Arriva la rivoluzione digitale in cantiere

Il cantiere connesso

L’estensione e il miglioramento della connettività digitale spinto da tecnologie come 5G, satelliti LEO (low earth orbit), fibra ottica sta avendo un forte impatto anche sull’ecosistema del cantiere, che da luogo scarsamente servito se non isolato sta diventando sempre più connesso e quindi in grado di generare dati e informazioni utili a migliorarne l’efficienza e i processi decisionali. La possibilità di monitorare in tempo reale posizione e utilizzo delle macchine, così come la disponibilità di informazioni diagnostiche e prestazionali, rappresenta un supporto ormai indispensabile per migliorare la gestione delle flotte, ridurre i consumi di carburante, aumentare la sicurezza, migliorare la pianificazione di controlli e manutenzione e, in definitiva, una delle aree in cui le imprese edili possono maggiormente beneficiare già oggi dei vantaggi di un cantiere connesso.

Un risultato alla cui base si trova la collaborazione sinergica di tecnologie già esistenti, a volte da tempo, ma che nella connettività stanno trovando lo strumento per esprimersi al meglio. Nella sua accezione più completa, in particolare, l’espressione “cantiere connesso” si riferisce a un ecosistema di connessioni digitali in tempo reale tra persone, macchine e attrezzature, materiali e progetti, fruibili in cantiere e in remoto, residente su una piattaforma informativa centralizzata, fisica o residente su cloud, che fornisce dati e informazioni a supporto dei processi decisionali afferenti una molteplicità di ambiti, dalla pianificazione delle lavorazioni alla gestione del personale, dall’approvvigionamento dei materiali alla organizzazione e gestione di macchine e attrezzature.

il sistema ProViu 360 di Continental, recentemente aggiornato offre all’operatore una visione a 360° in tempo reale del veicolo grazie a una serie di telecamere grandangolari opportunamente posizionate Ma la connettività è anche requisito indispensabile di un orizzonte prossimo venturo ancor più rivoluzionario come l’ingresso dell’intelligenza artificiale in cantiere. La connessione macchina – cloud permette ad esempio l’analisi AI dei dati e, su questa base, il miglioramento e l’espansione delle funzioni automatizzate già presenti a bordo macchina, così come l’implementazione di nuove funzionalità. Tali opportunità naturalmente non riguardano solo l’”hardware” del cantiere ma consentono di ottimizzare l’efficienza e la produttività di tutta la sua organizzazione, dalla verifica in tempo reale dell’avanzamento lavori all’automazione di operazioni ripetitive e a basso contenuto tecnologico come il rilevamento di scorte e quantità o la gestione del personale, migliorando più in generale i flussi informativi e la comunicazione. Ma questi sono ambiti che già da tempo sfruttano i vantaggi del digitale e della connettività, mentre il mondo delle macchine e attrezzature è ancora all’inizio di un percorso che oggi, grazie all’Intelligenza Artificiale, alla connettività e alla sua naturale evoluzione, l’interoperabilità – ovvero la possibilità di mettere in comunicazione diverse piattaforme digitali e apparati – promette di essere ancor più rivoluzionario.

Verso le macchine autonome

Anche se ancora lungo dal punto di vista dell’implementazione industrializzata, il passo dal cantiere connesso a macchine sempre più autonome è concettualmente breve. E per quanto anche i più ottimisti non ritengano realistico l’obiettivo di una completa indipendenza operativa della macchina dall’uomo a breve termine, è un fatto che l’automazione di una serie di movimenti e operazioni svolte dalla macchina è già una realtà, e una realtà destinata a crescere in maniera esponenziale, innanzitutto in ambiti come l’esecuzione di compiti laboriosi e ripetitivi che ben si prestano all’automazione. Certo, bisogna fare i conti col fatto che l’edilizia è per tradizione uno dei settori più lenti nell’adozione di tecnologie innovative, ma fattori come la crescente carenza di forza lavoro qualificata, l’esigenza di raggiungere livelli di mitigazione dei rischi sempre più elevati e, non ultimo, la necessità di contenere i costi potrebbero rappresentare driver di straordinaria efficacia nello stimolare questa evoluzione. Che, del resto, è già cominciata.

