Automazione Storia
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7/23/2019 Automazione Storia
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Automazione
Alessandro De Luca
Introduzioneall’automazione
industriale
6/10/2015
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7/23/2019 Automazione Storia
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Automazione 2
Cosa è l’automazione industriale?
Macchine automatiche: Tetra Pak (confezionamento latte)
video
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7/23/2019 Automazione Storia
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Automazione
Macchine automatiche: G.D X3000 (600 pacchetti/min...)
3
Cosa è l’automazione industriale?
video
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7/23/2019 Automazione Storia
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Automazione 4
Cosa è l’automazione industriale?
Macchine a Controllo Numerico (CNC): lavorazione di parti meccaniche
video
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7/23/2019 Automazione Storia
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Automazione
Movimentazione e immagazzinamento automatico
! pallettizzatori e depallettizzatori
! linee di trasporto automatiche
!
Automated Guided Vehicles (AGV) – magazzino automatizzato
5
Cosa è l’automazione industriale?
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Automazione 6
Cosa è l’automazione industriale?
KIVA Systems!
comprata da Amazon nel 2012 a 775 M$ per automazione dei suoi depositi
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Automazione 7
Cosa è l’automazione industriale?
video
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Automazione 8
Cosa è l’automazione industriale?
Modern Times (C. Chaplin, 1936)...
video
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Automazione
Controllo di processi (continui)
9
Cosa è l’automazione industriale?
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Automazione
Cosa è l’automazione industriale?
10
Robotica industriale: celle ABB Flexible Automation c/o Volvo
video
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7/23/2019 Automazione Storia
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Automazione
Cosa è l’automazione industriale?
11
Robot e altri dispositivi (forni): Ceramiche Catalano (Civita Castellana)
video
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7/23/2019 Automazione Storia
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Automazione
Come si risolve un compito così complesso?
!
approccio “divide et impera”! approccio gerarchico
12
Cosa è l’automazione industriale?
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Automazione 13
Cosa è l’automazione industriale?
Come si risolve un compito così complesso?
!
approccio “divide et impera”! approccio gerarchico
movimentazionedel carico nello
spazio cartesiano
movimentazionedei singoli giunti
del robot
attuatori e sensori(motori elettrici)
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Automazione 14
Cosa è l’automazione industriale?
Come si risolve un compito così complesso?
!
approccio “divide et impera”! approccio gerarchico
controllo coordinatodel moto dei singoli assi
della macchina robot
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Automazione 15
Cosa è l’automazione industriale?
Analogie tra “robotica” e “automazione”?
! entrambe coinvolgono calcolatori/informatica e il mondo fisico! entrambe usano conoscenze e tecnologie multi-disciplinari
Differenze (scientifiche) tra “robotica” e “automazione”?
! la robotica mostra la fattibilità di una soluzione (“proof of concept”)
! la parola “robot” fu usata la prima volta nel 1920 (K. Capek)
! l’automazione enfatizza e garantisce l’efficienza, l’ottimalità, laripetibilità, l’affidabilità
www.ieee-ras.org
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Automazione
Informatica
Elettronica
Elettrotecnica
Meccanica
calda/fredda
Automatica
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Cosa è l’automazione industriale?
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Automazione
Automazione industriale: storia
Ogni lavoro umano per ottenere un prodotto desiderato può essereconsiderato come un “processo di trasformazione” che utilizza
energia informazione
controllo
! energia (muscoli)
! informazione (vista, tatto,...)
! controllo (cervello)
17
Nel corso del tempo, lo sviluppo dei sistemi produttivi si è semprerivolto alla eliminazione totale o parziale dell’intervento umano nelprocesso di erogazione o manipolazione dei tre “ingredienti” base
! energia
! processo di trasformazione faticoso, pericoloso, in cui l’uomo non è sufficiente
! informazione e controllo
! spesso l’uomo non ha capacità sufficienti o non garantisce precisione
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Automazione
Primo passo
! dispensare l’uomo dal fornire energia! processo di industrializzazione
energia animale energia eolica
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Automazione industriale: storia
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Automazione
Il processo di trasformazione del processo
produttivo culmina nella cosiddetta“rivoluzione industriale”
!
produzione caratterizzata da un usogeneralizzato di macchine azionatemediante potenza meccanica
! fonti energetiche naturali
!
Milestones (pietre miliari)
!
1768: primo filatoio meccanico! 1776: prima motrice a vapore di Watt
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Automazione industriale: storia
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Automazione
Secondo passo
! dispensare l’uomo dalle operazioni di controllo!
processi che richiedono speciale precisione, ripetuta e continuativa
! Milestones
! orologio di Ctesibio (285-247 a.c.)
" il trascorrere del tempo è segnalatomediante un meccanismo azionatoda acqua che scorre tra due cisterne
! termostato di Drebbel (1572-1663)
"
termometro e collegamenti meccanici
per mantenere costante la temperaturain una incubatrice
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Automazione industriale: storia
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Automazione
! regolatore di velocità di Watt (1787)"
regolatore automatico per controllare la velocità di una macchina a vapore
" basato sull’azione della forza centrifuga su due masse in rotazione
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Automazione industriale: storia
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Automazione
principio di funzionamento del regolatore di Watt
aumento velocità di rotazione
masse si allontananoper forza centrifuga
valvola a farfalla collegatasi chiude meccanicamente
diminuisce velocità di rotazione
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Automazione industriale: storia
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Automazione
L’esperienza maturata nello studio di automatismi porta alla nascita diuna teoria dei controlli automatici
! nucleo dell’Automatica
! sulla base di misure effettuate sulle grandezze fisiche accessibili,definire l’azione di comando più efficace per ottenere ilcomportamento desiderato di un processo (schema in feedback)
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Automazione industriale: storia
misure
+
!
riferimentolegge dicontrollo
errore
sistema
uscitacontrollata
ingressodi controllo
disturbi
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Automazione
!
