Metrologia, fabbrica del futuro
e made in Italy
Massimo Inguscio
INRIM - Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica
Accademia Nazionale dei Lincei
Roma, 23 Ottobre 2014
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Accademia Nazionale dei Lincei Fondazione Edison
Equità negli scambi commerciali e innovazione tecnologica
U.S. Department of Commerce
Washington, D.C.
(100th Ann.- Inscriptions and Reliefs)
Il National Institute of Standards
and Technology (NIST), l’istituto
metrologico degli Stati Uniti,
afferisce al Dept. of Commerce.
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Pesi e misure Come assicurare l’equità negli scambi commerciali
• Durante la Rivoluzione francese lo spirito dei tempi era favorevole ad una riforma dei pesi e delle misure
• Venne adottato il Sistema Metrico Decimale
• Il 20 maggio 1875, 17 nazioni (tra cui l’Italia) si accordarono per adottare il nuovo sistema, firmando un trattato diplomatico, detto Convenzione del metro
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BIPM - Bureau International des Poids et Mesures
1895 – Lummer und Wien
entwickeln erste Hohlraumstrahler
Aufbauend auf einer Idee
von Gustav Kirchhoff (1860)
Sergio Carrà
SPS
La metrologia in Italia
INRIM – Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica
1. Ricerca nei campi della metrologia e scienza dei materiali
2. Istituto metrologico primario in Italia
3. Innovazione e trasferimento tecnologico, nella scienza delle misure e nella ricerca sui materiali
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1934-2006 Istituto Elettrotecnico Nazionale “Galileo Ferraris”
1968-2006 Istituto di Metrologia “Gustavo Colonnetti”
Il campus INRIM a Torino
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INRIM in cifre
• È organizzato in 4 divisioni scientifiche:
– Elettromagnetismo, Meccanica, Ottica, Termodinamica
• Campus di 130 000 m2
– 40 laboratori
– 30 milioni di Euro di budget
– 210 ricercatori e tecnologi di staff
– 70 ricercatori in formazione e a contatto
– 90 progetti di ricerca all’anno cofinanziati
• Biblioteca con oltre 24 000 volumi
• Collezione di strumenti del XIX secolo
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Unità di massa
venerdì 14 marzo 2014 - INRiM
Unità di massa
Come
sbagliare
soltanto di
trenta nel
contare i circa
10 miliardi di
granelli in un
metro cubo di
sabbia
venerdì 14 marzo 2014 - INRiM
La metrologia è necessaria per la fabbrica del futuro ?
• Integrazione tra R&S e manifattura
• Piattaforme industriali flessibili
• Bassi consumi energetici
• Minimo impatto sull’ambiente
• Si stima che il costo delle “misure”
per garantire la qualità dei prodotti
sia tra i 3% e il 6% del PIL
• Ma… qual è l’affidabilità dei dati ?
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Chi immagina una fabbrica capace di realizzare “prodotti su
misura” che riduca a zero gli scarti, pensa a
Metrologia a coordinate
• Tradizionalmente basate sulle
CMM (Coordinate Measuring
Machines)
• Italia secondo produttore dopo il
Giappone
• Tecnologie emergenti:
inseguitori laser, indoor GPS,
laser scanner
• Interesse per le grandi
dimensioni: obiettivo è
“l’ambiente metrico”, coordinate
in ogni punto, ad esempio in un
capannone o in un hangar
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1951: Ferranti: prima CMM Oggi: ottimizzate,
compensate e con grande
potenza di calcolo
Inseguitore laser Indoor GPS
Laser scanner
La meccanica per il settore dell’aerospazio
• Progetto EU LUMINAR (Large
volume metrology in industry)
– Sostenuto in particolare
dall’industria aerospaziale
• INRIM sta sviluppando un nuovo
paradigma di misurazione a
coordinate, InPlanT (Intersecting
Plane Technique)
– Rendere metrico uno spazio
– Anche in condizioni non
favorevoli (fuori dal laboratorio,
in ambiente industriale)
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x
y
z
yz
xy
xz
target
Pisani, Balsamo, Francese, Proc. of LMPMI2014, A19 (2014)
Innovazione, ricerca e brevetti
• Compensazione degli errori di geometria delle
CMM
– Per l’accuratezza: gli errori di geometria sono
dominanti
– Per il costo: la compensazione è frazione significativa
del costo totale
• Idea originale INRIM nell’ambito di un contratto
di ricerca con Hexagon Metrology spa (2007)
• Obiettivo: pareggiare in accuratezza con tecniche
preesistenti, con riduzione significativa del costo
• Tecnica validata con successo in laboratorio e in
campo
• Brevettata in Italia, USA, Europa, brevetto
depositato in Cina
• Ora in fase d’implementazione industriale, per
l’intero gruppo Hexagon Metrology, leader mondiale
del settore
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Ancora sul trasferimento tecnologico
• Macchine Campione primario di Forza a pesi diretti dell’INRIM da 30 kN (3 ton di massa) a 1 MN (100 ton di massa)
• Realizzate negli anni 1980/90 da una collaborazione e un progetto congiunto e innovativo di INRIM e Galdabini SpA
• Acquistate da tre laboratori accreditati in Italia e Spagna
• Installate presso l’Istituto metrologico primario del Messico (CENAM)
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Trasferimento tecnologico e brevetti
• Collaborazione con LTF-Officine Galileo nel settore misure di durezza sin dagli anni ‘80
• Sistemi industriali di misura automatica per le impronte di durezza (brevetto INRIM)
• Realizzazioni per Istituti Metrologici Primari (1990 – 2013):
1. - NIST-USA (PHSM e Gal-indent)
2. - NPL-UK (Gal Vision)
3. - INMETRO-Brasile (PHSM, Gal-Vision e Gal-Indent)
4. - NCM-Bulgaria (PHSM e Gal-Vison)
5. - NPLi-India (PHSM e Gal-Vision)
6. - NIM-Cina (HCM e Gal-Vision)
7. - UME-Turchia (Gal-Vision e Gal-Indent)
8. - BRML-Romania (PHSM)
9. - VNIIFTRI-Russia (Gal-Indent)
10. - KRISS-Corea (PHSM)
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Machine for Rockwell, Brinnel, Vickers tests
IoT - Internet degli oggetti
• Si prevede che entro dieci anni
vi saranno oltre mille miliardi di
sensori dispiegati nel mondo
• La maggior parte si troveranno
negli smartphone che abbiamo
in tasca!
