Tecnologia dei cicli produttivi

Capitolo 1

Tecnica e tecnologia

Tecnica: Rappresenta un complesso di regole da seguire, ossia un insieme di regole utili al raggiungimento di uno scopo, nel praticare un’arte, un mestiere, una scienza. La tecnica fornisce il metodo.

Tecnologia: Parte della scienza che si occupa dei procedimenti tecnici e dei macchinari attraverso i quali le materie prime si trasformano in prodotti lavorati. La tecnologia fornisce la metodologia.

Evoluzione della tecnologia

Negli ultimi 200 anni, ossia dalla macchina a vapore all’intelligenza artificiale, la tecnologia è cresciuta nei Paesi industrializzati secondo un modello di sviluppo definito: tecnologia dura (tipica dei paesi industrializzati). Caratterizzata da:

• Alta sofisticazione
• Elevata intensità energetica e di capitale
• Ridotta richiesta di manodopera
• Scarsa attenzione verso i problemi ambientali

La tecnologia dura è orientata a cercare l’efficienza. Con essa, macchinari, hardware ecc. rendono il lavoro più efficiente e ciò favorisce la generazione di prodotti e servizi con migliore qualità, novità e integrità. Questo a sua volta diventa un vantaggio: si riduce il tempo per la creazione o la trasformazione di qualcosa fisico (cicli di produzione più veloci). Tuttavia, ci sono alcuni svantaggi: l’uso di macchinari, materie prime e tutto il necessario per nuovi oggetti o artefatti, può causare danni ambientali come l’inquinamento, gas serra, sversamenti tossici o eliminazione di alcune risorse naturali, se utilizzato in eccesso.

Tecnologia dura e PVS (Paesi in via di sviluppo)

Alla metà degli anni ’60 si diffuse un senso di preoccupazione per i problemi di sicurezza ed i problemi ambientali e soprattutto quando si cercò di trasferire le tecnologie dei Paesi industrializzati ai PVS. Le conseguenze del trasferimento ai PVS furono infatti:

• Disoccupazione
• Indebitamento estero

Tecnologia soffice (Soft technology)

Una tecnologia semplice e a buon mercato, valida per tutti in ogni tempo. Valida per tutti i tempi significa che la tecnologia dovrebbe essere semplice e a buon mercato in modo da poter essere condivisa da tutti e non solamente dai paesi ricchi ed industrializzati. Tra i modelli di tecnologia soffice ricordiamo:

• Quello delle tecnologie intermedie valido soprattutto per i PVS (Paesi in via di sviluppo)
• Quello più generale delle tecnologie appropriate

Tecnologie intermedie

Caratterizzate da semplicità di produzione, utilizzo e manutenzione per i PVS, a metà tra le tradizionali e le moderne, e adatte alle capacità locali (ridotta intensità di capitale, basso consumo di manodopera e orientamento verso impianti su piccola scala). Avrebbero dovuto consentire ai PVS:

• L’autonomia tecnica in un primo tempo.
• L’autonomia finanziaria successivamente.

Dalle tecnologie intermedie alle tecnologie appropriate

Il fallimento della proposta delle tecnologie intermedie nei PVS e la crisi strutturale e di lungo periodo che colpì i paesi industrializzati durante gli anni '70, rimisero in discussione il modello di sviluppo dei paesi industrializzati e con esso le tecnologie impiegate. Si fece strada la convinzione che le tecnologie dovessero essere ripensate in modo da tener conto delle singole situazioni:

• Politiche
• Economiche
• Sociali
• Culturali
• Ambientali e territoriali

Tecnologie appropriate

Tecnologie aventi un grado di sofisticazione e complessità pari ai bisogni ed alle opportunità espressi dalle diverse realtà locali, alle quali corrisponde una scienza appropriata sviluppata da organizzazioni scientifiche locali collegate a strutture specializzate per la ricerca, la gestione delle apparecchiature complesse e diffusione delle informazioni. La tecnologia appropriata richiede meno risorse, è più facile la sua manutenzione, presenta minori costi e minori impatti sull’ambiente. Le tecnologie appropriate richiedono:

• Competenze multidisciplinari sviluppate con l’apporto di organizzazioni scientifiche locali;
• Manodopera qualificata per l’esercizio e la manutenzione delle apparecchiature.

