Gruppo Tematico Tecnico-Scientifico Sistemi di produzione ad alta efficienza

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1 Cluster Tecnologico Nazionale Fabbrica Intelligente Imprese, università, organismi di ricerca, associazioni e enti territoriali: insieme per la crescita del Manifatturiero Gruppo Tematico Tecnico-Scientifico Sistemi di produzione ad alta efficienza Marcello Urgo (Politecnico di Milano) COMPONENTI STEERING Ettore Stella (ISSIA-CNR) Paolo Chiabert (Polito) Massimiliano Ruggeri (IMAMOTER-CNR) Marco Ricci (AMADA) Nicola Intini (BOSCH- ARESI) Stefano Bicelli (CAMOZZI) Fabio Billo (BTF) Roadshow Cluster Tecnologico Nazionale Fabbrica Intelligente Evento Friuli Venezia Giulia - 7 novembre 2016, San Vito al Tagliamento info@fabbricaintelligente.it

2 Facts and figures L alta efficienza produttiva è condizione necessaria per la competitività di tutte le imprese, soprattutto quelle operanti nei settori con alti volumi e ridotta marginalità. Un alta efficienza produttiva consente infatti di mantenere la produzione in Italia costituendo un fattore importante di competitività rispetto a paesi a basso costo della produzione. L elevata efficienza dei sistemi produttivi si attua in differenti aree di azione: elevata flessibilità di utilizzo, che consentano quindi di mantenere inalterata la propria efficienza anche a fronte di una variabilità estrema della domanda, gestione della qualità dei processi e Zero Defect Manufacturing al fine di ridurre rilavorazioni e/o scarti derivanti da processi non efficienti, riduzione dei consumi energetici attraverso una ottimizzazione globale dell'intero sistema energetico. 2

3 Obiettivo dei Sistemi di produzione ad alta efficienza L obiettivo è lo sviluppo di sistemi produttivi ad alta efficienza che consentano di minimizzare i costi di produzione, migliorare la produttività e la qualità di prodotto e di processo del manifatturiero. L alta efficienza produttiva è infatti condizione necessaria per la competitività di tutte le imprese, soprattutto quelle operanti nei settori con ridotta marginalità. 3

4 Priorità di ricerca per i Sistemi di produzione ad alta efficienza 4.1. Controllo ottimo avanzato di sistemi ibridi 4.2. Soluzioni integrate di manutenzione, qualità e logistica della produzione per la produzione "Zero- Defect" Sistemi di monitoraggio e controllo dei processi industriali 4.4. CyberPhysical Systems (CPS) per la fabbrica intelligente 4.5. Advanced motion planning for industrial robots Accurate modelling of industrial robots 4

5 Priorità di ricerca 4.1 Controllo ottimo avanzato di sistemi ibridi La realizzazione di sistemi di controllo avanzato richiede la capacità di identificare e perseguire la strategia di controllo ottimale in tempo reale. In particolare, la complessità e l integrazione degli attuali processi produttivi, necessità di approcci di controllo ibridi (continui e discreti) integrati in un unico framework di automazione che implementino logiche di alta efficienza produttiva e di minimizzazione dei consumi e dell'energia. 4.2 Soluzioni integrate di manutenzione, qualità e logistica della produzione per la produzione "Zero- Defect". Il paradigma "Zero- Defect" aspira allo sviluppo di metodologie, tecnologie e strumenti integrati di manutenzione, controllo qualità, e logistica di produzione che traggano vantaggio dalla conoscenza del processo e del sistema. Gli aspetti maggiormente rilevanti sono modelli predittivi dello stato di degrado delle macchine, approcci di manutenzione condition- based in grado di prevenire le deviazioni senza interferire con le performance logistiche del sistema, modelli e metodi di previsione dell'impatto dei difetti sulle successive fasi di produzione al fine di identificare soluzioni proattive (rilavorazione e riparazione in linea). 5

6 Priorità di ricerca 4.3 Sistemi di supervisione e controllo dei processi industriali à Soluzioni avanzate di supervisione e controllo ottimo distribuito in grado di supportare gli sviluppatori nel design, implementazione e validazione, integrazione e ramp- up del sistema,.avendo come obiettivo sia le performance di processo che la minimizzazione dei consumi energetici. La realizzazione di architetture di automazione distribuite richiede strumenti e metodi a supporto della definizione dei task di controllo a livello shop- floor, e del sistema hardware distribuito. 4.4 CyberPhysical Systems (CPS) per la fabbrica intelligente à Nuove tecnologie in grado di gestire ed elaborare informazioni di diversa natura e fonte, allo scopo di migliorare la conoscenza dello stato del processo, operare al meglio delle potenzialità disponibili, identificare opzioni migliorative a situazioni critiche in tempi rapidi, migliorando l'efficienza complessiva del processo. A tale scopo dispositivi intelligenti devono poter integrarsi al fine di condividere informazioni ed elaborare azioni integrate per la gestione e l'ottimizzazione del processo. 6

