È ora di parlare di visione

Il prossimo 25 giugno, a Bologna, si terrà la prima edizione dello Smart Vision Forum, la mostra-convegno dedicata espressamente alla visione industriale e nata grazie all’impegno di AIdAM, ANIE Automazione e Messe Frankfurt Italia. Abbiamo coinvolto molte delle aziende che saranno protagoniste dell’evento in una lunga riflessione sulle loro aspettative, i trend e la consapevolezza del mercato e sugli sviluppi della ricerca – in tema di intelligenza artificiale, ma non solo – relativamente a una tecnologia realmente abilitante per la fabbrica del futuro.

di Fabrizio Dalle Nogare

“Nessun effetto è in natura senza ragione, intendi la ragione e non ti bisogna sperienza”. Ricorre alle parole di Leonardo da Vinci, che “guardava all’esperienza come l’arma utilizzata da chi non aveva ancora percepito l’importanza del metodo e della rappresentazione scientifica dei fenomeni” Giovanni Genovese, Vision Solution Specialist di Omron per introdurre l’universo di visione artificiale. “Stiamo cercando, come Omron, di coltivare la cultura scientifica che si cela dietro le soluzioni di visione artificiale attraverso le numerose soluzioni innovative che implementiamo grazie alla nostra folta rete di tecnici di campo, e grazie all’ausilio del nostro reparto di R&D strettamente connesso al mercato dell’automazione. Tale presunzione ci porta a pensare che la prima aspettativa sia l’accrescimento del bagaglio culturale dei nostri interlocutori ben al di là delle prospettive di vendita”.
Di aspettative sullo Smart Vision Forum (SVF) non si può non parlare con chi lo ha promosso e si appresta ad animarne la prima edizione. “Le mie aspettative riguardo il forum sono alte”, conferma Lorenzo Benassi, Product Specialist Position & Vision di ifm Italia. “Lo SVF può certamente rappresentare una nuova via per diffondere cultura nell’ambito dei prodotti della visione. Il dibattito e la condivisione di know-how tecnico e scientifico possono e devono essere alla base delle prossime innovazioni in ambito tecnologico”.
Elio Bolsi, General Manager di wenglor sensoric italiana, vede una crescita trasversale dell’interesse verso i temi della visione artificiale. “Ciò è dovuto in parte ai progressi fatti in questi ultimi anni dalla tecnologia, che ha permesso un’estensione dell’impiego dei sistemi di acquisizione ed elaborazione delle immagini che va oltre le attività ‘tradizionali’ di ispezione e controllo. In parallelo c’è da considerare che un numero sempre maggiore di aziende si sta orientando verso l’adozione dei paradigmi dell’Industry 4.0 al fine di aumentare l’efficienza produttiva e la capacità di reagire alle richieste di un mercato sempre più dinamico che esige velocità e, al tempo stesso, qualità”.

Elemento abilitante per l’Industria 4.0
Parte da lontano, ovvero dal lavoro svolto negli ultimi mesi da AIdAM e ANIE Automazione insieme a Messe Frankfurt Italia, il progetto che ha portato allo SVF. “Essendo uno dei promotori del Forum – afferma Nicola Lo Russo, Managing Director di Vision -, le aspettative sulla riuscita in termini di visibilità, partecipazione e numero di visitatori sono elevate. Le richieste di partecipazione sono state numerose sin dalle prime riunioni di progetto, a ulteriore dimostrazione dell’importanza che ricoprono i sistemi di visione artificiale nel mondo dell’automazione e non solo. Gli obiettivi che ci siamo posti sono molteplici: divulgazione, comunicazione, confronto ma anche riferimento in un mondo che da ‘elemento di nicchia’ è ormai diventato un ‘elemento abilitante’ per l’industria 4.0”.
“iMAGE S ha sempre creduto nell’importanza di promuovere e diffondere la ‘cultura della visione’”, dice il co-fondatore Marco Diani. “Per questo organizziamo periodicamente seminari e open house, oltre a collaborare con il mondo universitario e le associazioni di settore, italiane e internazionali. Partecipiamo quindi con convinzione allo SVF, un evento molto importante per noi essendo il primo in Italia interamente dedicato alle tecnologie per la visione artificiale protagoniste dell’industria del futuro”.
Un punto di incontro tra tutti i professionisti della visione artificiale in Italia. Così Giorgia Calzolari, Product Specialist di Advanced Technologies, vede lo SVF, che “rafforzerà l’immagine e la visibilità dell’intero comparto oltre ad aiutare le aziende del settore, attraverso lo scambio di idee ed esperienze, a crescere e migliorarsi. La visione artificiale sta vivendo un momento di crescita ed espansione, sia per quanto riguarda le applicazioni industriali sia per quanto riguarda le applicazioni out-of-factory in ambito retail, safety e life science. Nonostante ciò gli eventi e i momenti di incontro dedicati alla visione sono pochi e frammentati”.

