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News29 Marzo 2023Digital Industries
Case History
Siemens e EPF: un concentrato di tecnologia al servizio dell’automazione industriale
Fondata nel 1961, EPF è una piccola azienda che ha il vantaggio di avere al suo interno competenze solide e diversificate: più del 70% del personale si dedica all’ingegneria del software (controllori a logica programmabile PLC, robot, sistemi di visione, 2D e 3D, intelligenza artificiale); il 5% lavora nel dipartimento R&D interno, del tutto autofinanziato, che collabora con università e centri di ricerca; il 25% restante si occupa di ingegneria meccanica ed elettrica.
EPF ha quattro sedi: la sede storica è a Carrù, in provincia di Cuneo. Ci sono poi la divisione Plastic di Casei Gerola (Pavia), nata nel 2018 dopo sei anni di collaborazione con il gruppo industriale giapponese Toshiba Machine, di cui EPF è distributore ufficiale e service partner; quella di León in Messico per dare assistenza 24/24 sugli impianti dei suoi clienti con stabilimenti nel paese e quella di Tirana, in Albania, dedicata allo sviluppo di progetti per la costruzione di impianti per la produzione di energia da fonti rinnovabili. I paesi in cui opera EPF sono tuttavia molti di più, dall’Europa agli USA, dalla Cina all’Australia, dal Sudafrica al Giappone.
Dal punto di vista strategico, EPF ha avviato un percorso che la sta portando dall’ideazione di soluzioni tailor made, progettate su misura per ogni cliente, allo sviluppo di soluzioni-prodotto flessibili. L’obiettivo è ottimizzare l’attività, realizzando dei moduli di robotica innovativa con cui poi creare linee più complesse, diverse da cliente a cliente.
Supata, l’isola robotizzata pensata per adattarsi alle più svariate configurazioni impiantistiche in diversi settori merceologici industriali.
Supata, una sintesi di tecnologie innovative
Il risultato di una delle più recenti collaborazioni tra EPF e Siemens è il Supata, un’isola robotizzata pensata per adattarsi alle più svariate configurazioni impiantistiche in diversi settori merceologici industriali.
Lo sviluppo è iniziato nel 2008, cogliendo le esigenze di un cliente in ambito automotive la cui linea finale consisteva nell’assemblaggio di piccole componenti metalliche, diverse per forma e dimensione. “Ciascun componente necessitava di una meccanica specifica per singolarizzarlo e portarlo sulla macchina in una certa posizione. Naturalmente, ogni volta che cambiava la geometria del pezzo, il cliente si trovava a dover cambiare anche la meccanica. E considerati i volumi di produzione e il numero di variazioni, ne derivavano infinite complicazioni, dalla difficoltà di gestire i cambi produzione alle attività di manutenzione, fino allo spazio di stoccaggio” spiega Franco Filippi, owner e CEO di EPF. Che aggiunge: “Nel tempo si è aggiunta una richiesta ancora più stimolante: far sì che la macchina fosse in grado di processare anche prodotti non ancora noti”.
La macchina Supata di EPF (a sinistra) si collega a NVIDIA Omniverse (a destra) per consentire un gemello digitale in tempo reale, fotorealistico e a piena fedeltà di progettazione.
AI: interessanti novità nell’ambito del riconoscimento visivo
Se il punto di forza di Supata è la capacità di manipolare una molteplicità di componenti, cui si aggiunge la semplicità nel cambio formato grazie a un sistema di visione che riconosce in automatico i pezzi inseriti nel database, il vero cambio di passo è stato l’integrazione con l’AI, Artificial Intelligence.
“Siamo partiti dalla domanda: che cosa serve a Supata per migliorare?” spiega Vincenzo De Paola, AI Technical Sales Support Professional di Siemens. “Insieme a EPF, abbiamo sviluppato una soluzione software che, integrandosi in un hardware ad hoc, abilita il deployment di modelli di AI all’interno di una macchina di automazione con tempi di inferenza minimi per adattarsi al tempo ciclo macchina. Abbiamo usato, infatti, un hardware Siemens, nello specifico un “IPC520A”, che integra schede video reingegnerizzate per sostenere un carico industriale e dare così a Supata la possibilità di girare al tempo ciclo che necessita. A livello software, invece, abbiamo scritto un codice di visione che, partendo dalle conoscenze di EPF, puntasse a riconoscere il pezzo, integrando architetture di reti neurali che sono lo stato dell’arte per gli ambiti di “Object Localization”, per riuscire ad astrarre il compito della ricerca dell’oggetto anche quando le condizioni ambientali cambiano (luci, piatto, forma dell’oggetto).”
