Tutto_Misure 03/2013

TUTTO_MISURE

ANNO XV N. 03 ƒ 2013

IN QUESTO NUMERO Metodologie diagnostiche per sistemi eolici Methodologies of characterization and diagnosis on wind power systems E.P. Tomasini, G. Rossi, P. Castellini R. Marsili

181 Misurabilità degli allineamenti in assiemi Misalignment measurability and geometric specifications D. Vetturi, M. Lancini, I. Bodini, S. Pasinetti

185 Modello del Circuito Equivalente del Generatore di Impulsi Combinato 1,2/50 – 8/20 µs Equivalent circuit model of surge generator C. Carobbi, A. Bonci, M. Cati

211 La 17025 – Non conformità e azioni correttive - Parte ottava UNI EN ISO 17025: non-conformity and corrective actions N. Dell’Arena

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Editoriale: Chissà... (F. Docchio) 161 Comunicazioni, Ricerca e Sviluppo, dagli Enti e dalle Imprese Notizie nel campo delle misure e della strumentazione 167 Il tema: Testing e Controlli Sensori e sistemi di acquisizione dati per il Testing e i Controlli (a cura di M. Mortarino) 173 Gli altri temi: Misure per l’Energia Metodologie diagnostiche per sistemi eolici (E.P. Tomasini, G. Rossi, P. Castellini, R. Marsili) 181 Gli altri temi: Misure Meccaniche Misurabilità degli allineamenti in assiemi (D. Vetturi, M. Lancini, I. Bodini, S. Pasinetti) 185 Gli altri temi: Metrologia fondamentale Incertezza di misura: teoria coerente o edificio da ricostruire?

(N. Giaquinto) 189 Gli altri temi: Dietro l’angolo dell’Innovazione La Fotonica: il Convegno TecFo di Affidabilità & Tecnologie 2013 – seconda parte 195 (a cura di F. Docchio) Gli altri temi: Qualità della Ricerca La ricerca nazionale nelle misure alla luce della valutazione dell’ANVUR (VQR) (G. Betta, M. Gasparetto, N. Paone) 203 Campi e compatibilità elettromagnetica Strumentazione di base nelle misure di CEM (C. Carobbi, A. Bonci, M. Cati) 211 Le Rubriche di T_M: Visione Artificiale Imaging multispettrale per applicazioni in “life sciences” (G. Sansoni) 215 I Seriali di T_M: Misure e Fidatezza Fidatezza: considerazioni generali e un approccio alla valutazione (M. Catelani, L. Ciani, L. Cristaldi, M. Lazzaroni) 217 I Seriali di T_M: Conformità ed Efficacia Dalla conformità all’efficacia: Parte 5 Gli audit interni e i processi aziendali (T. Miccoli) 221 Le Rubriche di T_M: Lettere al Direttore Il futuro dei laboratori didattici Universitari di misura (a cura di F. Docchio) 225 Le Rubriche di T_M: Metrologia legale Quando non misurare riduce la responsabilità 227 del colpevole (V. Scotti) Manifestazioni, eventi e formazione 2013-2014: eventi in breve 230 Spazio Associazioni Universitarie di Misuristi Dalle Associazioni Universitarie di Misuristi 231 Spazio delle altre Associazioni Notizie dalle altre Associazioni 235 Commenti alle norme: la 17025 Non conformità, azioni correttive, azioni preventive, reclami e miglioramento – Parte ottava (N. Dell’Arena) 237 Abbiamo letto per voi 240 News 220-226-234-236-239

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Franco Docchio

EDITORIALE

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Chissà...

Who knows...

Cari lettori!

Ho atteso fino a oggi (chiedendo venia all’editore impaziente di comporre il numero) per scrivere questo Editoriale, poiché nei giorni scorsi confesso di essere stato “preso” dagli eventi giudiziari di un cittadino italiano condannato in via definitiva per frode fiscale. Volevo vedere come sarebbe andata a finire, e quali sarebbero state le reazioni a livello politico e sociale.

Nello scorso numero ho detto che stiamo attendendo l’aurora. Dopo questo evento è chiaro un aspetto: i bisogni degli italiani, la crisi, la perdita dei valori, la ripresa della produzione, la disoccupazione, tutto ciò viene relegato in secondo (ma che dico secondo…) piano perché in primo piano restano, e resteranno ancora per un po’, i problemi di una singola persona. E poi, consentitemi, il fatto che il coordinatore del secondo partito italiano abbia anche solo evocato lo spettro di una guerra civile dovrebbe far riflettere sul livello di abbrutimento cui gli ultimi vent’anni hanno condotto. Ma tant’è. Questo è il Paese in cui viviamo. Pazienza se all’estero ridono di noi (o ci compatiscono).

