Contribuire alla competitività dell’impresa attraverso la manutenzione degli asset nell’impianto industriale

Come cambia la manutenzione attraverso le tecnologie

di Marco Macchi, Luca Fumagalli, Alessandro Alfieri, Politecnico di Milano, Dipartimento di Ingegneria Gestionale

Introduzione

La manutenzione degli asset impiantistici rappresenta un elemento chiave per contribuire al miglioramento del valore e della competitività delle imprese nel settore industriale. Il ruolo della manutenzione è diventato ancor più importante nel corso degli ultimi anni, durante i quali, con il prolungato periodo di difficoltà economica, le aziende hanno limitato la quota di investimenti in nuovi impianti, valorizzando le attività di manutenzione per preservare l’integrità, la sicurezza e l’efficienza del parco macchine già installato. Inoltre, non necessariamente come effetto delle condizioni economiche correnti, la manutenzione si sta sempre più trasformando nelle sue funzioni, assumendo un ruolo primario per la gestione degli asset impiantistici nel loro ciclo di vita. La capacità di gestione degli asset impiantistici non è del tutto scontata per un’azienda e, di certo, non è da pensare come un tema meramente finanziario; nello specifico, è promettente osservare, nel piano di sviluppo industriale di un’azienda, un orientamento spinto a investire nel potenziamento delle capacità di management degli asset, andando oltre alla percezione ‘classica’ di manutenzione come funzione relegata a mansioni di natura tecnica ed operativa; questo fatto è sintomatico dell’attenzione dell’azienda ad irrobustire la sua organizzazione in senso più esteso, al fine di garantire l’efficacia ed efficienza delle operations degli impianti per sostenere le strategie produttive desiderate e, conseguentemente, i risultati finanziari dell’azienda.
I manager della manutenzione, oltre a possedere adeguate competenze tecniche, devono essere oggi in grado di gestire i processi di manutenzione, governando l’impatto che la manutenzione ha sul resto dell’organizzazione, sui suoi obiettivi di business, qualità, sicurezza ed efficienza, tramite la gestione dei processi di miglioramento e di ingegneria necessari per conseguirli.

Il processo di manutenzione e le sue risorse
Per svolgere la sua funzione, quindi, la manutenzione si organizza secondo soluzioni tecnico-organizzative frutto della scelta bilanciata di risorse chiave sia interne sia esterne all’azienda: da quelle finanziarie, alle risorse umane, da quelle tecnico-tecnologiche a quelle di supporto metodologico sino ai terzi fornitori di beni e servizi. Sempre più risorse sono dedicate al miglioramento dei processi di manutenzione: l’utilizzo di sistemi informativi integrati, lo sviluppo di tecniche di ingegneria di manutenzione, le nuove modalità di gestione dei ricambi nascenti grazie alle prospettive offerte dalle soluzioni IT e del mondo Internet, sono solamente esempi, del tutto eterogenei, di come le aziende siano sempre più interessate a distribuire risorse su diversi aspetti legati alla gestione della manutenzione.
Fra tali risorse, quelle di natura tecnica e tecnologica, hanno sicuramente un impatto importante sui processi manutentivi, fornendo oggi importanti strumenti in continua evoluzione a supporto delle attività degli operatori. D’altra parte, il continuo sviluppo tecnologico pone sempre più in evidenza un problema organizzativo di messa in opera e gestione del cambiamento. Il presente articolo si focalizza sull’evoluzione delle tecnologie a supporto dei processi della manutenzione senza approfondire i cambiamenti organizzativi indotti dalle stesse.

