Tesi magistrale: Industria 4.0 e Casi Studio Aziende Venete (Strategia Aziendale) - Valutazione 110L

Dipartimento di scienze economiche, aziendali, matematiche e statistiche "Bruno de Finetti" (DEAMS)

Corso di laurea in strategia e consulenza aziendale

Tesi di laurea magistrale

Applicazioni ed impatti di industria 4.0: indagine qualitativa sulle imprese manifatturiere venete

Laureando: Simone Dalla Costa

Relatrice: Chiar.ma Prof.ssa Rubina Romanello

Anno accademico: 2023 – 2024

Indice

• Introduzione 5
• Capitolo 1 7
  • Industria 4.0 7
  • Evoluzione tecnologica: le rivoluzioni industriali 7
  • Quarta rivoluzione industriale 9
  • Tecnologie abilitanti 11
    • Cyber-Physical System 11
    • Smart Product e Smart Factory 11
    • Un sistema tecnologico complesso 14
    • I nove pilastri tecnologici dell’Industria 4.0 16
      • Internet of Things (IoT) 16
      • Big Data Analytics 18
      • Robotica e automazione 18
      • Manifattura additiva 19
      • Sistemi di integrazione verticale ed orizzontale 21
      • Cybersecurity 21
      • Cloud computing 22
      • Realtà aumentata 22
      • Simulazione 23
    • Fattori abilitanti non tecnologici 23
  • Criticità e sfide 24
• Capitolo 2 33
  • Opportunità e impatti dell’Industria 4.0 33
  • Produttività ed efficienza 33
  • Flessibilità, reattività e personalizzazione di massa 35
  • Implicazioni per le risorse umane 37
  • Implicazioni strategiche 38
  • Catena del valore 45
  • Reshoring 48
• Capitolo 3 51
  • Ricerca empirica nella regione Veneto 51
  • Metodologia 51
  • Selezione del campione 52
  • Analisi di contesto 53
  • Data collection 61
  • Case study e risultati ottenuti 66
    • Sinteco s.p.a. 66
    • Unox s.p.a. 70
    • Volteco s.p.a. 78
    • Technowrapp s.r.l. 84
  • Cross case analysis 90
  • Discussione 94
    • Implicazioni future 99
    • Limitazioni 100
• Conclusione 103
• Bibliografia 105

Introduzione

Nell’ultimo decennio il fenomeno di Industria 4.0 ha generato un’ondata di interesse a livello accademico e ha suscitato aspettative significative nel settore industriale. Descritta anche come la quarta rivoluzione industriale, essa rappresenta una trasformazione radicale dei processi produttivi grazie all’integrazione di tecnologie avanzate come l’Internet of Things (IoT), la robotica o la Big Data Analytics.

Inizialmente, questa rivoluzione tecnologica ha inspirato molta fiducia nelle imprese che, grazie alle sue promesse di efficienza, flessibilità e produttività, vedono in queste tecnologie un modo per mantenere un vantaggio competitivo, ma anche nella letteratura scientifica, impegnata nell’analisi degli impatti economici e sociali di questa trasformazione.

Industria 4.0 ha portato con sé un vero e proprio rinascimento della manifattura, segnando l’inizio di una nuova fase in cui la produzione industriale non è più solo una questione di volumi elevati e di economie di scala, ma soprattutto di personalizzazione, qualità e innovazione. L’automazione e l’interconnessione dei macchinari consentono alle aziende di rispondere rapidamente alle esigenze del mercato, riducendo sia i tempi e sia i costi.

Da un lato, Industria 4.0 ha stimolato l'intervento di governi e istituzioni, i quali hanno creato programmi di sostegno e incentivi per promuovere l’adozione di tecnologie di Industria 4.0. In Italia, ad esempio, sono stati implementati diversi piani nazionali per agevolare le piccole e medie imprese che costituiscono una parte rilevante del tessuto produttivo. Questi interventi hanno lo scopo di garantire anche alle imprese più piccole di beneficiare dei vantaggi offerti dalle nuove tecnologie, favorendo la crescita dell’intera economia.

Dall’altro lato, per le imprese l’adozione delle tecnologie di Industria 4.0 rappresenta una necessità per restare competitivi in un mercato sempre più dinamico e interconnesso. La capacità di adottare nuove tecnologie dove necessario e di integrare i dati nelle decisioni aziendali permette alle imprese di migliorare l’efficienza e di rispondere prontamente alle esigenze dei clienti. L’Industria 4.0 impone quindi una revisione completa delle pratiche tradizionali di gestione della produzione, richiedendo competenze nuove e un’apertura all’innovazione.