Due sono gli aspetti che mi stanno a cuore oggi. Il primo riguarda la condizione del Ministero dell’Istruzione e della Ricerca. In questi mesi in Europa si discutono i temi focali di Horizon 2020. A ciascun tavolo di lavoro siedono, oltre a scienziati e ricercatori, anche funzionari ministeriali che sono delegati a rappresentare gli interessi del loro Paese, data l’importanza della ricerca europea per il progresso industriale a livello delle singole nazioni.

Ebbene, che c’è di nuovo (o di antico)? Un’autorevole collega, membro del board di Photonics 21, mi confessa che l’Italia non ha ancora nominato nessuno dei delegati ministeriali. E che l’unico dirigente ministeriale che potrebbe, con la sua influenza e la propria formazione scientifica, agire in Europa in modo proficuo, è una possibile vittima dello “spoiling system”, ormai diventato una prassi a ogni cambiamento di ministro. Visto che in Italia gli avvicendamenti ministeriali avvengono piuttosto di frequente, le competenze dei funzionari vengono mortificate. Se posso fare un appello al Ministro Carrozza da questa pagina, è opportuno che affretti le nomine a livello europeo, in modo che si possa fare lobby anche per difendere gli interessi della ricerca nel nostro Paese.

Il secondo argomento riguarda la fine del processo

di valutazione della qualità della Ricerca (VQR) operato dall’Agenzia Nazionale per la Valutazione dell’Università e della Ricerca, ANVUR. È stato uno sforzo poderoso, conclusosi nel tempo previsto. Confesso che in altro Editoriale ero pessimista sul fatto che il processo avrebbe avuto la sua conclusione. I colleghi Betta, Gasparetto e Paone ne riportano in questo numero della Rivista, a proposito dell’esito della valutazione per i Settori scientifico-disciplinari legati alle misure.

Oggi ciascun gruppo di Ricerca (o, per meglio dire, ciascun Settore scientifico Disciplinare, SSD) può meditare su come la sua produzione scientifica è stata valutata a livello nazionale. Da settembre ogni ricercatore avrà anche il proprio “score” individuale e potrà cercare di migliorarsi scientificamente con una scelta più oculata delle riviste su cui pubblicare, che tenga conto degli indici bibliometrici delle riviste e del numero di citazioni.

Tutto bene? Sicuramente l’aver privilegiato pubblicazioni su riviste prestigiose a pubblicazioni su riviste di second’ordine o su atti di convegni, o ancora a pubblicazioni di più scarso interesse per la comunità scientifica, è finalmente un passo avanti notevole.

Quello che dispiace è che, con questa classificazione, anche i Brevetti siano in qualche modo stati sviliti e penalizzati. Il risultato dei “warning” che sono stati distribuiti al momento dell’immissione delle pubblicazioni di ciascun ricercatore nel sistema per la valutazione (“attenti ai Brevetti”) è evidente: per l’area dell’Ingegneria solo lo 0,5% delle pubblicazioni inserite dai ricercatori sono Brevetti. Ciascun ricercatore ha il diritto di pensare che brevettare una sua ricerca, d’ora in poi, sia più una perdita di tempo che altro.

Quindi ho il sospetto che, in futuro, il ricercatore, nell’intento di migliorare le sue “performance” nei confronti dell’ANVUR, cercherà di focalizzare la sua produttività a livello di riviste internazionali, penalizzando ancor di più la sua produttività brevettuale, a tutto scapito dell’utilità della sua ricerca per il progresso industriale. E il lettore che ha scritto la lettera pubblicata in questo numero, e lamenta lo scarso ascolto da parte delle Università delle esigenze delle imprese, ha le sue brave ragioni.

La ripresa di settembre si preannuncia problematica.

Per le imprese, per la stabilità dell’esecutivo, per tutti noi. Teniamo duro, e, nonostante tutto, un caro augurio di buon lavoro a tutti!

Buona lettura!

Franco Docchio

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COMUNICAZIONI, RICERCA E SVILUPPO DA ENTI E IMPRESE

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La Redazione di Tutto_Misure (franco.docchio@ing.unibs.it)

Notizie nel campo delle misure e della strumentazione

è risultata tra i venti vincitori del This section contains an overview of the most significant news from Italian concorso ENELR&D groups, associations and industries, in the field of measurement scienCRUI “Energie ce and instrumentation, at both theoretical and applied levels. per la ricerca, come riportato RIASSUNTO nel sito: www.

L’articolo contiene una panoramica delle principali notizie riguardanti risulfondazionecrui. tati scientifici, collaborazioni, eventi, Start-up, dei Gruppi di R&S Italiani nel i t / P a g i n e / V i n c i t o r i - b a n d o campo della scienza delle misure e della strumentazione, a livello sia teo- ENEL.aspx. rico che applicato. Le industrie sono i primi destinatari di queste notizie, Il titolo del progetto è: “Smart grid poiché i risultati di ricerca riportati possono costituire stimolo per attività di e rinnovabili: analisi di best Trasferimento Tecnologico. practice e opzioni di sviluppo”.