Milestones! primo contributo formulato rigorosamente
J.C. Maxwell, “On governors,” Royal Society,1868
! amplificatori in retroazione negativa (H.S. Black 1930)
! analisi frequenziale (H.W. Bode 1905-1982, H. Nyquist 1889-1976)
! stabilità sistemi lineari (E.J. Routh 1831-1907, A. Hurwitz 1859-1919)
! controllori PID (J.G. Ziegler, N.B. Nichols 1942)
!
dal 1950 ad oggi"
teoria dei sistemi dinamici" ottimizzazione dell’azione di controllo
"
identificazione dei modelli
"
controllo dei sistemi non lineari24
Automazione industriale: storia
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Automazione
Terzo passo
! dispensare l’uomo dalle azioni di manipolazione delleinformazioni nel processo produttivo
!
Milestone
! implementazione delle teorie del controllo nella conduzione di
impianti industriali!
primi controllori automatici industriali (1950)
" controlli logico/sequenziali
"
sistemi combinatori che al verificarsi di determinate condizioni attivanol’avvio o la fine di operazioni di base svolte dalle macchine di produzione
# interruzione di una movimentazione quando un organo meccanico raggiunge il
proprio fine corsa
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Automazione industriale: storia
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Automazione
! Prima generazione di controllori (1950)"
interruttori e bobine elettrici possono implementare controlli logici:
l’elemento elettromagnetico relè realizza l’interruttore permettendo lacircolazione o meno della corrente
"
reti di componenti elettrici (relè, bobine e temporizzatori)
"
lenti nell’acquisizione delle informazioni
" lenti nell’elaborazione
"
scarsa flessibilità# la modifica della logica da implementare
comporta una revisione completa delcircuito elettrico che la implementa
26
Automazione industriale: storia
![Page 27: Automazione Storia](https://reader035.fdocumenti.com/reader035/viewer/2022081721/5695d1271a28ab9b02955df2/html5/thumbnails/27.jpg)
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Automazione
! Seconda generazione di controllori (1960)"
evoluzione dell’elettronica a semiconduttore
# transistor e circuiti stampati
" controllori basati su (primitive) schede a semiconduttore
" aumento delle prestazioni
"
costi più vantaggiosi e dimensioni più compatte
"
flessibilità ancora scarsa
# la modifica della funzione logica equivale alla riprogettazione della scheda
27
Automazione industriale: storia
![Page 28: Automazione Storia](https://reader035.fdocumenti.com/reader035/viewer/2022081721/5695d1271a28ab9b02955df2/html5/thumbnails/28.jpg)
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Automazione
! Terza generazione di controllori (1968)"
evoluzione di elettronica e informatica
" sistemi a microprocessore
"
controllori programmabili via software che possono eseguire genericialgoritmi logico/sequenziali
"
La ditta Allen Bradley introdusse nel 1968 il Programmable Logic
Controller (PLC) per l’automazione della produzione automobilistica
" programmabile quindi altamente flessibile" standard industriale dalla seconda metà del 1970 (costi sempre minori)
28
Automazione industriale: storia
![Page 29: Automazione Storia](https://reader035.fdocumenti.com/reader035/viewer/2022081721/5695d1271a28ab9b02955df2/html5/thumbnails/29.jpg)
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Automazione
Il termine automation fu introdotto nel 1947 presso la Ford Motor
Company come contrazione di “automatic production” per indicarel’insieme di apparati di movimentazione automatica che erano statiinstallati nelle loro linee di produzione
29
Automazione industriale: storia
![Page 30: Automazione Storia](https://reader035.fdocumenti.com/reader035/viewer/2022081721/5695d1271a28ab9b02955df2/html5/thumbnails/30.jpg)
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Automazione
Automazione industriale: una definizione
L’automazione industriale è l’insieme di metodologie (deicontrolli automatici) e di tecnologie (meccaniche, elettriche,elettroniche, informatiche) che permettono l’automatizzazionedi processi produttivi al fine di far lavorare le macchine
! senza (o con ridotto) intervento umano, e con! minori costi
! maggiore efficienza e affidabilità
! continuità temporale
! per operazioni che richiedono precisione, ripetibilità,velocità e potenze impossibili per un operatore umano
!
per operazioni pericolose
! per soddisfare vincoli e normative riguardanti sicurezza eimpatto ambientale
30
![Page 31: Automazione Storia](https://reader035.fdocumenti.com/reader035/viewer/2022081721/5695d1271a28ab9b02955df2/html5/thumbnails/31.jpg)
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Automazione
Verso una moderna automazione industriale
Negli ultimi anni il concetto di automazione è stato esteso nonsolo alla produzione industriale vera e propria, ma anche aisuoi sistemi di supporto per
!
progettazione
! organizzazione
!
gestione della produzioneL’automazione industriale in senso più ampio è quindi
! integrazione tra produzione automatizzata e sistemiinformativi gestionali
Computer Integrated Manufacturing (CIM)
31
![Page 32: Automazione Storia](https://reader035.fdocumenti.com/reader035/viewer/2022081721/5695d1271a28ab9b02955df2/html5/thumbnails/32.jpg)
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Automazione 32
Oltre l’automazione “industriale”
Produzione edistribuzione dell’energia
Gestione dellaGreen Energy
![Page 33: Automazione Storia](https://reader035.fdocumenti.com/reader035/viewer/2022081721/5695d1271a28ab9b02955df2/html5/thumbnails/33.jpg)
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Automazione 33
Oltre l’automazione “industriale”
Cloud Automation
Green Automation
Rapid Prototyping(stampa 3D)