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Un progetto di ricerca industriale e sviluppo sperimentale che ha realizzato una fabbrica ceramica digitale, capace di adattarsi in tempo reale alle caratteristiche dei materiali in ingresso e di perseguire l'obiettivo del difetto zero.
FINANZIAMENTO
Ministero dello Sviluppo Economico – Fondo per la Crescita Sostenibile (D.M. 24 luglio 2015)
CODICE PROGETTO
F/070011/00/X34
DURATA
Novembre 2017 - Novembre 2021
IL CONTESTO
La sfida dell'eccellenza ceramica
La sfida dell'eccellenza ceramica
All’avvio del progetto, l’industria ceramica italiana era un’eccellenza riconosciuta a livello internazionale: oltre l’85% della produzione destinata all’export, prezzi medi nettamente superiori a quelli dei principali concorrenti europei e asiatici, e un posizionamento fondato su qualità, innovazione tecnologica e capacità di rispondere alle esigenze dell’architettura contemporanea.
Questo vantaggio competitivo si confrontava però con alcune criticità strutturali. La forte variabilità delle materie prime generava non conformità di prodotto considerate fisiologiche dal settore (2÷3% della produzione), con conseguenti sprechi di materiali, energia e risorse naturali, oltre alla produzione di rifiuti speciali.
Un caso emblematico era rappresentato dall’acqua: pur essendo una materia prima centrale nel processo ceramico, non era oggetto di un controllo qualitativo integrato. In particolare, il riutilizzo delle acque industriali, se non gestito correttamente, poteva aumentare le non conformità, alterando il comportamento dei materiali e le reazioni in cottura.
A queste criticità si aggiungeva un modello di controllo prevalentemente reattivo, basato su interventi a valle del processo, quando il prodotto era già finito e il difetto ormai manifesto. Questo approccio limitava la capacità di prevenzione e comportava ritardi e inefficienze produttive.
Infine, la progressiva standardizzazione del prodotto lungo la filiera del distretto ceramico aveva ridotto le possibilità di differenziazione, aumentando il rischio di una competizione basata principalmente sul prezzo.
Serviva un approccio nuovo, capace di superare la logica del controllo reattivo e di costruire un sistema produttivo intrinsecamente più robusto, efficiente e sostenibile.
85% della produzione destinata all’export
2÷3% di non conformità dei processi produttivi
Elevata dipendenza da materie prime critiche ed energia
Reattivo modello di controllo qualità ex-post
IL PROGETTO
Invertire il paradigma della produzione ceramica
Invertire il paradigma della produzione ceramica
Il progetto POLARIS è nato per invertire il paradigma della produzione ceramica tradizionale. L’obiettivo era realizzare un sistema di fabbricazione avanzato, adattativo e intelligente, capace di trasformare il modo di produrre le piastrelle: non più un processo da rendere forzatamente robusto, con scarti distribuiti lungo il ciclo produttivo, ma una produzione in grado di accogliere la variabilità dei materiali in ingresso e trasformarla in una risorsa.
Il progetto si è sviluppato su tre dimensioni fondamentali.
01
01
Intelligenza di processo
Intelligenza di processo
Attraverso l'implementazione di tecnologie IoT e sistemi di Business Intelligence, è stato creato creato un computing system capace di elaborare rapidamente grandi quantità di dati relativi a conformità tecnologica, sostenibilità ambientale e performance economica dell'impresa.
02
02
Capacità predittiva
Capacità predittiva
L'evoluzione dei sistemi di data analytics da una prospettiva "ex-post", basata su dati storici, a una prospettiva "ex-ante", in cui i dati vengono raccolti ed elaborati in tempo reale per fornire stime di impatto e orientare le decisioni operative prima che le non conformità si manifestino.
03
03
Innovazione di prodotto
Innovazione di prodotto
La prototipazione di nuove formulazioni d'impasto ceramico ottimizzate per cicli di cottura rapidi, con conseguente riduzione dei consumi energetici, delle emissioni e della dipendenza da materie prime critiche.