Un momento di confronto e informazione
Quale nuovo player nel campo della visione, dopo l’acquisizione di Matrix Vision, Balluff conta molto sul successo dello SVF, “sia come opportunità di mettere in contatto domanda e offerta – dice Fabio Rosso, Head of Service Center – che per la possibilità di confronto tra gli esperti delle varie discipline e tecnologie che contribuiscono alla soluzione di applicazioni al passo con le esigenze del mercato. L’elaborazione delle immagini è ormai indispensabile sia in ambito industriale che in altri settori, quali il medicale, il controllo traffico, la sicurezza, l’analisi, la ricerca ecc.”.
“Le aspettative che abbiamo dal Forum sono essenzialmente quelle di proseguire sulla strada dell’innovazione iniziata ormai da diversi anni nella diffusione sempre più forte dei sistemi di visione nell’industria manifatturiera”, spiega Eugenio Meregalli, Technical Department Senior Manager di Keyence. “Per quanto sia ormai consolidato in ogni settore industriale l’utilizzo della visione artificiale, ancora oggi è fondamentale scambiare informazioni ed educare gli utilizzatori finali dei sistemi di visione sulle nuove tecnologie e le innovazioni continue in questo ambito. Il forum ha di certo un ruolo importante in questo senso”.
Il Forum, secondo Michele Leoni, Global Product Sales Specialist Traceability di Datalogic – si rivolge a utilizzatori/integratori di soluzioni di machine vision. “Da un lato, per coloro che hanno già familiarità con le tematiche di visione artificiale, può essere un’occasione per fare networking e apprendere le novità tecnologiche e i trend di mercato più interessanti. Dall’altro, per chi invece si affaccia per la prima volta su questo ambito, può risultare un’ottima occasione per conoscere meglio la tecnologia e valutarne le potenzialità applicative, oltre a entrare in contatto con i possibili fornitori di prodotti e soluzioni”.
“Grazie alla visione artificiale – spiega Fabio Rosi, Responsabile R&S di VEA – molte industrie hanno incrementato sensibilmente la qualità dei loro prodotti, ma soprattutto stanno scoprendo nuovi modi per produrre, impensabili fino a pochi anni fa. Lo SVF è un punto di partenza per fare cultura nel campo della visione, un aspetto che è stato sottovalutato in passato, e penso che l’idea di fare un Forum dedicato alla visione sia vincente, soprattutto perché meno dispersiva di una fiera tradizionale”.

Big data, Industry 4.0 e fabbrica digitale
“Sentivamo la necessità, in Italia, di creare un’occasione di aggiornamento su questa tematica”, racconta Serena Monti, Product Manager Vision Systems di SICK, tra i promotori dello SVF. “Vogliamo che si crei una piccola comunità in cui parlare di visione sotto ogni aspetto. L’evento sarà un punto di riferimento per gli operatori e, ci auguriamo, il primo di una lunga serie di incontri di questo genere, anche perché le aziende stanno chiedendo sempre più spesso strumenti innovativi, quindi i tempi sono davvero maturi per far esplodere questa tematica”.
Secondo Mahmood Talouzi, Technical Support Engineer di Beckhoff, “l’evento può certamente essere un punto di partenza. Le sfide tecnologiche attuali dettano un percorso di miglioramento continuo e sono necessarie per adattarsi rapidamente alle esigenze di mercato, offrire innovazione e ottenere al tempo stesso benefici tangibili in termini non solo di efficienza, ma anche economici”. La stessa fiducia espressa da Alessandro Liani, CEO di Videosystems. “Lo SVF ci darà un’opportunità di confronto con le altre realtà nazionali del settore nell’ottica della crescita reciproca, considerato che la visione artificiale, assieme all’intelligenza artificiale, diventerà sempre più cruciale nei processi produttivi”.
“La visione artificiale è parte integrante dell’universo industriale, gravitando in qualità di generatore di dati e della loro elaborazione. Big data, Industry 4.0 e fabbrica digitale sono tutte tematiche intrecciate con la visione: avere dunque un Forum e un dibattito dedicato risultano un’iniziativa di rilievo sia in termini di argomenti trattati sia di platea interessata”, chiosa Michele Giannoni, Senior District Sales Manager Northern Italy di Cognex.