Valeria ha ritirato il premio insieme con il suo tutor, Prof. Nicola GiaDALLE RIVISTE INTERNAZIONALI Misure biometriche nell’occhio quinto, nella sede della cerimonia di DI MISURE E STRUMENTAZIONE per la diagnosi premiazione (Viale Regina Margheridi patologie sistemiche ta 125 – Roma). A nome della Rivista, Rilevazione R. Morello, C. De i più sentiti complimenti a Valeria! delle attività cognitive Capua, L. Fabbiano, Valeria L. Scarano è nata a Lucera del sistema neurologico G. Vacca (2013). (FG), il 7 Giugno 1980. Ha conseguito la L. Fabbiano, G. Ocular Biometric Laurea in Ingegneria Elettronica e il DottoVacca, R. Morello Measurements to Dia- rato in Ingegneria Industriale e dell’Affidae C. De Capua gnose Neurological bilità presso l’Università degli Studi di Fi(2013). An InnoDisorders due to Wil- renze, rispettivamente nel febbraio 2005 e aprile 2009. Ha svolto la sua attività di rivative Strategy son Disease. IEEE cerca prima presso il Laboratorio di Misufor Correctly InterSensors Journal. re, Affidabilità e Qualità del Dipartimento preting SimultaGli autori propon- di Ingegneria dell’Informazione dell’Unineous Acquisition gono una tecnica innovativa per la versità di Firenze, e attualmente lavora of EEG Signals valutazione quantitativa della gravità presso il Laboratorio di Misure Elettriche and FMRI Ima- della patologia di Wilson, dovuta alla ed Elettroniche del Dipartimento di Ingeges. IEEE Sensors mutazione di un gene che causa una gneria Elettrica e dell’Informazione del PoJournal. disfunzione nell’eliminazione degli litecnico di Bari. Autrice di numerose pubblicazioni scientifiche nazionali e internaIl lavoro si propone di mettere a eccessi di rame dall’organismo, e che zionali nell’ambito di Misure Elettriche ed punto una tecnica più oggettiva di provoca un sintomo visibile nell’oc- Elettroniche, Affidabilità, Qualità e Convalutazione delle attività cognitive chio umano, noto come l’anello di trollo Statistico; membro del Comitato Tecdel sistema neurologico centrale Kayser-Fleischer. La tecnica (non-inva- nico IEC e CEI sull’Affidabilità (IEC-TC56 e attraverso la combinazione di segna- siva) si basa su misure biometriche su CEI-CT56). li elettrici ed emodinamici (EEG e immagini della cornea dell’occhio, fMRI) rilevati simultaneamente ancor- per fornire informazioni attendibili e Technical Award IEEE ché da metodologie cliniche differen- accurate sul grado di severità della Instrumentation Society a Paolo Ferrari ti. La strategia ha preso in conside- patologia.

L’Ing. Paolo Ferrari, Ricercatore razione due diversi algoritmi di valudell’Unità di Brescia del GMEE tazione delle immagini provenienti (Dipartimento di Ingegneria dell’Indal fMRI e registrate contemporanea- PREMI formazione) ha ricevuto un prestimente agli elettroencefalogrammi di gioso riconoscimento per la sua attirisposta a segnali campione, valu- Energie per la Ricerca vità di Ricerca: il Technical tando gli errori di ripetibilità ottenuti a Valeria Scarano per stabilirne l’attendibilità.

La Ricercatrice Valeria L. Scarano Award della IEEE Instrumenta-

NEWS IN MEASUREMENT AND INSTRUMENTATION

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tion and Measurement Society (IM). Il Premio è offerto annualmente a un individuo o a un gruppo d’individui per contributi particolarmente significativi o per leadership nel progetto della strumentazione di misura o nello sviluppo di nuove tecniche di misura.

L’Ing. Ferrari è il primo italiano a ricevere questo premio da dieci anni a questa parte. A motivazione del premio è: “Per il suo contributo all’analisi e alla verifica sperimentale della sincronizzazione di clock in applicazioni real-time nell’industria”.

