Potrà il design generativo rendere sostenibile il settore manifatturiero?
Secondo i dati diffusi dal Copernicus Climate Change Service, Il 2019 è stato l’anno più caldo della storia Europea. L’opinione pubblica si mostra sempre più ansiosa: da quanto emerge da un indagine della Banca Europea, complessivamente l’83% degli italiani si sente allarmato o preoccupato quando pensa ai cambiamenti climatici. I consumatori tengono sempre più conto delle questioni ambientali quando scelgono cosa acquistare, stimolando i produttori a diventare più green e ad adottare un design sostenibile.
L’aiuto ci viene dalla tecnologia. In particolare, nei prossimi anni il design generativo potrà portare sempre maggiori benefici in termini di sostenibilità nell’industria manifatturiera.
Meno è meglio
Il design generativo utilizza l’intelligenza artificiale per fornire e analizzare rapidamente le soluzioni possibili per un dato problema, permettendo una sostanziale riduzione del tempo necessario per risolverlo in modo iterativo.
Negli ultimi dieci anni, questa tecnologia ha trovato sempre più sostenitori nel settore manifatturiero. Con il miglioramento della potenza di calcolo computazionale e dei software, sempre più aziende sono infatti interessate a incorporare il design generativo nei loro flussi lavorativi.
Fino a oggi, l’uso più comune del design generativo nel settore manifatturiero ha riguardato la componentistica alleggerita, poiché ha permesso, attraverso i processi di produzione additiva, di ridurre il peso di un componente mantenendone la funzionalità.
Per esempio, General Motors (GM) ha impiegato il design generativo per unire in un pezzo unico una staffa per sedili composta da otto parti, rendendo nel contempo la nuova staffa più leggera del 40% e più resistente del 20%. Anche Airbus ha usato il design generativo per rimodellare i pannelli delle partizioni interne dell’A320, riuscendo a ottenere un divisorio che impiega meno materiale dei modelli standard.
L’alleggerimento delle varie parti porta numerosi benefici in termini di sostenibilità. La rimozione del superfluo permette di diminuire gli scarti di tutta la catena produttiva, comprese l’energia utilizzata e l’anidride carbonica emessa, riducendo l’estrazione e la lavorazione delle materie prime.
Nella fase di fabbricazione, conserva l’energia riducendo il tempo di utilizzo dei macchinari. Durante la fase di utilizzo del prodotto, invece, riduce il fabbisogno di carburante dei prodotti destinati al movimento (come le automobili e gli aerei). Rendere i componenti più resistenti, oltre che più leggeri, può anche estenderne la durata, riducendo la necessità di riparazione, sostituzione e inventariazione dei ricambi.
Un approccio sistemico
Ma i benefici che il design generativo può apportare all’ambiente vanno oltre l’alleggerimento dei singoli componenti. Grazie ai continui miglioramenti tecnologici e all’aumento delle opportunità all’interno degli stessi cicli di vita produttivi, emergeranno nuove possibilità di utilizzo. “Ci sono possibilità che non possiamo nemmeno immaginare”, dice Chelsea Cummings, consulente senior presso la società di consulenza per la produzione additiva The Barnes Global Advisors.
Questo potrebbe voler dire usare l’intelligenza algoritmica per ripensare l’intero prodotto, anziché un singolo componente. “Grazie al design generativo, esistono interi veicoli realizzati in un unico pezzo senza bisogno di dover assemblare una serie di parti”, prosegue Cummings.
Quando General Motors ha ridotto da otto a una le parti della sua staffa per sedili, non ha soltanto ottimizzato il prodotto in funzione del peso, ma ha anche ridotto i costi legati alla filiera e agli scarti associati all’assemblaggio delle parti reperibili da fornitori diversi.
Questa logica può essere applicata a una larga parte degli oggetti che vengono progettati. Lo studio di design olandese Joris Laarman Lab ha usato la tecnologia del design generativo per creare un ponte pedonale stampato in 3D ad Amsterdam. L’approccio ha permesso al gruppo di semplificare enormemente la struttura, in modo da poterla stampare in un unico pezzo (anche se alla fine i progettisti hanno scelto di stamparla in più pezzi).
Il design generativo ha anche aiutato a limitare la scelta dei materiali utilizzati: a differenza dei ponti tradizionali, che sono costruiti usando numerosi elementi, il progetto di Joris Laarman Lab si serve solo dell’acciaio. Secondo il direttore tecnico Tim Geurtjens, questa riduzione nel numero di materiali impiegati permette di ottenere svariati vantaggi nell’ambito della sostenibilità, dalla diminuzione dei consumi all’ottimizzazione dei flussi lavorativi e dei processi produttivi.