Manutenzione e tecnologie: potenzialità attuale e prospettive per il futuro
Facendo riferimento alle nuove tecnologie ormai disponibili è da sottolineare, come caratteristica abilitante importante, la possibilità di acquisizione ed elaborazione dati, resa oggi possibile dalla strumentazione sempre più precisa, sofisticata e soprattutto a basso costo; meritano attenzione anche le tecnologie di trasmissione dati che stanno prospettando, con maggiore forza rispetto al passato, le opportunità di uno sviluppo economicamente sostenibile dell’impiego di metodologie di tele-manutenzione e monitoraggio in remoto.
I software, d’altra parte, hanno avuto uno sviluppo altrettanto interessante: sono oggi disponibili sul mercato molti prodotti che, oltre a possedere interfacce user-friendly, rendono possibili, in maniera più efficiente del passato, l’impiego di un insieme di tecniche di gestione avanzata che sfruttano le potenzialità dell’ingegneria di manutenzione. È inoltre interessante sottolineare la presenza sul mercato di CMMS (Computerized Maintenance Mangement System) in versioni freeware, o versioni proprietarie, con licenze a basso costo, capaci di garantire le funzioni richieste per la manutenzione degli asset nelle piccole e medie imprese.
Con soluzioni di questa fattispecie, si sta rendendo anche possibile una più diffusa introduzione di strumenti a supporto delle attività di gestione della manutenzione anche per aziende con ridotta capacità finanziaria, portando, nello specifico, alla standardizzazione delle attività di pianificazione, scheduling e controllo del budget.
In altre parole si può quindi affermare, con ragionevole grado di confidenza, che la presenza nelle aziende di tecnologie hardware e software evolute sta quindi prospettando un più agevole supporto alla raccolta, analisi e gestione del dato, sia per dati provenienti dal campo, che per dati presenti nei registri storici delle operazioni di manutenzione effettuate sugli asset dell’impianto.
È in questo contesto generale di evoluzione delle tecnologie, lontano dalla vecchia concezione di manutenzione fail-and-fix, che si sta delineando il concetto di manutenzione predict-and-prevent. Emerge, di conseguenza, la necessità di sviluppare un’ingegneria di manutenzione più moderna e tecnologicamente avanzata rispetto al passato. Due sono i tratti distintivi: la capacità di analizzare l’enorme mole di dati che gli asset producono nel corso della vita utile, per aumentare visibilità sui processi produttivi e contribuire così al potenziamento della capacità predittiva dei sistemi industriali; la capacità di analizzare i bisogni dei diversi stakeholder della manutenzione, per contribuire alla creazione di valore aggiunto allineato con le effettive esigenze dell’azienda.
In termini di prospettiva futura, si può prevedere che la manutenzione possa diventare sempre più smart, potendo gestirla al meglio attraverso le potenzialità delle nuove tecnologie (come ad esempio l’Internet of Things, il Cloud Computing, i Cyber-Physical System, …), impiegabili per la trasformazione dei big data e fruibili non solo nella gestione, ma anche nella progettazione dell’asset.
L’Internet of Things (IoT) comprende tutte le tecnologie smart connesse attraverso la rete. Queste tecnologie possono permettere un miglioramento anche dell’attività di manutenzione. Un oggetto smart, sia esso un dispositivo mobile per l’uso personale (smartphone, tablet), un’attrezzatura intelligente o un macchinario industriale, è in grado di ricevere, trasmettere, elaborare dati e comandi attraverso i canali digitali, offrendo quindi più funzioni rispetto a oggetti ‘tradizionali’.
A seconda delle funzionalità offerte e delle tecnologie su cui si fondano, possiamo classificare le tecnologie digitali che già oggi presentano esempi applicativi, dimostrativi delle prospettive che si aprono per il futuro della gestione della manutenzione smart.
• Dispositivi per lo scambio e l’archiviazione dei dati a livello locale, basati sulla consolidata tecnologia RFID (Radio Frequency Identification), e che sfruttano le onde radio per identificare gli oggetti (di manutenzione), consentendo una limitata archiviazione di dati. Tali tecnologie eliminano l’impegno della persona nel processo d’identificazione.
• Dispositivi per l’acquisizione e analisi dei dati, in grado di fornire informazioni elaborate all’ingegnere di manutenzione, permettendo la visibilità in tempo reale sui processi di produzione (ad esempio, SCADA, Supervisory Control and Data Acquisition), anche mediante connessione in remoto.
• Dispositivi wireless utilizzati per costruire un network sia ad ampio che ridotto raggio: tra le tecnologie più utilizzate per distanze ridotte, da 1m a 100m, troviamo il Bluetooth e ZigBee; per distanze inferiori ai 20 cm, le tecnologie NFC (Near Field Communication) sfruttano un piccolo range di alte frequenze wireless. Tali tecnologie promettono anche lo sviluppo di un supporto a sistemi mobili ‘sensibili al contesto’ (i.e., strumenti con caratteristiche di context-awareness). Con riferimento a questa prospettiva, è opportuno sottolineare che le tecnologie WSN (Wireless Sensor Networks), nell’ambito industriale, supportano la manutenzione su condizione e la diagnosi dei guasti permettendo il monitoraggio continuo dei parametri chiave di funzionamento dell’asset; pertanto, la context-awareness potrà diventare una leva rilevante per garantire la comunicazione delle condizioni e delle diagnosi a seconda dei ruoli assunti dai diversi operatori nel processo industriale e del loro stato operativo.
• Dispositivi di diagnostica utilizzati per supportare intelligentemente i processi decisionali di manutenzione attraverso l’individuazione, isolamento e diagnosi dei guasti. Ad esempio, le tecnologie WSAN (Wireless Sensor and Actuator Networks) combinano tecniche di sensoristica avanzata con la possibilità di prendere decisioni: sulla base delle informazioni provenienti dai sensori, la prontezza delle decisioni è assicurata; questo tipo di tecnologie, permettendo controlli in remoto e automatici, è adatto ad applicazioni industriali come l’individuazione ed isolamento immediato di fughe di gas.

