In dialogo con i componenti smart

Digitalizzazione, manutenzione predittiva, efficientamento: sono queste le varie declinazioni degli smart components di Camozzi. Sono loro stessi a “parlare” all’utilizzatore, avvertendolo in caso di anomalie e fornendo dati sul loro stato di salute. Ne abbiamo parlato con Andrea Camisani, Technical Director Mechatronics di Camozzi Automation.

Nato nel 1964, il gruppo Camozzi inizia la sua storia sviluppando e commercializzando componenti pneumatici per l’automazione industriale. Negli anni successivi il gruppo è cresciuto, ampliando il proprio portfolio prodotti grazie anche alla creazione di altri quattro comparti operanti in settori diversi e che si sono aggiunti al nucleo iniziale dell’azienda oggi rappresentato dalla divisione Camozzi Automation. Sempre al passo con la ricerca tecnologica e attento ai dettami della smart manufacturing, una delle innovazioni più importanti portate avanti negli ultimi anni dal gruppo Camozzi è stata l’integrazione dell’elettronica all’interno della componentistica. “La gamma di prodotti – spiega Andrea Camisani – si è via via ampliata con cilindri e attuatori elettromeccanici, fino ad arrivare a pinze e, soprattutto, ai componenti smart”. E sono proprio gli smart components a rappresentare il nucleo più importante e innovativo della divisione Camozzi Automation, figurando come un’evoluzione dei componenti pneumatici verso la parte sistemistica. Si parte dal concetto che i componenti e i sensori non siano più parti disgiunte, ma integrate: una cosa sola in grado di “dialogare” con l’esterno. “È sempre più richiesta – racconta Andrea Camisani – l’integrazione di funzionalità che permettano di ridurre i costi di cablaggio ed esercizio, e soprattutto di avere un’elaborazione dati più prossima al componente stesso”.

Per farlo, c’è stato un lungo lavoro di ricerca degli algoritmi migliori e che potessero permettere di inserire alcune informazioni dall’analisi di grandezze che sottendono alla fisica di funzionamento dei componenti meccatronici stessi; questo è stato possibile anche grazie alla conoscenza di dominio che Camozzi Automation possiede sui propri componenti. In questo senso, il gruppo Camozzi sta portando avanti diverse attività di ricerca, sia all’interno del proprio centro a Brescia sia nel polo a Milano, dove collabora con il Politecnico di Milano per lo sviluppo, tra gli altri, di componentistica, sensoristica e software in ottica di Industry 4.0. “La nostra tecnologia CoilVision è la traduzione in pratica di tutto questo – spiega Andrea Camisani – ovvero la creazione di una serie di metodi e algoritmi brevettati, attraverso i quali avviene il monitoraggio dello stato di salute degli elettropiloti all’interno del componente”. Ogni azionamento dell’elettropilota viene analizzato per acquisire informazioni che, elaborate da algoritmi software, permettono di diagnosticare e predire lo stato di salute del componente. Tutto questo avviene lavorando sulla parte di modellazione dell’oggetto e di lettura delle sue grandezze fisiche ed elettriche. “Possiamo dire – prosegue Andrea Camisani – che CoilVision è uno strumento di sintesi attraverso cui si restituisce all’utente finale un parametro univoco e in scala, quindi un numero su cui tarare gli interventi di manutenzione”. Un esempio? La Serie D è un’isola di valvole con CoilVision, che consente di monitorare e predire lo stato di usura ed efficienza di alcune parti delle singole elettrovalvole. Il sistema di diagnostica predittiva si affianca al “tradizionale” monitoraggio in grado di restituire informazioni di consumo elettrico e temperatura del corpo della bobina.

Un semaforo per la manutenzione

La scala su cui si basa Camozzi Automation per aiutare i suoi clienti a mappare lo stato di salute dei componenti è ripartita in tre “zone” contraddistinte da colori diversi, come se fosse un semaforo per capire se e come intervenire. La “zona verde” rappresenta uno stato di salute ottimale, per cui il componente viene ritenuto funzionale e con un’aspettativa di vita ancora lunga, e per questo motivo nessuna segnalazione viene girata al cliente se non una percentuale decrescente dello stato di salute. Dopodiché, quando viene stimato che lo stato di vita residuo è intorno al 15%, si entra nella “zona gialla”, dove si avverte che il componente è entrato in una fase di fine vita, ciò significa che il componente sta iniziando a performare al limite delle proprie specifiche; in questa fase, sta all’utilizzatore decidere se è già giunto il momento di intervenire, per esempio per operare una sostituzione, a seconda di quanto quel componente impatta a livello critico sulla sua catena di produzione, o se sia possibile proseguire nell’impiego fino al successivo step, in dipendenza anche di quante volte viene azionato mediamente nella giornata. Quando si entra nella “zona rossa”, invece, l’indicazione di Camozzi è perentoria: quello sarà uno dei componenti che in un piano di manutenzione programmata verrà sostituito, perché non è più possibile assicurarne il funzionamento. La manutenzione predittiva si basa, come risaputo, sul fatto di non arrivare ai fermi macchina, ma anticipare tutte le situazioni di stallo e le situazioni critiche. Ecco perché Camozzi lancia un warning prima che il componente arrivi al fine vita, così da evitare fastidiosi fermi macchina prolungati.

