Esperienze dei clienti

La tecnologia per un futuro neutrale dal punto di vista energetico esiste.

Si tratta solo di produrla su larga scala. 

Heliatek, primo grande produttore al mondo di soluzioni solari organiche a film sottile, usa una dashboard automatizzata per assumere il controllo dei processi statistici nel proprio ambiente di produzione pilota

Il cambiamento climatico è forse la sfida più urgente che il mondo si trova ad affrontare oggi. Di primaria importanza nei piani d'azione delineati dalle Nazioni Unite è l'impegno a porre fine alla dipendenza mondiale dai combustibili fossili e a passare a soluzioni energetiche sostenibili. Gli scienziati di tutto il mondo sono concordi nel dire da tempo che gli sforzi per mitigare i livelli oramai allarmanti di anidride carbonica nell'atmosfera avranno successo solo se saranno associati a un adattamento globale: governi, organizzazioni e privati cittadini di tutto il mondo devono passare alle fonti di energia rinnovabili. Per fortuna le innovazioni emergenti semplificano questo adattamento.

L'azienda tedesca Heliatek ha sviluppato un'innovativa pellicola fotovoltaica organica che trasforma in realtà l'obiettivo di un'elettricità verde al 100 %, trovando risposta alla richiesta di un'installazione solare ottimizzata per diversi tipi di architetture (ad es. verticali). Fondata nel 2006 come società spin off dell'Università tecnica di Dresda e dell'Università di Ulm, Heliatek ha ricevuto il prestigioso German Future Prize nel 2011 ed è stata riconosciuta come pioniera nel settore tecnologico dal Forum Economico Mondiale nel 2015.

HeliaSol, l'innovazione principale di Heliatek, è una pellicola fotovoltaica atossica, ultraleggera e superflessibile adatta alla copertura di superfici curve e irregolari. “Quello che distingue [HeliaSol] dal fotovoltaico tradizionale è la capacità di rispondere alle esigenze di quei segmenti di mercato che quest'ultimo lasciava scoperti, specialmente a causa degli elevati consumi degli edifici”, spiega Torsten Weber, ingegnere dell'integrazione dei processi. Con meno di 1 mm di spessore, HeliaSol consente agli architetti di sfruttare l'intera superficie di una struttura per la generazione di energia elettrica. Grazie a questa innovazione progettuale è possibile ottenere la neutralità energetica negli spazi urbani edificati.  

Dalla produzione pilota a quella su larga scala

Weber, che si è unita a Heliatek nel 2017, fa parte di un team che si occupa dell'ottimizzazione della resa dell'impianto di produzione pilota e in serie dell'azienda. Nel 2020 la società ha raggiunto il primo traguardo produttivo su scala industriale go-to-market e Weber afferma che l'ingresso della tecnologia nel loro ambiente di produzione su rotoli personalizzato ha comportato delle sfide uniche.

“Il nostro prodotto è davvero nuovo e innovativo”, spiega Weber. “Di conseguenza, anche i nostri macchinari sono unici e impegnativi da costruire. I nostri input e flussi di dati sono fortemente personalizzati”. Non sono quindi attrezzature standard, per cui si possiede già una certa conoscenza delle procedure e una serie di aspettative sul controllo dei processi statistici (SPC), per cui Weber e i suoi colleghi devono acquisire queste competenze a partire da zero, tramite il monitoraggio della produzione in più processi e dei parametri dei macchinari da diverse fonti all'interno dello stabilimento.

Weber spiega che per determinare un SPC per un ambiente di produzione personalizzato si inizia da un'indagine metrologica di tutte le misurazioni effettuate dai macchinari.  È necessario verificare le prime idee sui limiti di avvertimento dello stabilimento tramite una combinazione di prove ed esperimenti iniziali. Gli output sono poi regolati per generare i dati necessari a garantire un buon SPC, mentre i dati inutilizzabili che occuperebbero inutilmente le risorse di archiviazione vengono eliminati.

Weber afferma che una strategia di dati efficace non si basa solo su una raccolta delle informazioni ottimale, ma anche su una registrazione accurata delle deviazioni. Imparare dagli errori è una tappa fondamentale del miglioramento dei processi e ogni singolo evento anomalo è utile al team per saperne di più sui limiti dei processi stessi. Tuttavia, l'esecuzione dei processi al di fuori delle specifiche può causare un rallentamento nella procedura di commercializzazione e implicare costi per gli scarti dovuti alla necessità di individuare e correggere le deviazioni. Per migliorare i tempi di risposta, era quindi necessaria una soluzione più adeguata.

Ecco perché Weber ha creato una dashboard degli avvisi personalizzata in JMP®.

Uno strumento di avviso costruito su misura aiuta gli operatori a far fronte velocemente ai processi anomali 

Ispirandosi a un tradizionale circuito di allarme, Weber ha utilizzato il linguaggio di scripting di JMP (JSL) per costruire una dashboard personalizzata per Heliatek che avvisa rapidamente gli operatori quando i tassi di deposito del processo superano le specifiche nel periodo di tempo impostato. “È simile a un sistema di allarme, ma non ha tutti quei pulsantini rossi e verdi”, spiega. “E ha il vantaggio di applicare velocemente i metodi statistici offerti da JMP”.