Complimenti a Paolo a nome della Rivista e della comunità dei Ricercatori GMEE e GMMT. Paolo Ferrari ha ottenuto il Dottorato di Ricerca in Strumentazione Elettronica nel 2003. Dal 2004 lavora presso la Facoltà di Ingegneria dell’Università degli Studi di Brescia come Ricercatore di Misure Elettriche ed Elettroniche. Le aree di ricerca sono: l’elaborazione del segnale di uscita del sensore, la misurazione delle prestazioni e l’ottimizzazione delle reti di comunicazione industriali, la sincronizzazione di reti distribuite. Nel periodo 2004-2012 ha ricoperto diverse posizioni all’interno dei comitati normativi nazionali e internazionali, tra cui CEI (Comitato Elettrotecnico Italiano) e IEC (International Electrotechnical Commission) nel settore delle comunicazioni industriali, bus di campo e sensori wireless. È responsabile di diversi contratti di “ricerca applicata” tra il Dipartimento e società/consorzi nel settore delle reti in tempo reale e le reti di sensori per l’industria. Dal 2004 gestisce le attività del “PROFIBUS e PROFINET Competence Center” accreditato con l’Associazione Internazionale PROFIBUS. Dal 2002 è stato responsabile di più di 50 lavori di tesi e attualmente è autore di oltre 80 pubblicazioni internazionali.

scia, nell’affascinante cornice del ridotto del Teatro Grande, la quattordicesima edizione dell’evento “IMW – Innovation Makes Wonders”, “Innoviamo il presente per migliorare il futuro”, organizzata dai Giovani Imprenditori dell’Associazione Industriale Bresciana. L’evento si è articolato in una serie di workshop e di eventi B2B (business to business), di tavole rotonde e di “Flash presentations” di giovani start-up, alla presenza del Vicesindaco neoinsediato del Comune di Brescia, Laura Castelletti, e dei dirigenti nazionali dei Giovani Imprenditori.

Una delle Tavole Rotonde aveva per titolo “Innovators in Brescia”, e presentava casi di successo di ieri e di oggi nell’imprenditoria bresciana e nazionale (Gefran, gruppo Moretti, ecc.).

Il Laboratorio di Optoelettronica dell’Università di Brescia, nella persona del suo fondatore Prof.

Franco Docchio, è stato invitato a prender parte alla Tavola Rotonda per rievocare la storia della promozione e dello sviluppo dell’imprenditoria giovanile attraverso la fondazione, l’incubazione e lo sviluppo di società di start-up nel campo dell’ottica, dell’optoelettronica e dei laser industriali, dal 1999 ai giorni nostri. L’attività ha portato, nel tempo, alla costituzione di un significativo “Polo dell’optoelettronica” nel bresciano, con numerose sinergie tra le società stesse e con il contributo di “busi“Premio alla Carriera” ness Angels” e Venture Capital, per il Laboratorio specie in un periodo di progressiva di Optoelettronica di Brescia scomparsa dei maggiori “players” Il 28 giugno u.s. si è svolta a Bre- industriali dell’ottica in Italia.

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Intervistato dal moderatore Alessandro Jacona, Docchio ha manifestato la soddisfazione per questo “premio alla carriera” (un Laboratorio Universitario che racconta la sua storia a giovani imprenditori), che è stimolo per continuare a promuovere la cultura degli start-up tra i ricercatori della sua Università (e anche sulle colonne della rivista Tutto_Misure), e a collaborare alla nascita di nuove realtà imprenditoriali attraverso nuove iniziative quali TEZE Mechatronics e Affidabilità & Tecnologie.

PROGETTI FINANZIATI

Stefano Rinaldi si aggiudica un importante finanziamento del “MIUR” Grazie al progetto di un gateway per limitare i consumi domestici, l’assegnista del Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione (DII) dell’Università di Brescia, Ing. Stefano Rinaldi, si è aggiudicato un importante finanziamento del MIUR nell’ambito del bando “Smart City and Social Innovation”. Stefano ha ideato il progetto insieme ad altri assegnisti e studenti di dottorato (Dario Zappa, Angelo Vezzoli, Mario Piccinelli) e a Claudio Legena, ex-studente del DII. Questo risultato, assieme al recente finanziamento ottenuto da Alessandra Flammini dall’ABB Research Grant Program, testimonia come il Laboratorio di Elettronica del DII diretto dal Prof. Daniele Marioli stia diventando uno dei riferimenti di eccellenza nel panorama della ricerca sulla Smart Grid.

N. 03ƒ ;2013 Nel mese di Maggio 2013 si è conclusa una prova valutativa di misure di campi elettromagnetici in camera anecoica nell’intervallo di frequenza 200-3.000 MHz. Alla prova, organizzata dall’Università di Firenze in collaborazione con I.N.Ri.M., hanno partecipato 15 laboratori di prova italiani. Il 12 Giugno si è svolto, presso la sede di Firenze di Esaote SpA, un incontro con i laboratori per presentare i risultati della prova appena conclusa e lanciare una nuova prova valutativa nell’intervallo di frequenza 30-1.000 MHz, sia per camera semianecoica per misure a 3 e 10 m, sia per camera completamente anecoica per misure a 3 m.

I laboratori che hanno partecipato alla prima prova hanno confermato la partecipazione anche alla seconda prova. Una ulteriore prova valutativa di misure di emissioni condotte è in preparazione e ne è previsto il lancio entro quest’anno.