“I nostri smart components, – continua Andrea Camisani – grazie all’integrazione di componentistica elettronica, sono in grado di monitorare il grado di salute dei componenti stessi, di fare condition assessment e di veicolare queste informazioni anche alle piattaforme IIoT e a PLC. Con questa tipologia di componenti, noi abbiamo equipaggiato non solo impianti e macchine dei clienti, ma anche le nostre linee di produzione italiane. Avere dei componenti in grado di fornire informazioni sulle loro performance è un indubbio vantaggio”. I componenti smart di Camozzi, oltre a questo, sono anche capaci di integrare informazioni a bordo macchina. “L’integrazione nativa dei componenti – prosegue Camisani – con le piattaforme software di Camozzi Digital facilita il collegamento con il MES aziendale e fornisce ulteriori benefici in termini di interoperatività dei dati e sviluppo algoritmico”.
Camozzi Automation, in corredo a CoilVision, ha sviluppato la piattaforma grafica UVIX, Universal Visual Interface X, un software gratuito che si può installare in ambiente Windows o Linux o gateway IIoT, e che restituisce al cliente un’interfaccia grafica su cui tutti gli indicatori sullo stato di salute del componente sono facilmente individuabili, quindi il cliente può avere un layout della propria installazione diviso con le opportune segnalazioni cromatiche. In alternativa, se il cliente avesse esigenza di ricevere le informazioni sui componenti attraverso i bus di campo più diffusi, quali Profinet, Profibus e IO-Link, Camozzi Automation rende possibile questa funzionalità nelle proprie isole di valvole con interfaccia seriale, così da ottenere i dati direttamente da PLC.

Costruire di dati

L’interoperabilità dei dati raccolti è una delle sfide portate dall’Industrial Internet of Things, dato l’alto numero di standard esistenti. “Da anni – racconta Andrea Camisani – ci sono movimenti di diverse aziende per arrivare a dei consorzi e a degli standard univoci; ma la tecnologia si evolve in maniera talmente rapida che è inevitabile una frammentazione: l’impulso a creare sempre qualcosa di nuovo porta a modifiche e miglioramenti continui degli standard. È indispensabile, quindi, che Camozzi sia interoperabile con le tecnologie più diffuse e che sia in grado di supportarle. Siamo aperti a tutte le evoluzioni del mercato, non possiamo ‘fissarci’ unicamente su una piattaforma o su un’altra”.
Oltre alla non esistenza di uno standard univoco, ci sono anche delle dicotomie tra il mondo IoT e IIoT, principalmente legate al fatto che in campo industriale i controlli real time non sono sostituibili con dispositivi che hanno latenze appartenenti al mondo di internet. “Questa dicotomia si sta man mano assottigliando – spiega Andrea Camisani – grazie a nuove tecnologie come il 5G e per il fatto che ci sono sempre più architetture ibride, dove si usano delle parti di industrial automation classica mescolate con le funzionalità IoT. Secondo me una sfida che ci riserva il futuro sarà mixare nel migliore dei modi automazione industriale e IoT, prendendo il meglio da ognuna di esse; una tecnologia che in toto soppianti l’impostazione che gli sviluppi hanno negli anni prodotto non credo sia possibile”. Quello che si ottiene attraverso questa commistione è ciò che si sente spesso definire come cyber physical system, cioè un sistema in cui la parte di attuazione meccanica tradizionale è un tutt’uno con lo strato software, quindi un modello più evoluto di macchina con una maggior mole di dati che permette di presiedere in maniera più puntuale anche alle attività di lavorazione. Tutto questo va nella direzione dell’efficientamento degli impianti, anche in termini di risparmio energetico.