L’approccio adottato è stato sistemico e integrato. Anziché intervenire su singoli elementi, POLARIS costruito un modello in cui digitalizzazione dei processi, modelli decisionali multicriterio e innovazione dei materiali si sono rafforzati reciprocamente, generando un impatto superiore alla somma delle singole azioni.
IL PERCORSO
Quattro anni di ricerca e sviluppo
Quattro anni di ricerca e sviluppo
Il progetto si è sviluppato lungo un percorso quadriennale articolato in fasi complementari, ciascuna costruita sui risultati delle precedenti e orientata a generare conoscenze, strumenti e soluzioni concrete.
FASE 1
Analisi
Mappatura del processo produttivo
Mappatura del processo produttivo
Il lavoro è partito da un’analisi approfondita del ciclo ceramico, con la mappatura delle fasi produttive attraverso diversi strumenti: diagrammi di flusso per descrivere il percorso dei materiali, Data Flow Diagram per evidenziare lo scambio di dati, Role Activity Diagram per analizzare le interazioni organizzative e modelli IDEF per integrare le diverse dimensioni in una visione unitaria del processo.
La mappatura ha fatto emergere una caratteristica strutturale chiave: la fabbrica operava secondo due logiche distinte che richiedevano coordinamento.
La prima, dalla ricezione delle materie prime allo stoccaggio dell’atomizzato, era orientata alla gestione del magazzino e delle scorte.
La seconda, dalla pressatura al prodotto finito, era orientata al cliente e organizzata in funzione delle esigenze commerciali.
FASE 2
Sviluppo
Infrastruttura digitale e innovazione di prodotto
Infrastruttura digitale e innovazione di prodotto
Sulla base della mappatura, è stata progettata e implementata una piattaforma digitale per la gestione dei dati di processo. Il sistema ha integrato SAP e strumenti di business analytics, creando un data warehouse in cui convergevano informazioni tecnologiche, ambientali ed economiche provenienti da fonti eterogenee.
In parallelo, il progetto ha affrontato l’innovazione di prodotto. Sono state sviluppate e testate nuove formulazioni di impasto ceramico progettate per cicli di cottura significativamente più rapidi. Una delle soluzioni è stata validata in ambiente industriale, dimostrando la compatibilità con cicli ridotti del 35÷40% rispetto allo standard.
FASE 3
Valutazione
Analisi d’impatto e sostenibilità
Analisi d’impatto e sostenibilità
L’ultima fase ha integrato i risultati in un sistema coerente di valutazione. È stata condotta una Life Cycle Assessment completa, che quantificò l’impatto ambientale della nuova formulazione rispetto alla produzione tradizionale.
Il sistema di monitoraggio sviluppato ha consentito di tracciare in tempo reale i parametri operativi e di correlare le scelte produttive agli impatti ambientali, supportando decisioni più consapevoli e orientate alla sostenibilità.
I RISULTATI
Innovazione concreta per l'industria ceramica
Innovazione concreta per l'industria ceramica
POLARIS ha prodotto risultati concreti e integrati, che abilitano un’evoluzione della produzione ceramica verso modelli più efficienti, sostenibili e resilienti, rispondendo alle principali criticità del settore.
35÷40%
35÷40%
di riduzione dei cicli di cottura
25%
25%
di riduzione delle emissioni di CO₂ in cottura
Predittivo
Predittivo
sistema di controllo di processo in tempo reale
Integrato
Integrato
modello decisionale per qualità, costi e impatti
Controllo di processo intelligente
Controllo di processo intelligente
È stato sviluppato un sistema decisionale multicriterio che integra dati tecnologici, economici e ambientali.
Il sistema elabora in tempo reale le informazioni provenienti dalla sensoristica di fabbrica e dai sistemi aziendali, fornendo indicazioni operative preventive e consentendo di intervenire sul processo prima che le non conformità si manifestino.
Innovazione di prodotto
Innovazione di prodotto
Il progetto ha portato alla validazione di una nuova formulazione di impasto ceramico, compatibile con gli impianti esistenti e progettata per cicli di cottura significativamente più rapidi.
