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Cloud Manufacturing: Passato, Presente, e Futuro – una revisione accademica

Questa è una pubblicazione esterna di Robert Henzel, Studente dottorando dell’Università di Stoccarda. La sua ricerca accademica si concentra sul concetto di Cloud Manufacturing. Xometry ha supportato lo studio di Robert fornendo informazioni qualitative e consentendo al team di ricerca di contattare i propri clienti.

Background di come si è sviluppata la lavorazione

Breve storia delle teorie della produzione

L’industria manifatturiera si è evoluta da decenni. Uno dei metodi per capire chiaramente in quali direzioni si sono mossi i concetti di produzione è esaminare i concetti di produzione secondo 3 prospettive: “Costo”; “Varietà” e “Volume”.

 Development of production theories
Figura 1 – Sviluppo delle teorie di produzione [1]

Se diamo uno sguardo a quali fattori hanno svolto un ruolo più significativo in un determinato periodo di tempo, possiamo vedere che alcuni periodi richiedono costi inferiori, mentre altri richiedono volumi più elevati. L’industria manifatturiera deve ora confrontarsi con l’obiettivo finale di ridurre i costi, aumentare il volume e allo stesso tempo fornire una maggiore varietà, come del resto il mercato richiede.

Nascita del Cloud Manufacturing e novità

Il concetto di Cloud Manufacturing (abbreviato con CMfg) è stato sviluppato come un nuovo paradigma di produzione per andare incontro a tutte queste esigenze di mercato. La tempistica effettiva dello sviluppo di questo concetto non è stata casuale, ma è avvenuta tramite lo sviluppo di Internet e della tecnologia d’informazione.

In onore ai suoi primi pionieri, Goldhar e Jelinek sono state le prime persone che hanno formulato l’idea di Produzione orientata al servizio nel loro documento “Produzione come attività di servizio: CIM nel XXI secolo“, che può essere considerato il punto di partenza per il CMfg. È importante notare come il CMfg non è “vino vecchio in bottiglie nuove” ma piuttosto una novità.

Che cos’è il Cloud Manufacturing?

Cloud Manufacturing principle
Figura 2 – Principi del Cloud Manufacturing [2]

Il concetto di Cloud Manufacturing può essere spiegato analizzando i 5 passaggi per un ordine di parti personalizzate.

Spiegazione dettagliata delle fasi di processo corrispondenti all’interno del principio di Cloud Manufacturing

Passo 1: Un cliente invia un ordine di produzione specifica su una piattaforma di Cloud Manufacturing.

Passo 2: In questa piattaforma di Cloud Manufacturing sono presenti diversi fornitori (“Fornitore A, Fornitore B, oppure può essere anche uno specifico stabilimento della stessa azienda che ha inviato l’ordine”). Pertanto, il Cloud Manufacturing si affida alla rete di produzione, che può essere basata non solo sulle macchine interne, ma anche sui partner esterni.

Passo 3: Non appena l’ordine viene emesso, la piattaforma di Cloud Manufacturing costruisce uno specifico processo di produzione che ha lo scopo di portare a termine l’attività di produzione. Ad esempio, alcune parti possono essere prodotte in un determinato luogo, altre in un luogo diverso e post-elaborate in un terzo luogo. Di conseguenza, i processi logistici e di produzione non sono sempre identici. La Figura 2 mostra la moltitudine dei possibili processi di produzione (numero N di strati di produzione).

Passo 4: La piattaforma rileva la possibilità di una consegna ritardata in una fase produttiva per un dato ordine cliente (t2 nella figura). Considerando che il processo di produzione originale “A” era programmato come segue: t2 → t3 → t4 (t2 era precedentemente considerato come la prima fase di produzione), la piattaforma di CMfg ha cambiato la catena del valore ora in: t1 → t3 → t4. Quindi, la fase di produzione a rischio (t2) viene eliminata e viene costruita una nuova catena produttiva.

Passo 5: La finalizzazione delle attività di produzione, la corrispondente logistica dei materiali e l’effettiva lavorazione di specifiche fasi produttive stanno seguendo la nuova catena appena creata. Come ultima cosa, il prodotto finito verrà consegnato al cliente.

Distanza tra la teoria e la pratica

Tutto questo concetto, tuttavia, è meramente teorico. Per realizzare il suo potenziale effettivo, il settore industriale deve ancora svilupparsi ulteriormente.