Oggi, a guidare il robot nella ricerca della presa dell’oggetto è dunque l’AI, attraverso un processo ottimizzato in cui sono gli algoritmi a pianificare il minor numero di vibrazioni necessarie, utilizzando calcoli probabilistici relativi alla posizione degli oggetti da raccogliere.
Metaverso industriale: anticipare ciò che non c’è
L’integrazione con l’AI ha permesso di andare anche oltre, offrendo la possibilità di inserire in produzione nuovi pezzi senza riprogrammare la macchina, che li processa autonomamente e si imposta in automatico.I clienti di EPF chiedono, infatti, sempre di più una flessibilità crescente e la domanda più frequente è quella di assicurarsi che l’acquisto della macchina di oggi sia in grado di soddisfare le esigenze di produzione future che ancora non si conoscono. Sembrerebbe una missione impossibile, ma in questo caso si è sfruttata la simulazione in ambiente fotorealistico, all’interno di un metaverso industriale, per ottenere dati sintetici e allenare così l’intelligenza artificiale, prima ancora che esistesse il nuovo pezzo. Il tutto grazie alla piattaforma di simulazione Omniverse di NDIVIA e, in particolare, all’applicazione Isaac Sim che permette di simulare robotica e intelligenza artificiale. Nel caso di Supata, per capire se la macchina è in grado di soddisfare determinate performance, ovvero se l’algoritmo sarà in grado di rilevare la posizione di oggetti che non sono ancora stati fisicamente realizzati, partendo dal modello CAD 3D dell’oggetto, si sono generate nel metaverso industriale delle immagini sintetiche (quindi non reali) con una altissima qualità e si è verificato che il robot fosse in grado di soddisfare le esigenze, tutto in ambiente simulato.
L’integrazione con l’AI ha permesso di andare anche oltre, offrendo la possibilità di inserire in produzione nuovi pezzi senza riprogrammare la macchina, che li processa autonomamente e si imposta in automatico.I clienti di EPF chiedono, infatti, sempre di più una flessibilità crescente e la domanda più frequente è quella di assicurarsi che l’acquisto della macchina di oggi sia in grado di soddisfare le esigenze di produzione future che ancora non si conoscono. Sembrerebbe una missione impossibile, ma in questo caso si è sfruttata la simulazione in ambiente fotorealistico, all’interno di un metaverso industriale, per ottenere dati sintetici e allenare così l’intelligenza artificiale, prima ancora che esistesse il nuovo pezzo. Il tutto grazie alla piattaforma di simulazione Omniverse di NDIVIA e, in particolare, all’applicazione Isaac Sim che permette di simulare robotica e intelligenza artificiale. Nel caso di Supata, per capire se la macchina è in grado di soddisfare determinate performance, ovvero se l’algoritmo sarà in grado di rilevare la posizione di oggetti che non sono ancora stati fisicamente realizzati, partendo dal modello CAD 3D dell’oggetto, si sono generate nel metaverso industriale delle immagini sintetiche (quindi non reali) con una altissima qualità e si è verificato che il robot fosse in grado di soddisfare le esigenze, tutto in ambiente simulato.
E’ recente l’annuncio di Siemens e NVIDIA – società pioniere della grafica accelerata e dell'intelligenza artificiale (AI) – di un’estensione della loro partnership per abilitare il metaverso industriale e aumentare l'uso della tecnologia digital twin guidata dall'AI. Il primo passo di questa collaborazione ha visto il collegamento di Siemens Xcelerator, la piattaforma digitale aperta, e NVIDIA Omniverse™, una piattaforma per la progettazione e la collaborazione in 3D, allo scopo di creare un metaverso industriale con i modelli digitali “fisici” di Siemens e l'intelligenza artificiale in tempo reale di NVIDIA.
