All’interno di questo strumento sono raggruppati tutti gli ambienti di programmazione tecnici che MUSP utilizza per lo sviluppo dei progetti e/o servizi. L’utilizzo di questi linguaggi di programmazione o software di sviluppo permette, ad esempio, di dialogare con software commerciale tramite API per velocizzare lo scambio di dati e informazioni tra più piattaforme. Altri programmi vengono scritti per velocizzare analisi e calcoli che derivano da misure sperimentali o ancora servono a leggere/scrivere su bus di campo per le applicazioni legate alla manifattura avanzata. MUSP, a seconda delle esigenze dell’azienda, può realizzare fogli di calcolo o programmi di calcolo per velocizzare progettazione di componenti, programmazione di macchine, storicizzazione di misure e ottimizzazione di parametri processo che rispondano ad un problema tecnico molto focalizzato per l’azienda.

A titolo esemplificativo, non esaustivo, MUSP si serve ad esempio dei seguenti ambienti/linguaggi:

• Python: linguaggio di programmazione ad alto livello, noto per la sua semplicità e leggibilità. Supporta paradigmi di programmazione multipli, inclusi il procedurale, l'orientato agli oggetti e il funzionale. MUSP lo utilizza prevalentemente per l’analisi di dati;
• C++: linguaggio di programmazione di basso livello. Caratterizzato da efficienza e controllo diretto sull'hardware, è ancora ampiamente utilizzato per programmare sistemi embedded, software di sistema e applicazioni ad alte prestazioni;
• LabVIEW: ambiente di sviluppo integrato sviluppato da National Instruments®, utilizzato principalmente per l'automazione di test, misure e controllo di sistemi industriali. Consente di creare applicazioni tramite un'interfaccia intuitiva basata su diagrammi di flusso, facilitando lo sviluppo di software per acquisizione dati e analisi in tempo reale;
• ROS (Robot Operating System): framework flessibile per lo sviluppo di software per robot, fornendo servizi come astrazione hardware, controllo di dispositivi, implementazione di algoritmi e messaggistica tra processi. Grazie alla sua architettura modulare e alla vasta collezione di pacchetti open source, facilita la ricerca e lo sviluppo di applicazioni robotiche complesse, dalla prototipazione alla produzione.

Un software FEA (Finite Element Analysis) è uno strumento che consente di simulare il comportamento (dinamico, termico, ecc.) di strutture e sistemi complessi utilizzando il metodo degli elementi finiti. Il vantaggio è quello di poter progettare il componente e ottimizzarlo o conoscerne caratteristiche quali sforzi, deformazioni o rigidità in maniera preliminare rispetto alla realizzazione del componente reale.

In particolare, all’interno delle competenze ed esperienze MUSP vi è l’impiego di questi software, largamente utilizzati per la simulazione del comportamento dinamico dei sistemi di produzione e in particolare delle macchine utensili (per anticipare la risposta dinamica che avrà la macchina realizzata ed eventualmente variarne/ottimizzarne la progettazione). È stata utilizzata storicamente sia per gli alleggerimenti di strutture di macchine piegatrici, sia per gli impatti/urti non elastici di mezzi industriali in accordo alle specifiche del cliente. MUSP dispone inoltre di alcune caratterizzazioni di materiale quali fibra di carbonio, polimero stampato in additivo e schiume metalliche.

Un software CFD (Computational Fluid Dynamics) è uno strumento di simulazione che analizza il flusso dei fluidi e il trasferimento di calore all'interno di sistemi complessi, come motori, aeromobili o sistemi di raffreddamento, consentendo la previsione e ottimizzazione delle prestazioni.

In particolare, tra le esperienze di MUSP, sono presenti: simulazioni aerodinamiche per la canalizzazione dei flussi nel motosport, simulazione di temperature volte all’analisi dei dissipatori/radiatori (spugne metalliche), simulazione della resistenza di strutture metalliche a seguito di incendio, simulazione di transitori di fase con abbattimento di temperatura (espansione gas), simulazione del comportamento di polveri in sistemi ad aria (pressione o depressione) oltre che la simulazione e ottimizzazione del rumore e della portata di ventilatori.

