OCCAM

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

Nell’ambito del progetto OCCAM – Optimal Control for Computer-Aided Manufacturing, il Prof. Manolo Garabini ricopre il ruolo di Principal Investigator (PI). Trattandosi di un progetto a carattere personale, secondo quanto previsto dal bando, il budget è assegnato direttamente al Principal Investigator, il quale ha la responsabilità di individuare e selezionare le istituzioni coinvolte nel progetto, definendo la Host Institution e la Affiliation Institution. In tale contesto, Eurosoft S.p.A. assume il ruolo di Host Institution, come definito dal bando. In qualità di partner industriale ospitante, Eurosoft mette a disposizione il proprio contesto applicativo, le competenze tecnologiche, le infrastrutture e le risorse necessarie allo svolgimento delle attività di ricerca, sviluppo e validazione previste dal progetto OCCAM. La collaborazione con Eurosoft consente inoltre di sviluppare e verificare le soluzioni innovative del progetto in un contesto industriale reale, favorendone il trasferimento tecnologico e l'impatto sul settore manifatturiero. L’Università di Pisa, attraverso il Centro di Ricerca Enrico Piaggio e il Dipartimento di Ingegneria dell'Informazione, strutture alle quali il Prof. Garabini afferisce, partecipa al progetto in qualità di Affiliation Institution. Tali strutture contribuiscono alle attività scientifiche del progetto fornendo competenze di ricerca avanzata, supporto metodologico e validazione scientifica dei risultati, garantendo il necessario collegamento con il mondo accademico e assicurando il rigore scientifico delle attività svolte nell'ambito di OCCAM.

Obiettivo

Il progetto OCCAM (Optimal Control for Computer-Aided Manufacturing) nasce dall'esigenza di aumentare significativamente la produttività, l'efficienza energetica e la qualità dei processi di lavorazione nelle macchine a controllo numerico (CNC), superando i limiti degli attuali sistemi di pianificazione e controllo del moto, basati prevalentemente su approcci euristici. Sebbene le moderne macchine utensili, i sistemi di taglio laser e plasma e le macchine per la lavorazione del legno dispongano di elevate prestazioni dinamiche in termini di velocità, accelerazione e precisione, tali potenzialità risultano oggi sfruttate solo parzialmente. Ciò è dovuto all'utilizzo di algoritmi di generazione delle traiettorie che non consentono di sfruttare in modo ottimale le capacità della macchina, mantenendo al contempo il rispetto dei vincoli cinematici e dei requisiti qualitativi del prodotto lavorato. OCCAM si propone di sviluppare una nuova generazione di algoritmi per la pianificazione e il controllo del moto basati su tecniche avanzate di ottimizzazione matematica, in grado di generare traiettorie ottimali che minimizzino i tempi di lavorazione, riducano vibrazioni e consumi energetici e garantiscano il rispetto simultaneo dei vincoli di velocità, accelerazione, jerk e precisione geometrica richiesti dal processo produttivo. Il progetto applicherà tali metodologie a diversi contesti industriali strategici per il settore manifatturiero italiano e internazionale, tra cui macchine per il taglio laser e plasma di tubi e profilati metallici e macchine CNC per la lavorazione del legno. L'obiettivo è ottenere incrementi misurabili della produttività, migliorare la qualità delle lavorazioni e ridurre i tempi di programmazione e di messa a punto degli impianti.

Innovazione

L'elemento fortemente innovativo del progetto OCCAM consiste nell'introduzione, nel settore delle macchine utensili e del Computer-Aided Manufacturing (CAM), di metodologie di pianificazione e controllo del moto basate su modelli matematici e tecniche di ottimizzazione avanzata, derivate dai più recenti sviluppi della robotica e dell'automazione intelligente. A differenza delle soluzioni oggi comunemente adottate dall'industria, basate su regole euristiche e procedure di parametrizzazione che richiedono una lunga esperienza applicativa e frequenti attività di taratura da parte di tecnici specializzati, OCCAM svilupperà algoritmi in grado di determinare automaticamente le traiettorie ottimali della macchina, garantendo in modo rigoroso il rispetto dei limiti fisici degli assi e delle tolleranze geometriche richieste dal processo produttivo. L'approccio proposto consentirà di trasformare le caratteristiche cinematiche della macchina — velocità, accelerazioni, jerk e vincoli energetici — in parametri direttamente utilizzabili dagli algoritmi di ottimizzazione. Questo permetterà di ridurre drasticamente le attività empiriche di regolazione, rendendo il comportamento del sistema più prevedibile, ripetibile e facilmente trasferibile tra macchine differenti. Un ulteriore elemento innovativo sarà l'integrazione di tecniche avanzate di controllo predittivo (Model Predictive Control – MPC) con gli algoritmi di ottimizzazione delle traiettorie. Questo approccio consentirà di realizzare un framework unificato capace non solo di generare traiettorie ottimali nel rispetto dei vincoli cinematici e dinamici della macchina, ma anche di adattarne il comportamento in tempo reale in funzione delle variazioni del processo produttivo e delle condizioni operative. Grazie alla capacità di anticipare l'evoluzione del sistema e di gestire esplicitamente i vincoli su velocità, accelerazione e jerk, il controllo predittivo contribuirà a migliorare simultaneamente produttività, precisione e robustezza del processo. L'adozione delle soluzioni sviluppate nell'ambito di OCCAM permetterà di ridurre sensibilmente i tempi ciclo, diminuire le sollecitazioni meccaniche e le vibrazioni, aumentare la precisione delle lavorazioni e migliorare l'efficienza energetica complessiva degli impianti. In questo modo il progetto contribuirà concretamente ad accrescere la competitività e la sostenibilità dell'industria manifatturiera italiana.