C’è consapevolezza delle potenzialità della visione?
Pensando alla platea di utilizzatori e potenziali utilizzatori delle tecnologie di visione artificiale, abbiamo chiesto agli esperti se, sulla base della loro esperienza, sia diffusa la consapevolezza del ruolo cruciale dei sistemi di visione nella transizione verso la fabbrica digitale. Partiamo da chi vede il bicchiere mezzo pieno. “Sicuramente – dice Eugenio Meregalli (Keyence) -. Oggi non ci si deve più porre la domanda se utilizzare o meno un sistema di visione in linea, ma come utilizzare il sistema di visione. La consapevolezza della nostra platea di clienti e potenziali clienti è forte e puntare sulle tecnologie di questo tipo è sinonimo di azienda innovatrice e che crede nell’investimento sulla crescita della qualità”. “Assolutamente sì – conferma Nicola Lo Russo (Vision) -. In un mondo dove la competizione globale è agguerrita, solo le produzioni che riescono a combinare produttività, sicurezza e costi contenuti riusciranno a sopravvivere e la visione artificiale gioca un ruolo importante perché offre le soluzioni per affrontare le sfide della produzione del futuro. La visione artificiale ha oramai conquistato le nostre vite: dalla guida autonoma alla gestione del traffico; dall’agricoltura alla sanità; dall’identificazione e separazione dei materiali al riciclo sostenibile, grazie alla visione artificiale possiamo dire che migriamo dalla qualità del prodotto a una migliore qualità della vita”.
“La visione non è più una materia specializzata – argomenta Elio Bolsi (wenglor) – ma è diventata una disciplina alla portata di costruttori ed end-user che operano in molti settori diversi. I fattori che hanno contribuito a queste nuove aperture sono l’evoluzione dell’hardware di acquisizione delle immagini, così come lo sviluppo della componente software, che ha dischiuso ambiti applicativi fino a pochi anni fa lontani da queste tecnologie perché spesso accompagnate da non banali problemi di integrazione. L’avvento della smart industry richiede, inoltre, la disponibilità di componenti con dimensioni contenute e caratteristiche tali da poter essere integrati facilmente a bordo macchina e in grado di trasmettere le informazioni raccolte sul campo tramite protocolli standard, in ottica IoT”.
“Il tessuto industriale vive oggi un contesto competitivo che richiede non solo l’incremento della produttività e della disponibilità dell’impianto, ma anche e soprattutto di aumentare la qualità del proprio prodotto”, chiosa Mahmood Talouzi (Beckhoff).

