OCCAM

ITALIAN FUND FOR APPLIED SCIENCES (FISA) - DIRECTOR'S DECREE NO.1233 OF AUGUST 1, 2023

Dans le cadre du projet OCCAM – Optimal Control for Computer-Aided Manufacturing, le Professeur Manolo Garabini occupe le rôle de Principal Investigator (PI). S'agissant d'un projet de recherche à caractère personnel, conformément aux dispositions de l'appel à projets, le budget est attribué directement au Principal Investigator, qui est chargé d'identifier et de sélectionner les institutions impliquées dans le projet, en définissant à la fois la Host Institution et la Affiliation Institution. Dans ce contexte, Eurosoft S.p.A. assume le rôle de Host Institution, conformément à la définition de l'appel à projets. En tant que partenaire industriel d'accueil, Eurosoft met à disposition son environnement applicatif, ses compétences technologiques, ses infrastructures et les ressources nécessaires à la réalisation des activités de recherche, de développement et de validation prévues par le projet OCCAM. La collaboration avec Eurosoft permet également de développer et de valider les solutions innovantes du projet dans un environnement industriel réel, favorisant ainsi leur transfert technologique et leur impact sur le secteur manufacturier. L'Université de Pise, à travers le Centre de Recherche Enrico Piaggio et le Département d'Ingénierie de l'Information, structures auxquelles le Professeur Garabini est rattaché, participe au projet en qualité d'Affiliation Institution. Ces structures contribuent aux activités scientifiques du projet en apportant une expertise avancée en recherche, un soutien méthodologique et une validation scientifique des résultats, garantissant le lien indispensable avec le monde académique ainsi que la rigueur scientifique des activités menées dans le cadre du projet OCCAM.

Objectif

Le projet OCCAM (Optimal Control for Computer-Aided Manufacturing) est né de la nécessité d’augmenter significativement la productivité, l’efficacité énergétique et la qualité des processus d’usinage sur les machines à commande numérique (CNC), en dépassant les limites des systèmes actuels de planification et de contrôle du mouvement, principalement basés sur des approches heuristiques. Bien que les machines-outils modernes, les systèmes de découpe laser et plasma ainsi que les machines pour le travail du bois disposent de performances dynamiques élevées en termes de vitesse, d’accélération et de précision, ces capacités ne sont aujourd’hui exploitées que partiellement. Cette situation est due à l’utilisation d’algorithmes de génération de trajectoires qui ne permettent pas d’exploiter de manière optimale les capacités de la machine tout en respectant les contraintes cinématiques et les exigences de qualité du produit usiné. OCCAM vise à développer une nouvelle génération d’algorithmes de planification et de contrôle du mouvement fondés sur des techniques avancées d’optimisation mathématique, capables de générer des trajectoires optimales minimisant les temps d’usinage, réduisant les vibrations et la consommation d’énergie, tout en garantissant simultanément le respect des contraintes de vitesse, d’accélération, de jerk et de précision géométrique requises par le processus de production. Le projet appliquera ces méthodologies à différents contextes industriels stratégiques pour le secteur manufacturier italien et international, notamment les machines de découpe laser et plasma pour tubes et profilés métalliques ainsi que les machines CNC pour le travail du bois. L’objectif est d’obtenir des gains mesurables de productivité, d’améliorer la qualité des usinages et de réduire les temps de programmation et de mise au point des installations.

Innovation

L’élément fortement innovant du projet OCCAM réside dans l’introduction, dans le secteur des machines-outils et du Computer-Aided Manufacturing (CAM), de méthodologies de planification et de contrôle du mouvement basées sur des modèles mathématiques et des techniques d’optimisation avancées, issues des développements les plus récents en robotique et en automatisation intelligente. Contrairement aux solutions actuellement adoptées par l’industrie, fondées sur des règles heuristiques et des procédures de paramétrage nécessitant une longue expérience pratique ainsi que de fréquentes opérations de réglage réalisées par des techniciens spécialisés, OCCAM développera des algorithmes capables de déterminer automatiquement les trajectoires optimales de la machine, tout en garantissant de manière rigoureuse le respect des limites physiques des axes et des tolérances géométriques exigées par le processus de production. L’approche proposée permettra de transformer les caractéristiques cinématiques de la machine — vitesse, accélération, jerk et contraintes énergétiques — en paramètres directement exploitables par les algorithmes d’optimisation. Cela permettra de réduire drastiquement les opérations empiriques de réglage, rendant le comportement du système plus prévisible, plus reproductible et plus facilement transférable entre différentes machines. Un autre élément innovant sera l’intégration de techniques avancées de contrôle prédictif (Model Predictive Control – MPC) avec les algorithmes d’optimisation des trajectoires. Cette approche permettra de créer un cadre unifié capable non seulement de générer des trajectoires optimales dans le respect des contraintes cinématiques et dynamiques de la machine, mais également d’adapter son comportement en temps réel en fonction des variations du processus de production et des conditions opérationnelles. Grâce à sa capacité à anticiper l’évolution du système et à gérer explicitement les contraintes liées à la vitesse, à l’accélération et au jerk, le contrôle prédictif contribuera à améliorer simultanément la productivité, la précision et la robustesse du processus. L’adoption des solutions développées dans le cadre d’OCCAM permettra de réduire sensiblement les temps de cycle, de diminuer les sollicitations mécaniques et les vibrations, d’augmenter la précision des usinages et d’améliorer l’efficacité énergétique globale des installations. Le projet contribuera ainsi concrètement à renforcer la compétitivité et la durabilité de l’industrie manufacturière italienne.