La composizione sviluppata riduce l’utilizzo di materie prime critiche di importazione, rafforzando la stabilità dell’approvvigionamento.
Efficienza energetica
Efficienza energetica
La riduzione dei tempi di cottura ha comportato un taglio dei consumi di metano compreso tra il 35% e il 40%.
Questo risultato rappresenta uno dei principali fattori di miglioramento dell’efficienza energetica del processo produttivo.
Prestazioni ambientali
Prestazioni ambientali
Le analisi condotte hanno mostrato una riduzione delle emissioni di CO₂ di circa il 25% e una riduzione dell’impatto ambientale complessivo di circa il 30% nella fase di cottura.
I risultati sono coerenti con gli obiettivi di decarbonizzazione e transizione verso modelli produttivi più sostenibili.
Valutazione e supporto alle decisioni
Valutazione e supporto alle decisioni
Il progetto ha integrato strumenti avanzati di Life Cycle Assessment (LCA) e analisi predittive, utilizzati per correlare in modo quantitativo scelte produttive e impatti ambientali.
Il sistema sviluppato costituisce un riferimento per il monitoraggio continuo e per la comunicazione delle performance di sostenibilità.
Impatto economico e competitivo
Impatto economico e competitivo
La riduzione strutturale dei consumi energetici consente di mitigare l’esposizione alla volatilità dei prezzi dell’energia.
Le simulazioni economiche hanno indicato che la struttura dei costi industriali può rimanere stabile anche in scenari di forte aumento dei prezzi energetici, migliorando la competitività complessiva.
Alla luce dei risultati ottenuti, è stata pianificata la sostituzione graduale dell’impasto di produzione e l’adozione del nuovo ciclo di cottura in tutti gli stabilimenti del gruppo, con l’obiettivo di una diffusione su scala industriale.
LE COLLABORAZIONI
Un ecosistema di competenze
Un ecosistema di competenze
POLARIS ha riunito un ecosistema di competenze complementari, integrando capacità industriali e know-how accademico in un modello di collaborazione orientato all'impatto.
Gruppo Ceramiche Gresmalt
Gruppo Ceramiche Gresmalt
Azienda ceramica con oltre cinquant'anni di esperienza nella produzione di piastrelle ceramiche per pavimenti e rivestimenti. Ha messo a disposizione stabilimenti, linee produttive, laboratori e competenze tecnologiche per lo sviluppo, il test e la validazione delle soluzioni del progetto.
Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia
Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia
Ha contribuito con competenze nella caratterizzazione dei materiali, nello studio dei processi di sinterizzazione e nella valutazione dell'impatto ambientale attraverso la metodologia Life Cycle Assessment.
Università di Pavia
Università di Pavia
Ha contribuito con competenze nella caratterizzazione microstrutturale dei materiali e nello studio dei meccanismi di sinterizzazione, supportando la progettazione delle nuove formulazioni d'impasto.
L'IMPATTO
Eccellenza, sostenibilità, resilienza
Eccellenza, sostenibilità, resilienza
POLARIS ha dimostrato che la transizione verso una produzione ceramica più efficiente, sostenibile e resiliente è non solo possibile, ma economicamente vantaggiosa e tecnicamente realizzabile con le competenze e le tecnologie oggi disponibili.
Il sistema adattativo e intelligente sviluppato offre una risposta concreta alle sfide che il settore si trova ad affrontare: trasforma la variabilità delle materie prime da problema a risorsa gestibile, riduce scarti e consumi energetici, diminuisce la dipendenza da fattori esterni volatili, genera informazioni per decisioni più consapevoli e costruisce le basi per una comunicazione trasparente delle performance ambientali.
In un contesto in cui la sostenibilità è sempre più un requisito di mercato e un imperativo normativo, e in cui la volatilità dei costi energetici mette a rischio la competitività delle imprese, POLARIS traccia una via praticabile per coniugare eccellenza produttiva, responsabilità ambientale e resilienza economica.
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