Più visione, più qualità
Sul versante dell’ottimismo si colloca anche Michele Giannoni (Cognex). “Le immense quantità di dati generate dai sistemi di visione artificiale, esaminate ed elaborate, rendono le linee di produzione sempre più veloci, precise ed efficaci; suggeriscono applicazioni, idee, evoluzioni, nuove frontiere e modalità di produrre”. “Tramite l’elaborazione di immagini – aggiunge Michele Leoni (Datalogic) – è possibile estrapolare informazioni relative ai prodotti e ai processi aprendo così innumerevoli scenari applicativi in cui i dati raccolti diventano la chiave per migliorare l’efficienza e l’efficacia di tutte le attività aziendali, dalla produzione vera e propria ai flussi logistici, passando per la qualità e la tracciabilità di prodotto”.
“La consapevolezza della centrale importanza dei sistemi di visione artificiale nei processi di automazione è parecchio cresciuta. La visione può senza dubbio essere uno dei fattori di maggior rilievo nel passaggio alla fabbrica digitale, supportando il lavoro delle macchine e dell’uomo al fine ultimo di rendere più efficienti tutti i processi produttivi. I sistemi di visione agevolano inoltre il controllo qualità nella produzione, fattore sempre più importante per le aziende che desiderano mantenere un elevato standard qualitativo dei propri prodotti”, precisa Lorenzo Benassi (ifm). Anche Marco Diani (iMAGE S) è convinto che “le aziende stiano acquisendo consapevolezza del ruolo chiave dei sistemi di visione nella transizione verso la fabbrica digitale. Di conseguenza, le soluzioni di machine vision stanno prendendo piede ormai in tutti i settori industriali: dal manufacturing all’elettronica, dall’automotive al packaging, dall’alimentare al medicale”.
Giorgia Calzolari (Advanced Technologies) parla di una platea estremamente eterogenea in termini di conoscenza. “Chi ha una conoscenza superficiale dei sistemi di visione non è pienamente consapevole dei vantaggi portati dall’impiego di sistemi di visione in ottica ‘Smart Factory’, come ad esempio l’impiego di tecnologie di realtà aumentata per il supporto alle attività di assemblaggio o l’utilizzo dei dati di classificazione per attività di analisi sul corretto funzionamento delle macchine”.

C’è bisogno di formazione e scolarizzazione
Non c’è dubbio, tuttavia, sul fatto che il percorso verso una maggiore consapevolezza sia tutt’altro che concluso. “Ci sono parecchia confusione e molte false convinzioni su ciò che le tecnologie legate alla visione possono o non possono fare. La conoscenza approfondita è ben custodita negli ambiti d’integrazione e difficilmente costruttori o utenti finali riescono ad approcciare tali soluzioni senza il supporto di esperti. Sono quindi necessari da un lato prodotti performanti e semplici da integrare, dall’altro maggiore consapevolezza sul ruolo che la visione artificiale può giocare”, spiega Fabio Rosso (Balluff).
Riferendosi alla visione, Alessandro Liani (Videosystems) è convinto che “questa branca della tecnologia necessiti ancora di un’attività di formazione e scolarizzazione per comprendere a pieno le grandi potenzialità di miglioramento che possono introdurre anche nell’ottica della fabbrica digitale. In passato molti controlli risultavano limitati dalle potenze di calcolo disponibili; tali limiti si stanno velocemente azzerando e quindi, grazie alla visione e all’intelligenza artificiale, nuovi traguardi sono raggiungibili anche nell’ottica della riduzione degli scarti e dell’inquinamento”.
“Negli incontri con i nostri potenziali utilizzatori mi imbatto spesso in una conoscenza sommaria e variegata dei sistemi di visione, alcune volte visti come una sorta di bacchetta magica per risolvere qualunque problema di produzione, altre volte relegati al ruolo di sensore intelligente, ma neanche troppo. La nostra missione è creare consapevolezza negli utilizzatori, generando una visione oggettiva e professionale dei pro e contro che questi sistemi possono portare all’azienda”, racconta Fabio Rosi (VEA).

Un “accessorio” dell’automazione?
“La visione artificiale viene ancora percepita, seppur a torto, un po’ come un ‘accessorio’ dell’automazione”, dice Serena Monti (SICK). “Dico ‘a torto’ perché, se usata in ogni sua potenzialità, può essere davvero una soluzione Industry 4.0-oriented. Innanzitutto è una soluzione versatile: anche se viene impiegata principalmente per il controllo qualità e la tracciabilità dei prodotti, lo fa nelle situazioni più disparate e negli ambienti di lavoro più diversi. Questa sua versatilità, unita a un ampliamento dell’intelligenza intrinseca degli strumenti di visione, ne sta facendo la soluzione ideale, ad esempio, in ambito robotico, dove le camere vengono utilizzate per muovere robot e cobot con sicurezza e disinvoltura all’interno degli spazi di lavoro ed effettuare le operazioni di picking con la massima precisione, anche ad alte velocità”.
“La fabbrica digitale è visione artificiale: l’importanza dei sistemi di visione artificiale all’interno della fabbrica digitale è pari al rapporto del peso della vista rispetto al peso complessivo dei 5 sensi. Penso allo sviluppo negli ultimi tempi di vere e proprie reti di telecamere per sorvegliare gli ambienti industriali piuttosto che per le applicazioni ‘classiche’ o ‘da manuale’ come il controllo di qualità o di processo. La visione artificiale è la fabbrica digitale: altrettanto penso a sistemi di visione artificiale che oggi svolgono il mestiere delle bilance, rivelatori di fumi, spettroscopie e composizioni chimiche, analisi ben oltre il visibile. La fabbrica digitale è informazione: le informazioni che possono essere generate, interpretate e aggregate da un generico sistema di visione artificiale vanno ben oltre le capacità di qualsiasi sistema immerso in ambiente industriale”, sintetizza Giovanni Genovese (Omron).

