Ingegnerizzazione e Automazione del Processo di Produzione Tradizionale del Pane Carasau mediante l’utilizzo di tecnologie IoT (IAPC)

Finanziato nell’ambito della risposta dell’Unione alla pandemia di COVID-19.

Il progetto IAPC ha avuto come obiettivo l’analisi e l’ottimizzazione del processo produttivo artigianale del pane carasau, per il raggiungimento del quale si sono svolte una serie di attività tese a:

• mappare le criticità del processo e del sistema industriale, individuare quelle a più alta priorità di intervento e proporre soluzioni correttive efficaci;
• introdurre procedure per l’aumento della efficienza del processo mirate all’aumento della produttività delle aziende artigiane che producono carasau, con una sensibile riduzione dei costi.

Il processo produttivo delle aziende che producono carasau in maniera artigianale è per lo più un processo già parzialmente automatizzato, ma presenta diverse criticità in tutta la filiera di produzione a partire dalla sala impasti fino al confezionamento e stoccaggio del prodotto finito. La maggior parte dei problemi risiede nel fatto che i parametri di processo sono stabiliti con criteri empirici non ottimizzati che in taluni casi comportano elevate quantità di sfrido (perdite di elevate quantità di impasto) nonché rallentamenti nella produzione (sottoutilizzo della capacità produttiva dell’impianto).

IAPC ha puntato quindi ad automatizzare il processo di produzione di carasau in maniera artigianale proponendo un processo integrato di produzione che unisce tra loro elementi di “Industria 4.0”, conoscenze e competenze accademiche sullo stato dell’arte e realtà aziendale produttiva. In particolare, l’obbiettivo iniziale è stato quello di realizzare un sistema a ciclo chiuso di tutto il processo produttivo del pane carasau, a partire dagli ingredienti, sino ad arrivare alla fase di confezionamento del prodotto alla sua gestione in magazzino. Nello specifico, il progetto è stato basato su una ottimizzazione del processo, integrando nuove tecniche di gestione e moderni strumenti tecnologici ICT, con particolare riguardo ai sistemi di identificazione ottici e a radio frequenza (che sfruttano il paradigma IOT) delle caratteristiche delle materie prime, dei semilavorati e del prodotto finale.

Il progetto è stato strutturato in 4 aree principali.

• Analisi delle criticità tecnologiche e di processo nella produzione artigianale del carasau, condotta dai gruppi del DIEE di UNICA e di Studio-A Automazione che ha compreso:
• Un’analisi delle fasi del processo, mirata all’identificazione delle fasi più critiche e alla loro mappatura in termini di monitoraggio, a seguito dell’applicazione di metodologie di analisi dei rischi (es. Analisi FMEA: Failure Mode, Effects and Criticality Analysis, analisi FTA: Fault Tree Analysis), per un miglioramento delle procedure che vanno dagli ingredienti base fino al confezionamento del prodotto finito.
• Un’analisi delle fasi del processo, mirata all’identificazione delle criticità tecnologiche e alla loro mappatura, attualmente in essere nelle aziende artigianali che producono carasau.
• Un’analisi delle materie prime e del loro utilizzo in sala impasti per definire delle caratteristiche standard dell’impasto da lavorare, funzionali alla gestione ottimale di tutte le fasi che seguono.
• L’ingegnerizzazione tecnologica e ottimizzazione di processo, condotta dai gruppi di UNICA e di Studio-A Automazione.

In questa fase Studio-A Automazione si è occupata della progettazione e conseguente messa in opera di nuove tecnologie di automazione e controllo di processo al fine di migliorare l’efficienza e la rispondenza delle attuali tecnologie disponibili in impianto ai requisiti minimi di implementazione di un controllo distribuito. Le fasi sopra elencate nascono dall’analisi descritta nella prima area principale, da inserire nella filiera di produzione per ottimizzare il processo artigianale di produzione del carasau. Il fine è stato quello di trasformare il processo di produzione del carasau (nelle sue fasi più critiche ed impattanti in termini produttivi) da un processo a ciclo aperto con forte impatto manuale/operativo ad un processo a ciclo chiuso altamente automatizzato.

• Prototipazione

In questa fase Studio-A Automazione si è occupata:

• della prototipazione e sviluppo delle reti di automazione basate sulle tecnologie più innovative disponibili attualmente sul mercato. Si è proceduto alla messa in opera di sistemi quali PLC, sistemi SCADA PC based e/o sistemi di controllo basati sul principio distribuito DCS. Si sono inoltre valutate tutte le modifiche tecnologiche necessarie al fine di trasformare il processo di produzione del carasau da un processo a ciclo aperto ad un processo a ciclo chiuso automatizzandolo il più possibile.
• della prototipazione dell’architettura hardware progettata dal DIEE che fa uso di single board computer (SBC) e sensoristica dedicata abilitante, per il monitoring degli intermedi di processo.
• dell’implementazione del software basato su tecnologie Open Source, progettato dal DIEE che ha funzionalità evolute, integrate col sistema di sensoristica dedicata, che eroga i servizi per la gestione dei processi del sistema di monitoring di produzione del pane carasau. Tale software rende fruibili le informazioni acquisite dalla rete di sensori e applicherà delle correzioni sul processo qualora ci siano delle anomalie sul processo di produzione vada in cottura evitando così degli sprechi.
• Test sperimentale delle tecnologie di monitoraggio e automazione del processo produttivo sugli impianti di produzione

In questa fase di MFM ha effettuato sui propri impianti di Fonni i test di validazione del modello matematico del processo, la verifica della sua affidabilità, la verifica del funzionamento sul campo dei prototipi delle macchine e dei dispositivi messi a punto, nonché dei sistemi di controllo sviluppati, al fine di ottenere un prodotto con caratteristiche standardizzate ottimali e di gestire il processo in maniera efficiente tramite l’ottimizzazione dei parametri di configurazione delle macchine e delle fasi lavorative.

Il progetto ha avuto quindi come Obiettivo Finale l’analisi e l’ottimizzazione del processo produttivo artigianale del pane carasau diventando a tutti gli effetti un case study applicativo per una scalabilità ad una gamma molto più ampia di prodotti da forno.

Il sistema a ciclo chiuso rappresenta infatti una soluzione alle problematiche principali delle produzioni di pane carasau: la maggior parte delle criticità risiede nel fatto che i parametri di processo sono stabiliti con criteri empirici non ottimizzati che in taluni casi comportano elevate quantità di sfrido (perdite di elevate quantità di impasto) nonché’ rallentamenti nella produzione (sottoutilizzo della capacità produttiva dell’impianto).

La soluzione individuata per l’ottimizzazione del processo ha quindi perseguito le seguenti prestazioni:

• Decremento nello spreco di impasto;
• Risparmio nei tempi di produzione;

Tali prestazioni puntano ad incidere sulla competitività dell’offerta, migliorando il rapporto tra costi e qualità in ragione di un processo che riduce gli sprechi di materiale e di tempi e che consente una gestione più efficace delle materie impiegate in una prospettiva di qualità degli output.

Il progetto ha mirato ad uno scopo inedito dal punto di vista del supporto tecnologico ai processi produttivi, soprattutto per un settore di PMI, considerato di nicchia rispetto all’agroalimentare nazionale, ma con grandi potenzialità per le caratteristiche del prodotto:

• Facile trasporto,
• Leggerezza,
• Riconoscibilità,
• Bontà e
• Potenzialità elevate di esportazione.