• La fabbrica del futuro potrà
beneficiare della rivoluzione del
Internet of Things ?
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Microsistemi meccatronici (MEMS)
Ruolo della metrologia
• Misurazioni per migliorare i sistemi
di collaudo dei device meccatronici
• Taratura e diagnostica dei sensori
• Qualità e certificazione dei prodotti
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• Sistemi di misura multi-sensoriale
accelerazione, pressione, temperatura, umidità, campo
magnetico
• Interconnessione su larga scala di sensori e sistemi
Nanofacility Piemonte
• Laboratorio di microscopia elettronica e nano-fabbricazione per fasci
ionici ed elettronici, integrato nel Sistema Ricerca del Piemonte
• Attivo dal 1995, upgrade nel 2010
• Litografia avanzata per dispositivi nanoscopici
• Nuove tecnologie per dispositivi 3D
• Dispositivi per la micro-meccatronica
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MBE
RTA - RTO
LPCVD 2010: Nanofacility
Misure per l’efficienza energetica
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Primo simulatore termo-fluidodinamico europeo - in scala reale - per la certificazione dell'energia termica
• Verifica e validazione dell’efficacia di nuovi materiali e sensori per la
building automation
• Sperimentazione di
tecnologie innovative
per il monitoraggio
energetico in ambienti
residenziali e industriali
• Progetto europeo
EcoThermo
Misure per l’ambiente Riduzione degli inquinanti nelle acque reflue industriali
• Sviluppo di tecnologie basate sulla
cavitazione idrodinamica
• Generazione di elevate pressioni
negative in un liquido (fino a 2000
bar e 5000 °C)
• Applicazioni industriali
– Decontaminazione biologica e
chimica
– Riduzione dei tensioattivi e del COD
(chemical oxygen demand)
– Purificazione delle acque reflue
– Industria del bianco: ancora primi?
• Brevetto INRIM
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Mobilità elettrica e geo-localizzazione
• Sfida tecnologica per i prossimi 10 anni (EU Strategic Energy Technology Plan):
“Fornire al mercato di massa dispositivi di conversione dell’energia più efficienti, quali i sistemi a poli-generazione e le celle a combustibile.”
Studi per assicurare la riferibilità delle misure a bordo veicolo per
• Sistemi a trazione elettrica o ibrida
• Diagnostica avanzata di batterie e fuel cells a idrogeno
• Misura di energia riversata in rete durante la “frenatura elettrica”
• Smart mobility: certificazione dei sistemi GNSS (es. Galileo)
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HORIZON 2020 EMPIR Art. 185
• Coordinamento dei programmi nazionali di ricerca in metrologia
• European Metrology Programme for Innovation and Research (EMPIR)
– 28 nazioni europee impegnate
– Agenda strategica condivisa
– Infrastruttura europea basata sull’art. 185 del TFUE
– Programma finanziato (ca. 600 M€ in 7 anni)
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European Metrology Programme for Innovation and Research (EMPIR)
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• Ciclo di 7 anni di bandi su Industria, Energia, Salute, Ambiente
• Opportunità di partecipazione per l’industria nazionale: – http://msu.euramet.org/industry_2014/
Misure per la tutela del Made in Italy
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Aree a festuceto Aree a trifoglieto
Buona separazione in classi (migliore se si considera anche la variabile “tempo” di prelievo del latte) di campioni di formaggio ottenuti a partire da latte prelevato da animali che hanno pascolato in zone a foraggio differente
Aree di pascolo con differente foraggio
Toma Piemontese DOP Asiago d’Allevo DOP
Analisi Raman di tome prodotte in zone differenti
Misure per la tutela del Made in Italy
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Tracciabilità in base alle zone di
produzione
Zone di produzione dei vini DOC e DOCG
Suddivisione in base al vitigno
80 anni di metrologia in Italia
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venerdì 14 marzo 2014 - INRiM
Un brindisi augurale
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venerdì 14 marzo 2014 - INRiM
Un brindisi augurale
Ovviamente preciso