manufacturing intelligente

• High performance Manufacturing

Progetti Futuri

• Produzione di prodotti personalizzati

• Nuovi sistemi di deproduzione

• Sistemi di produzione per la micro e nano fabbricazione

• Produzione di materiali compositi avanzati

La Roadmap del Cluster

© ITIA-CNR

Clean & Lean Aircraft Parting-out (CLAP)

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Objective

To develop an European enterprise network, methodologies and tools to enable aircraft parting-out process in an innovative, clean, lean and profitable way.

Targets

Separate, categorize and recycle more than 85% (nearly 100%) of the dismantled aircraft.

Fine tune a process to full dismantling a dedicated aircraft in less than 3 months.

Implement energy recovery techniques from aircraft dismantling waste to achieve an impact zero process.

Considerazioni finali

© ITIA-CNR

Sinergie

Circular Economy

Tecnologie Abilitanti per il Trattamento Prodotti Fine Vita

Recupero Materiali Critici

Dimostratori in vari settori

Integrazione di aspetti tecnologici con nuovi modelli di business

Tipologia Prodotto trattato/End-user

Tipologia di materiali recuperati

Potenziali settori di riutilizzo dei materiali/prodotti trattati

Complementarietà

Il cluster CFI può fornire competenze relative alle tecnologiche abilitanti e può trasportarle su diversi scenari applicativi con complessità specifiche.

Grazie per l’attenzione

09.04.2015 Roma

www.fabbricaintelligente.it

Progetto 1: Sustainable Manufacturing

© ITIA-CNR

Obiettivi strategici • Sostenibilità ambientale dei processi, dei sistemi di produzione e delle fabbriche, con

paradigmi di manufacturing/demanufacturing • Centralità delle persone e valorizzazione delle competenze avanzate • Incremento dei livelli di sicurezza del lavoratore sul luogo di lavoro • Sostenibilità economica grazie alla manifattura dalle alte prestazioni (elevata qualità e

produttività, ridotti sprechi)

Rif. Industriale: Finnord Spa Resp. Scientifico: Prof. Tullio Tolio

Contenuti del progetto • Sviluppo di metodologie e tecnologie

abilitanti con le seguenti caratteristiche •Minimizzare gli impatti ambientali

negativi • Conservare e, laddove possibile,

rigenerare energia e risorse naturali • Sicurezza per i lavoratori, le comunità di

cittadini e per i consumatori • Efficienti da un punto di vista economico

Progetto 2: Adaptive Manufacturing

© ITIA-CNR

Obiettivi strategici • Sviluppare tecnologie e soluzioni per migliorare la capacità delle moderne fabbriche di ssere

flessibili ed efficienti • Sviluppare dispositivi innovativi e macchine per sostenere la riconfigurazione e

l'adeguamento di macchine e robot, • Garantire il soddisfacimento delle esigenze del mercato: Velocità & Elevata Personalizzazione

Rif. Industriale: SCM Group Resp. Scientifico: Prof. C. Fantuzzi

Contenuti del progetto •Riconfigurabilità e flessibilità delle celle

robotizzate • Flessibilità dei sistemi di produzione

modulari e adattabili • Interfacce uomo-macchina adattative ed

efficienti

Progetto 3: Smart Manufacturing 2020

© ITIA-CNR

Rif. Industriale: Siemens Italia Spa Resp. Scientifico: Prof. M. Taisch

Contenuti del progetto • Sistemi di pianificazione e monitoraggio

produttivo per l’ottimizzazione dell’uso delle risorse e dell’energia

• Soluzioni manifatturiere per la anutenzione preventiva e intelligente

• Prototipazione virtuale di prodotti e rocessi produttivi

Obiettivi strategici • Utilizzo delle tecnologie digitali a supporto del manufacturing allo scopo di permettere ad

aziende manifatturiere di essere più competitive, più produttive, più reattive alle necessità del mercato

• Arricchire i prodotti strumentali di servizi abilitati dalle tecnologie ICT per garantire la massima efficienza e qualità produttiva

Progetto 4: High Performance Manufacturing

© ITIA-CNR

Rif. Industriale: MCM Machining Resp. Scientifico: Prof. M. Monno

Contenuti del progetto • Progettazione intelligente con uso di

materiali avanzati e tecniche di modellazione

• Integrazione di diverse tecnologie all’interno dello stesso processo produttivo

• Integrazione di una rete di sensori e metodi per il monitoraggio e diagnostica in grado di ottimizzare il processo nonché le tecniche di manutenzione

•Attrezzature standardizzate, altamente riconfigurabili e performanti

Obiettivi strategici • Incremento prestazionale a livello di processo (in termini di tempi di lavorazione e qualità

complessiva) • Flessibilità dei sistemi di lavorazione (in termini di condizioni di lavoro e autonomia) • Utilizzo ottimale delle risorse materiali ed energetiche disponibili