I laboratori di prova interessati a partecipare alle prove valutative proposte dall’Università di Firenze e I.N.Ri.M. possono consultare il sito www. emc.unifi.it e contattare Carlo Carobbi (Università di Firenze, carlo.carobbi@unifi.it) oppure Marco Cati (Esaote SpA, marco.cati@esaote.com).

Marco Cati, Esaote spa CONVEGNI DI MISURE E METROLOGIA

Convegno sulla definizione del Kilogrammo all’I.N.Ri.M. Il 17-18 Settembre l’I.N.Ri.M. organizzerà un workshop internazionale dal titolo “kg realization by measuring the Planck and Avogadro constants”. Gli aspetti più generali della metrologia

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MISURE DI CAMPI ELETTROMAGNETICI A FIRENZE

COMUNICAZIONI, RICERCA E SVILUPPO DA ENTI E IMPRESE

contatto con la ricerca di punta del settore e dei suoi risvolti scientifici e tecnologici.

Nella seconda giornata, il workshop è aperto alla presentazione di contributi esterni sugli argomenti trattati. La partecipazione al workshop è gratuita previa registrazione sul sito ufficiale dello stesso e quindi limitata all’esaurimento dei posti nella sala convegni. della massa in prospettiva del futuro Per informazioni e registrazione visitare cambiamento del Sistema Internazio- il sito: www.inrim.it/luc/know/ nale delle unità di misura basato Workshop_know/index.htm. sulle costanti fondamentali della fisica, così come sancito dalla 24a Conferenza dei Pesi e delle Misure, ver- ENTI E ISTITUZIONI ranno presentati insieme ai risultati più recenti della ricerca scientifica ACCREDIA – Accordi con i sulla ridefinizione del kg sulla base Ministeri per l’accreditamento della misura del numero di Avogadro degli organismi ai fini e della costante di Planck. della “marcatura CE” La prima giornata del workshop si svolgerà presso la sala convegni del Museo Regionale di Scienze Naturali, a Torino, e vedrà presentazioni su invito, di circa 40 minuti, d’interesse più generale. I temi affrontati andranno dalla metrologia della massa così come verrà ridefinita una volta Sono state rinnovate il 17 luglio che il kg sarà realizzato sulla base 2013, a Roma, presso la sede del della costante di Planck o del nume- Ministero del Lavoro, due convenzioni ro di Avogadro, al significato fonda- tra ACCREDIA e i Ministeri dello Svimentale di massa in campi come, luppo Economico e del Lavoro, che per esempio, la fisica delle particel- avranno la durata di due anni e che le, passando per la tecnologia e la riguardano lo svolgimento delle attiviricerca fondamentale o applicata tà necessarie per procedere alla necessaria alla ridefinizione dell’uni- “marcatura CE” di numerosi prodotti, tà di massa. Nella seconda giorna- tra cui macchine, ascensori, recipienti ta, il workshop si sposterà presso la a pressione e giocattoli. sede dell’I.N.Ri.M., in strada delle Nello specifico, la convenzione con Cacce 91, sempre a Torino. In que- il Ministero dello Sviluppo Economista seconda giornata verranno pre- co e il Ministero del Lavoro riguarda sentati i risultati più recenti relativi al i dispositivi di protezione individuaprogetto Europeo EMRP – “kNOW – le (come i caschi protettivi da lavoro Realization of the awaited definition e le cinture anticaduta), le macchine of the kilogram – resolving the (come fresatrici, presse, piallatrici), i discrepancies” insieme a una serie prodotti a bassa tensione e gli di presentazioni sull’argomento del- ascensori; settori in cui operano nula bilancia del Watt e della determi- merose aziende in tutto il territorio nazione del Numero di Avogadro. italiano.

Il workshop rappresenterà un mo- La convenzione bilaterale ACCREDIAmento unico per esperti del settore, MISE, invece, regola la valutazione ma anche per ricercatori o insegnan- della conformità per prodotti che ti, sia per avere una percezione di- hanno a che fare con la vita quotidiaretta della rivoluzione che sta per na dei consumatori, come i giocattoli, essere introdotta nel settore delle le caldaie ad acqua calda e i reciunità di misura, che per entrare in pienti a pressione.

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Per dare un quadro delle imprese interessate da queste due convenzioni, soltanto nel settore degli ascensori l’Italia è tra i primi Paesi al mondo con oltre 900.000 impianti prodotti, che ogni giorno effettuano quasi cento milioni di corse.

Per saperne di più, leggere l’articolo sul sito di Accredia all’indirizzo: www.accredia.it/news_detail. jsp?ID_NEWS=1284&areaNews =95&GTemplate=default.jsp

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ne post vendita su veicoli.

