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Algoritmi integrati progettano apparecchiature industriali e sanitarie più rapide e precise

Un sistema intelligente identifica i difetti di prestazione, poi regola i parametri di controllo per migliorare la precisione e la produttività.

Economia digitale
Tecnologie industriali

Oggi, gran parte delle apparecchiature utilizzate per eseguire compiti di routine o per fabbricare prodotti comuni, sono sistemi complessi. Si tratta di meccanismi complessi controllati da computer chiamati sistemi ciberfisici. La realizzazione delle migliorie che i clienti si aspettano richiede il progresso tecnologico dell’intera catena di sistemi attraverso metodi sofisticati per identificare il comportamento nel dettaglio fino al livello della fisica. Questa continua ricerca oggi si avvale di strumenti che valutano e analizzano autonomamente i macchinari industriali, alla ricerca di potenziali miglioramenti.

Ingegneria dei sistemi basata su modelli di controllo degli elementi costitutivi

Il progetto I-MECH, finanziato dall’UE, ha sviluppato un quadro di riferimento per l’impiego di soluzioni di controllo avanzate in ambito industriale. L’approccio scelto è noto come ingegneria dei sistemi basata su modelli. Il progetto ha sviluppato 11 elementi costitutivi che, tra le altre funzioni, monitorano o controllano i processi industriali alla ricerca di possibili migliorie incrementali. Un esempio riguarda gli errori di produzione nell’hardware elettronico. «Gli ingegneri possono introdurre algoritmi avanzati che imparano quale tipo di disturbo sta causando prestazioni errate», spiega il coordinatore del progetto Arend-Jan Beltman. «L’algoritmo identifica la natura ripetitiva del guasto e poi inizia a compensarlo attraverso la sua logica di controllo».

Tre livelli supportano l’interoperabilità

Per semplificare la complessità dei sistemi ciberfisici, il team I-MECH ha identificato tre livelli nella produzione industriale in cui tali algoritmi potrebbero essere applicabili. Alcuni dei componenti di I-MECH si concentrano su un unico livello, mentre altri offrono contributi in tutti e tre. Il più basso, chiamato Livello Strumentazione, o Livello 1, interagisce fisicamente con il sistema. Gli elementi a questo livello agiscono come sensori o attuatori. Il team ha sviluppato diversi dispositivi di rilevamento rapido, alcuni dei quali sono wireless. Successivamente troviamo il livello successivo, un bus di comunicazione industriale che consolida tutti gli input di livello 1. A questo livello, gli algoritmi controllano il movimento preciso della macchina. Il terzo Livello, o Livello di sistemi, funziona come un contenitore per gli algoritmi che interagiscono con le funzioni del sistema e gli operatori per i sistemi di gestione della fabbrica. Qui l’intelligenza integrata calibra automaticamente il sistema e prevede le necessità di manutenzione. L’approccio a più livelli permette di avere interfacce chiare tra ingegneri provenienti da contesti diversi. Gli ingegneri del Livello 3 lavorano con un modello del Livello 2, mentre gli ingegneri del Livello 2 usano un modello del Livello 1. Questo supporta l’interoperabilità.

Applicazioni pilota riuscite

Il team ha applicato i suoi elementi costitutivi a cinque applicazioni pilota, che utilizzano macchinari sviluppati dai partner del progetto. Le applicazioni comprendono un supporto generico di substrato, un nastro trasportatore per stampanti a getto d’inchiostro di grande formato, e un sistema per wafer da 12” nella produzione di semiconduttori. È previsto anche un macchinario per le bustine del tè, una fresatrice a controllo numerico e un robot di assistenza medica che sposta un sistema a raggi X intorno ai pazienti distesi su un tavolo. In ogni caso, i sistemi hanno ricevuto i potenziamenti identificati dagli elementi costitutivi. Alla fine, tutti gli elementi e un’intera catena di strumenti, saranno disponibili per i clienti industriali, che saranno in grado di selezionare solo gli elementi di cui hanno bisogno per la loro specifica applicazione. «Durante il mese di settembre 2020», osserva Beltman, «il principale partner di I-MECH, Sioux Technologies, ha presentato la proposta finale per un progetto subentrante. All’insieme degli elementi costitutivi esistenti sarà aggiunta l’intelligenza artificiale, per i sistemi di produzione dove I-MECH ha concluso il suo compito». In particolare, il nuovo progetto svilupperà un quarto livello che faciliterà l’orchestrazione di più sistemi nella stessa fabbrica. I sistemi industriali intelligenti che progettano e perfezionano i sistemi più recenti porteranno ad una maggiore efficienza e ad una rapida evoluzione della produzione.

Parole chiave

I-MECH, elementi costitutivi, industriale, produzione, sistemi di produzione, sistemi ciberfisici, ingegneria dei sistemi basati su modelli

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