Basti pensare ad esempi già oggi concretamente parte delle pratiche operative del cantiere come il controllo automatico del livellamento del terreno, la parziale remotizzazione dei comandi o, guardando a un futuro ormai prossimo, i progressi della robotizzazione in lavorazioni tipiche del cantiere edile come la posa di intonaci, cartongesso, murature, lo scavo di trincee, la legatura dei ferri d’armatura, e ancor più ad ambiti come le costruzioni stradali e il mining con, da un lato, le sperimentazioni riguardanti i mezzi d’opera a guida automatica, dall’altro quelle che coinvolgono macchine da perforazione e pale in un contesto, come quello delle cave, che può trarre vantaggio da fattori come la presenza di percorsi fissi e vincolati e un ambiente relativamente controllato. Gli investimenti non mancano, sia da parte dei costruttori che delle istituzioni; basti pensare che il governo federale statunitense ha investito nel 2021 oltre 6 miliardi di dollari nella sola ricerca dei sistemi di guida autonoma, che rappresentano solo una frazione delle possibili applicazioni di questa nouvelle vague tecnologica.

Connessione e sicurezza

Connettività significa anche interoperatività e collegamento di sensori e dispositivi IoT in grado di tracciare persone, macchine e attrezzature, un vero e proprio “sistema nervoso” del cantiere in grado di raccogliere e gestire informazioni per le più diverse finalità, prima fra tutte la sicurezza. Già oggi i cosiddetti wearable, ovvero dispositivi indossabili come sensori RFID, caschi e abbigliamento, stanno mostrando risultati promettenti in termini di sicurezza sul posto di lavoro offrendo un contributo importante alla riduzione degli incidenti. Tali dispositivi possono ad esempio monitorare il movimento degli operatori per rilevare cadute, ingresso in aree pericolose, esposizione ad alte temperature, rumore ed emissioni oltre a tutti i parametri vitali. Accanto ai wearable, i dispositivi IoT si prestano a una serie pressoché infinita di applicazioni, di cui oggi solo la minima parte è stata esplorata; basti pensare al monitoraggio di scorte e consegne di materiali, al rilevamento di rumore, vibrazioni e movimenti, alle applicazioni nell’ambito della realtà virtuale e aumentata e, in ambito macchine e attrezzature, alla raccolta di dati utilizzabili non solo in caso di avarie ma anche per una disciplina dall’enorme potenziale come quella della manutenzione predittiva. Guardando un passo più in là, è assai plausibile che in futuro l’utilizzo di tecnologie di riconoscimento visivo come radar, lidar e sistemi di telecamere avrà un impatto importante nel percorso verso l’integrale autonomia operativa delle macchine in combinazione con l’adozione di algoritmi di intelligenza artificiale e apprendimento automatico per la gestione dei movimenti, il monitoraggio delle condizioni operative del cantiere, l’analisi predittiva dei rischi per la sicurezza, il miglioramento della produttività. I dispositivi digitali stanno insomma imparando ad imitare ciò che gli esseri umani hanno appreso in cantiere, ma sono in grado di farlo meglio e più velocemente, e le ricadute di tutto questo sono tali da non essere ancora pienamente immaginabili.