Le tecnologie abilitanti
I dispositivi tecnologici descritti renderanno la manutenzione più smart e avvicineranno la gestione della manutenzione al paradigma dell’Industry 4.0: la quarta rivoluzione industriale, che scaturisce dal continuo sviluppo tecnologico, promette per il 2020 più di 50 miliardi di dispositivi connessi in Internet. È ragionevole suppore che una buona parte di essi sarà adoperata nei processi produttivi modificando le tradizionali catene di produzione meccaniche in catene di produzione “digitali”. Un esempio precursore per le prospettive di digitalizzazione è quello delle stampanti 3D (così come popolarmente denominate, in applicazione delle cosiddette tecnologie di additive manufacturing): le stampanti 3D permetteranno la produzione locale delle parti di ricambio, rendendo obsolete molte produzioni e processi logistici tradizionali. Solo per citare un caso dei nostri giorni, un player importante del settore avionico come Rolls Royce sta già analizzando le possibilità del 3D per tali fini applicativi: questo deve far riflettere sulla rapidità di evoluzione della manutenzione grazie a queste nuove tecnologie.
Con il passaggio alle catene digitali non solo aumenterà l’efficienza ma saranno possibili facilmente anche nuovi modelli di business: attraverso i sensori e la connettività i prodotti industriali saranno arricchiti di servizi singoli (ad esempio, per la manutenzione preventiva) o addirittura trasformati in un servizio pienamente integrato, come offerta dell’OEM (Original Equipment Manufacturer). Un esempio di miglioramento conseguibile per il business di manutenzione per gli OEM (Original Equipment Manufacturer) sarà la capacità di offrire un servizio d’assistenza ai clienti più efficiente e tempestivo.
Tornando alla prospettiva del cliente, la modernità delle tecnologie disponibili negli asset installati nelle linee di produzione permetterà di cambiare l’impegno degli operatori, spostandolo verso le attività a maggior valore aggiunto: infatti, come vision proiettata per il futuro, si può pensare che sarà direttamente il macchinario a richiedere l’intervento dell’operatore quando necessario; per questa ragione, dovrà migliorare l’integrazione della manutenzione nella rete aziendale, mentre gli operatori dovranno essere flessibili in modo da essere assegnati esclusivamente dove e quando richiesto.

