Il Gruppo di Meccatronica del Dipartimento di Ingegneria Industriale  è partner del progetto di ricerca nazionale “Michelangelo”, finanziato nell’ambito dell’azione Industria 2015 del Ministero per lo Sviluppo Economico. Del consorzio Michelangelo fanno parte altri centri di ricerca come ITIA, Scuola Superiore Sant’Anna, le Università di Brescia e Bergamo, e industrie come Pomini, Fidia, Alesamonti, Mandelli, IMA Tecno.

Il progetto, della durata di tre anni, terminerà alla fine di quest’anno ed è stato ispirato proprio dal Gruppo di Meccatronica, con l’obiettivo di aumentare il livello di automazione delle macchine utensili e dei sistemi di produzione. Il punto di partenza è l’osservazione che i sistemi di produzione oggi sul mercato - pur largamente automatizzati - dipendono ancora fortemente dalla presenza e dalle scelte di un operatore umano. Soprattutto nelle fasi di impostazione iniziale di una lavorazione, infatti, l’esperienza e la capacità di giudizio dell’operatore sono essenziali e rappresentano un costo significativo, per piccole produzioni e quando siano importanti rapidità e flessibilità produttiva. In quest’ottica, il nostro gruppo ha affrontato il caso delle macchine utensili, data l’importanza di questi sistemi, come prodotti e come strumenti, per il tessuto produttivo nazionale e locale.

Avviare e condurre una lavorazione in serie di componenti mediante macchine utensili significa progettare una sequenza di movimenti dell’utensile, scegliere i parametri di processo (che dipendono dal materiale lavorato, dalla macchina e dall’utensile), effettuare delle lavorazioni di prova, verificarne la correttezza e l’efficacia, e infine iniziare la produzione. Non solo tutte queste operazioni sono oggi largamente manuali e basate sulle capacità dell’operatore, ma anche la successiva produzione in serie richiede sorveglianza da parte dell’operatore che apporta graduali correzioni per adattare la resa del processo a inevitabili variazioni (usura degli utensili, differenti lotti di materia prima, ecc.). In altre parole, solo le funzioni elementari di una macchina utensile sono effettivamente automatiche, mentre le operazioni di alto livello sono ancora demandate all’esperienza dell’operatore.

Rispetto a questa situazione, la macchina utensile ideale si dovrebbe invece comportare come una stampante: richiedere solo la descrizione di ciò che l’utente vuole ottenere, senza che questi si debba preoccupare di programmare i movimenti, la velocità della testina e il flusso degli inchiostri. Per ottenere questo risultato è necessario automatizzare anche la scelta e l’adattamento continuo - possibilmente ottimale - dei parametri di processo da parte del controllore della macchina, prima e durante la lavorazione.

Il gruppo ha appena concluso lo sviluppo di un prototipo-dimostratore di una macchina utensile dotata di un controllore che assolve proprio a queste funzioni. Il controllore effettua una rapida simulazione del processo di taglio e calcola di conseguenza i parametri di processo ottimali, sulla base di un insieme ridotto di informazioni di alto livello come il tipo di materiale tagliato e le caratteristiche dinamiche della macchina utensile stessa. L’operatore deve solo definire i percorsi utensile, tipicamente mediante un CAM, senza preoccuparsi di definire anche i parametri di taglio per ogni utensile, né di verificare che le prestazioni della macchina (potenza) siano compatibili con i parametri scelti.

La lavorazione risultante non solo richiede competenze e tempi di setup inferiori, ma è anche effettuata in condizioni ottimali: l’operatore può cioè scegliere una combinazione di criteri di ottimo che consentono ad esempio di minimizzare il tempo di processo, oppure l’usura dell’utensile, oppure il consumo energetico. Inoltre, i parametri ottimali vengono continuamente ricalcolati anche durante il processo, adattandosi a possibili variazioni inattese.

Infine, la disponibilità di un modello di processo formalizzato, che sta alla base dell’ottimizzazione, consentirà di implementare nel sistema funzioni di apprendimento: il controllore potrà apprendere le migliori strategie per determinate lavorazioni sulla base dell’esperienza. Questo sarà il prossimo passo che il gruppo affronterà dopo la chiusura del progetto.

Attrezzature

• Alesatrice/fresatrice a 5 assi Alesamonti con controllo numerico FIDIA
• Sistemi di misura, elaborazione segnali e sensor fusion su NI CompactRIO
• Controllore Linux su PC industriale

Responsabile del progetto: Paolo Bosetti