10. CEI EN 55032 Compatibilità elettromagnetica delle apparecchiature multimediali – Prescrizioni di Emissione.

BREVETTI DELL’UNIVERSITÀ DI CATANIA

RMSHI Dispositivo elettromeccanico per il recupero di energia da vibrazioni in grado di accumulare cariche elettriche da tensioni sottosoglia, basato sul principio di autoadattamento della tensione ai capi di un induttore attraverso l’utilizzo di un interruttore meccanico.

Riassunto Il dispositivo oggetto della presente invenzione ha come obiettivo il raddrizzamento della tensione ottenuta con un trasduttore piezoelettrico in grado di convertire l’energia meccanica proveniente dalle vibrazioni ambientali in energia elettrica. Tale dispositivo si rivela particolarmente adatto quando la tensione alternata da raddrizzare generata dal trasduttore presenta un’ampiezza al di sotto delle tensioni di soglia dei classici diodi utilizzati nei circuiti di raddrizzamento. In queste condizioni, infatti, grazie all’impiego di un interruttore meccanico e di un induttore disposti in una particolare configurazione circuitale, è possibile innescare un innalzamento di tensione per auto-adattamento che determina il trasferimento di energia su un condensatore di uscita. Il dispositivo è totalmente autonomo; non necessita pertanto di alcun apporto esterno di energia elettrica.

Richiedenti: Andò Bruno, Baglio Salvatore, Giusa Fabio, Maiorca Felice, Trigona Carlo Inventori: Andò Bruno, Baglio Salvatore, Giusa Fabio, Maiorca Felice, Trigona Carlo, Bulsara Ardeshir Ratan Note: Brevetto Italiano, PENDING, Brevetto USA: US Navy – SPAWAR, US Navy Case no. 102141 26/10/2012, PENDING

CEI – Nuove norme (Mese di Giugno 2013) – selezione S001 1. CEI UNI EN/ ISO 80000-3 Grandezze e unità di misura – Parte 3: Spazio e tempo.

2. CEI UNI EN/ ISO 80000-4 Grandezze e unità di misura – Parte 4: Meccanica.

3. CEI EN 60695-6-1/A1 Prove relative ai pericoli d’incendio – Parte 6-1: Opacità dei fumi – Guida generale.

4. CEI EN 50554 Norma di base per la valutazione in-situ di un impianto di radiodiffusione con riferimento all’esposizione della popolazione ai campi elettromagnetici a radiofrequenza.

5. CEI EN 55011 Apparecchi industriali, scientifici e medicali (ISM) – Caratteristiche di radiodisturbo – Limiti e metodi di misura.

6. CEI EN 61000-6-3/A1 Compatibilità elettromagnetica (EMC) – Parte 6-3: Norme generiche – Emissione per gli ambienti residenziali, commerciali e dell’industria leggera.

7. CEI EN 61000-6-4/A1 Compatibilità elettromagnetica (EMC) – Parte 6-4: Norme generiche – Emissione per gli ambienti industriali.

8. CEI EN 55016-2-1/A1 Specificazione per gli apparati e i metodi di misura del radiodisturbo e dell’immunità – Parte 2-1: Metodi di misura dei disturbi e dell’immunità – Misure dei disturbi condotti.

9. CEI EN 50498 Compatibilità Elettromagnetica (EMC) – Norma di famiglia di prodotto per le apparecchiatu- Moltiplicatore di tensione re elettroniche destinate all’installazio- Dispositivo autonomo a soglia zero

per la conversione di energia meccanica in energia elettrica, dotato di sistema meccanico di raddrizzamento e moltiplicazione della tensione a potenza costante.

Riassunto Il dispositivo oggetto della presente invenzione consente di convertire l’energia meccanica delle vibrazioni in energia elettrica attraverso l’impiego di un meccanismo di trasduzione piezoelettrica; inoltre consente di raddrizzare e moltiplicare a potenza costante le tensioni alternate attraverso l’utilizzo di un sistema d’interruttori meccanici e di condensatori opportunamente interconnessi. Questo complesso dispositivo consente di evitare l’utilizzo di diodi in applicazioni di raddrizzamento e moltiplicazione di tensione e, con essi, tutti i problemi e i limiti legati alla presenza di una tensione di soglia.

Richiedenti: Andò Bruno, Baglio Salvatore, Giusa Fabio, Maiorca Felice, Trigona Carlo Inventori: Andò Bruno, Baglio Salvatore, Giusa Fabio, Maiorca Felice, Trigona Carlo Note: Brevetto Italiano, PENDING H-Bridge Dispositivo a “Ponte H” per il recupero di energia da vibrazioni, in grado di raddrizzare tensioni attraverso un sistema meccanico che consente di evitare l’utilizzo dei diodi e tutte le problematiche legate alla loro soglia.