In generale con le tecnologie appropriate si intendono quelle che rispondono ai bisogni fondamentali dell’umanità e che quindi hanno la capacità di:

• Migliorare socialmente le condizioni di vita della popolazione
• Utilizzare in maniera saggia le risorse del pianeta
• Rispettare gli equilibri e le leggi della natura

Le aree in cui si applicano le tecnologie appropriate sono principalmente quelle riguardanti i servizi della comunità: salute, acqua, sanità, educazione, infrastruttura.

Paesi industrializzati

Dagli anni ’70 si pone l’obiettivo di utilizzare tecnologie che consentissero di:

• Sfruttare risorse locali (possibilmente rinnovabili)
• Produrre pochi scarti (zero waste)
• Recuperare materiali usati (materie prime secondarie)

Attuali tecnologie

Va sottolineato che il concetto di tecnologie appropriate è rimasto più sulla carta che nella pratica effettiva cosicché le attuali tecnologie sono ancora da considerarsi tecnologie convenzionali con incorporati i principi delle cosiddette nuove tecnologie (elettronica, informatica, automatica, telecomunicazioni, ingegneria genetica ecc.).

Scopo delle nuove tecnologie

• Accrescere enormemente il numero di opzioni disponibili per assicurare una efficiente risposta al mercato;
• Tenere nella massima considerazione aspetti quali la sicurezza, la salute dell’uomo, la qualità dell’ambiente.

Le nuove tecnologie sono caratterizzate da:

• Un elevato grado di reattività ed una particolare capacità di penetrare orizzontalmente in tutte le attività economiche: agricoltura, industria, servizi
• Capacità di interessare tutti i settori e tutte le aree geografiche
• Soluzioni utili nei campi più disparati

Fino all’inizio degli anni ’70 si è continuato a produrre secondo il modello della società industriale caratterizzato dalla rigidità delle strutture economico-produttive. Quando la richiesta del mercato si orientò verso un miglioramento qualitativo dei prodotti, dei servizi e della vita, il paradigma socio-tecnologico della società industriale venne messo in discussione e si pose il problema dell’uso più efficiente delle tecnologie in armonia con il mutato quadro socio-economico.

Tecnologie intelligenti

(Sistemi esperti, intelligenza artificiale, robot, sensori, etc.)

Sono tecnologie emergenti caratterizzate da:

• Capacità di intervenire autonomamente su problemi chiaramente formulati;
• Capacità di adeguarsi ai cambiamenti di situazioni ed esigenze;
• Capacità di riconoscere l’iter da seguire per raggiungere obiettivi prefissati;

L’uso delle nuove tecnologie ha permesso lo sviluppo di importanti settori high-tech o science based (video, computer di 5a generazione, elettronica, telecomunicazioni, aerospazio, biotecnologie, superconduttori, etc.).

Tecnologie pulite

Insieme di mezzi tecnici adottati da un’azienda che consentono di ridurre le emissioni inquinanti trasferite dai processi produttivi all’ambiente. È un metodo di riduzione alla sorgente o riciclo per eliminare o ridurre sensibilmente gli impatti ambientali di un sito produttivo. A partire dal tipo di riduzione d’impatto che viene garantito possono essere distinte in tecnologie:

• Ambientali di intervento a valle (o end of pipe ossia di fine ciclo);
• Di recupero e riciclo;
• Pulite di processo.

Vantaggi tecnologie pulite:

• Riduzione dei rischi di non conformità alla legislazione ambientale;
• Riduzione dei costi di produzione, dei costi assicurativi e dei costi ambientali;
• Diminuzione dei rischi di incidenti;
• Miglior immagine dell’impresa

Tecnologie di produzioni pulite in senso assoluto non possono esistere: infatti, tutti i processi di trasformazione consumano energia e determinano la produzione di rifiuti solidi, liquidi e gassosi.

Elettronica

Scienza che si occupa dello studio teorico e pratico delle applicazioni dei fenomeni che interessano l’elettrone nel vuoto o nei mezzi materiali. L’elettronica progetta e realizza apparati in grado di elaborare grandezze fisiche. L’elettronica ha a che fare con circuiti elettrici (detti circuiti elettronici) costituiti da componenti attivi come i tubi a vuoto, i diodi, i transistor e i circuiti integrati, insieme a componenti elettrici passivi (esempio: le resistenze) e tecnologie di interconnessione. I componenti attivi (e quindi i circuiti elettronici) consentono di elaborare l’informazione immagazzinata nei segnali elettrici.