Il ruolo dei Big Data

Particolarmente attiva in questi ultimi anni sul fronte delle tecnologie evolute per il cantiere, Komatsu ha recentemente aggiunto alla sua suite di soluzioni high – tech due nuovi strumenti, Smart Construction Field e Smart Construction Drone. La prima è una app mobile che consente di registrare l’attività in cantiere e analizzarne l’efficienza operativa, tenendo traccia di lavorazioni, costi, gestione del personale e materiali, la seconda è uno strumento di rilievo basato su drone che permette di ispezionare in remoto i cantieri e acquisire misurazioni utilizzabili per il controllo e la fatturazione delle lavorazioni eseguite senza necessità di intervento umano. Connessione, sensori e dispositivi di rilevamento significano dati. Tanti dati. O meglio Big Data, come oggi si usa dire con un’espressione dalla portata ancora inesplorata. Una cosa è comunque certa, ovvero che si tratta di dati fruibili e soprattutto monetizzabili in diverse forme. La catena del valore delle costruzioni sta creando e archiviando dati da un elenco quasi infinito di fonti come Building Information Modeling (BIM), database proprietari, software di computo e pianificazione, informazioni rilevate sul campo da operatori e dispositivi IoT.

Dati che hanno innanzitutto una ricaduta economica diretta e immediata in termini di miglioramento dei processi decisionali, della produttività, dell’efficienza operativa delle macchine e dei loro consumi, di abbattimento dei tempi morti e velocizzazione delle lavorazioni. Ma è facile prevedere che da qui ai prossimi anni chi lavora sul campo metterà a frutto questo patrimonio informativo anche vendendolo a terzi. I sensori sulle macchine edili, in particolare, hanno un grande potenziale in questo senso perché sono presenti in cantiere 24 ore su 24 e possono raccogliere informazioni in maniera continuativa su meteo, condizioni del terreno, rumore, vibrazioni e molto altro. Si pensi al potenziale di centinaia di migliaia se non milioni di mezzi d’opera interconnessi i cui dati, se ora sono custoditi in server privati, potrebbero trovare utilizzo in molteplici ambiti e a diverse scale con le relative ricadute economiche per i loro proprietari.

Cantieri autonomi: fantascienza o futuro prossimo?

Il retrofitting è una pratica sempre più diffusa per implementare a bordo macchina sistemi di automazione evoluti. Un esempio interessante è l’esperienza di SafeAI e Obayashi Corporation, che hanno allestito un dumper articolato Cat 725 con un impianto di guida automatica. Ritornando al punto di partenza di queste riflessioni, ovvero la prospettiva di un prossimo futuro fatto di cantieri e macchine con un certo grado di autonomia e automazione, è il momento di chiedersi quanto questa sia lontana nel tempo. La risposta più realistica è non poco, ma meno di quanto si pensi. Esperienze che hanno già superato il livello della prototipazione sono già sul campo, soprattutto grazie al lavoro di aziende specializzate in robotica e automazione che hanno sperimentato con successo interventi di retrofit su macchine di serie. E’ il caso ad esempio di SafeAI e Obayashi Corporation, che hanno presentato un dumper articolato Cat 725 a guida autonoma, di Autonomous Solutions che sta sviluppando in collaborazione con Epiroc Drilling Solutions una piattaforma di comando autonomo per perforatrici idrauliche, o ancora del sistema di guida automatica messo a punto da Trimble per i compattatori stradali, senza contare esperienze ancor più avanzate, sia pure ancora allo stadio di prototipo, come il dozer senza operatore di Shantui, costruttore cinese di macchine da cantiere, o l’escavatore interamente robotizzato progettato dall’istituto di ricerca americana o SRI International. Di fronte a queste e a tante altre esperienze, e soprattutto al ritmo accelerato con cui stanno cadendo le tradizionali barriere tecnologiche, è lecito domandarsi quando – e se – arriveremo mai al momento in cui la presenza umana in cantiere sarà rarefatta e dedicata solo a compiti particolari e che richiedono non autonomia operativa ma decisionale. La risposta è che i tempi sono ancora acerbi, ma se guardiamo a un settore di cui il construction è sempre più tributario in termini di ricadute tecnologiche, l’automotive, potremmo avere delle sorprese. Già nel 2014 la Society of Automotive Engineers aveva stabilito sei gradi di autonomia dal livello 0, che indica i veicoli con controlli completamente manuali, al livello 5, in cui non vi è alcuna interazione umana nella gestione di un veicolo e anche se nessuno ha ancora realizzato un vero sistema di livello 5 i progressi in questo senso sono sempre più rapidi. E’ perciò plausibile attendersi una corrispondente evoluzione nelle macchine movimento terra, con il progressivo passaggio dalle semplici funzioni di assistenza all’automazione delle attività già ora disponibili a un grado di autonomia operativa sempre più spinto. Il tutto inserito all’interno di un contesto, quello del cantiere, anch’esso orientato in questa direzione, supportato dalle tecnologie digitali e di connessione di cui abbiamo parlato.