La struttura di questa tesi si compone di tre capitoli, ognuno dei quali contribuisce a descrivere gli aspetti chiave della transizione verso Industria 4.0. Il primo capitolo fornisce una panoramica storica delle prime quattro rivoluzioni industriali, ponendo particolare enfasi su Industria 4.0 e sulle sue tecnologie abilitanti. Dopo una descrizione delle caratteristiche delle tecnologie di questa rivoluzione, il capitolo esplora anche le principali sfide da affrontare. Lo scopo è quindi di offrire una comprensione preliminare del contesto di ricerca.

Il secondo capitolo analizza le opportunità e gli impatti di Industria 4.0 a livello economico e strategico, discutendo come queste tecnologie possono migliorare la produttività, la flessibilità e la reattività delle imprese. Inoltre, vengono evidenziate le implicazioni riguardanti la catena del valore e le risorse umane.

Il terzo capitolo presenta la ricerca empirica condotta nella regione Veneto, realizzata tramite interviste di un campione di imprese manifatturiere. Questo capitolo offre un’indagine e un’analisi qualitativa sulle strategie adottate dalle imprese per affrontare la transizione verso Industria 4.0 e sulle loro esperienze, identificando in particolar modo le principali difficoltà e gli elementi critici di successo.

Questa tesi contribuisce alla letteratura esistente sull’Industria 4.0 e sull’operations management, oltre ad offrire un’analisi aggiornata e approfondita nella fase di maturità della quarta rivoluzione industriale. Infatti, a differenza di altri studi condotti precedentemente, questa ricerca esplora un momento in cui la quarta rivoluzione industriale è ormai consolidata e ha superato la sua fase introduttiva. L’elemento di novità di questo studio risiede nel fornire una visione completa di Industria 4.0, attraverso l’analisi non solo delle opportunità e dei potenziali benefici, ma anche delle sfide concrete e delle criticità che le imprese incontrano nella fase di consolidamento tecnologico.

Inoltre, la tesi conferisce un contributo significativo grazie alla ricerca empirica effettuata sul territorio veneto, evidenziando come le imprese affrontano la transizione e quali politiche manageriali possono favorire l’adozione di queste tecnologie.

Capitolo 1

Industria 4.0

Sulla base della letteratura ad oggi presente, nel primo capitolo viene proposta una definizione del concetto Industria 4.0 e sono analizzate le principali tecnologie abilitanti, adottate dalle imprese manifatturiere, facenti parte della quarta rivoluzione industriale. Con lo scopo di introdurre l’argomento, viene presentato un breve excursus storico su ciò che è stata l’evoluzione tecnologica dal XVIII secolo ad oggi. Mentre il capitolo si conclude con una descrizione di quali sono i benefici attesi dall’implementazione di queste tecnologie in ambito manifatturiero e quali invece le potenziali criticità.

Evoluzione tecnologica: le rivoluzioni industriali

La prima rivoluzione industriale fu osservata principalmente in Gran Bretagna a partire dalla seconda metà del XVIII secolo, ovvero dal 1760 al 1840 circa. Il sistema socioeconomico subì una significativa trasformazione, passando da un sistema agricolo-artigianale a un sistema industriale. I progressi tecnologici chiave furono la macchina a vapore di James Watt, che semplificò la produzione, e il sistema ferroviario, che rese i trasporti efficienti e più potenti. L’impatto di queste innovazioni sulla società è stato rilevante, determinando un aumento della popolazione e della produzione industriale, soprattutto nei settori tessile, metallurgico e minerario.

Il monopolio industriale della Gran Bretagna fu mantenuto per diversi decenni grazie alla sua leadership tecnologica e alla stabilità politica ed economica, impedendo anche l'esportazione di macchinari, lavoratori qualificati e tecniche di produzione, almeno inizialmente. Tuttavia, ben presto alcuni cittadini britannici videro prospettive industriali redditizie all'estero, mentre gli imprenditori dell'Europa continentale cercarono di attrarre il know-how britannico nei loro paesi. La rivoluzione industriale ha avuto così un lento impatto sull’Europa, coinvolgendo gradualmente paesi come il Belgio, la Francia e la Germania (Britannica, 2024).