Struttura del CFI

P1: Sustainable Manufacturing

OR1. Sustainable products and production

technologies for the polymer formulation

industry

OR2. Eco factories, production processes and

production machinery

OR3. Demanufacturing

OR3.1: Design for Disassembly and Recycling

OR3.2: Technologies, Automation and Methods

for Disassembly, Separation and Recycling

OR3.3: Sustainable Recovery Technologies for

Metals

OR3.4: Closed-loop Recycling/Re-use/Up-

Downgrade of non-metal fractions


demanufacturing technologies and systems

OR4. Human Centred Manufacturing

P2: Adaptive Manufacturing

P3: Smart Manufacturing 2020

P4: High Performance Manufacturing


© ITIA-CNR

Cos’è? CFI è un’associazione senza fini di lucro che raccoglie imprese di grandi e medio-piccole dimensioni (membri industriali), università e centri di ricerca (membri di ricerca), associazioni imprenditoriali, distretti tecnologici, organizzazioni non governative e altri stakeholder attivi nel settore del Manufacturing e della Fabbrica Intelligente (membri associati). È diretta dall’Organo di Coordinamento e Gestione (OCG) composto da una componente elettiva, in rappresentanza dei membri industriali e di ricerca, e da una componente di diritto, in rappresentanza delle Regioni che hanno formalizzato un Accordo di Programma con il MIUR sulle tematiche della Fabbrica Intelligente e del Progetto Bandiera Fabbrica del Futuro (ITIA-CNR).

Con il termine cluster si intendono “aggregazioni organizzate di imprese, università, altre istituzioni pubbliche o private di ricerca, altri soggetti anche finanziari attivi nel campo dell’innovazione, articolate in più aggregazioni pubblico-private, ivi compresi i Distretti Tecnologici già esistenti, presenti su diversi ambiti territoriali, guidate da uno specifico organo di coordinamento e gestione, focalizzate su uno specifico ambito tecnologico e

applicativo, idonee a contribuire alla competitività internazionale sia dei territori di riferimento sia del sistema economico nazionale.”


© ITIA-CNR

Innovative aircraft parting-out Business Model WP1 •

Design Methodology for aircraft parting-out WP2

Industrial Methodology for aircraft parting-out WP3

Development of Innovative Tool and Techniques Integrated aircraft parting-out WP4

Disruptive Added Value Material Recovery WP5

Demo WP6

W

o

r

k

P

r

o

g

r

a

m

CLAP project will study and make ready to the market aircraft parting-out methodologies and procedures by means DMU (Digital Mock Up) and

Virtual/Immersive Reality

© ITIA-CNR

Progetto 1 SUSTAINABLE MANUFACTURING Intende sviluppare metodologie e tecnologie abilitanti per la progettazione, realizzazione di prodotti, processi e sistemi di produzione sostenibili lungo il loro ciclo di vita e delle fabbriche ad essi necessarie.

TECNOLOGIE ABILITANTI Tecnologie produttive per l’industria delle formulazioni di polimeri Eco-design basato su LCA/LCC per fabbriche e sistemi di produzione Efficienza energetica per fabbriche, processi produttivi e macchinari di produzione Eco-filtri sostenibili per macchinari di produzione Automazione e metodi per il disassemblaggio, separazione e riciclo Nuovi modelli di business per le tecnologie e i sistemi di de-produzione Tecnologie per lo sviluppo di una tuta da lavoro sensorizzata e cognitiva e di scarpe di sicurezza sensorizzate Tecnologie virtuali e realtà aumentata per il monitoraggio di fabbrica e interfacce intuitive multimodali per supportare l'interazione lavoratore-macchina

APPLICAZIONI INDUSTRIALI Industria delle formulazioni di polimeri Eco-fabbriche, processi produttivi e macchinari di produzione De-produzione Sicurezza nella produzione


Sustainable ManuFacturing

obiettivi realizzativi - OR3 Demanufacturing

– OR3.1: Design for Disassembly and Recycling.

– OR3.2: Tecnologie, Automazione e Metodi per il Disassemblaggio, Separazione e Riciclaggio.

– OR3.3: Tecnologie Sostenibili di Recupero Metalli.

– OR3.4: Riciclo/Riuso/ Up-Downgrade delle Frazioni Non-Metalliche.

– OR3.5: Nuovi Modelli di Business per le Tecnologie e i Sistemi di Demanufacturing.

Particle tracking e sorting

Profilometria laser per particle detection and tracking

Le traiettorie sono ricostruite in

modo individuale e tracciate nel

tempo durante l’attraversamento di

molteplici linee laser.

Struttura del CFI

P1: Sustainable Manufacturing

OR1. Sustainable products and production

technologies for the polymer formulation

industry

OR2. Eco factories, production processes and

production machinery

OR3. Demanufacturing

OR3.1: Design for Disassembly and Recycling

OR3.2: Technologies, Automation and Methods

for Disassembly, Separation and Recycling

OR3.3: Sustainable Recovery Technologies for

Metals

OR3.4: Closed-loop Recycling/Re-use/Up-

Downgrade of non-metal fractions


demanufacturing technologies and systems

OR4. Human Centred Manufacturing

P2: Adaptive Manufacturing

P3: Smart Manufacturing 2020

P4: High Performance Manufacturing

cluster tecnologico nazionale fabbrica intelligente · la trasformazione del settore manifatturiero...

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