Efficientare i processi industriali richiede di misurarsi con standard di efficacia sempre più elevati per soddisfare le richieste e le aspettative dei clienti e del mercato. L’Industrial Internet of Things (IIoT) è uno dei principali fattori abilitanti della Smart Factory, anche per gli ambiti settoriali più di nicchia caratterizzati da connotazioni territoriali, come il comparto della produzione dei cristalli. È in questo scenario che si innesta SMART-Growth (G.A. 101115130 | I3-2021-INV2a), il progetto europeo che si propone di ottimizzare la produzione dei cristalli per applicazioni in campo fotonico e laser, grazie alla commistione di tecnologie IIoT e Artificial Intelligence (AI) con paradigmi produttivi zero-defect e quality 4.0. Si tratta di un processo produttivo prettamente di tipo termico e ad alto consumo energetico performato in forni Czochralski (Cz) che presenta numerose criticità e che per questo non può prescindere dall’adozione degli strumenti e degli approcci dell’Industria 4.0.
“Holonix, che partecipa al progetto come partner IT, è incaricata del design, dell’implementazione e del deployment di soluzioni software custom nel settore dell’IIoT e dei Big Data””, spiega Jacopo Cassina, CEO di Holonix. “Ci impegniamo a sviluppare una soluzione locale che consenta la raccolta, l’etichettatura con metadati e la storicizzazione della grande quantità di dati prodotta durante la crescita dei cristalli. Così fungiamo da collegamento tra i responsabili della parte hardware (macchine, sensori e automazione) e quelli che operano nel campo della diagnostica, dell’analisi e del controllo, utilizzando anche tecnologie di intelligenza artificiale”.
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SMART-Growth, l’intelligenza artificiale rivoluziona la produzione di cristalli
Il cristallo, in quanto prodotto finito, costituisce il componente essenziale di molti sistemi fotonici, con le applicazioni laser in prima linea. Tuttavia, l’industria che si occupa della crescita dei cristalli o smart growth deve affrontare sfide significative: condizioni di processo ostili con un alto rischio di contaminazione, lunghi tempi di produzione (nell’ordine di settimane), e una forte dipendenza da terre rare quali materie prime. Ciò si somma agli elevati consumi energetici e a una moltitudine di parametri difficili da misurare e controllare.
Finora la catena del valore dei cristalli non ha sfruttato appieno l’approccio della manifattura zero-difetti (Zero Defect Manufacturing, ZDM), che invece rappresenta una potenziale implementazione sostenibile ed efficiente di questo processo. Il progetto SMART-Growth intende integrare l’Intelligenza artificiale nel processo di Czochralski, sfruttando i principi della ZDM al fine di rilevare, prevedere e prevenire guasti e anomalie nel processo di crescita dei cristalli.
Zero difetti nella crescita dei cristalli grazie ai dati e all’AI
Nel complesso l’impiego di sensori IoT, di strumenti di intelligenza artificiale, delle tecnologie Digital Twin e dei sistemi ciber-fisici consente di ottenere una migliore resa nella produzione dei cristalli, che porta a una maggiore efficienza di processo. Il consumo di energia e lo spreco di materiali rari critici vengono notevolmente ridotti, abbassando sia i costi che l’impatto ambientale. Inoltre la qualità dei cristalli cresciuti può essere migliorata garantendo un output più costante e affidabile, a vantaggio sia dei produttori di cristalli che degli utenti a valle.
“Una gestione efficiente delle grandi quantità di dati, unita a un’integrazione spinta dei moduli hardware e software messi in campo dai vari attori, ottimizza il processo di crescita dei cristalli. Non è infatti possibile – osserva Cassina – parlare di controllo e gestione di processo nel momento in cui non si ha accesso al contenuto informativo. L’informazione, quando generata a partire dai dati e ben gestita, costituisce il reale valore aggiunto nell’ambito dei processi, tanto quelli fisici quale quello in esame, quanto quelli aziendali”.
Sinergie innovative per industria e territorio: l’impatto di SMART-Growth
Il progetto SMART-Growth mette a disposizione un grande potenziale per l’upscaling e la proliferazione delle tecnologie dell’Industria 4.0, con sinergie innovative che emergono sia in ambito industriale che regionale. La sensoristica avanzata e il controllo dei processi basato sull’AI possono essere utilizzati in altri sistemi di produzione di “oggetti caldi”, come la goffratura a caldo e la lavorazione degli alimenti, con un impatto positivo anche a livello di sostenibilità. Queste tecnologie sono poi accessibili a qualsiasi azienda locale che desideri integrarle nei propri processi produttivi, creando sinergie con l’industria della produzione avanzata, della manutenzione predittiva, dell’automazione e dei sistemi di produzione intelligenti.
Lo strumento di cofinanziamento I3 (Interregional Innovation Investments) promosso dalla Commissione Europea nell’ambito del Fondo Europeo di Sviluppo Regionale (FESR) punta a favore il riequilibrio territoriale in termini tecnologici tra le regioni o gli Stati membri. “Il progetto, che si focalizza su alcune supply chain regionali in particolare su quella sarda, si propone di promuovere il paradigma e le tecnologie 4.0 coinvolgendo a cascata le aziende della filiera sullo spunto delle specifiche innovazioni introdotte dei partner di progetto. Inoltre – prosegue Cassina – si impegna in un’ampia azione di divulgazione, comunicazione ed exploitation dei risultati a livello locale unita a un networking diffuso e capillare. Holonix si fa al contempo promotore di una nuova cultura aziendale fortemente orientata all’innovazione e al miglioramento continuo”.
Il contributo di Holonix alla diffusione delle tecnologie dell’Industria 4.0
Le soluzioni software custom proposte nel progetto da Holonix sono figlie del know-how che l’azienda ha accumulato grazie agli sviluppi interni e ai moduli della suite di machinery management i-Live Machines.
“Mettiamo a disposizione una serie di vantaggi che comprendono l’interfacciamento con lo strato di automazione che sovraintende alla sensoristica di campo, il deployment locale di strumenti di storage altamente scalabili volti alla persistenza, alla valorizzazione dei dati e alla gestione inline del processo che realizza prodotti delicati e costosissimi, le analisi per l’addestramento di modelli di AI maggiormente precisi rispetto alle logiche di controllo attualmente in uso. In concreto la scalabilità, le performance e le latenze contenute rappresentano dei risultati che possono essere sfruttati in ottica di successiva modellazione a fini di diagnostica ed analisi” commenta il CEO di Holonix.
La connotazione territoriale del progetto SMART-Growth valorizza ulteriormente il contributo di Holonix. “Ci si attende una ricaduta positiva in termini di adozione delle tecnologie e dei paradigmi dell’Industria 4.0 nell’ambito delle value chain regionali. Se da un lato la quantificazione effettiva dell’impatto del progetto e delle azioni dei partner del consorzio SMART-Growth dipende da molti fattori, alcuni dei quali esogeni, dall’altro lato c’è la consapevolezza che l’approccio technology-push, insito nel rendere disponibili soluzioni software altamente performanti, determini una condizione necessaria per una diffusione capillare e di successo. Anche in realtà industriali non ancora inserite in questo nuovo contesto digitale e dagli enormi potenziali di sviluppo sia a livello tecnologico che in chiave business” conclude Cassina.