La seconda rivoluzione industriale iniziò alla fine del XIX, tra il 1850 e il 1914 circa. L’utilizzo della elettricità e del petrolio consentirono ulteriori aumenti della meccanizzazione e della produzione. Henry Ford introdusse la catena di montaggio, un'importante innovazione che portò alla produzione di massa e alla creazione di nuove industrie come quella chimica e automobilistica.

Durante questo periodo, il dominio tecnologico nel mondo fu trasferito dalla Gran Bretagna agli Stati Uniti e alla Germania, complice il rapido sviluppo nei settori dell’acciaio e della chimica, favorito anche dall’aumento della disponibilità del petrolio a prezzi più economici (Britannica, 2024).

La terza rivoluzione industriale ebbe inizio negli anni '70 del secolo scorso, contestualmente all’invenzione dei microchip, e fu caratterizzata da una forte spinta all'innovazione tecnologica, con l'avvento dell'elettronica, dei personal computer e di Internet. Questi cambiamenti hanno contribuito ad un significativo aumento dell'automazione e della produttività, e quindi allo sviluppo di sistemi di produzione sempre meno dipendenti dalla manodopera diretta.

Questa rivoluzione è spesso definita come rivoluzione digitale o rivoluzione informatica e ha avuto un profondo impatto sull'economia e sulla società, aprendo la strada a nuovi modelli di business e di organizzazione del lavoro. Inoltre, la diffusione delle tecnologie digitali ha permesso di integrare sempre più i processi produttivi, dando vita a sistemi interconnessi e intelligenti (Pereira & Romero, 2017).

Figura 1: Le quattro rivoluzioni industriali. Fonte: Ministero dello Sviluppo Economico (2016).

In sintesi, le tre rivoluzioni industriali hanno portato a cambiamenti radicali nei processi produttivi e nell'organizzazione del lavoro, grazie all'introduzione di nuove tecnologie. Dalla meccanizzazione della produzione all'avvento dell'elettronica e dell'informatica, queste trasformazioni hanno avuto un impatto profondo e duraturo sulla società.

Quarta rivoluzione industriale

Il concetto di Industria 4.0 è emerso per la prima volta in Germania nel 2011 alla Fiera di Hannover, presentato dalla “Research Union Economy-Science”, del ministero tedesco dell'istruzione e della ricerca, come effetto della ricerca attuata dalla Germania per raggiungere una migliore posizione competitiva internazionale nella manifattura. L’espressione Industria 4.0 si riferisce quindi alla quarta rivoluzione industriale, a seguito delle rivoluzioni precedentemente descritte, innescate dalla meccanizzazione a vapore, dall'elettrificazione e dall’ IT (Culot, Nassimbeni, Orzes, & Sartor, 2020).

Negli ultimi anni, il panorama industriale globale ha subito profonde trasformazioni a causa degli sviluppi tecnologici e delle innovazioni operate. La quarta rivoluzione può essere paragonata alle precedenti tre, sulla base dei cambiamenti dirompenti nei processi produttivi che sta generando (Pereira & Romero, 2017).

Proposte simili iniziarono a diffondersi a livello globale, come il “Advanced Manufacturing Partnership (AMP)” negli Stati Uniti d’America, e la “European Factories of the Future Research Association (EFFRA)”. A seguito dei primi investimenti, i principali fornitori di tecnologie, con alcune aziende di consulenza, iniziarono a effettuare ricerche accademiche e a produrre i primi paper scientifici riguardanti l’imminente rivoluzione sulle modalità di produzione (Culot, Nassimbeni, Orzes, & Sartor, 2020).

Ad oggi, la quarta rivoluzione si caratterizza per l’integrazione e l’interazione di sensori, macchine, materiali e sistemi IT lungo tutta la catena del valore. Il sistema che ne deriva viene definito come cyber-physical system (CPS), che si distingue per la capacità di interagire con altri sistemi grazie all’utilizzo di internet e la possibilità di analizzare grandi quantità di dati al fine di guidare macchine intelligenti, prevedere guasti e adattarsi ai cambiamenti (BCG, 2015; Strange & Zucchella, 2017).

In concreto, il concetto alla base è l’interconnessione, secondo la quale materiali, impianti produttivi e prodotti finiti vengono dotati di sensori che monitorano in tempo reale il loro stato e la loro posizione, creando un sistema integrato e automatizzato. I dati raccolti permettono successivamente di operare analisi volte al miglioramento di efficienza, velocità e flessibilità produttiva, oltre a continuità operativa, produttività e sicurezza (BCG, 2015; Convertini, 2019).