Camozzi, quindi, non è estranea all’efficientamento energetico, anzi è un obiettivo del gruppo. “Nel processo di costruzione del dato e della sua catena di valore, nel manutenere a lungo il database o un dato grezzo, dobbiamo tenere conto dell’impatto che tutte queste operazioni hanno” spiega Camisani.
Una delle peculiarità dei componenti Camozzi è, appunto, quella di fornire degli indici sintetici, quindi dei valori che a colpo d’occhio diano conto di alcune situazioni e non necessitino di un post processing impegnativo. “Più siamo abili a raffinare il dato grezzo a basso livello, quindi molto vicini al punto di generazione del dato stesso, – continua Camisani – meno avremo nella catena di trasmissione bisogno di processare, di conseguenza ci saranno meno informazioni da salvare. In questo senso si parla di un approccio che è più di ‘conoscenza di dominio’, cioè del sistema in cui il software verrà applicato, che meramente statistico: quanto prima si riesce ad applicare questa conoscenza, tanto prima si tradurrà in beneficio sui componenti. Ci sono ovviamente delle tecniche di post processing utili qualora alcuni fenomeni siano deterministici ma non immediatamente evidenti: in questo caso entrano in gioco tutta una serie di paradigmi anche di intelligenza artificiale”. Il gruppo Camozzi sta sviluppando l’intelligenza artificiale su un doppio binario. Da una parte, c’è l’approccio della divisione Automation, di tipo embedded e machine learning core, che sfrutta gli alberi decisionali a livello di componente, e quindi solleva la catena di elaborazione del dato da tutta una serie di aggravi, sia computazionale che energetico. “Camozzi ha sui propri componenti una conoscenza di dominio cinquantennale – afferma Camisani – non sempre quindi c’è bisogno di andare a fare un’analisi statistica quando si dispone di modelli fisici e quando c’è un know how così importante sul componente stesso”. Dall’altra parte, invece, la divisione Digital sfrutta la AI con tecniche e tool cloud. Attraverso una dashboard, è possibile storicizzare i dati e andarli a recuperare in caso di bisogno; la disponibilità su cloud permette l’accesso anche da mobile, e soprattutto in qualsiasi momento, così da poter monitorare le performance, realizzare analisi predittive e ottimizzare la produzione. “Questa opzione – sottolinea Andrea Camisani – apre la porta alla manutenzione e al controllo da remoto. Il pacchetto completo di Camozzi Digital si chiama proprio DRM, acronimo di Digital Remote Maintenance”. Utilizzando i tool di Microsoft Azure, la piattaforma hub IoT è aperta e flessibile, in grado di supportare SDK open source e numerosi protocolli.

Evoluzione meccatronica e digitale

Anche se in certi casi hanno approcci diversi, Camozzi Digital spesso è chiamata a collaborare con la divisione Automation: fanno parte, infatti, di una “doppia proposta” per i clienti. “Alcuni di loro – spiega Camisani – hanno delle proprie divisioni IIoT, insieme a propri servizi e infrastrutture IT, richiedono a Camozzi solo la parte di componentistica. Ma altri preferiscono appoggiarsi a dei servizi esterni, anche se non in possesso di componenti Camozzi, quindi entra in gioco la competenza della divisione Digital”. Camozzi Digital è nata all’interno della divisione tessile del gruppo, poiché in quell’ambito già da diversi anni si era compreso che il valore aggiunto delle macchine non era più nell’offerta tradizionale, ma nella digitalizzazione. Questa è entrata successivamente anche in Camozzi Automation, la quale ha raccolto la sfida di portare la digitalizzazione a un livello di automazione più basso, cioè sul componente. “Un conto è raccogliere dati da una macchina, – spiega Camisani – un conto è raccoglierli da un componente: stiamo parlando proprio di un fattore di scala dimensionale diverso; sono state portate risorse computazionali per la generazione del dato all’interno dei componenti, integrando elettronica”. Per fare questo, all’interno di Camozzi Automation è nata la business unit Electronics, che si occupa di questa evoluzione meccatronica dei propri prodotti e dell’integrazione elettronica nei componenti, portando la digitalizzazione delle macchine ai singoli componenti.
“Ci sarà sempre più integrazione tra le due divisioni – continua Camisani – perché nel futuro non si venderanno solo componenti ma soprattutto servizi, e alcuni componenti avranno dei modelli applicativi As-a-Service. Non solo, ma la sinergia tra la parte hardware e quella software sarà sempre più spinta, con applicazioni ibride diffuse. La collaborazione tra Automation e Digital sarà man mano più stretta e importante per lo sviluppo tecnologico di Camozzi”.