L’avvento dell’intelligenza artificiale
Sul fronte dell’innovazione, si parla molto degli sviluppi della ricerca rispetto all’intelligenza artificiale (AI). Quali saranno le innovazioni più dirompenti nell’automazione di processo? Le risposte non mancano di concretezza. “Relativamente alla visione, le prossime frontiere dell’innovazione si possono idealmente suddividere in due grandi filoni: il primo riguarda la tecnologia di visione in sé, il secondo riguarda l’elaborazione software. Tra le tecnologie emergenti, la luce strutturata è quella che ha le migliori potenzialità”, spiega Elio Bolsi (wenglor). “Relativamente agli aspetti software, l’AI è senz’altro una delle più promettenti frontiere. Il suo impiego in ambito industriale è ancora molto limitato, quasi sperimentale, ma non manca di evolvere giorno dopo giorno compiendo significativi passi in avanti. È comunque arduo fare previsioni”.
“Stiamo iniziando a utilizzare l’AI per incrementare l’efficacia dei sistemi di visione – racconta Fabio Rosi (VEA) -, soprattutto nei campi della misurazione e delle analisi qualitative. Ad esempio, fino a pochi anni fa era inconcepibile eseguire delle misure ad alta velocità su prodotti in linea con la stessa precisione delle misure in laboratorio: adesso è una realtà”. “Videosystems – dice Alessandro Liani – sta investendo notevoli risorse nello sviluppo di motori di intelligenza artificiale per il controllo di processo e di prodotto, abbinando alla visione e all’AI anche tecnologia di robotica per lo sviluppo di sistemi sempre più evoluti”. “L’aspetto 3D nell’ambito dell’intelligenza artificiale promette di essere già nel medio termine l’elemento cardine delle innovazioni applicabili alla gran parte dei processi produttivi”, riflette Lorenzo Benassi (ifm).
“Innovare significa scegliere piattaforme di automazione che rispondano a criteri di flessibilità e apertura agli standard più moderni. Ciò è attuabile solo grazie a impianti flessibili costituiti da macchine capaci di effettuare rapidi cambi formato e che facciano corrispondere a questo una semplificazione nel realizzare le logiche di automazione”, aggiunge Mahmood Talouzi (Beckhoff).