Ad esempio, sussiste il problema di una comunicazione standardizzata mancante tra differenti macchinari di vari fornitori e diversi sistemi di informazione corrispondenti. Per consentire il pieno potenziale del Cloud Manufacturing, le informazioni e il flusso dei dati devono essere integrativi e senza interruzioni. Tali integrazioni possono potenziare ulteriormente il Cloud Manufacturing e rendere possibile la connessione del software di quotazione istantanea direttamente con la rete di macchinari.

Quo Vadis Cloud Manufacturing?

Speculazioni sull’evoluzione del mercato del Cloud Manufacturing

Esiste una ricerca universitaria che consente di stabilire che la crescita del Cloud Manufacturing. Liu et. Al. (2019) [3] sta attendendo uno sviluppo in più fasi, secondo la seguente struttura:

  • Fase 1: “Implementazione Preliminare”
  • Fase 2: “Implementazione completa relativa”
  • Fase 3: “Implementazione completa”
  • Fase 4: “Implementazione totale”

Nella Fase 1, solo pochi tipi di risorse (es. Macchine CNC, software CAD, ecc.) vengono aggregate in una piattaforma di Cloud Manufacturing e vengono quindi fornite solo funzioni e applicazioni semplici di base. In base al loro stato di sviluppo, questo incrementerà gradualmente nel tempo, fino alla Fase 4.

Nella Fase 4, tutte le possibili risorse vengono aggregate in una piattaforma di Cloud Manufacturing e tutte i programmi necessari corrispondenti vengono forniti. Cioè, la teoria attuale del CMfg, implicita nella figura 2, emerge in realtà. 

È inoltre interessante menzionare il lavoro di Wang e Peng (2013). Hanno fatto un ottimo lavoro discutendo dell’evoluzione del mercato CMfg. Usano modelli economici comuni, come la teoria dei giochi e le analisi di equilibrio.

Stanno utilizzando un modello a tre stadi per assumere le fasi di sviluppo del mercato CMfg: Primo stadio, Secondo stadio e Terzo stadio. Ogni stadio accumula una percentuale maggiore del totale delle imprese manifatturiere nel mercato. I loro stadi sono molto simili alle fasi da 1 a 4 descritte sopra.

Quindi, a che punto siamo arrivati ora? In realtà, siamo solamente all’inizio di questo viaggio (Fase 1). Parlando con esperti in campo di pratica e scienza, ho ottenuto la stima approssimativa, che ci vorranno fino a 15-20 anni aggiuntivi, fino a quando non saremo in grado di raggiungere la Fase 4.

Un illustrazione sullo sviluppo del mercato del Cloud Manufacturing

Di seguito un’illustrazione della speculazione sul mercato del Cloud Manufacturing di Wang e Peng, dove l’asse X indica il rispettivo anno, mentre l’asse Y indica la percentuale di imprese totali partecipanti.

È interessante notare che la loro stima della terza fase coincide con le mie ipotesi di tempo di maturità necessario in 15-20 anni.

Speculation on the Cloud Manufacturing Market
FIgura 3 -Speculazione del mercato del Cloud Manufacturing

Panorama del Cloud Manufacturing

Esiste già un numero significativo di utilizzatori precoci in questo campo. Robin Dechant ha svolto un ottimo lavoro nel presentare questo nuovo mercato. Ora userò due delle sue figure per illustrare lo sviluppo in questo campo:

Evoluzione del panorama nel Cloud Manufacturing

Manufacturing-as-a-service landscape
Figura 4 -Panoramica della produzione come servizio

La prima osservazione ovvia è la denominazione: mentre nel 2018 il concetto di CMfg era largamente trattato come un termine in qualche modo legato alla stampa 3D o alla prototipazione, ora è cambiato nel suo vero principio fondamentale: Produzione come servizio (tornando finalmente alla formulazione di Goldhar e Jelineks).

Analizzando queste panoramiche, possiamo vedere i primi processi di consolidamento sul mercato: ad es. tra il 2018 e il 2020 Xometry ha acquisito Shift. Shift è stata trattata come l’ex rete di produzione leader in Europa in questo mercato, mentre Xometry era già considerato da tempo come il leader globale.

Inoltre, anche dopo l’avvenuto consolidamento, il numero di aziende è ancora aumentato del 34,4%, evidenziando così il mercato in crescita. Nel mercato della produzione additiva, la tendenza è simile. Mentre nel 2019 il numero di aziende era di 171, è salito a 240 nel 2020, con un aumento del 40,35%.