Un software MultiBody è uno strumento di simulazione che modella il comportamento dinamico di sistemi meccanici complessi, consentendo l'analisi dei movimenti, delle forze e delle prestazioni di macchine, veicoli o robot, facilitandone la progettazione e l'ottimizzazione.

Questa tipologia di simulazione è un’estensione della simulazione FEA in cui non viene preso in considerazione il singolo componente con i suoi vincoli ma l’intero cinematismo. Ad esempio, la deformazione (cedimento) di un robot antropomorfo dal basamento al suo TCP in funzione della posa oppure la cinematica complessa di un insieme di componenti di una macchina. 

Un software di questo tipo consente una modellazione orientata alla definizione di oggetti, multi-dominio, di componenti a formare sistemi complessi dei quali è possibile studiare qualunque grandezza (meccanica, elettrica, elettronica, idraulica, termica, di controllo, ecc.) confrontandola, offline ma anche online, con grandezze provenienti dal campo.

Si tratta di un software orientato alla definizione di oggetti per la modellazione di sistemi. Alcuni prevedono la connessione acausale di componenti riutilizzabili governati da equazioni (differenziali) per facilitare la modellazione a partire dai principi fisici fondamentali. Molto simile concettualmente ai P&ID, permette la caratterizzazione top-down delle caratteristiche meccaniche e fisiche degli elementi rappresentati (es. inerzie e rendimenti di un motoriduttore per il collegamento ad una piattaforma di steward).

Il “Digital Twin” è una replica digitale di un oggetto, di un processo o di un sistema del mondo reale. Questo gemello digitale permette di monitorare, simulare e ottimizzare le prestazioni dell'oggetto o del sistema, consentendo una migliore comprensione del suo funzionamento e facilitando la presa di decisioni informate.

Il Gemello Digitale è un insieme ampio di concetti; nelle esperienze e competenze MUSP si sintetizza nell’utilizzo di strumenti digitali che, anche grazie alla presenza di sensori sull’oggetto virtualizzato, sono in grado di scambiare informazioni e mantenere aggiornato (o evidenziare scostamenti in caso di anomalie) tra il modello digitale (descritto in maniera analitica da una matematica) e quello reale (immerso in un contesto con diverse variabili non sempre prevedibili o controllabili soprattutto quando è industrializzato e operativo).

L'analisi modale sperimentale è un metodo di analisi che permette di studiare le caratteristiche dinamiche di una struttura attraverso opportune misure. I risultati permettono di analizzare le prestazioni derivanti dalla dinamica del sistema e di identificare eventuali problematiche che le limitano (es. cedevolezze concentrate). MUSP utilizza questo tipo di misure per esaminare il comportamento dinamico di centri di lavoro per asportazione di truciolo.

In particolare, le esperienze e le competenze MUSP sono rivolte sia a validazioni sperimentali (nel caso di progettazione FEA dinamica) sia nella ricerca/soluzione di problematiche di lavorazione che possono essere sia rappresentate da parametri di lavorazione non ottimizzati sia da non conformità nei componenti della macchina.

L’obiettivo delle misurazioni di processo è quello di ottenere una quantificazione delle grandezze fisiche che governano (o definiscono) le prestazioni di un processo produttivo o di un sistema. MUSP vanta una strumentazione molto ampia che gli permette di quantificare tantissime grandezze di interesse per il settore manifatturiero, per l’automazione, ecc.

Per affrontare una misura sperimentale, è necessario eseguire un’analisi degli obiettivi della misura e una pianificazione del piano sperimentale (analisi e conoscenza del processo), utilizzando i sensori adeguati (in termini di risoluzione, scala, banda passante, ecc.). Le esperienze e le competenze di MUSP, unite all’attrezzatura disponibile presso il laboratorio, permettono l’esecuzione di misure che, adeguatamente analizzate e filtrate, forniscono informazioni di elevato valore per l’ingegneria o la produzione.

