Il cambiamento climatico è forse la sfida più urgente che il mondo si trova oggi ad affrontare. Al centro dei piani d’azione delineati dalle Nazioni Unite c’è l’impegno a porre fine alla dipendenza mondiale dai combustibili fossili e a passare a soluzioni energetiche sostenibili. Il consenso scientifico internazionale sostiene da tempo che gli sforzi per mitigare i livelli ormai allarmanti di anidride carbonica atmosferica avranno successo solo se e quando saranno combinati con l’adattamento; governi, organizzazioni e privati cittadini di tutto il mondo devono convertirsi all’energia sostenibile. Fortunatamente, le innovazioni emergenti stanno facilitando tale adattamento. L'azienda tedesca Heliatek ha sviluppato una pellicola solare organica pionieristica che sta trasformando in realtà l'obiettivo dell'elettricità verde al 100%, rispondendo alla necessità precedentemente insoddisfatta di un'installazione solare ottimizzata per varie architetture (ad esempio verticale). Fondata nel 2006 come società spin-off dell'Università Tecnica di Dresda e dell'Università di Ulm, Heliatek è stata insignita del prestigioso Premio Tedesco per il Futuro nel 2011 e riconosciuta dal Forum Economico Mondiale come Pioniere Tecnologico nel 2015. L'innovazione chiave di Heliatek, HeliaSol, è un Pellicola solare atossica, ultraleggera e ultraflessibile adatta alla copertura di superfici curve e irregolari. "Ciò che differenzia [HeliaSol] dal fotovoltaico tradizionale è che può coprire segmenti di mercato non coperti dal fotovoltaico tradizionale, soprattutto a causa dei carichi edilizi", spiega l'ingegnere di integrazione dei processi Torsten Weber. Con uno spessore inferiore a 1 mm, HeliaSol consente agli architetti di utilizzare l'intera superficie di una struttura per attività di generazione di energia solare. Questa innovazione progettuale rende la neutralità energetica più raggiungibile nell’ambiente urbano costruito. © RWE © HeliatekDal progetto pilota alla produzione su larga scala Weber, entrato in Heliatek nel 2017, fa parte di un team responsabile dell'ottimizzazione del processo di rendimento presso lo stabilimento pilota e di produzione di massa dell'azienda. Poiché il 2020 segna il primo traguardo della produzione su scala industriale per l'immissione sul mercato dell'azienda, Weber afferma che il trasferimento di tecnologia nel loro ambiente di produzione roll-to-roll personalizzato ha portato con sé alcune sfide uniche. "Il nostro prodotto è davvero nuovo e innovativo", spiega Weber. “Ciò significa che anche le nostre macchine sono uniche e difficili da costruire. Pertanto, il nostro input e i flussi di dati sono fortemente personalizzati”. Mentre le apparecchiature standard arriverebbero con alcune conoscenze di processo legacy e aspettative di controllo statistico del processo (SPC), Weber e i suoi colleghi stanno iniziando da zero per costruire conoscenze di processo monitorando la produzione su più parametri di processo e macchina da diverse fonti nello stabilimento. La definizione dell'SPC per un ambiente di produzione personalizzato inizia con un'indagine metrologica di tutte le misurazioni effettuate dall'apparecchiatura, spiega Weber. Le idee iniziali sui limiti di allarme del fab dovevano essere verificate mediante una combinazione di corse di base ed esperimenti. I dati in uscita sono stati poi adattati per generare i dati necessari per garantire un buon SPC scartando anche i dati inutilizzabili che avrebbero solo sprecato risorse di archiviazione. Una strategia efficiente dei dati, afferma Weber, si basa non solo sulla raccolta ottimale dei dati, ma anche sulla registrazione diligente delle deviazioni. Imparare dai fallimenti è una parte fondamentale del miglioramento del processo e ogni evento fuori controllo aiuta il team a ottenere maggiori informazioni sui limiti del processo. Ma eseguire processi al di fuori delle specifiche può rallentare il processo di commercializzazione e aumentare i costi degli scarti, rendendo imperativo individuare e correggere rapidamente le deviazioni. Per migliorare i tempi di risposta, era necessaria una soluzione migliore. Ecco perché Weber ha creato un dashboard di avvisi personalizzato in JMP®. Uno strumento di allarme personalizzato aiuta gli operatori a reagire rapidamente ai processi fuori controllo Prendendo ispirazione da un tradizionale circuito di allarme, Weber ha utilizzato JMP Scripting Language (JSL) per creare un dashboard personalizzato per la fabbrica Heliatek che avvisa rapidamente gli operatori quando il processo si deposita le tariffe superano le specifiche entro un periodo di tempo prestabilito. "È simile a un pannello di allarme, ma senza tutti i piccoli pulsanti rossi e verdi", spiega. “E con il vantaggio di applicare rapidamente i metodi statistici offerti da JMP.” Il dashboard è stato costruito intenzionalmente pensando alla visualizzazione, spiega Weber, perché un buon design visivo consente agli operatori di capire a colpo d'occhio quali processi