Weber spiega che la dashboard è stata intenzionalmente sviluppata tenendo a mente la visualizzazione, perché una progettazione grafica di qualità permette agli operatori di capire in un attimo quali sono i processi anomali. La dashboard mostra più parametri di processo contemporaneamente, ognuno dei quali ha un codice colore, come se fosse un semaforo, per indicare il grado di funzionamento. L'aggiornamento dei dati a ciclo continuo consente di diagnosticare o accorgersi in anticipo dei problemi in qualsiasi momento con una rapida occhiata.

Tuttavia, poiché gli operatori sono indaffarati e non possono guardare sempre la dashboard, una delle funzionalità chiave del sistema è la capacità di generare avvisi automatici via e-mail. Quando un parametro diventa rosso, ossia quando un limite viene superato, il sistema invia automaticamente un'e-mail a un elenco di persone che comprende operatori, supervisori e ingegneri. Inoltre, un'alternativa analoga alla funzione “Posta” di JSL esegue il trasferimento della posta tramite un server SMTP interno.

Tramite semplici script in JMP, Weber può facilmente regolare le impostazioni della dashboard per creare regole ed eccezioni al sistema di avviso. L'interfaccia grafica e la funzionalità integrata di visualizzazione dei dati del software JMP sono essenziali non solo per la dashboard, ma anche per consentire al team di integrazione dei processi di approfondire e imparare dagli eventi che non rientrano nelle specifiche. Inoltre, è possibile condividere i grafici anche con utenti che non utilizzano JMP tramite uno script HTML personalizzato, utile a superare i residui di caricamento e gli add-in di ricaricamento automatico. 

Miglioramento della resa dell'1-5 % nella produzione pilota

Dal momento in cui è stata lanciata, la dashboard degli avvisi di Weber ha ridotto drasticamente i tempi di reazione degli operatori ai processi anomali. Come affermato da Weber, quanto prima gli operatori ricevono un avviso, tanto più velocemente possono riunirsi per trovare una soluzione. In questo modo si crea un effetto domino di miglioramento della resa e riduzione degli scarti.

“La dashboard degli avvisi ha migliorato la resa dell'1-5 % nella nostra produzione pilota”, dice. “Dipende dall'incarico, ma, sulla base di una serie di esperimenti e prove, penso che un miglioramento che va dall'1 al 5 % sia notevole”.

Weber attribuisce gran parte di questo successo alla visualizzazione intuitiva: “La nostra dashboard degli avvisi consente di individuare rapidamente il parametro anomalo. È molto semplice anche quando i parametri sono più di uno. Non mi riferisco solo alla dashboard, ma anche al Costruttore di grafici”.

“Utilizziamo il Costruttore di grafici sia per la dashboard degli avvisi, sia per altri dati che vogliamo analizzare per ottenere una panoramica rapida tramite correlazioni o distribuzioni”, che Weber definisce “panoramica spicciola”. L'elaborazione e l'analisi esplorativa dei dati contribuiscono a far capire meglio il processo e l'interazione con i diversi parametri.

JMP® è un punto di riferimento sia per la visualizzazione dei dati sia per l'analisi avanzata

La visualizzazione interattiva e di facile utilizzo è stata uno dei motivi principali per cui Weber ha deciso di utilizzare JMP. “Volevamo un software analitico che potesse essere usato dalla maggior parte dei dipendenti [di Heliatek]”, dice Weber.

Alcuni pacchetti offrono funzionalità grafiche, mentre i linguaggi di programmazione open source consentono di creare delle dashboard personalizzate. JMP, invece, fa entrambe le cose. Nonostante il team di Weber non abbia ancora avuto la necessità di usare il disegno di esperimenti (DOE) , Weber conta di iniziare a sfruttare questa funzionalità a breve.

“JMP è un software allettante e facile da usare che offre funzionalità interessanti come il DOE e tutte le altre analisi statistiche di cui potrei aver bisogno”, dice. “È fantastico disporre di uno strumento del genere e poterlo usare per la programmazione. JMP offre un software con cui si possono analizzare i dati e realizzare alcune applicazioni proprie tramite script. Grazie a JSL, poi, si imparano velocemente molte cose”. 

Aprire la strada alle applicazioni di deep learning

Considerata la crescente automatizzazione dei flussi di dati e dei sistemi di produzione, Weber prevede che le dashboard e le visualizzazioni di dati a ciclo continuo assumeranno un ruolo via via più importante. Tra qualche tempo, saranno sempre di più i processi di dati di Heliatek automatizzati, del tutto o in parte, e un sistema digitalizzato potrebbe usare degli algoritmi per riconoscere e rispondere agli avvisi di eventi anomali.

“Sarà un circolo virtuoso di ottimizzazione”, afferma Weber. È una cosa positiva: i continui cicli di innovazione delle aziende all'avanguardia come Heliatek contribuiscono a risolvere la crisi climatica. Grazie all'aumento della produzione di pellicola fotovoltaica organica, più edifici potranno diventare completamente neutrali dal punto di vista energetico.