Project Work PoliMi

di Servotecnica

27 Luglio 2018

Project Work Politecnico di Milano con Riccardo Francazi, Luca Bascetta, Giacomo Parigi, Massimo Redaelli e Luca Fusi

Perché le aziende dovrebbero creare relazioni durature con le Università

La collaborazione tra l’industria e il mondo accademico, è da sempre un argomento insieme interessante e complesso e come conseguenza della rapida evoluzione del mercato e della metamorfosi continua del mondo accademico, è oggi più che mai argomento d’interesse per le aziende.

Servotecnica considera da sempre di grande valore la collaborazione con gli istituti di ricerca e le Università d’eccellenza del settore quali l’IIT, i Politecnici di Milano, Torino e Trento ma anche l’università Sant’Anna e così via. In queste collaborazioni, benefit e mission aziendale si contendono il ruolo di driver del progetto; se da una parte è di indiscutibile valore l’avere accesso agli ultimi risultati di ricerca e alle tecnologie innovative, dall’altra crediamo sia un dovere morale per le aziende farsi carico della formazione pratica che le università, per loro natura, non possono offrire direttamente.

Al di là dei risultati concreti di queste esperienze -solitamente sponsorizzate dalle aziende-, crediamo sia interessante la diversità di approccio che contraddistingue i due modelli di business, entrambi validi e potenzialmente di mutuo beneficio qualora mescolati. Spesso le aziende preferiscono metodologie più empiriche, calate in applicazioni specifiche, laddove le università prediligono modelli più teorici e universali. Qual è la strada giusta? La risposta è che dipende. Questo tipo di collaborazioni può servire a trovare nuove vie e, nel migliore dei casi, ad aumentare l’efficienza di entrambi.

Il percorso per una proficua collaborazione università-azienda non è comunque privo di difficoltà. Data la diversità dei due modelli di business, è importante convergere l’investimento su un obiettivo comune. Le università sono volte all’educazione delle persone, alla creazione di nuova conoscenza e all’eccellenza di quella acquisita. Diversamente, le aziende si focalizzano nel vincere le sfide di un ambiente competitivo e puntano ad avere successo sul mercato.

Un vantaggio per università e aziende

Quando si dà vita a una partnership, è normale crearsi delle aspettative dal partner: le aziende cercano lezioni di innovazione, know-how ed educazione di alto livello, mentre le università si aspettano una chance per i loro studenti di entrare in contatto con il mercato reale, con stage e altre occasioni che incoraggino la crescita professionale. Entrambe le parti hanno quindi interessi specifici. A nostro parere, una win-win situation è raggiunta quando studenti ben formati sulle nuove metodologie incontrano aziende in grado di trasferire queste competenze all’interno di progetti reali.

Solitamente, le aziende che non acquisiscono queste competenze crescono più lentamente. Si perdono l’accesso tempestivo alle ultime ricerche e metodologie che si traducono in tempi di sviluppo più lunghi e tumultuosi.

Last but not least, l’esclusione dal mondo accademico, porta le aziende a risultare meno attrattive per gli studenti più talentuosi, in un mondo dove le competenze di alto valore sono uno degli asset aziendali principali.