7 Priorità di ricerca 4.5 Advanced motion planning for industrial robotsà Algoritmi avanzati per la pianificazione del moto dei robot industriali (anche cooperanti) finalizzata a celle robotizzate altamente flessibili in grado di garantire elevati standard qualitativi per lotti di produzione molto piccoli. Applicazioni prioritarie sono l assemblaggio, il disassemblaggio, i processi additivi. 4.6 Accurate modelling of industrial robotsà Metodologie per modellazione avanzata dei robot (in particolare di attriti ed elasticità) ed algoritmi di controllo in grado di migliorare le prestazioni dei robot nell interazione con l ambiente esterno (lavorazioni di sbavatura, asportazione di materiale) e nelle elevate dinamiche in cui per minimizzare l errore di inseguimento in traiettoria e ridurre le vibrazioni da fermo. Inoltre, una modellazione accurato dei robot, abilita approcci di minimizzazione del consumo energetico di una cella e l utilizzo dei robot in operazioni oggi realizzate soprattutto tramite macchine a controllo numerico. 7

8 T1. Pianificazione avanzata e flessibile del moto dei robot Principali tematiche da sviluppare: 1. Flessibilità di configurazioni differenti (single- robot, robot cooperanti, collaborativi, ), per l esecuzione di processi di lavorazione e/o possibili compiti ausiliari diversi (assemblaggio, disassemblaggio, additive manufacturing, saldatura laser, verniciatura, picking, pallettizzazione, manipolazione,..). 2. Definizione automatica dei percorsi del (dei) robot in relazione a vincoli, ostacoli, presenza di persone,.., alla capacità e grado di mobilità del (dei) robot e allo specifico compito richiesto nell ambito del processo 3. Pianificare le traiettorie in condizioni operative ( in line ), disponendo di informazioni a priori incomplete o scorrette da completare/ricostruire avvalendosi di sensori e dell eventuale aiuto dell operatore umano. 4. Semplificare/ridurre il lavoro degli operatori nella programmazione dei robot 5. Integrazione di flussi di lavoro ad alta automazione e modalità più tradizionali (CAM,...). 8

9 T2. Sistemi Cyber- Physical per la gestione ed il controllo efficiente dei sistemi di produzione Principali tematiche da sviluppare: 1. Modelli avanzati dei sistemi produttivi (multi- scala, integrazione ed interazione di/tra modelli diversi) 2. Monitoraggio del sistema produttivo attraverso sistemi e dispositivi eterogenei (sensori, sistemi di visione, interazione con gli operatori, etc.) 3. Infrastruttura per la raccolta e la gestione dei dati in grado di gestire l elevata eterogeneità, diversi standard, sistemi di archiviazione distribuiti. 4. Modellazione ed integrazione del comportamento umano tramite modalità innovative di collaborazione/interazione uomo- macchina. 5. Sistemi per analisi what- if per la gestione del sistema in senso lato (pianificazione della produzione, manutenzione, assegnamento alle risorse produttive e agli operatori, etc.) in grado di sfruttare i modelli (1,4) e le informazioni (2,3) attraverso analisi di sensitività, simulazione in- situ, etc. 6. Integrazione con i sistemi di controllo e gestione sia a monte (ad esempio ERP) e a valle (sistemi di monitoraggio della produzione) 9

10 Cluster Tecnologico Nazionale Fabbrica Intelligente Imprese, università, organismi di ricerca, associazioni e enti territoriali: insieme per la crescita del Manifatturiero Gruppo Tematico Tecnico-Scientifico Sistemi di produzione ad alta efficienza Marcello Urgo (Politecnico di Milano) COMPONENTI STEERING Ettore Stella (ISSIA-CNR) Paolo Chiabert (Polito) Massimiliano Ruggeri (IMAMOTER-CNR) Marco Ricci (AMADA) Nicola Intini (BOSCH- ARESI) Stefano Bicelli (CAMOZZI) Fabio Billo (BTF) Roadshow Cluster Tecnologico Nazionale Fabbrica Intelligente Evento Friuli Venezia Giulia - 7 novembre 2016, San Vito al Tagliamento info@fabbricaintelligente.it