Elettronica: Scienza dei sistemi hardware dedicati a elaborare l’informazione contenuta in grandezze fisiche (tensioni/correnti elettriche, campi elettromagnetici).

Esempio: L’amplificatore audio

• Microfono: Converte le onde acustiche in una tensione/corrente elettrica.
• Amplificatore: Amplifica l’ampiezza del segnale elettrico proveniente dal microfono.
• Casse acustiche: Convertono il segnale elettrico amplificato in onde acustiche amplificate.

Elettronica vs elettrotecnica

L’elettronica si diversifica dalle scienze elettriche ed elettroniche che si occupano della generazione, distribuzione, immagazzinamento e conversione dell’energia elettrica da e verso altre forme di energia usando conduttori, motori, generatori, batterie, trasformatori, resistori e altri componenti passivi. L’elettronica è un settore complesso ed eterogeneo che comprende un gran numero di aree e prodotti: semiconduttori, componenti per l’informatica, elettronica di potenza, elettronica industriale, elettronica di consumo. Il settore dell’elettronica rappresenta un settore importante della nostra società ed una delle chiavi del futuro. Da essa, infatti, dipendono alcune grandi filiere del futuro:

• Telecomunicazioni
• Servizi informativi

Branche dell’elettronica:

• Analogica – Digitale
• Bassa frequenza – Alta frequenza
• Bassa potenza – Alta potenza
• Discreta – Integrata

L’elettronica si suddivide principalmente in due grandi categorie:

1. Elettronica analogica, che si occupa di segnali che variano nel tempo in modo continuo come: voci, suoni, intensità luminose ecc. I segnali che percepiamo sono analogici; esempi: voci, musica, fotografia, film. L’acquisizione di tali segnali avviene con sistemi analogici; esempi: microfono, pellicola fotografica. La restituzione di tali segnali avviene con sistemi analogici; esempi: altoparlanti, sviluppo fotografico, proiettore. È possibile memorizzare/trasmettere un segnale in formato analogico: nastro magnetico, disco in vinile, telefono, radio, TV. In elettronica analogica l’informazione può assumere un numero infinito di valori (esempio: l’amplificatore audio).
2. Elettronica digitale, che tratta dei segnali elettrici che possono assumere soltanto alcuni valori (predeterminati e finiti) di tensione, convenzionalmente due valori che utilizzano il sistema binario, associati ai valori logici “vero” e “falso”. Permettono l’elaborazione mediante computer e logiche digitali. La trasmissione digitale è più affidabile di quella analogica. Non subiscono processi di invecchiamento. In elettronica digitale l’informazione può assumere solo un numero finito di valori (esempio: segnale elettrico digitale).

L’elettronica digitale dell’informazione ha preso il sopravvento su quella analogica:

• Maggiore capacità di immagazzinare l’informazione
• Maggiore capacità di elaborare l’informazione
• Maggiore robustezza e sicurezza dei sistemi

Elettronica > contributo fondamentale al progresso tecnologico e alla diffusione e all’utilizzo di moltissimi dispositivi:

• Elettronica di consumo (telefonia, multimedia, internet, display, ecc)
• Elettronica per impieghi civili (elettrodomestici, auto/moto, trasporti, illuminazione, ecc)
• Elettronica biomedicale (strumenti diagnostici, protesi, ecc)
• Elettronica sostenibile (risparmio energetico, celle solari, nuove tecnologie, ecc)
• Elettronica aerospaziale (immunità a radiazioni)

L’inizio dell’era dell’elettronica moderna

Il transistor:

• Componente fondamentale di qualunque apparecchiatura elettronica;
• Dispositivo elettronico e semiconduttore a 3 terminali
• Inventato nel 1947 da Brattain, Shockley, Bardeen nei laboratori Bell (premio Nobel 1956).

Micro e nano produzione: La progressiva evoluzione della miniaturizzazione elettronica e della meccanica di precisione porta alla realizzazione di prodotti e componenti di dimensioni microscopiche (micro-fabbricazione) ed atomiche (nano-fabbricazione).

Informatica

L’informatica è la disciplina nella quale si affronta lo studio dell’informazione, nei suoi principi generali e nei suoi aspetti particolari. È l’insieme degli studi incentrati sull’informazione e sulla sua trasmissione. Un elaboratore o calcolatore o computer è una macchina che elabora informazioni sotto il controllo di un programma.

Tecnologia dei sistemi di elaborazione

Hardware: Insieme fisico della macchina concentrato in spazi sempre più stretti (mainframe-mini-pc).