Benjamin Moses, direttore della tecnologia di produzione della Association for Manufacturing Technology (AMT), focalizza la propria attenzione sul rendere più green il processo produttivo. Ogni aspetto, dai layout aziendali alle soluzioni per il bloccaggio dei pezzi e ai percorsi seguiti dagli utensili, può avere un impatto sull’impronta di carbonio di un’azienda, dice. Considerando l’intero processo come una sfida progettuale, i produttori possono trarre vantaggio dagli strumenti basati su algoritmi per trovare modalità di lavoro più green.
“Applicando il processo progettuale iterativo caratteristico del design generativo, possiamo cambiare l’intero ecosistema dei prodotti già durante la loro fabbricazione, permettendo un reale miglioramento dell’evoluzione quotidiana dell’ingegneria di processo durante la creazione di tali strumenti e lavorazioni”, spiega Moses.
Fonti rinnovabili sempre più green
Il design generativo può inoltre aiutarci a ripensare i prodotti di importanza critica per il passaggio alla green economy, ad esempio quelli legati alla produzione di energia da fonti rinnovabili. “Non progetto mulini a vento, ma posso immaginare come il design generativo può trasformare una pesante lamiera metallica in una leggera struttura reticolare”, dice Cummings.
“Secondo me, la possibilità di unire massa e leggerezza si addice perfettamente ad applicazioni come questa”. Questi miglioramenti nella fabbricazione dei prodotti a energia rinnovabile (che includono la riduzione della quantità di materiali ed energia richieste per produrli) possono renderli economicamente più competitivi, velocizzando la realizzazione di una rete energetica pulita.
Honeywell, una società conglomerata per il software industriale, usa il design generativo per migliorare i risultati ottenuti per i clienti nel settore dei combustibili fossili (e in altri settori tradizionali), che ora possono essere usati come risorsa per accrescere la pratica delle energie rinnovabili. “La passione ci spinge verso i carburanti puliti”, dice Prabhu Soundarrajan, leader per il business globale per il software, l’intelligenza artificiale e la strumentazione presso Honeywell. “Stiamo imparando da tutti questi [progetti precedenti]”.
Certificare ciò che è incertificabile
Cummings dice che con il design generativo, i produttori possono portare benefici significativi nel campo della sostenibilità allontanandosi dal modo tradizionale di assemblare le singole parti.
Tuttavia, devono ancora sottostare ai limiti che sono alla base del mondo produttivo, ad esempio alla raccolta dei dati empirici per assicurare che i prodotti progettati in modo generativo funzionino come richiesto e possano ottenere le approvazioni necessarie dagli enti governativi (per esempio, l’Amministrazione dell’Aviazione Federale statunitense per i prodotti aerospaziali). “È una tecnologia nuova”, dice, “e le persone devono ancora imparare a conoscerla bene”.
Ma Geurtjens sostiene che, pur creando nuove sfide riguardo alla prova e la validazione delle prestazioni, la tecnologia offra anche nuove soluzioni.
Entrambi gli aspetti sono stati evidenziati nel corso del progetto del ponte di Amsterdam. “È stato piuttosto complesso certificare il ponte per dimostrare che ha una resistenza sufficiente”, dice Geurtjens. “Si tratta di una nuova tecnologia, di un nuovo materiale e di una nuova forma, qualcosa che le società di certificazione non conoscono ancora. L’unica cosa che sanno è che, ‘avendo una colonna di acciaio con data sezione e data lunghezza, è possibile applicarvi una forza massima dinamicamente, staticamente e così via’. Ma il mondo non funziona più così. Una nuova tecnologia significa una nuova estetica e nuovi modi per fabbricare e certificare”.
Il design generativo e le tecnologie ad esso correlate possono anche aiutare a velocizzare il processo di validazione di nuovi tipi di prodotto, permettendo rapide iterazioni di tutte le imperfezioni. Il tempo risparmiato grazie all’iterazione rapida con il design generativo può essere dedicato alla certificazione.
Solitamente, le certificazioni sono basate su test fisici. Oggi, i test digitali possono supportare, o anche sostituire, i test fisici: un concetto che la società multinazionale di progettazione Arup, uno dei partner di Joris Laarman Lab per il ponte di Amsterdam, sta esplorando. “[Gli ingegneri di Arup] ci sono stati di grande aiuto”, prosegue Geurtjens. “Senza la loro collaborazione la certificazione sarebbe stata impossibile”.
Le possibilità offerte dalla verifica digitale delle prestazioni riportano a quello che, secondo Geurtjens, è uno dei benefici più importanti del design generativo: la capacità di guardare il mondo con occhi nuovi. “Possiamo andare oltre quanto ci è già noto per iniziare a pensare, con uno sguardo completamente aperto, a quello che vogliamo veramente fare, non a quello che siamo abituati a fare”, conclude.