La collaborazione con Gimatic e il Politecnico di Milano

In seguito al rapporto creatosi dalla collaborazione con Gimatic per la realizzazione dell’applicazione Gripper, cresce il nostro interesse per uno dei prodotti più innovativi del loro catalogo: la serie di motori lineari ML. Inizia così la ricerca di una soluzione competitiva di sistema con motori lineari a geometria tubolare. Tema della ricerca: caratterizzazione ed ottimizzazione di un sistema composto da motore tubolare, feedback e azionamento, attraverso un modello matematico affidabile che ne consenta lo studio allo scopo di migliorare le performance del motore. Alla ricerca di un partner strategico per questa attività, siamo venuti a conoscenza del ProjectWork, un programma promosso dal Corso di Studi in Ingegneria dell’Automazione del Politecnico di Milano, volto alla creazione di un canale di comunicazione tra l’università e le aziende. Le offerte di collaborazione con il PoliMi si diversificano per costi, tempo e risorse coinvolte. La forma più diffusa è quella dell’elaborato di tesi, nella quale l’azienda presenta un progetto per via di un docente/tutor. Seppur vantaggioso in termini prettamente economici, la commissione della ricerca ad una sola persona per un periodo limitato a 6 mesi, è facile che si traduca in un risultato poco soddisfacente per l’azienda. Un’altra tipologia è quella del contratto di ricerca, dove l’azienda commissiona il progetto all’ateneo che, in seguito ad un’analisi preventiva, definisce tempi e costi di sviluppo. Questo approccio ha una percentuale di riuscita maggiore, seppur economicamente più gravoso. Il ProjectWork si inserisce tra le due modalità, con una durata di 6 mesi e più persone coinvolte. Il sistema In collaborazione con Gimatic, abbiamo quindi presentato il progetto “Caratterizzazione ed ottimizzazione della soluzione composta da feedback incrementale / motore lineare Gimatic / azionamento Copley Control”, con l’obiettivo di ottenere un modello matematico del sistema.

headquarters gimatic
Headquarters Gimatic

L’utilizzo di un motore lineare con accoppiamento diretto, è stato dettato dalla necessità di svincolarci dalla modellizzazione di parti meccaniche (trasmissioni, giunti, ecc.). Questo ci avrebbe costretto a gestire una componente elastica, influendo negativamente sulla rigidità del sistema. Inoltre, le variabili introdotte avrebbero reso la modellizzazione più complessa e difficoltosa senza, per contro, costituire un valore per il raggiungimento del nostro obiettivo: aumentare l’efficienza del motore lineare agendo su feedback e controllo.

La scelta dell’azionamento Copley fa seguito ad una valutazione delle performance offerte dal mercato, essendosi dimostrato particolarmente adatto per questo tipo di controllo.

Motore Tubolare Gimatic
Foto del sistema con Motore Tubolare Gimatic

La struttura del progetto

Il ProjectWork, coordinato lato Politecnico dal Prof. Luca Bascetta e lato Servotecnica dagli ingegneri Giacomo Parigi e Riccardo Francazi, è stato sposato da 15 studenti del corso di Ingegneria dell’Automazione, divisi successivamente in gruppi di lavoro.

In ottica di efficienza e incentivazione di un clima positivamente competitivo e al tempo stesso stimolante per gli studenti, i gruppi hanno lavorato sul progetto in parallelo. La condivisione dei risultati è avvenuta durante incontri scadenzati, così da favorire lo scambio di informazioni necessario al conseguimento del risultato.

È stato quindi messo a disposizione del Politecnico un sistema completo sul quale operare ed eseguire i test, e durante la prima fase ci siamo incontrati con gli ingegneri in pectore con scadenza settimanale presso un laboratorio dell’ateneo. Successivamente, in una fase più avanzata, abbiamo organizzato alcuni incontri presso la nostra sede per velocizzare il processo.

Al termine del Project Work, iniziato a Settembre 2017 e terminato a Febbraio 2018, i singoli gruppi hanno presentato i propri progetti comprensivi di: relazione, report e modello matematico (sviluppato tramite Matlab e Simulink).

Trattandosi di un progetto universitario, per quanto straordinario, alla fine del percorso ogni gruppo è stato valutato in relazione ai risultati ottenuti e ai metodi perseguiti, rendendolo un esame a tutti gli effetti inserito all’interno del piano di studi.
  Luca Bascetta Politecnico di MilanoLuca Bascetta, PhD - Associate Professor del Politecnico di Milano e coordinatore del progetto

 

I vantaggi della modellizzazione matematica nei servo sistemi

Gli impianti di produzione industriali che utilizzano automatismi di qualunque tipo, sono vulnerabili a fermi macchina che possono originare da errori in fase di progettazione o da errate logiche di funzionamento. Considerando che un fermo di media/lunga durata si traduce con buona probabilità nella perdita di un’opportunità commerciale, un’analisi a priori della struttura del servo sistema è fondamentale per individuare eventuali debolezze o output indesiderati. L’analisi ex ante delle prestazioni dinamiche di un sistema, è oggi possibile tramite l’utilizzo di modelli matematici predittivi.

