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Necessità di metodologie innovative     L’approccio “Model-Driven Architecture” (MDA)                         Problema    ...
“Design patterns”:            descrivere, non programmare !!!Ambiente di configurazione                                   ...
Il processo di sviluppo del software                                                Progettista softwareTools per la      ...
“Componentware”: elemento chiaveper l’integrazione e la riusabilità del SW Componenti base                                ...
Risultati sperimentali                                            50%                                            40%      ...
Grazie per l’attenzione         Domande ?   R2B, BolognaFiere, 8 Giugno 2011   19
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workshop ciri meccanica avanzata e materiali_faldella

  1. 1. LIAM LABORATORIO INDUSTRIALE AUTOMAZIONE MACCHINE PER IL PACKAGING Eugenio Faldella Dipartimento di Elettronica, Informatica e Sistemistica, Facoltà di IngegneriaCentro Interdipartimentale di Ricerca Industriale su Meccanica Avanzata e Materiali Unità Operativa Automazione, Robotica e Meccatronica Alma Mater Studiorum - Università di Bologna
  2. 2. Macchine automaticheÈ indubbio che il “successo” di una macchina automatica, dal punto di vista sia funzionale che prestazionale, discende primariamente dalle scelte operatein sede di progettazione della sua struttura meccanica. Tuttavia, dagli stessi punti di vista, senz’altro fondamentale è anche il ruolo svolto dal sistema di controllo della macchina, essendo sempre più ampio e rilevante lo spettro dei compiti ad esso affidati. R2B, BolognaFiere, 8 Giugno 2011 2
  3. 3. Il ruolo del sistema di controllo …automazione dei cicli di lavorazione pieno sfruttamento delle potenzialità operative della macchina massimizzazione dei ritmi produttivi C95: 11.6 blister/s elevata qualità del prodotto finito utilizzazione ottimale delle materie prime eliminazione di interventi pericolosi o onerosi per l’operatore H1000: 1.6 stecche/sgestione in tempo reale di informazioni di diagnostica e dati di produzione segnalazione puntuale e tempestiva (predittiva) di guasti e malfunzionamenti minimizzazione dei tempi di arresto macchina completo supporto alle attività di: conduzione e manutenzione della macchina gestione delle materie prime e dei prodotti finiti organizzazione e pianificazione della produzione R2B, BolognaFiere, 8 Giugno 2011 3
  4. 4. … Il ruolo del sistema di controlloemulazione di tradizionali organi meccanici (camme, riduttori, ecc.) drastica semplificazione costruttiva della macchina superiore affidabilità e disponibilità immediata ripredisposizione della macchina a fronte di mutate esigenze produttive (cambio formato) ieri oggi R2B, BolognaFiere, 8 Giugno 2011 4
  5. 5. La progettazione del sistema di controllo: “the HW perspective”Se, in generale, la progettazione del sistema di controllo dal punto di vistahardware (ha potuto e) tuttora può proficuamente avvalersi della reperibilitàsul mercato di risorse tecnologicamente avanzate, direttamente compatibili conil campo, scalabili ed interoperabili, … buy, plug 1980 1990 2000 & play architetture architetture architetture centralizzate decentralizzate distribuite Powerful (yet proprietary) COTS infrastructures R2B, BolognaFiere, 8 Giugno 2011 5
  6. 6. La progettazione del sistema di controllo: “the SW perspective”… più problematica risulta spesso la progettazione del sistema di controllo dalpunto di vista software. I sistemi da progettare sono sempre più complessi. In uno stesso progetto sono coinvolte più persone (e/o società esterne) che spesso si avvalgono di approcci metodologici e strumenti differenti. I tempi, e conseguentemente i costi, di sviluppo, collaudo e manutenzione del software continuano a crescere in maniera indesiderata (talora impredicibile). R2B, BolognaFiere, 8 Giugno 2011 6
  7. 7. Limitazioni di natura tecnologica …La ridotta disponibilità di “componenti off-the-shelf” Human Machine Interface Control Logic (the huge hole in the middle) Closed Loop Motion Control Regulation Smart Distributed (fiedlbus-based) I/O Subsystems IPC IPC . .. . DVI . .. . DVI R2B, BolognaFiere, 8 Giugno 2011 7
  8. 8. … Limitazioni di natura tecnologicala sostanziale inapplicabilità di modelli computazionali evolutiessendo le piattaforme “PLC-based” tipicamente utilizzate per il controllo dimacchine automatiche nativamente non idonee a supportare la strutturazione diun’applicazione in termini di processi concorrenti e opportunamente cooperanti;la limitata capacità espressiva dei (o quasi tutti i) linguaggi di programmazionedisponibili per PLC if Neuwert <> altwert then () () zeiger := (zeiger mod max_werte) + 1; messwerte [zeiger] := () INT_TO_REAL(Messung); end_if; () ()e la conseguente laboriosa, o quantomeno non sistematica, applicabilità diconsolidati principi e metodi propri dell’ingegneria del software; l’opera di standardizzazione R2B, BolognaFiere, 8 Giugno 2011 8