Osservazioni sul panorama corrente del Cloud Manufacturing

Possiamo ora concludere quanto segue:

  1. Una chiara tendenza al rialzo in questo mercato, data dall’unico numero di società sia nel mercato CMfg che in quello dell’AM 
  2. Un mercato non ancora saturo (dato che molte nuove aziende continuano a comparire)
  3. Cresce l’interesse nella produzione tradizionale per questo nuovo tipo di produzione: le grandi aziende stanno cercando di cogliere questa tendenza creando spin-off o startup figlie; mentre i dipendenti delle aziende manifatturiere tradizionali partono per avviare una nuova attività
  4. La consolidazione parziale è già avvenuta
  5. Ancora un enorme divario tra teoria e pratica. Analizzando questo panorama in modo più approfondito, siamo ancora probabilmente nella Fase 1

Hype cycle di Gartner

Per concludere questa sezione con uno strumento di analisi tangibile, utilizziamo il famoso ciclo di hype di Gartner. Il suo utilizzo è abbastanza comune, nella teoria come nella pratica. Le ipotesi sottostanti affermano che ogni nuova tecnologia segua un percorso specifico: si va da un’accettazione preliminare e approssimativa del mercato fino a una bolla di hype.

Successivamente, si riduce e trova qualcosa come un fondo di accettazione. Infine sarà accettato e ancora, aumentato in attenzione.

Ho contrassegnato gli elementi rilevanti con rettangoli rossi nella seguente figura sei: assumeremo (come indicato nella sezione due sopra) il termine Smart Factory come termine collegato al CMfg.

Secondo il Ciclo di Hype di Gartner, ora siamo proprio tra il picco delle aspettative e l’area della disillusione. Il plateau della produttività sarà raggiunto nei prossimi due-cinque anni.

Figura 5 – Hype cycle di Gartner per la strategia delle operazioni di produzione 2020 [4] [4]

Che cosa si può attendere l’industria manifatturiera

Dopo diversi anni di ricerca, posso immaginare che ci siano molti cambiamenti da attendersi per il futuro della produzione. Ho raggruppato i miei pensieri in tre ipotesi principali, delineate di seguito.

Importante trasformazione delle catene di approvvigionamento

Per prima cosa, le catene di approvvigionamento tradizionali saranno colpite piuttosto duramente dal CMfg: le inefficienze all’interno di esse verranno eliminate sistematicamente e, per definizione, lo stesso vale per le aziende economicamente non redditizie a tal proposito. Il CMfg alla fine le rimpiazzerà. Ci sarà una sorta di sopravvivenza delle aziende più adatte.

Le normative cambiano nella produzione discreta e di processo

Discrete manufacturing is already being challenged by process manufacturing, and is meant to be outperformed by manufacturing processes such as La produzione discreta è già messa alla prova dalla produzione di processo e dovrebbe essere superata dai processi di produzione come il Cloud Manufacturing a lungo termine.Manufacturing in the long term.

L’industria manifatturiera può essere approssimativamente suddivisa in produzione discreta e di processo. Nella produzione discreta, si presume una duplicazione di prodotti identici che vengono duplicati tramite una linea di assemblaggio, mentre nella produzione di processo, il prodotto finito non può essere scomposto nelle sue materie prime.

Anche se l’industria manifatturiera discreta è attualmente interessata maggiormente dal concetto di CMfg, è applicabile anche alla produzione di processo.

Per lo sviluppo del Cloud Manufacturing all’interno della produzione di processo, è intrinsecamente necessario più tempo, poiché esistono normative severe sulla sicurezza degli ambienti di lavoro, dei processi di produzione e più standard di legge in generale. Anche se questo processo può richiedere più tempo nel breve periodo, se lo si guarda a lungo termine esso và in realtà a favore del CMfg, poiché un luogo controllato in modo più naturale diventa produttivo al fine di allinearsi al principio del CMfg. Il CMfg è naturalmente concepito per il controllo.

Ciò è dovuto al presunto aspetto informativo completo o a quello di gestione della conoscenza della piattaforma sottostante. In altre parole, se ci sono normative o restrizioni critiche durante la produzione di un prodotto specifico, il CMfg è naturalmente in grado di elaborarle di conseguenza e accuratamente, come semplicemente esegue da input!

Si presume persino che un’area più controllata in oggetto sia superiore da trattare, poiché gli errori umani vengono ridotti sistematicamente.

