La centralità degli smart sensor nell’industria 4.0

Gli smart sensor rivestono un ruolo chiave nella ripresa economica e nello sviluppo tecnologico e vengono utilizzati in moltissimi settori industriali in tutto il mondo. Le aziende che hanno impiegato questa tecnologia hanno visto un tasso di crescita medio annuo (CAGR) di circa il 19%.

Smart sensor: come funzionano

In questo periodo storico, in cui l’Unione Europea spinge per una transizione digitale, gli smart sensor sono l’elemento cardine per una crescita esponenziale della digitalizzazione, che garantirà standard più elevati di sicurezza, una maggiore sostenibilità ambientale e dei flussi produttivi notevolmente più snelli.

Per capire come funzionano, facciamo riferimento ad uno degli utilizzi più importanti della sensoristica intelligente: la robotica.
Infatti, grazie agli smart sensor, è stato possibile dare vita a una nuova generazione di robot più sicuri e utilizzabili negli stessi spazi fisici che utilizzano gli operatori. Questo tipo di robot, chiamato robot collaborativo o cobot, si sta diffondendo velocemente, anche per i suoi costi accessibili.

Umani e cobot lavorano fianco a fianco, ma con ruoli decisamente diversi: ai robot collaborativi vengono affidati compiti ripetitivi, usuranti, alienanti e che richiedono forza fisica, mentre gli operatori possono dedicarsi a mansioni per cui l’intelligenza umana e la competenza maturata sul campo sono indispensabili. Per rendere possibile la lavorazione in tandem, occupando le stesse aree di lavoro, sono necessari dei sensori che permettano al cobot di percepire la realtà che lo circonda. Devono anche comprendere le intenzioni dei movimenti umani ed è qui che entrano in gioco i sensori intelligenti, che permettono ai cobot non solo di “vedere”, ma soprattutto di imparare tramite la tecnologia machine learning e l’intelligenza artificiale. Infatti, i sensori sono ormai in grado di riconoscere oggetti e persone anche quando il loro aspetto varia.

Un altro impiego dei sensori smart nella robotica è la gestione del gripping e la manipolazione fine, controllata pneumaticamente: si tratta di sensori magnetici che regolano le pinze nei movimenti di posizionamento e presa di un oggetto.

Oltre che nei sistemi robotici, gli smart sensor hanno il loro impiego anche nei dispositivi per il risparmio energetico e in piccoli strumenti elettronici per monitorare la salute. Sono anche utilizzati nell’integrazione delle tecnologie di rilevamento nella supply chain e nell’automotive ecologicamente sostenibile.

Smart sensor: caratteristiche

Gli smart sensor si distinguono per quattro importanti caratteristiche:

• Flessibilità: possono essere programmati e riprogrammati in remoto tramite un’interfaccia, con aggiornamenti in real time. Il comando in remoto permette inoltre, se si dovesse verificare un guasto, di riconfigurare automaticamente il sensore entrato in gioco nella sostituzione.
• Intelligenza: i sensori possono rilevare ed elaborare in autonomia dati grezzi senza passare dal processore centrale, creando un notevole risparmio di tempo nell’analisi dei dati.
• Autocalibrazione e diagnosi: gli smart sensor possono rilevare automaticamente le anomalie, riducendo i momenti dei fermi impianto e favorendo una manutenzione predittiva.
• Affidabilità: i risultati di misurazione sono sempre estremamente precisi, favorendo un’elevata produttività.

Sensori industria automatizzata: vantaggi

Le caratteristiche dei sensori industria automatizzata permettono a chi li utilizza di usufruire dei seguenti vantaggi:

• Aumento della produttività dello stabilimento.
• Taglio dei costi di manutenzione degli impianti.
• Tracciamento degli asset, in ogni fase di lavorazione.
• Utilizzo dei robot in mansioni collaborative.
• Sicurezza degli ambienti di lavoro.
• Miniaturizzazione.
• Standardizzazione dei protocolli.
• Continuità operativa.
• Maggiore sostenibilità dei processi tramite il monitoraggio delle emissioni nocive.
• Stretta collaborazione tra uomo e macchina.

Un altro vantaggio, che riguarda soprattutto le ultimissime generazioni di sensori, è la facilità di installazione e rimozione: ciò permette di riconfigurare i sensori per adattarli a nuove funzioni.

Industria 4.0 – Sensori e applicazioni

Nel paradigma Industria 4.0, i sensori intelligenti trovano applicazione in tantissimi settori tecnologici:

• IoT (internet of things).
• Machine learning.
• Analytics.
• Intelligenza artificiale.
• Big Data.

Uno dei problemi dell’Industria 4.0 è quello di dover gestire una quantità elevata di informazioni da cui è difficile ricavare e separare le informazioni rilevanti in modo da poterle utilizzare. La pratica di interpretare e gestire in tempo reale questi dati prende il nome di Big Data. Inizialmente utilizzati per il settore petrolifero, oggi i Big Data sono utilizzati in diversi ambiti:

• Settore metereologico.
• Settore militare.
• Estrazione di gas e petrolio.
• Agricoltura.
• Telecomunicazioni.

Il settore Big Data utilizza vari tipi di sensori: si va dai semplici contatori e interruttori a sensori molto evoluti, capaci di misurare le operazioni cicliche delle macchine, come la coppia generata da un albero rotante. Un sensore può rilevare i seguenti parametri:

• Temperatura.
• Velocità.
• Velocità di produzione.
• Colore.
• Viscosità.
• Peso.
• Pressione.
• Coppia.

Alleggerendo il lavoro del sistema di controllo centrale, i sensori intelligenti elaborano i dati grezzi localmente: questa tecnologia si chiama intelligenza distribuita. In alcuni casi viene creata una vera e propria LAN di sensori che può essere composta anche da smart sensor che rilevano dati diversi. In tal modo si è in grado di gestire informazioni diverse contemporaneamente: mentre un sensore rileva la temperatura, un altro rileva la coppia dell’albero di trasmissione.

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