Le nuove skill per l’Industry 4.0
Si svilupperanno quindi figure professionali ancor più polivalenti di quanto oggi abbiamo, in grado di coordinare la gestione degli asset con la produzione, risolvere i problemi e gestire le complessità emergenti, facendo leva sul supporto dei servizi disponibili negli asset installati.
Le tecnologie smart contribuiscono a potenziare lo sviluppo di strategie di manutenzione evolute. Particolare attenzione può essere prestata alla strategia di manutenzione predittiva, che permette di realizzare il concetto di predict-and-prevent in ottica prognostica. Per prognostica si intende quell’insieme di tecniche che permettono di prevedere il guasto a partire dall’analisi dei sintomi del guasto (i segnali deboli). La prognostica ha quindi una funzione chiara e precisa nella rete di gestione dei dati: fornire un allarme anticipato sul futuro guasto, o addirittura un’informazione più completa, per quanto concerne il tempo di vita rimanente dell’equipment e la relativa probabilità di accadimento del fine vita. La prognostica serve perciò come un supporto al decisore che deve valutare se intervenire fermando la macchina o decidere di ritardare sulla base di una misura del rischio atteso.
Una metodologia di questo tipo richiede un’elevata accuratezza di gestione ed elaborazione del dato, per garantire una decisione ‘informata’ dell’asset: è infatti ovvio che stimare il tempo di vita rimanente con un intervallo di confidenza molto ampio non costituisce un’informazione di utilità pratica né per capire lo stato del componente, né quindi per pianificare correttamente i tempi dell’intervento manutentivo; è, d’altra parte, necessario disporre di dati “puliti” per effettuare una stima adeguata.
I seguenti passi dettano uno standard de facto per impostare il processo di manutenzione per perseguire l’obiettivo di una manutenzione basata sulla prognostica: dalla Data Acquisition e Data Processing, si passa alle fasi di Condition Monitoring, Health Assessment, Prognostic Assessment, terminando con l’Advisory Generation per supportare l’operatore di manutenzione con la proposta di standard di intervento raccomandabili in funzione dello stato di degrado (raggiunto o previsto) dell’asset. Questi passi (derivati dallo standard MIMOSA, cfr. http://www.mimosa.org) collocano l’attività prognostica dopo quella di health assessment che, nel linguaggio comunemente usato a livello industriale, spesso coincide con le attività di diagnostica; rendono, inoltre, evidente la natura del processo di manutenzione come supporto per il decisore, che può prendere decisioni “informate”.

Stato dell’arte nell’industria italiana: alcune statistiche dalle ricerche TeSem
Oltre a conoscere le promesse delle tecnologie, e le prospettive che naturalmente ne conseguono, è anche importante analizzare lo stato dell’arte nell’industria italiana. In tal senso, nell’ottica di comprendere al meglio in quale punto dell’evoluzione tecnologica ci troviamo, è utile riportare alcune evidenze riscontrate nelle ricerche, pubblicate per i due bienni 2011-2012 e 2012-2013, dall’Osservatorio TeSeM (www.tesem.net) come risultato delle indagini condotte sul territorio italiano:
• la quota di tempo mediamente dedicato alla manutenzione preventiva è, nelle aziende del settore manifatturiero, il 41% del tempo totale disponibile; questa quota sale al 47% nelle aziende del settore di processo;
• l’uso di sistemi informativi di manutenzione (i cosiddetti CMMS) è diffuso nel 44% del campione, tale percentuale sale al 65% se si considerano solo le grandi aziende;
• solo il 27% dei rispondenti utilizza strumenti per la manutenzione su condizione / predittiva integrati “in rete”; pe quanto riguarda invece gli strumenti di monitoraggio / ispezioni delle condizioni solo nel 29% delle aziende intervistate risultano connessi a strumenti per la diagnostica del guasto, e solo nel 11% del campione sono connessi a strumenti per la prognostica del guasto.

È evidente, quindi, che l’integrazione in rete con il sistema informativo di manutenzione è poco diffusa nella maggior parte delle aziende, ciò fa presumere la presenza di molte attività a scarso valore aggiunto a carico del personale di manutenzione. Infatti, allorché si è deciso di fare manutenzione su condizione / predittiva – in accordo al concetto di prevent-and-predict – è necessario garantire il passaggio delle informazioni dalla programmazione all’esecuzione delle attività sul campo e viceversa. Pertanto, le aziende che non mettono il sistema di supporto alla manutenzione su condizione / predittiva in rete con il sistema informativo aziendale devono necessariamente affidare la gestione del flusso informativo al personale di manutenzione, con l’effetto indotto di impegnarlo in una serie di attività a scarso valore aggiunto, e conseguente inefficienza nell’uso della manodopera.
L’intelligenza per la manutenzione su condizione / predittiva risiede principalmente ancora nella mente dell’operatore (ovvero del tecnico specialista / esperto), che si supporta dei risultati del monitoraggio e delle ispezioni per la valutazione dello stato di salute dell’entità oggetto di manutenzione, in particolar modo per la sua diagnostica. Per la prognostica, invece, le limitate percentuali possono essere considerate una testimonianza sintomatica del fatto che si è ancora alle prime esperienze e che le poche aziende che stanno impiegando la prognostica accanto al monitoraggio e all’ispezione possono essere considerate dei veri e propri first adopters.