Percezione del mondo reale delle attuali soluzioni di Cloud Manufacturing

Terminando questa sezione, concluderò con gli approfondimenti tratti da un raro documento legato al business del CMfg di Charro e Schaefer [14] che ha analizzato la percezione del Cloud Manufacturing da parte di potenziali fornitori di lavorazioni. Lasciando la scienza al suo posto, mi atterrò ora ai risultati finali della valutazione del loro modello, forniti dalla seguente tabella:

Modello della valutazione del sondaggio
Modello della valutazione del sondaggio [5]

Guardando il lato positivo di questa bellissima torta, parlerò di ogni aspetto negativo, cercando di sminuirli per quanto riguarda la fattibilità a lungo termine per il concetto di CMfg.

Ecco i miei pensieri sul motivo per cui il feedback negativo dovrebbe essere considerato più come una paura che come reali problemi del Cloud Manufacturing.

“Scontro nella cultura aziendale”, “Aziende che vogliono mantenere le macchine di proprietà”, “Riluttanza al cambiamento”, “Collaborazione con persone sconosciute” e “Avidità del proprietario della macchina” sono tutte dichiarazioni piuttosto soggettive che oggettive. Tutti questi sono più o meno completamente diminuiti se si tiene conto dell’adozione di fattori come “Supporto del top management”, “Compatibilità” e “Testabilità”. Una volta che sono al loro posto, sostengo che quei sentimenti piuttosto soggettivi svaniranno. In realtà è una sorta di processo mentale, che deve essere allineato e sviluppato.

Per i restanti fattori negativi nella tabella, sostengo che quegli aspetti saranno chiaramente diminuiti quando il CMfg maturerà secondo le proiezioni teoriche. Questi fattori negativi rimanenti sono fondamentalmente tutti dovuti allo stato ancora non avanzato del CMfg, poiché questo concetto è ancora in fase di sviluppo.

Conclusione

Il mercato dell’industria e la sua domanda variano. Diversi paradigmi di produzione sono stati proposti per far fronte a questo specifico cambiamento. Presumo che il Cloud Manufacturing sia il modello più promettente in tal senso.

La teoria si sviluppa costantemente a un ritmo più veloce; vengono fondate aziende in tutto il mondo. L’accettazione generale di cose come il Cloud Computing aiuta anche ad accettare paradigmi di produzione basati su cloud come il Cloud Manufacturing.

In un altro mio articolo (sebbene scritto in tedesco) sul Cloud Computing, in cui stavo delineando l’emergere cruciale e innegabile del Cloud Computing, ho affermato che esso è arrivato fin qui per rimanere. Il futuro è lo stesso per il CMfg. O accetti la trasformazione nell’industria manifatturiera o non lo fai. Se uno decide di ignorare questa trasformazione per impostazione predefinita, mette a rischio la propria attività o la mette in modo diverso – in realtà è molto simile se si cerca di ignorare Internet in generale: “È solo una tendenza, non abbiamo bisogno di seguire ogni tendenza! ” Credo che NON sia una tendenza. È il futuro della produzione, ceteris paribus (a parità di tutte le altre circostanze).

Il Cloud Manufacturing presto o tardi si affermerà. Il Cloud Manufacturing è un modo promettente per riconoscere il cambiamento di tendenza nel mercato manifatturiero.

Infine, concludo con il titolo di uno dei documenti di riferimento: “Il Cloud Manufacturing è un mito o il futuro della produzione globale?” Secondo me, è il futuro della produzione globale. Salite sul treno, gente!

Robert Henzel, Studente dottorando dell’Università di Stoccarda

Scopri un esempio di Cloud Manufacturing con il Motore di Quotazione Istantanea di Xometry

Referenze

[1] S. Kubler, J. Holmström, K. Främling, and P. Turkama. Technological theory of cloud manufacturing. In Service Orientation in Holonic and Multi-Agent Manufacturing – Proceedings of SOHOMA 2015, Cambridge, UK, November 5-6, 2015, pages 267–276, 2015.
[2] Skarlat, O. (2020) https://www.researchgate.net/publication/305780155_Elastic_Manufacturing_Process_Landscapes (Accessed on: 15.12.2020)
[3] Yongkui Liu, Lihui Wang, Xi Vincent Wang, Xun Xu & Pingyu Jiang (2019):
Cloud manufacturing: key issues and future perspectives, International Journal of Computer
Integrated Manufacturing, DOI: 10.1080/0951192X.2019.1639217
4] https://www.gartner.com/en/documents/3988511/hype-cycle-for-manufacturing-operations-strategy-2020, accessed: 16.12.2020
[5] Alberto Charro & Dirk Schaefer (2018) Cloud Manufacturing as a new type of Product-Service System, International Journal of Computer Integrated Manufacturing, 31:10, 1018-1033, DOI: 10.1080/0951192X.2018.1493228

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