Software: È costituito dal sistema operativo e dai programmi necessari per gestire le risorse della macchina.

Firmware: Insieme delle tecniche di micro-programmazione che consentono di strutturare il controllo della macchina in un insieme di microistruzioni (quindi si tratta di programmi che non possono essere modificati dall’utente e contiene le istruzioni basilari per far funzionare un elaboratore).

Cos’è un computer

• Elaboratore immagazzina ed elabora dati in base ad una serie di istruzioni (il programma)
• Elettronico > utilizza componenti elettronici (transistor, microprocessori)
• Digitale > l’informazione viene elaborata convertendola in segnali numerici basati sul sistema binario

Caratteristiche di un computer: Monitor, scheda madre, processore, memoria RAM, scheda video, scheda audio, alimentatore, masterizzazione DVD, disco fisso, mouse, tastiera, sistema operativo (Windows, Linux). I principali componenti interni: scheda madre, interfacce di input – output (porte), CPU (microprocessore), disco fisso (hard disk), memoria RAM. Componenti esterni: vengono definiti periferiche > tastiera, mouse, monitor. Componenti opzionali: modem, scheda di rete, stampante, scanner.

Il software

Software di sistema > l’insieme dei programmi dedicati al funzionamento e alla gestione dell’elaboratore, consentendo una facile gestione delle risorse (comunicare con il computer, preparare dischi, leggere e scrivere sui dischi, ordinare elenchi, copiare file …). In parole povere il S.O. è un intermediario/interprete tra l’utente e la macchina.

Software applicativo > si intende un programma o un insieme di programmi dedicati al supporto di specifiche esigenze dell’utente che permettono la gestione e l’elaborazione dell’informazione qualsiasi essa sia (office automation), per cui troviamo programmi per elaborare testi (word processing), fogli elettronici (spreadsheet), database, strumenti di presentazione, programmi per la contabilità ecc.

Il supercomputer

Strumento che consente il calcolo superveloce nelle università, nelle grandi imprese e negli enti di ricerca. Il supercomputer oggi è utilizzato per realizzare processi previsionali complessi come le analisi meteorologiche, le analisi molecolari, simulazioni fisiche, di criptoanalisi e altro. I militari e le agenzie governative di tutte le nazioni ne fanno un uso molto intenso. Anche le aziende industriali ne stanno sperimentando l’utilità per i calcoli di previsione e di gestione di grandi volumi di dati che devono essere processati dall’APS (Advanced Planning System) del loro sistema gestionale (ERP: Enterprise Resource Planning).

Intelligenza artificiale

Insieme di studi e tecniche che tendono a realizzare una macchina capace di risolvere problemi che rientrano nel dominio dell’intelligenza umana.

Intelligenza artificiale e applicazioni

L’intelligenza artificiale trova applicazione nelle tecnologie dell’informazione, nel campo della visione artificiale, nel campo dell’automazione, robotica e dell’apprendimento da parte delle macchine.

L’intelligenza artificiale permette di affrontare problemi complessi in aree applicative rimaste fino ad ora ai margini del processo di automazione. Allo stato attuale l’intelligenza artificiale è una tecnologia, uno strumento informatico avanzato al servizio delle applicazioni. In realtà è un insieme ampio e articolato di tecniche legate da un comun denominatore: la capacità di risolvere problemi complessi sfruttando le conoscenze rappresentate esplicitamente nel calcolatore.

Applicazione degli studi sull’intelligenza artificiale: i sistemi esperti. I sistemi esperti sono in grado di:

• Dedurre tutte le conseguenze possibili di fatti accaduti o accertati;
• Verificare la compatibilità di un’ipotesi generale con fatti acquisiti.

Il punto forte di tali sistemi è la possibilità di tener conto di un numero elevato di variabili. Il punto debole, invece, è la totale dipendenza dall’uomo per la quantità e qualità delle informazioni e conoscenze possedute.

Grid computer

Il termine grid (griglia) è stato coniato intorno alla metà degli anni ’90. È un sistema pensato per consentire ad una comunità di utenti di usare risorse di calcolo distribuite in Internet come se fossero di fronte ad un unico sistema di calcolo. La condivisione non è limitata solo allo scambio dei file, ma si estende all’accesso diretto a computer, a software, in generale a tutto l’hardware necessario alla risoluzione di un problema scientifico, ingegneristico o industriale.