stanno funzionando senza controllo. La dashboard mostra più parametri di processo alla volta, ciascuno codificato a colori come un semaforo per indicare il buon funzionamento dei processi. I dati vengono aggiornati come un ciclo continuo, il che significa che in qualsiasi momento, una rapida occhiata potrebbe aiutare a diagnosticare o anticipare i problemi. Tuttavia, poiché gli operatori impegnati non guarderanno sempre il dashboard, una caratteristica fondamentale del sistema è la sua capacità di generare avvisi automatizzati sotto forma di e-mail. Quando un parametro diventa rosso, indicando che è stato superato un limite, il sistema invierà automaticamente un'e-mail a un elenco di persone: operatori, capiturno e ingegneri. Inoltre, un'alternativa alla funzione JSL - “Mail()” esegue il trasferimento della posta tramite il server SMTP interno. Grazie ai semplici script di JMP, Weber può facilmente modificare le impostazioni del dashboard per creare regole ed eccezioni per il sistema di avviso. L'interfaccia grafica del software JMP e la funzionalità di visualizzazione dei dati integrata sono fondamentali non solo per il dashboard stesso, ma anche per la capacità del team di integrazione dei processi di esplorare e apprendere da eventi fuori specifica. Inoltre, i grafici possono essere condivisi anche con utenti non JMP tramite uno script HTML personalizzato, che aiuta anche a superare i postumi del caricamento e a ricaricare automaticamente i componenti aggiuntivi.Miglioramento della resa dell'1-5% nella produzione pilota Sin dal suo lancio, il dashboard degli allarmi di Weber ha ridotto drasticamente i tempi di reazione degli operatori ai processi fuori controllo. Più velocemente gli operatori ricevono un allarme, prima riescono a riunire le persone per trovare una soluzione, dice, e questo ha effetti a catena sul miglioramento della resa e sulla riduzione degli scarti. "Il pannello di allarme probabilmente ha migliorato la resa di circa l'1-5% nella nostra produzione pilota", afferma. "Dipende dall'attività, ma sulla base di una serie di esperimenti e prove, penso che dall'1 al 5% sia un enorme miglioramento." Egli attribuisce questo successo in gran parte alla visualizzazione intuitiva: “Con la nostra scheda di allarme potete vedere rapidamente quando un parametro è fuori controllo. E anche se hai più parametri, è comunque molto semplice, non solo con la scheda allarmi ma anche quando pensi al Costruttore di grafici." "Utilizziamo il Costruttore di grafici sia per il pannello degli allarmi che per altri dati che vogliamo analizzare per ottenere una rapida panoramica attraverso correlazioni o distribuzioni." È ciò che Weber chiama “visualizzazione dei dati rapida e sporca”; il data crunching e l'analisi esplorativa aiutano a costruire una comprensione più profonda del processo e l'interazione con vari parametri. JMP® è uno sportello unico sia per la visualizzazione dei dati che per l'analisi avanzata. La visualizzazione interattiva e di facile utilizzo è stata una delle considerazioni principali alla base della decisione di Weber di concedere in licenza JMP. Weber afferma: "Volevamo avere un software analitico che la maggior parte delle persone qui [in Heliatek] potesse utilizzare". Mentre altri pacchetti offrono funzionalità grafiche e i linguaggi di codifica open source avrebbero potuto essere utilizzati per creare una dashboard personalizzata, il bello di JMP era che faceva entrambe le cose. E sebbene il team di Weber non abbia ancora raggiunto un punto nella vita della fab in cui la progettazione degli esperimenti (DOE) sia utile, Weber afferma che prevede di iniziare a utilizzare questa funzionalità molto presto. "JMP è un software davvero interessante e facile da usare che dispone anche di funzionalità interessanti come DOE e tutte le altre analisi statistiche di cui potrei aver bisogno", afferma. “Avere questo strumento – e anche poter programmare con questo strumento – è fantastico. In JMP hai un software in cui puoi analizzare i dati e anche creare alcune delle tue applicazioni con script. Con JSL puoi imparare rapidamente molte cose. Aprire la strada alle applicazioni di deep learning Man mano che i flussi di dati e i sistemi di produzione diventano sempre più automatizzati, Weber afferma di prevedere un ruolo ancora maggiore per i dashboard e le visualizzazioni dei dati a ciclo continuo. In un lasso di tempo non breve, Heliatek automatizzerà, in tutto o in parte, un numero maggiore di processi relativi ai dati e un sistema digitalizzato potrebbe utilizzare algoritmi per apprendere e rispondere ad avvisi di eventi fuori controllo. "Sarà una storia infinita di ottimizzazione", afferma Weber. E questo è un bene: i continui cicli di innovazione di aziende pionieristiche come Heliatek contribuiscono a risolvere la crisi climatica. Con l’aumento della produzione della sua pellicola solare organica, sempre più edifici saranno in grado di diventare completamente neutrali dal punto di vista energetico.