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Riassunto Il dispositivo oggetto della presente invenzione consente di trasformare l’energia meccanica delle vibrazioni in energia elettrica attraverso l’utilizzo di un trasduttore piezoelettrico e di un sistema d’interruttori meccanici opportunamente interconnessi. Proprio il sistema d’interruttori meccanici implementa un particolare meccanismo di raddrizzamento della tensione piezoelettrica stessa: questa caratteristica costituisce un grande punto di vantaggio rispetto ai classici raddrizzatori di tensione basati su ponti a diodi. Questi ultimi, infatti, presentano un limite fisico costituito dalla soglia di attivazione dei diodi che, nelle soluzioni full bridge, può raggiungere anche 1,6 V. Il sistema oggetto della presente invenzione, pertanto, risulta particolarmente performante e vantaggioso quando i livelli di tensione in gioco sono sotto la soglia dei diodi.

Richiedenti: Andò Bruno, Baglio Salvatore, Giusa Fabio, Maiorca Felice, Trigona Carlo, Bulsara Ardeshir Ratan Inventori: Andò Bruno, Baglio Salvatore, Giusa Fabio, Maiorca Felice, Trigona Carlo, Bulsara Ardeshir Ratan Note: Brevetto Italiano, PENDING, Brevetto USA: PENDING

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TESTING E CONTROLLI

IL TEMA

a cura di Massimo Mortarino

Sensori e sistemi di acquisizione dati per il Testing e i Controlli Una Tavola Rotonda Virtuale di Tutto_Misure

SENSORS AND ACQUISITION DATA SYSTEMS FOR TESTING AND CONTROLS Stimulated by the appreciation of the readers, Tutto_Misure proposes another “Virtual” Round Table, focused on “Sensors and Acquisition Data for Testing and Controls”, a very important topic for all manufacturers who wish to increase the value of their products and their competitivity. Our aim is to highlight the state-of-art, the possible evolution and the real advantages for all manufacturers who wish to approach tests and controls as an opportunity, making reasoned and informed choices for a true competitive improvement.

In the next issue, Tutto_Misure will publish another interesting Virtual Round Table: “Measurements and Tests for material characterization”.

RIASSUNTO Sulla scorta dei riscontri favorevoli ricevuti dai lettori, Tutto_Misure propone un’altra Tavola Rotonda “Virtuale”, dedicata a “Sensori e sistemi di acquisizione dati per il Testing e i Controlli”, un ambito fondamentale per le aziende manifatturiere impegnate ad aumentare il valore della propria offerta per essere competitive. Il nostro obiettivo è quello di delineare lo stato dell’arte, le possibili evoluzioni e i reali vantaggi per le aziende che affrontano Test e Controlli come reali opportunità, attuando scelte informate e ragionate finalizzate a un reale miglioramento competitivo.

Il prossimo numero di Tutto_Misure ospiterà un’altra interessante Tavola Rotonda Virtuale: “Misure e Test per la caratterizzazione dei materiali”.

INTRODUZIONE

L’importanza del Testing e dei Controlli nel quadro dello sviluppo competitivo di qualsiasi azienda manifatturiera è ormai universalmente riconosciuta: l’incremento di competitività, non può prescindere dalla necessità di garantire al committente e al cliente la massima affidabilità e sicurezza del prodotto, e tali garanzie possono essere ottenute solo attraverso precise, sicure e rapide soluzioni di test e controlli. Parliamo di apparecchiature e sistemi, standard e personalizzate, in grado di soddisfare esattamente le esigenze e, al tempo stesso, rispettare il paradigma fondamentale per ogni azienda impegnata nel mercato competitivo: abbattere tempi e costi aumentando qualità, affidabilità e sicurezza dei prodotti e processi.

nienti da esperti che operano in diverse realtà: dai fornitori di sistemi di acquisizione dati (HBM e LMS Italiana) ai produttori di sistemi di testing (CATE), dai produttori di sistemi di automazione (PRIMA INDUSTRIE) alle società che si occupano di progettazione e ingegnerizzazione (GM POWERTRAIN EUROPE e CENTRO RICERCHE FIAT). È evidente che per ciascuna di queste realtà, sia in veste di fornitore sia in veste di cliente/ utente (in alcuni casi in entrambe), l’individuazione della “giusta” soluzione di acquisizione dati è fondamentale e la loro esperienza potrà rappresentare un’utile guida per i nostri lettori.

I SISTEMI DI ACQUISIZIONE DATI

Per introdurre il tema della nostra Tavola Rotonda prendiamo in prestito la definizione fornita da Wikipedia.

“Un sistema di acquisizione dati è un sistema di misura elettronico realizzato per monitorare, registrare ed eventualmente post-elaborare le misure di una o più grandezze fisiche”.

Come “sistema” intendiamo un insieme di strumenti che, opportunamente collegati e impostati, costituiscono una o più catene di misura.