I numeri parlano chiaro

Volvo CE crede nell’automazione. Tramite la sua divisione Autonomous Solutions il costruttore svedese sta sperimentato in collaborazione con Holcim un dumper a guida automatica destinato all’industria estrattiva Alcuni numeri sembrano supportare queste previsioni: Caterpillar ha dichiarato che i suoi 550 veicoli a guida semiautonoma destinati al settore minerario hanno movimentato nel 2021 oltre 5 miliardi di tonnellate di materiale estratto, e risultati non dissimili sono stati pubblicati da Komatsu, mentre un altro gigante del settore, Volvo CE, sta sviluppando attraverso la sua branch Autonomous Solutions una soluzione di trasporto automatizzata full electric in collaborazione con il colosso del cemento Holcim a servizio delle sue cave di calcare. Certo si tratta di contesti operativi caratterizzati da operazioni e percorsi serializzati e ripetitivi, mentre al contrario il cantiere edile è luogo dalle mille variabili dove anche le operazioni di base come scavi e movimentazioni presentano un certo grado di complessità e le problematiche di sicurezza numerose. E quindi ragionevole pensare che questa evoluzione comporti in una qualche misura anche un ripensamento degli stessi processi di cantiere, da reinventare secondo parametri coerenti con l’obiettivo finale della loro automazione.

La quarta rivoluzione industriale

In fondo è quanto sta accadendo, sia pure a uno stadio ancora embrionale, con i sistemi di comando remoto in cui l’operatore controlla la macchina rimanendo in linea di vista con la stessa tramite radiotrasmittente; uno, anzi molti passi più in là si situano i sistemi di comando remoto senza macchina a vista, e quelli di supervisione operativa remota di intere flotte, esperienze che ad oggi sono ancora in fase sperimentale se non sulla carta. La tecnologia è comunque vivace, soprattutto grazie alla ricerca di società specializzate che stanno sperimentando svariati sistemi di retrofit su macchine di serie per testarne il funzionamento senza operatore. Le soluzioni sono svariate, e generalmente composte da sistemi pensati per operare congiuntamente. Il sistema di retrofit messo a punto dalla citata SafeAI, ad esempio, utilizza hardware standard come LiDAR, telecamere, radiocomandi, computer e connessione remota pilotati da una piattaforma proprietaria che gestisce le operazioni dei mezzi d’opera e quelle del cantiere. Un approccio simile è quello seguito da ASI per il settore minerario, per il quale sta mettendo a punto soluzioni di automazione in collaborazione con Cat e Komatsu ma potenzialmente esportabili anche a macchine di altri costruttori.

C’è poi il segmento estremamente vivace delle macchine specializzate, fra tutti quello delle macchine per perforazioni e scavi in sotterraneo, dove una delle esperienze più avanzate è quella del Robotic Roadworks and Excavation System (RRES) di ULC Technologies, basato su un braccio robotizzato montato su un carro di perforazione cingolato per eseguire una molteplicità di lavorazioni, dall’esecuzione di fori di precisione agli interventi di manutenzione e prospezione. La ricerca, insomma, è al lavoro a pieno regime, e soprattutto può contare su un driver di straordinaria efficacia, la redditività. E’ facile immaginare che la messa a punto di un sistema capace di realizzare una specifica lavorazione a un costo inferiore anche solo del 10% rispetto allo standard innescherebbe una rivoluzione che nel giro di pochi anni farebbe da traino all’intero settore. La strada verso risultati di questa entità è naturalmente ancora lunga. Ma è stata tracciata.

fonte macchine edili news