È un insieme di processi e tecnologie volte alla produzione di una parte o componente con la forma desiderata attraverso processi di asportazione di materiale (o tecnologie sottrattivo o ancora asportazione di truciolo) espletati utilizzando macchine utensili dedicate. È fondamentale nella produzione di componenti industriali e può coinvolgere operazioni come tornitura, fresatura, alesatura, rettifica, filettatura, ecc. Aggiungendo, espandendo la definizione, anche operazioni di assemblaggio si possono ottenere parti più complesse altrimenti non realizzabili.

Sulle operazioni di che riguardano l’asportazione di truciolo, MUSP ha costruito una lunga esperienza e competenza grazie all’analisi dei processi che stanno alla base dell’asportazione di materiale da un pezzo grezzo fino all’ottenimento di un prodotto finito. Dal processo di contatto utensile-pezzo si generano calore, sforzi, deformazioni, ecc. L’interazione del processo con la dinamica della struttura genera vibrazioni che sono oggetto di continua ricerca sperimentale e analitica per spingere sempre più la conoscenza.

I robot sono dispositivi automatici in grado di eseguire compiti complessi in modo autonomo o guidato da un operatore umano. Questi dispositivi possono essere utilizzati in una vasta gamma di settori, come produzione industriale, logistica, assistenza sanitaria, esplorazione spaziale, agricoltura e molto altro ancora.

I robot sono, per MUSP, uno strumento attraverso cui poter realizzare azioni o lavorazioni di manifattura potendo contare su due fattori: la flessibilità e il costo contenuto. Questi sono due fattori che hanno facilitato l’ingresso e l’evoluzione dei robot che tuttavia devono essere considerati tra gli strumenti disponibili e non l’unico strumento disponibile.

Le esperienze e competenze di MUSP sono rivolte all’utilizzo di robot industriali e cobot integrandoli con tecnologie che ne semplifichino l’utilizzo grazie una piattaforma di edge computing, sistemi di visione e capacità di riconoscimento e elaborazione autonoma dei propri percorsi e delle proprie attività. Chiaramente, e nei limiti di elaborazione della piattaforma, nei casi studio affrontati da MUSP è stato possibile creare soluzioni adattative (adatte alle richieste del progetto) che non pregiudicassero l’accuratezza di posizionamento richiesta.

I sistemi di visione sono dispositivi che utilizzano telecamere e software specializzati per acquisire, elaborare e analizzare immagini per scopi di automazione industriale, ispezione di qualità e altro ancora.

L’esperienza e la competenza MUSP è trasversale rispetto alla scelta del sistema più adeguato e indicato per lo scopo e le condizioni di utilizzo. I sistemi possono essere composti da più camere 2D o 3D ed includere profilometri o laser confocali di misura. La selezione dello strumento più idoneo a raggiungere gli obiettivi prefissati è una fase fondamentale; fase in cui le condizioni applicative, la risoluzione e le elaborazioni da eseguire devono essere valutate con attenzione per permettere la scelta del miglior strumento di visione in modo tale che sia adatto all’applicazione in modo robusto e ripetibile. Le esperienze di laboratorio hanno permesso a MUSP di affinare il know-how rispetto all’illuminazione e alle tecniche per mantenere la robustezza delle misure anche in ambienti non isolati.

Un Edge PC è un computer progettato per eseguire elaborazioni di dati e applicazioni direttamente sul campo, cioè vicino alle fonti di dati o agli utenti, anziché in un data center remoto. Questi dispositivi, solitamente più robusti di un computer tradizionale, sono utilizzati per elaborare dati in tempo reale, ridurre le latenze e la congestione di rete, migliorare la sicurezza e supportare applicazioni in ambienti distribuiti.