L'integrazione di Omniverse con Xcelerator e il relativo ecosistema aperto dei partner Siemens accelererà l'uso dei gemelli digitali migliorando la produttività e i processi in tutto il ciclo di vita della produzione e del prodotto.
L'integrazione di Omniverse con Xcelerator e il relativo ecosistema aperto dei partner Siemens accelererà l'uso dei gemelli digitali migliorando la produttività e i processi in tutto il ciclo di vita della produzione e del prodotto.
"Il primo vantaggio del metaverso industriale, in caso di cambio formato particolarmente sfidante, risiede nella possibilità di addestrare l’intelligenza artificiale direttamente nella sede EPF, senza aver bisogno del pezzo fisico da prelevare e raccogliere le nuove immagini reali. Questo permette di risparmiare tempo di ingegnerizzazione dell’AI senza dover inviare il nostro personale qualificato presso i clienti finali. Un secondo vantaggio è più commerciale: quando si propongono soluzioni innovative al mercato è difficile far capire i benefici che ne derivano. Poter utilizzare una simulazione virtuale permette di far capire meglio al cliente come la macchina può aiutarlo a risolvere alcuni problemi o migliorare alcuni cicli produttivi”, sostiene Franco Filippi.
"Le aziende di qualsiasi dimensione potranno utilizzare i gemelli digitali ottenendo dati sulle performance in tempo reale, creare soluzioni innovative per l'IoT industriale, sfruttare le informazioni utili derivanti dall'analisi su edge o nel cloud e affrontare le sfide ingegneristiche future rendendo più accessibili simulazioni immersive e visivamente accurate” aggiunge Vincenzo De Paola.
Controllo totale grazie all’edge computing
L’uso di modelli AI comporta la necessità di verificarne l’integrità nel tempo. Per questo si è resa necessaria l’implementazione della piattaforma di Industrial Edge di Siemens per monitorare le performance della macchina Supata, attraverso una app industriale.
L’uso di modelli AI comporta la necessità di verificarne l’integrità nel tempo. Per questo si è resa necessaria l’implementazione della piattaforma di Industrial Edge di Siemens per monitorare le performance della macchina Supata, attraverso una app industriale.
Siemens Industrial Edge è la piattaforma IT di edge computing aperta e pronta all'uso, composta da dispositivi adibiti all’analisi dei dati, i quali presentano a loro interno app industriali e un sistema di gestione centralizzato. Grazie al sistema Edge Management è, infatti, possibile gestire centralmente i dispositivi edge, semplificando enormemente la vita ad operazioni di manutenzione, versioning delle soluzioni proposte e accessi contingentati ai singoli device. Si tratta di una piattaforma in grado di colmare il divario tra local e cloud computing, portando l’IT a bordo macchina e consentendo la raccolta, lo scambio e l'analisi dei dati direttamente a livello di campo. A seconda delle esigenze, si determina quali dati rimangono locali e quali possono essere utilizzati con una soluzione cloud, realizzando così una architettura ibrida. Nel caso specifico di Supata, l’app “Perfomance Insight” consente di verificare che l’algoritmo di visione funzioni sempre con la stessa accuratezza, correlando allo stesso tempo i dati dal campo (per esempio quanti pezzi movimenta la macchina, con quanti movimenti del robot, etc.). Un monitoraggio molto utile, perché permette tra l’altro di programmare la manutenzione della macchina, prevenendo problemi e blocchi di produzione. Una seconda applicazione installata è l’app “Energy Manager” che fornisce lo stato dei consumi della macchina in tempo reale, fino ad arrivare al calcolo dei consumi di energia per pezzo lavorato. Grazie alla recente certificazione ISO5001 l’app è in grado di dare trasparenza energetica direttamente all’azienda che utilizza Supata.
Robot library: la sfida dell’integrazione
Modularità, flessibilità e innovazione sono i concetti guida di questo progetto, un concentrato di tecnologia al servizio dell’automazione industriale che ad Artificial Intelligence (AI), Metaverso industriale e edge computing unisce i vantaggi della SIMATIC Robot Library.Storicamente, il mondo dei robot ha subito un’evoluzione slegata da quello dei controllori per l'automazione industriale (PLC). Questo ha fatto sì che si sviluppassero linguaggi di programmazione differenti sia tra robot e PLC sia tra gli stessi produttori di robot: una condizione che oggi, con l’esplosione del mercato della robotica, non è più sostenibile.
