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Uno degli aspetti fondamentali della digitalizzazione del comparto manifatturiero e della produzione dei beni strumentali per l’industria, è quello di avere a disposizione un sistema in grado di sintetizzare il funzionamento di un macchinario, o più in generale di un processo, per riassumerlo attraverso pochi e mirati indicatori sintetici. La misura continua dei Key Performance Indicators (o KPI) è condizione necessaria per la costruzione di una serie di “servizi” di monitoraggio, controllo di processo, manutenzione, gestione dei consumabili come utensili, ecc.

Una prima attività riguarda la formalizzazione dei requisiti e la definizione degli obiettivi che si intendono raggiungere. Questa fase, spesso trascurata, è fondamentale per riuscire a implementare, ad esempio, scenari di manutenzione preventiva o predittiva, monitorare le prestazioni dei processi, quindi dei macchinari, per ottimizzarle o mitigare fenomenologie non volute (es. vibrazioni nell’asportazione di truciolo).

Segue la modellazione dell’applicazione (macchinario e/o processo) in cui viene analizzata e sintetizzata la fisica che ne regola il funzionamento. L’obiettivo è quello di individuare i parametri chiave che influenzano le prestazioni e sintetizzarli attraverso degli indicatori (i KPI appunto) che ne abilitino l’analisi del funzionamento attraverso numeri sintetici di facile interpretazione.

Esempi tipici di questi parametri possono essere un indicatore di chatter, la vita residua di un utensile o lo stato di salute dei cuscinetti di un elettromandrino. Naturalmente tutti questi indicatori devono essere aggiornati in base alle condizioni operative.

MUSP ha maturato esperienza nella modellazione dei processi sin dalla sua nascita nel 2005 e, mettendo le proprie competenze a disposizione dei clienti, è in grado di proporre modelli per raggiungere obiettivi sfidanti come quelli appena esemplificati.

Strumenti

Linguaggi di programmazione e ambienti di calcolo (TOOL: SW_DEV)

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.

Digital Twin (TOOL: DTWIN)

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).

Process Measurements (TOOL: MISURE PROCESSO)

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.

EdgePc (TOOL: EDGEPC)

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.

Intelligenza Artificiale (TOOL: IA)

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.