Sistemi di visione artificiale per automazione industriale

OLTRE L’INDUSTRIA 4.0

Sistemi di visione artificiale e sistemi di visione industriale come manifestazioni di una tecnologia che si mantiene al passo con i tempi e, talvolta, li anticipa.

E’ difficile comprendere appieno quanto vaste ed importanti siano state le conquiste tecnologiche degli ultimi anni senza una panoramica sulle evoluzioni del mondo dell’industria. Ed è fondamentale, per questo, avere un’idea chiara di che cosa comporti quella che è stata ormai genericamente accettata come nuova rivoluzione industriale. Prendere consapevolezza sarà il primo passo verso la comprensione delle potenzialità intrinseche dei nuovi sistemi di monitoraggio, classificazione ed intervento garantiti dai moderni sistemi di visione industriale.

Industria 4.0: che cosa è?

Secondo le statistiche il nostro Paese si posiziona al secondo posto in Europa per la quantità di produzione che è in grado di generare.

Ma non è il prodotto il dato che vogliamo chiamare in causa per determinare che cosa abbia portato gli storici a parlare di quarta rivoluzione industriale, e conferire così tanta importanza ai sistemi di visione industriale. Quello che ha provocato, con un profondo effetto-domino, un cambiamento sostanziale e profondo è stato invece il passaggio da un sistema che richiedeva in ogni suo modulo la presenza di forza lavoro, ad un sistema quasi completamente automatizzato. Questa predominanza dell’intelligenza artificiale a scapito della manodopera dell’uomo ha sortito un altro effetto abbastanza prevedibile. Il livello di interconnessione interno alla produzione industriale è cambiato, potendo diventare più saldo ed articolato.

Quali sono, effettivamente, le situazioni in cui possiamo riscontrare il passaggio all’industria 4.0 e a sistemi di visione industriale più precisi e versatili?

Vediamone alcuni.

• L’influenza dell’uomo sulla macchina, e la conseguente crescita di interazione su più livelli.

Siamo partiti da un ordine generale delle cose in cui l’essere umano impartiva comandi specifici alla macchina e si assicurava, tramite una presenza attiva ed interattiva, che i compiti venissero eseguiti. Con il miglioramento dei sistemi di lettura e comunicazione dei dati all’interno dei processori delle macchine è stato possibile raggiungere un livello di perfezione tale da sovvertire l’ordine stesso delle cose.

La macchina, dotata dei più moderni sistemi di visione industriale, è in grado non solo di analizzare ed immagazzinare qualsiasi dato e dettaglio, ma anche di attingere alla propria memoria storica interna per contemplare variabili di comportamento diversamente imprevedibili. In poche parole, la macchina è in grado di imparare dalle proprie esperienze e far tesoro di quanto ha acquisito, in modo da poter eventualmente ricorrere ad un particolare dato anche in un secondo momento.

• L’influenza della macchina sull’uomo: dai sistemi touch alla realtà aumentata.

Stampa 3D, comunicazioni tra sistemi artificiali, robotica.. Ogni cosa lascia intendere un lento, ma progressivo, insinuarsi di una realtà fittizia e meccanica all’interno della realtà vera e propria che conosciamo. E nonostante questo avvenga a scapito delle sensazioni, delle percezioni che definiscono ciò che ci circonda rendendolo vero, è innegabile che la realtà aumentata consenta di ottenere, e diffondere, informazioni mai immaginate prima. Basti pensare ai contesti a cui l’uomo ha iniziato ad avere accesso solo dal momento in cui ha potuto, tramite la realtà virtuale, portare le proprie conoscenze e competenze al di fuori del suo piccolo mondo conosciuto.

Una rivoluzione dopo l’altra. Quale sarà l’ultima?

Industria 4.0 ha quasi il sapore di uno slang, un modo moderno e tecnologicamente corretto di collocare nel tempo un evento che poggia su radici antiche. Fino ad oggi abbiamo sempre fatto ricorso all’utilizzo dei numeri ordinali, comodi e pratici per posizionare ogni rivoluzione al suo posto rispetto ai tempi e rispetto alle precedenti. Un termine creativo come Industria 4.0 ci aiuterà sicuramente a ricordare caratteristiche collaterali e collegate. Ovvero tutti i piccoli, ma costanti passi che ci hanno condotto ai moderni sistemi di visione industriale.