Partendo da budget e livello tecnologico, l’utilizzo del modello matematico permette di sviluppare sistemi ingegneristici sfidanti che, seppur rappresentati con semplicità matematica, mantengono un buon grado di fedeltà quando equiparato al sistema fisico.
Questo approccio agile, che permette di comprendere le leggi fisiche e le equazioni matematiche sottostanti necessarie a valutare il comportamento del sistema, permette inoltre di mettere a confronto configurazioni diverse, rendendo possibile una valutazione rapida e supportata dal dato.

La modellizzazione permette inoltre di testare valori quali coppia e risonanza e di suddividere il sistema in più segmenti, pur mantenendo una visione olistica d’insieme. Questo permette a team diversi di lavorare contemporaneamente su progetti complessi, migliorando l’efficienza e conseguentemente abbattendo i costi di sviluppo.

L’ampio spettro di utilizzo industriale della modellistica matematica, la rende inoltre funzionale alla determinazione del corretto dimensionamento del servosistema in relazione al ciclo di vita richiesto.

Calando questo approccio nel mondo Servotecnica, l’utilizzo di software specifici per l’elaborazione di modelli matematici (quali Matlab, Simulink e altri ancora) rende possibile una drastica riduzione di tempi e costi in fase di progettazione, grazie alla simulazione di servo sistemi che non devono più essere testati fisicamente durante lo sviluppo, ma solo in fase di validazione. Il modello migliora il supporto alla scelta in fase di pre-vendita e l’assistenza post-vendita grazie all’osservazione del comportamento del sistema quando integrato nella macchina del cliente. Nondimeno, un’attività di questo tipo è apprezzata dalla produzione che riceve insights fondamentali per il suo R&D.

Il modello matematico

Al termine del Project work abbiamo quindi ottenuto il modello matematico (fig. 1) dell’intero sistema.

Modello Matematico del sistema

Fig. 1 – Modello matematico del sistema




Il modello è stato poi suddiviso in sezioni e validato sul sistema reale. Entrambi i sistemi, simulato e reale, sono stati sollecitati con profili e metodi di pilotaggio differenti (p. in corrente, velocità e posizione). Successivamente sono stati messi a confronto i risultati.

Nelle immagini successive (fig. 2) si può vedere un esempio di risposta dei sistemi comandati in posizione e in velocità con i rispettivi errori, con una comparazione tra sinusoide simulata e reale.

Grafici del pilotaggio in posizione e velocità

Fig. 2 – A sinistra i grafici relativi al pilotaggio in posizione; a destra i grafici relativi al pilotaggio in velocità






Il capitale sociale

Come per ogni progetto, uno degli asset più importanti per un’azienda è costituito dalle relazioni con i propri partner, siano esse pregresse o in divenire, rese più solide strada facendo. Questi rapporti costruiti in anni di successi e obiettivi comuni, che vanno sotto il nome di capitale sociale, sono serviti da lubrificante con le parti coinvolte durante tutta la durata del progetto; una variabile fondamentale nell’acquisizione delle informazioni necessarie alla modellizzazione del sistema.

Gruppo di lavoro del Project Work presso il Politecnico di Milano

Fig. 3 – Da sinistra a destra: Riccardo Francazi (Servotecnica), Luca Bascetta (politecnico di Milano), Giacomo Parigi (Servotecnica), Massimo Redaelli (Servotecnica), Luca Fusi (Servotecnica)


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