Machine learning e deep learning
Secondo Giorgia Calzolari (Advanced Technologies), “l’IA ha raggiunto negli ultimi anni una maturità tale da veder crescere e rafforzarsi lo sviluppo di applicazioni in diverse aree industriali. All’interno dell’intelligenza artificiale si colloca il machine learning, ovvero quella disciplina che ha come focus l’apprendimento automatico e, più nello specifico, il deep learning. Uno dei settori in cui le tecniche di deep learning possono essere impiegate con maggior successo è proprio quello della visione”.
Qui si apre una riflessione approfondita sul deep learning che, secondo Fabio Rosso (Balluff), “potrebbe dare spunto a nuove applicazioni in ambiti ora non coperti da tecniche standard. La limitazione di fondo nasce dal fatto che si passa dall’ambito della matematica della visione classica (2D, in parte anche 3D) a quello della statistica del deep/machine learning. E non sempre, in ambito industriale, un risultato probabilistico viene accettato. Però ci sono alcuni settori applicativi con una mole di dati notevole dove un approccio di questo tipo può far fare dei passi avanti”. Per Michele Giannoni (Cognex), “il deep learning sta rendendo possibili nuove opportunità nel contesto della produzione e dell’ispezione automatizzate, generando risparmi sui costi e incrementando la redditività e la comprensione dei propri processi di produzione”.
“L’intelligenza artificiale – spiega Marco Diani (iMAGE S) esiste già dagli anni Settanta, ma il deep learning, cioè l’utilizzo di una rete neurale convoluzionale (CNN) a più strati, oltre all’aumento di prestazioni dei computer, ha cambiato il tipo di approccio a questa tecnologia e l’ha resa più fruibile anche a livello applicativo. Già da qualche anno le applicazioni in campo industriale che utilizzano soluzioni basate sull’AI hanno cominciato a prendere piede nei settori più disparati: dal food & beverage al controllo della saldatura, fino all’automotive”.
Serena Monti (SICK) identifica nel deep learning “uno dei trend del prossimo futuro. Noi lo stiamo sviluppando per l’analisi delle immagini. I nuovi algoritmi ci permetteranno di risolvere task produttivi complessi per rilevare, verificare e classificare oggetti in modo del tutto autonomo. Attraverso una grande quantità di immagini, i sensori vengono allenati a valutare le caratteristiche, in modo da riuscire a capire quali sono le peculiarità da analizzare e impostare automaticamente i limiti che stabiliscono la bontà o meno di una misura, in base alla statistica dell’analisi effettuata sulle immagini utilizzate durante il training”.

Obiettivo: manutenzione predittiva
Quel che è certo è che dietro l’AI si cela un concetto complesso, che comprende tecnologie e funzioni diverse. “Fondamentali, oltre all’apprendimento autonomo, sono il riconoscimento visuale, i sensori e l’IoT, le capacità di interazione uomo-macchina, solo per citarne alcune”, racconta Nicola Lo Russo (Vision). E le funzioni sono ormai le più disparate: in produzione, marketing, vendite, finanza così come sale ogni giorno la penetrazione negli ambiti professionali come quello medico, giuridico ma anche nella musica. La gestione della catena produttiva con le attività di predictive manitenance, di ottimizzazione del processo produttivo e della logistica si caratterizzano per il più alto beneficio atteso. Grazie a dati aggiuntivi quali immagini, raccolti da sensori come fotocamere, unita alla capacità delle tecniche di deep learning di analizzare una grande quantità di dati di varia natura, si è in grado di rilevare anomalie o fare previsioni sulla vita utile residua dei componenti”.
La tendenza attuale, secondo Eugenio Meregalli (Keyence) è la predictive manitenance, “che non si traduce solo nella gestione del macchinario di linea in quanto tale e nella verifica del corretto funzionamento, ma anche nel tracciamento e prevenzione del difetto sul prodotto lavorato”. Un riassunto interessante lo offre Michele Leoni (Datalogic). “L’adozione dell’AI nei processi industriali può, in prospettiva, portare due benefici principali. Il primo è in una logica di tecnologia abilitante, ovvero la possibilità di dare finalmente risposta ad applicazioni che le tecnologie tradizionali non sono in grado di risolvere. Il secondo, invece, riguarda la possibilità di semplificare la configurazione e il settaggio dei macchinari, rendendoli quindi più intelligenti e flessibili, riducendo così la necessità dell’intervento umano”.
“Spesso effettuo dei sopralluoghi in grandi stabilimenti produttivi, ove gran parte delle telecamere sono dismesse ‘perché generano troppi falsi scarti’”, racconta Giovanni Genovese (Omron) rifacendosi alla sua quotidianità. “Stiamo cercando di sostituire quindi un’intelligenza (umana) con un’intelligenza (artificiale), creata dall’essere umano, che dovrebbe non soffrire di ulteriori inefficienze e imperfezioni e contribuirà a ridurre il time to market delle soluzioni di visione artificiale così come linee intere di produzione. Stiamo tutti lavorando per far diventare i nostri sistemi più intelligenti, che in questo caso si serviranno di quel famoso concetto non tanto gradito da Leonardo, l’esperienza”.