Le attività di MUSP nell’integrazione dell’ambito fisico-digitale sulle macchine hanno come oggetto la realizzazione di un supervisore di cella o di produzione che, parallelamente all’automazione di base (ie. PLC e safety), permette di aumentare le potenzialità del sistema attraverso l’elaborazione locale dei dati provenienti dagli stessi azionamenti o da sensori aggiuntivi. Lo scopo di un edge PC è sintetizzare (tramite opportuni algoritmi o tecniche) un dato di processo in (“soft”) real-time utilizzandolo localmente o esponendolo ai layer digitali di livello superiore.

A livello di strumenti, MUSP ha un’infrastruttura di base (sviluppata in anni di ricerca) denominata “autonomous manufacturing platform (AMP)” che permette l’integrazione di sensori, visione, algoritmi e piattaforma installata direttamente su una soluzione di Edge computing.

LSAM (Large Scale Additive Manufacturing) è una tecnologia di stampa 3D che permette di superare i limiti dimensionali delle più comuni soluzioni commerciali. Utilizzando questo sistema, è possibile creare componenti di grandi dimensioni utilizzando materiali termoplastici, come polimeri rinforzati con fibra di vetro o carbonio. LSAM è ampiamente impiegato, ad esempio, in settori come l'aerospaziale, l'automotive e l'industria navale per la produzione di parti strutturali leggere e resistenti.

Nell’esperienza del laboratorio, MUSP ha affrontato progetti di creazione e trasferimento tecnologico del know-how del processo di stampa in grandi dimensioni partendo sempre dall’indagine e dalla conoscenza del processo. Questo lavoro è stato ulteriormente esteso nella caratterizzazione meccanica dei prodotti stampati nelle tre direzioni principale grazie ad una caratterizzazione della curva sforzi-deformazioni del materiale per essere impiegato in analisi FEA sullo studio di componenti meccanici. Il dimostratore/banco di sviluppo della tecnologia LSAM è ad oggi utilizzato in laboratorio per collaborazioni con i produttori di polimeri granulari ad elevata tecnologia oltre che per lo sviluppo di casi studio basati sull’utilizzo di fibre e polimeri provenienti dalla filiera del riciclo.

Il (Field-Programmable Gate Array) è un dispositivo flessibile che può essere configurato per eseguire una vasta gamma di funzioni digitali, dalla semplice logica combinatoria alla complessa elaborazione del segnale digitale e del calcolo parallelo. Le FPGA sono utilizzate in applicazioni che richiedono alta velocità, bassa latenza e personalizzazione su misura, come reti di comunicazione, sistemi embedded, elaborazione di immagini e altro ancora.

L’esperienza e la competenza di MUSP nella programmazione software di sistemi embedded permettono, per determinate applicazioni (anche industriali), una traduzione in un linguaggio adatto a device FPGA che a discapito della flessibilità e semplicità di programmazione permettono – su applicazioni in cui la velocità di elaborazione è fattore critico – di rispondere in maniera adeguata alla richiesta dell’applicazione.

L'intelligenza artificiale (IA) è un campo dell'informatica che si occupa dello sviluppo di sistemi e algoritmi in grado di eseguire compiti che normalmente richiedono l'intelligenza umana e che non possono essere modellati in maniera efficace con la modellazione analitica. L'IA è ampiamente utilizzata in una vasta gamma di settori, tra cui assistenza sanitaria, automotive, finanza, robotica, sicurezza informatica e, nel manifatturiero, per automatizzare processi, prendere decisioni, migliorare l'efficienza e fornire soluzioni innovative.

Le esperienze di MUSP nel campo infinito dell’IA si concentrano sulle applicazioni prettamente edge e a bordo macchina. L’approccio MUSP rispetto all’utilizzo dell’intelligenza artificiale è quello di utilizzarla dove serve, senza abusarne. Con questo approccio, il risultato è quello di un processo completamente in locale (fisicamente isolato dalle reti esterne) che genera risposte rapide fin dall’avvio e continua a migliorare nel tempo con un approccio che non richiede che non richiede una diretta iterazione con l’operatore.