L’aumento di produttività potrebbe avere importanti implicazioni economiche e potrebbe impattare in maniera significativa anche sul tipo di manodopera richiesta dalle aziende.

Figura 2: Relazioni tra le operazioni manifatturiere. Fonte: BCG (2015).

Tra le tecnologie innovative che rientrano sotto l’etichetta di Industria 4.0 si identificano Internet of Things (IoT), Big Data e Analytics (BDA), realtà aumentata, manifattura additiva, cloud, simulazione, robotica avanzata, integrazione orizzontale e verticale, e cybersecurity. L’interconnessione è riconducibile principalmente all’utilizzo di tecnologie IoT (Romanello & Veglio, 2022).

Tuttavia, l'implementazione di queste tecnologie in azienda può dimostrarsi particolarmente complicata nelle prime fasi. In particolare, sono numerose le lacune che le organizzazioni devono fronteggiare nella selezione delle tecnologie, come le mancanze di finanziamenti, di conoscenza tecnologica, di collaborazioni, di infrastrutture e di regolamentazioni. Inoltre, le aziende devono saper superare la resistenza al cambiamento e devono essere capaci di implementare conoscenze e competenze in grado di creare una forza lavoro qualificata (Romanello & Veglio, 2022).

D’altro canto, la spinta all’investimento in queste tecnologie è giustificata dai risultati attesi, come anticipato si tratta di aumento della produttività, della flessibilità e della riduzione dei tempi, ma alcuni outcome potrebbero essere anche la personalizzazione di massa, la sostenibilità ambientale, la riduzione dei costi di mercato, il miglioramento della qualità dei prodotti finiti e l'innovazione di prodotto e di processo (Romanello & Veglio, 2022).

Tecnologie abilitanti

Il complesso sistema tecnologico dell’Industria 4.0 vede l’integrazione, ai tradizionali sistemi produttivi, di tecnologie digitali basate sulla connettività, sull’informatica e sull’automazione. Queste tecnologie rendono meno evidenti le barriere poste tra il mondo digitale e quello fisico, integrando tutti gli agenti e gli oggetti che prendono parte al processo produttivo. Il sistema così descritto viene definito cyber-physical system (CPS), ed è fondamentale cogliere le sue caratteristiche per comprendere come esso sia parte attiva del processo produttivo basato su tecnologie 4.0 (Pereira & Romero, 2017).

Cyber-Physical System

I Cyber-Physical System (CPS) sono frutto delle principali innovazioni in campo informatico, in linea con l’ondata di progressi che la quarta rivoluzione industriale sta generando. Come precedentemente introdotto, i sistemi di questo tipo svolgono un ruolo chiave per l’integrazione del mondo digitale a quello fisico, con effetti sul coordinamento simultaneo dei processi produttivi e sulla disponibilità di dati elaborati. Pereira e Romero nei loro studi definiscono i CPS come “tecnologie innovative che consentono la gestione di sistemi interconnessi attraverso l'integrazione dei loro ambienti fisici e computazionali” (Pereira & Romero, 2017; pagina 1211).

Ne consegue che calare i CPS nel contesto manifatturiero e dei processi produttivi, porterà a cambiamenti significativi nel settore industriale. Attraverso la connessione ad Internet dei CPS (tecnologie IoT) e la loro applicazione alla produzione, è possibile la realizzazione di una rete di macchine intelligenti tra loro cooperative, creando anche sistemi definiti Smart Factories. Questo tipo di processo richiede l’implementazione di alcune tecnologie pilastro dell’Industria 4.0, al fine di condurre una trasformazione da fabbriche attuali a fabbriche dell’Industria 4.0 (Pereira & Romero, 2017).

Smart Product e Smart Factory

Il concetto di Industria 4.0 in ambito manifatturiero, si concretizza attraverso l’integrazione radicale di tutti i processi produttivi, in cui ogni elemento è capace di comunicare, operare, adattarsi ai cambiamenti e controllarsi in maniere autonoma e decentralizzata, sulla base delle informazioni raccolte (Pereira & Romero, 2017). In questo senso si può parlare di processi produttivi intelligenti o Smart Factory, definita da Radziwona et al. come:“una soluzione produttiva che fornisce processi di produzione flessibili e adattabili che risolverà i problemi che si presentano in un impianto di produzione con dinamiche e rapidamente variabili condizioni limite, in un mondo sempre più complesso. Questa soluzione speciale potrebbe essere...