  9. 9. Limitazioni di natura contestuale … il ruolo ancillare attribuito all’attività svolta dai progettisti software spesso finalizzata alla realizzazione di “prototipi rapidamente operativi” che possano fungere da veicolo sperimentale per una verifica della validità e della efficacia delle scelte operate a livello di progettazione meccanica ed elettrica di una macchina; Mechanical Engineering esigenza diapprocci innovativi Mecha tronics R2B, BolognaFiere, 8 Giugno 2011 9
  10. 10. … Limitazioni di natura contestualel’instabilità strutturale dei sistemi progettatiessendo le loro fondamenta, già spesso precarie all’origine, raramente oggettodi consolidamento ed ineludibilmente esposte a subire nel tempo continue“perturbazioni”, derivanti dalla necessità di procedere, a fronte di specificheesigenze degli utenti delle macchine, alla personalizzazione di funzionalitànative e/o all’integrazione di nuove funzionalità;l’esigenza di rispettare stringenti scadenze temporaliche spesso inducono ad intraprendere approcci mirati al soddisfacimento diobiettivi realizzativi specifici, piuttosto che all’identificazione di soluzioniorganiche e flessibili, ampiamente riutilizzabili in scenari affini; portabilità riusabilità platform-independent machine-independent R2B, BolognaFiere, 8 Giugno 2011 10
  11. 11. Limitazioni di natura tecnicala carenza di modelli di riferimento e di “design patterns” specificinon essendo ancora emerse (sia in ambito accademico che industriale)proposte significative che possano rivestire il ruolo di “standard de facto”, oquantomeno di linee guida, per la realizzazione delle molteplici funzionalità dicontrollo di macchine automatiche aventi una valenza “trasversale”; La maggior parte degli errori si verifica nelle fasi di analisi del problema e progettazione fonte: SIEMENS Il costo per la rimozione di tali errori cresce nel tempo in modo esponenziale R2B, BolognaFiere, 8 Giugno 2011 11
  12. 12. L’evoluzione dei costi HW/SW Incidenza 250 relativa (%) dei costi HW/SW 200 Software 150 100 50 Hardware fonte:SIEMENS 0 1985 1995 2005 Obiettivo Stime “attendibili” dicono che in complessi sistemi di automazione si possa conseguire, utilizzando “strumenti” innovativi, un risparmio sui costi di progetto e sviluppo del software fino al 70%. R2B, BolognaFiere, 8 Giugno 2011 12
  13. 13. Necessità di strumenti innovativi per tutte le fasi del progetto Analisi del problema e stesura delle specifiche Progettazione Implementazione Collaudo e messa in servizio Manutenzione Migliorare l’efficienza e ridurre i costi R2B, BolognaFiere, 8 Giugno 2011 13
  14. 14. Necessità di metodologie innovative L’approccio “Model-Driven Architecture” (MDA) Problema (funzionalità di controllo di valenza trasversale) Modello “base di conoscenza” “motore inferenziale” Comportamenti anche fortemente differenziati tramite semplice configurazione parametrica del modello, piuttosto che attraverso lo sviluppo di codice ad hoc. R2B, BolognaFiere, 8 Giugno 2011 14
  15. 15. “Design patterns”: descrivere, non programmare !!!Ambiente di configurazione Ambiente di esecuzione “machine-dependent” “machine-independent” modello GenericDevice.lib Dati di ingresso/uscita GenericMotor.lib GenericAxis.lib Modalità operative SignallingsControl.lib QualityControl.lib … R2B, BolognaFiere, 8 Giugno 2011 15
  16. 16. Il processo di sviluppo del software Progettista softwareTools per la implementa nuove funzionalità egenerazione crea componenti di uso generaleautomatica (know-how informatico) del codice libreria FUNCTION_BLOCK NAME : DIV_R FAMILY : Regler VAR_INPUT Progettista applicativo X { COMMENT:=Eingangsgroesse } REAL := 0; seleziona,configura, TV { COMMENT := Vorhaltezeit in ms } WORD := 1; EN { COMMENT := Freigabe } personalizza e collega BOOL := 0; END_VAR componenti predefiniti VAR_OUTPUT (know-how sistemistico) Y1 { COMMENT := Ausgangsgroesse } REAL := 0; END_VAR BEGIN { ÍNCLUDES := math.h, arithm.h CODELIBS := regler.lib } Installatore-Collaudatore if($EN == 0) /* Keine Freigabe */ $Y1 = 0; gestisce la macchina else Freigabe */ /* avvalendosi di schemi $Y1 = Diff_Calc($TV, $X) /* Stellsignal grafici e informazioni berechnen */ END_FUNCTION_BLOCK facilmente comprensibili (know-how impiantistico) R2B, BolognaFiere, 8 Giugno 2011 16
  17. 17. “Componentware”: elemento chiaveper l’integrazione e la riusabilità del SW Componenti base Tecnologia dell‘utente Comunicazione Supervisione Automazione Motion Control Virtualized Integrazione I/O Networking middleware RTOS Comunicazione Sistema Operativo (Soft-)PLC Hardware R2B, BolognaFiere, 8 Giugno 2011 17
  18. 18. Risultati sperimentali 50% 40% 30% 20% 10% 0% Library Shell Control HMI Macchina C24(Tea, Coffee & Beverage Division) ≅ 45% del codice sviluppato nell’ambito della macchina C24 è riutilizzabile per l’automazione di altre macchine !!! R2B, BolognaFiere, 8 Giugno 2011 18
  19. 19. Grazie per l’attenzione Domande ? R2B, BolognaFiere, 8 Giugno 2011 19
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