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