Conclusioni
Le tecnologie impatteranno sugli aspetti organizzativi e gestionali dei processi di manintance, nonché sul resto dell’organizzazione, grazie a una migliore collaborazione della manutenzione con le altre funzioni aziendali. Sarà necessario essere pronti ad affrontare questa sfida sia formando figure professionali con adeguate competenze tecniche, organizzative e gestionali, sia acquisendo tecnologie all’avanguardia e più adatte al contesto organizzativo e operativo dell’azienda.
Sarà anche opportuno sviluppare il ruolo della manutenzione nel più ampio quadro dell’asset management, per potenziare il contributo alla creazione di valore per l’impresa attraverso scelte orientate a garantire un corretto bilanciamento dei costi finanziari, ambientali e sociali, del rischio aziendale, della qualità di performance e servizio associati all’asset industriale. In particolare, pensando ai benefici generalmente attesi dall’asset management, anche in accordo alla norma ISO 55000 di recente pubblicazione (ad inizio del 2014), riteniamo che la manutenzione potrà ricoprire un ruolo importante, contribuendo:
– a decisioni d’investimento negli asset più consapevoli, informate dei costi e dei rischi, delle opportunità e dei rendimenti conseguibili operativamente;
– alla gestione del rischio aziendale, con la riduzione di possibili perdite finanziarie e impatti per la sicurezza delle persone e dell’ambiente.

In questa prospettiva, è quasi pleonastico sottolineare che non è solo un problema di tecnologie: il fattore umano è una variabile strategica da cui non si può prescindere.
Questo principio generale vale ancora di più per la manutenzione, tenendo conto della sua natura di disciplina trasversale a più ambiti di conoscenza – dal tecnico al manageriale – e, più operativamente, delle sorgenti di dati, informazioni e intelligence, variamente distribuite nel sistema aziendale, che devono essere gestite per arrivare a prendere decisioni adeguate.
La leva della formazione delle risorse umane di manutenzione sarà quindi un elemento strategico per la competitività di imprese che intendono ottenere dagli asset il massimo dell’efficacia nel rispetto dell’efficienza e sicurezza operativa.
Per sottolineare l’importanza della risorsa umana, è da rimarcare come l’Italia sia precursore in Europa, grazie alla norma UNI 11420 sulla qualifica del personale di manutenzione. Questa norma, e la sua evoluzione in ambito europeo, stanno tracciando un sentiero che le aziende potranno seguire, con risvolti positivi sull’aumento delle competenze e la diffusione di una sempre più solida cultura di manutenzione, a vantaggio dell’impresa.
Proprio per supportare l’evoluzione che si prospetta con gli sviluppi a livello europeo, crediamo che sarà strategico investire sulla formazione manageriale, guidata dai requisiti che sono indicati dalla norma. La norma dovrebbe, cioè, divenire un elemento “tangibile” per la definizione dei requisiti di un qualunque corso inteso alla formazione delle figure professionali previste ai vari livelli. Per esempio, nella nostra prospettiva, si può menzionare l’esperienza del corso Master Universitario part-time MeGMI, executive in Gestione della Manutenzione Industriale, del MIP business school del Politecnico di Milano e della School of Management dell’Università degli Studi di Bergamo: MeGMI sta partendo con la sua undicesima edizione e la norma è attualmente utilizzata come uno dei riferimenti necessari per l’impostazione del percorso formativo, con l’intenzione di allineare l’offerta alle esigenze di manutenzione.
In conclusione, formazione del personale e tecnologie avanzate saranno un investimento “chiave” per contribuire alla competitività d’impresa attraverso la manutenzione degli asset nell’impianto industriale.