1. La prima rivoluzione industriale ci mostrò la potenza del vapore, nel momento in cui venne utilizzato per alimentare la prima macchina, e del carbone; e portò alcune modifiche principalmente al settore tessile, che vide, tra le altre cose, l’introduzione della navetta lanciata.
2. La seconda rivoluzione industriale ci portò un po’ più vicini a quel che siamo oggi. Comparve e crebbe lo sfruttamento del petrolio come nuova fonte di energia; fu inventato il motore a scoppio e cominciò a diffondersi la cultura dell’elettricità.
3. La terza rivoluzione industriale ci portò più vicino alla luna, ci diede i mezzi per controllare e sfruttare l’energia atomica e pose le basi per la diffusione dei primi sistemi informatici e telematici. Iniziamo a vedere qui il primo calo nella necessità di manodopera, sostituita dai primi e autonomi sistemi di produzione e dai primi accenni di sistemi di visione industriale.

La quarta rivoluzione industriale segue le vicende del nostro tempo.

Da un lato, l’automazione di molti sistemi precedentemente affidati alla supervisione dell’uomo ha reso alcune figure sostanzialmente inutili. Dall’altro, proprio la freddezza e la limitazione intrinseca di un sistema tecnologico meccanico rende meravigliosa ed indispensabile una mente umana capace di ragionare in termini di problem solving e creatività. Completa il quadro una buona predisposizione al pensiero critico, fondamentale per riconoscere e superare limiti non oggettivi.

Quali passaggi hanno permesso la creazione di nuovi e sofisticati sistemi di visione industriale?

Le caratteristiche principali che definiscono l’Industria 4.0 sono tre, secondo i criteri di analisi comunemente accettati.

• Smart energy.

Nell’ottica di raggiungere il massimo livello di sostenibilità energetica, una buona parte dell’attenzione è rivolta al costante miglioramento dei più comuni sistemi energetici. Perché un sistema possa essere considerato ottimale dovrebbe contemplare una notevole riduzione di consumi e, conseguentemente, di sprechi.

• Smart production.

Ogni elemento della catena di montaggio subisce un’analisi approfondita finalizzata al miglioramento strutturale e di prestazione. Miglioriamo la selezione e la formazione del personale perché sia in grado di rapportarsi ai più avanzati sistemi meccanici e tecnologici.

• Smart service.

Comprende tutte le forme di integrazione che possano essere contemplate, contestualmente ai sistemi informatici, ma anche a strutture umane (aziende) e sociali che possano prevedere una ottimizzazione interna della qualità.

Troviamo un esempio concreto piuttosto semplice nell’analisi dei sistemi di selezione e di ispezione che genericamente vengono applicati a termine di una catena di montaggio. In precedenza questo incarico era occupato da persone fisiche, ed i risultati erano necessariamente vincolati alla velocità ed all’operatività delle persone stesse. I moderni sistemi di visione industriale hanno permesso di ridurre drasticamente la necessità di ricorrere alla incostante e talvolta imprevedibile attenzione dell’uomo ed hanno reso il processo pressoché interamente automatizzato.

Algoritmi, capacità decisionali oggettive e sempre più profonde tecniche di selezione hanno reso l’intelligenza artificiale in grado di elaborare un numero di dati superiore a quello della vista umana, creando correlazioni e stratificazioni che la mente umana non potrebbe raggiungere.

Un numero sempre inferiore di imprecisioni ed un numero sempre crescente di dati analizzati rendono i sistemi di visione industriale elementi di spicco della nostra quarta rivoluzione.

Uno strumento che si è rivelato, anche in questo caso, fondamentale per determinare il cambiamento è stato sicuramente l’applicazione del Deep Learning ai sistemi di visione industriale.

Fare ricorso al Deep Learning significa mettere la macchina nella condizione di riconoscere modelli, schemi, imperfezioni, e potenziali interventi senza la necessità di intromissione da parte di un tecnico esterno. Ogni dato, elaborato attraverso la riproduzione artificiale dei sistemi neurali del cervello umano, possiede ramificazioni che gli consentono di essere utilizzato nell’immediato o archiviato per schemi futuri. Con questo sistema di auto-apprendimento la macchina è in grado di generare soluzioni su misura, ritagliate con precisione attorno alle esigenze del contesto e perfettamente gestibili attraverso i moderni sistemi di visione industriale.