Per sviluppare una tecnologia di produzione intelligente, l'Hong Kong Applied Science and Technology Research Institute Company Limited (ASTRI) voleva introdurre un approccio di sviluppo più agile per i suoi clienti.

L'ASTRI ha adottato l'analisi basata sui requisiti e la progettazione basata su modelli utilizzando il software Engineering Systems Design Rhapsody, con conseguente riduzione dei tempi di integrazione e riduzione dei costi.

Siamo nel bel mezzo di una rivoluzione industriale. La Quarta Rivoluzione Industriale, o Industria 4.0, è il passo successivo nella produzione. È la trasformazione digitale della produzione tradizionale e comporta l'aggiunta di automazione, tecnologia intelligente e Internet delle cose (IoT) alle apparecchiature di produzione, dando vita a macchine intelligenti in grado di collaborare, autodiagnosticare i problemi e ripararsi da sole.

L'ASTRI è stata fondata nel 2000 per promuovere la competitività di Hong Kong nei settori tecnologici attraverso la ricerca applicata. Il dipartimento Cyber-Physical Systems di ASTRI si dedica all'utilizzo dell'MBSE per progettare, sintetizzare e convalidare sistemi mission-critical per le fabbriche intelligenti nell'era dell'Industria 4.0. Il dipartimento organizzativo crea soluzioni che aiutano i suoi clienti di produzione a ottimizzare l'intero ciclo di vita dell'ingegneria per ridurre i tempi di commercializzazione, ridurre i costi di sviluppo e migliorare gli standard di qualità.

“Penso che la digitalizzazione sia la parola chiave per abilitare l'Industria 4.0,” afferma il dott. T. John Koo, Director of Cyber-Physical Systems di ASTRI. “Il mondo digitale ha consentito molte grandi creazioni nel dominio delle tecnologie dell'informazione, ma la digitalizzazione per la produzione significa che è tempo di connettere davvero il mondo fisico con quello digitale.”

Tuttavia, mentre l'integrazione della tecnologia digitale nelle apparecchiature di produzione porta molti vantaggi, introduce anche nuove sfide. I produttori non possono permettersi di chiudere una linea di assemblaggio per risolvere un bug del software dell'apparecchiatura o per un problema di rete. L'ASTRI desiderava trovare un modo per accelerare più efficacemente lo sviluppo di apparecchiature intelligenti di cui i clienti del settore manifatturiero hanno bisogno per ottimizzare le operazioni, migliorare la qualità, aumentare la produttività e far fronte all'aumento dei costi di produzione.

L'ASTRI ha adottato un approccio all'analisi e alla progettazione basate sui requisiti che consente un modo più agile per sviluppare attrezzature di produzione più intelligenti. L'azienda crea versioni “gemelle” dell'apparecchiatura su cui sta lavorando, una versione fisica e una versione digitale.

L'ASTRI crea il gemello digitale con il proprio modello di sistema utilizzando il software Engineering Systems Design Rhapsody. Il software IBM consente a MBSE di supportare il Systems Modeling Language (SysML) e l'Unified Modeling Language (UML) per modellazione, simulazione, test e generazione di codice. Utilizzando il modello di sistema, i progettisti possono quindi eseguire simulazioni e test sul gemello digitale. Se gli ingegneri identificano eventuali difetti di progettazione, possono analizzarli e risolverli utilizzando il software Engineering Systems Design Rhapsody. Una volta che il gemello digitale funziona bene, il codice dell'applicazione viene compilato e caricato sul gemello fisico.

Il test del gemello digitale consente ad ASTRI di individuare i difetti di progettazione molto prima del ciclo di sviluppo. “Con l'approccio convenzionale, non possiamo eseguire alcun test finché non disponiamo del software e dell'hardware completo,” afferma Koo. “Ciò significava che potevamo testare solo il sistema fisico finito, trovando difetti molto più avanti nel ciclo di sviluppo.” Inoltre, lo sviluppo di sistemi basati su modelli consente al team di sollecitare e convalidare i requisiti dei clienti nelle prime fasi del ciclo di vita, per una maggiore agilità nella gestione delle future modifiche di progettazione.

Il gemello digitale facilita inoltre la collaborazione sullo sviluppo del progetto. I team di ingegneri che prima facevano affidamento sulla documentazione basata su testo possono ora utilizzare le risorse digitali del gemello digitale come base per la collaborazione.

Utilizzando il gemello digitale, gli ingegneri di ASTRI hanno notevolmente ridotto la quantità di tempo necessaria per convalidare le prestazioni del software sul gemello fisico. Inoltre, l'MBSE consente al team di sollecitare e convalidare i requisiti dei clienti nelle prime fasi del ciclo di vita dello sviluppo e consente una maggiore agilità nella gestione delle future modifiche progettuali. Secondo le stime dell'ASTRI, l'approccio basato sui "gemelli" ha ridotto i tempi di integrazione del 40% e il costo totale dello sviluppo del 30%.

Utilizzando questa nuova metodologia, l'ASTRI ha creato congiuntamente apparecchiature robotiche denominate Collaborative Mobile Manipulator (CMM) con uno dei suoi clienti. Il CMM è progettato per funzionare autonomamente in un ambiente di laboratorio senza alcun intervento umano. Il CMM è dotato di sensori di profondità, un sistema di visione e un manipolatore che consente di condurre la navigazione nell'ambiente e di eseguire attività di pick-and-place.

Sin dal suo sviluppo di successo, il CMM è operativo 24 ore su 24, 7 giorni su 7, svolgendo lavori che in precedenza richiedevano cinque operatori per turno di lavoro. ASTRI e il suo cliente hanno ricevuto il premio per la progettazione di attrezzature e macchinari presso il prestigioso Hong Kong Awards for Industries (HKAI) nel 2018 per il CMM.

L'ASTRI prevede che la domanda di apparecchiature industriali intelligenti come il CMM continuerà ad aumentare. “La domanda era già alta prima, ma è diventata estremamente alta dopo il COVID-19", afferma Koo. “Il COVID ha creato ogni tipo di interruzione. E c'è un aumento della domanda di tutti i tipi di prodotti, come i dispositivi medici. Ci sono numerosi motivi per cui gli impianti di produzione dovrebbero funzionare 24 ore al giorno, quindi l'automazione e la robotica saranno sempre più richieste.”

Dopo aver ricevuto la formazione da IBM sul software Engineering Systems Design Rhapsody, gli ingegneri di ASTRI si sono posizionati per continuare ad aiutare i clienti di ASTRI ad abbreviare i tempi di sviluppo, garantendo al contempo la qualità e l'affidabilità dei sistemi sui cui stanno lavorando.

ASTRI (link esterno a ibm.com) è stata fondata nel 2000 dal governo della regione amministrativa speciale di Hong Kong per migliorare la competitività di Hong Kong nei settori tecnologici attraverso ricerche applicate. Le attività di ricerca e sviluppo dell'ASTRI si concentrano su Smart City, tecnologie finanziarie, produzione intelligente, tecnologie sanitarie e circuiti integrati specifici per le applicazioni. L'ASTRI ha costruito un ricco portafoglio di proprietà intellettuali e ha sostenuto molti ricercatori di talento per vari settori e industrie. L'ASTRI ha circa 670 dipendenti nelle sue strutture presso l'Hong Kong Science Park a Shatin.