A questo problema Siemens ha risposto con SIMATIC Robot Library, una libreria che consente di integrare i robot di diversi produttori tramite TIA Portal, senza l'intervento di specialisti esterni. “In passato un’azienda come EPF avrebbe dovuto avvalersi del lavoro di diversi esperti di robotica, ciascuno specializzato in una marca di robot. Con una soluzione come SIMATICRobot Library non serve più, perché il programma PLC può essere creato anche da un tecnico non specialista di robotica, in quanto non è più necessario dover utilizzare delle librerie dedicate in funzione della marca del robot, ma il relativo programma può essere sviluppato una volta sola e poi essere semplicemente riutilizzato”, spiega Stefano Magnaghi, Product Manager di Siemens.
Modularità, flessibilità e innovazione sono i concetti guida di questo progetto, un concentrato di tecnologia al servizio dell’automazione industriale che ad Artificial Intelligence (AI), Metaverso industriale e edge computing unisce i vantaggi della SIMATIC Robot Library.Storicamente, il mondo dei robot ha subito un’evoluzione slegata da quello dei controllori per l'automazione industriale (PLC). Questo ha fatto sì che si sviluppassero linguaggi di programmazione differenti sia tra robot e PLC sia tra gli stessi produttori di robot: una condizione che oggi, con l’esplosione del mercato della robotica, non è più sostenibile.
A questo problema Siemens ha risposto con SIMATIC Robot Library, una libreria che consente di integrare i robot di diversi produttori tramite TIA Portal, senza l'intervento di specialisti esterni. “In passato un’azienda come EPF avrebbe dovuto avvalersi del lavoro di diversi esperti di robotica, ciascuno specializzato in una marca di robot. Con una soluzione come SIMATICRobot Library non serve più, perché il programma PLC può essere creato anche da un tecnico non specialista di robotica, in quanto non è più necessario dover utilizzare delle librerie dedicate in funzione della marca del robot, ma il relativo programma può essere sviluppato una volta sola e poi essere semplicemente riutilizzato”, spiega Stefano Magnaghi, Product Manager di Siemens.
“Come EPF abbiamo sempre sviluppato tutto internamente. Perciò, ogni volta che avevamo a che fare con un nuovo robot, i nostri ingegneri dovevano essere formati. L’abbiamo sempre considerato un investimento, ma rappresenta comunque un costo. Oggi, se il robot è compatibile con la SIMATIC Robot Library di Siemens, non ne abbiamo più bisogno: qualsiasi robot può essere connesso senza dover riscrivere ogni volta del codice ad hoc. Anche l’assistenza post-vendita diventa molto più semplice ed efficace, perché basta un tecnico solo, esperto dei controllori S7-1500 di Siemens”, conferma Franco Filippi. “Abbiamo calcolato che grazie alla SIMATIC Robot Library risparmiamo il 20-30% del tempo di programmazione e sviluppo del software”, aggiunge, “un bel vantaggio competitivo, che rende anche il lavoro più attraente per i nostri ingegneri.”
La SIMATIC Robot Library mette a disposizione una interfaccia standard tra il PLC e il controllore del robot semplificando così notevolmente la comunicazione con il robot. Eliminare il pendant a favore di un pannello operatore unico per tutta la macchina, che funziona come unico punto d’accesso alle funzionalità della macchina e del robot, diagnostica inclusa, rappresenta un’interessante opportunità, anche per il cliente finale.
Conclusioni
“La collaborazione con Siemens è stata molto soddisfacente” conclude Franco Filippi “perché ci ha permesso di fare un passo avanti rispetto alle nostre conoscenze. Mi affido a Siemens da molto tempo, e posso dire di aver notato che non è più un semplice produttore e fornitore di componenti con cui equipaggiare le nostre macchine, ma un partner valido e competente nello sviluppo e implementazione di soluzioni innovative: un bel cambio di passo”.
Contatti
Valentina Di Luca
Siemens SpA
VIa Vipiteno 4
20128 Milano
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