Un sistema elementare di acquisizione dati è composto da un sensore, che legge la grandezza fisica d’interesse e la converte in un segnale elettrico, e da un acquisitore, che legge il segnale elettrico e provvede alla sua registrazione. L’intero sistema, dal sensore che viene applicato al misurando, fino al supporto dello strumen-

Investire nel Testing e nei Controlli, quindi, rappresenta un’opportunità per le aziende manifatturiere, e pertanto la scelta della “giusta” soluzione è d’importanza strategica nell’economia di qualsiasi percorso verso l’innovazione competitiva e va effettuata in modo intelligente e ragionato: un investimento in grado di produrre adeguati ritorni, non un mero “obbligo” da rispettare per soddisfare burocraticamente le normative o i requisiti espressi dai committenti.

In questa nuova Tavola Rotonda “Virtuale” (realizzata con mezzi informatici, senza dover riunire fisicamente i partecipanti nella stessa sede) cerchiamo di mettere a fuoco un aspetto importante del tema “Test e Controlli”: quello dei sensori e sistemi di acquisizione dati. Abbiamo ascoltato i pareri, le indicazioni e i consigli prove- mmortarino@affidabilita.eu

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to registratore, costituisce una catena di misura.

I sistemi di acquisizione possono essere composti da svariate apparecchiature (es. nel testing aerospaziale o automotive), sia per l’esigenza di registrare contemporaneamente diverse grandezze, sia per adattare i segnali dei trasduttori agli ingressi degli strumenti registratori (condizionamento del segnale). Pensiamo inoltre ai sistemi da installare a bordo veicolo, in spazi non facilmente raggiungibili o così ristretti da non consentire l’installazione d’interfacce per l’utilizzatore, che devono quindi essere utilizzati tramite un collegamento a un terminale remoto.

La quasi totalità dei sistemi d’acquisizione è progettata per registrare contemporaneamente più misure, al fine di consentire agli utilizzatori di mettere in relazione tra loro diverse grandezze e ricavare le relazioni esistenti tra gli elementi che compongono l’oggetto dell’analisi. Questi sistemi vengono realizzati creando diverse catene di misura che hanno in comune il medesimo strumento di registrazione (l’acquisitore), in grado di ricevere i vari segnali e di collegarli a linee di registrazione indipendenti (canali); pertanto questi sistemi sono definiti sistemi multicanale. È essenziale per il sistema d’acquisizione dati che le misure vengano registrate su supporti sufficientemente stabili, per aver il tempo di analizzarle o per conservarle a scopo documentale per un tempo indefinito.

Da questo sintetico cappello introduttivo, si evince chiaramente l’importanza strategica del capitolo “acquisizione dati” in ambito Test e Controlli. Proviamo a tradurla nella pratica con l’aiuto dei nostri esperti, che ringraziamo per la disponibilità: – Daniele Bisi (Centro Ricerche Fiat Group Materials Labs, Physical Analysis & Common Testing, Lab. NDT) – Giulio Camauli (LMS Italiana – Strategic Development Business Support Manager) – Riccardo d’Angelo e Vincenzo Sindaco (GM Powertrain Europe –

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rispettivamente: Product Engineer, (G. Camauli) La Senior Instrumentation Procurement sfida principale è Engineer e Powertrain Emissions and quella di misurare Test Equipment Expert) in modo coerente e – Gianluca Marengo (HBM Italia produttivo le gransrl – Responsabile Commerciale) dezze fisiche più – Alice Marchini (CATE srl – Sales rilevanti, necessarie Specialist) per valutare le pre– Andrea Terreno (PRIMA INDUSTRIE stazioni di un prospa – Senior Engineer R&D Tecnologia getto o per risolveLaser) re i problemi di funzionamento del sistema. Durante la fase di ricerca e sviluppo, le misure di grandezze fisiD: Quanto conta la scelta dei che su prototipi servono a validare e sensori e dei sistemi di acquisi- migliorare i modelli di simulazione utizione dati nell’ambito delle lizzati per progettare il prodotto e Prove e Controlli, e quali van- suoi sottosistemi. Il numero e il tipo di taggi può portare alle aziende sensori può variare notevolmente, a utilizzatrici? seconda dell’elemento in prova. Ciò implica che i sistemi di acquisizione (Alice Marchini) dati devono essere scalabili in termini La scelta dei senso- di numero di canali, flessibili in termiri e del sistema di ni di capacità di condizionamento del acquisizione dati è segnale (ad esempio, con un software fondamentale nel- che gestisca per ogni canale le varie l’ambito del te- modalità come AC/DC, ICP, bridge), sting: il sensore in grado di supportare rilevanti flussi consente all’azien- di dati digitali e sintonizzabili in terda utilizzatrice di mini di frequenze di campionamento determinare la pre- richieste per ottimizzare le prestazioni cisione della prova in atto; il sistema generali del sistema e la dimensione di acquisizione dati invece può svol- delle registrazioni su disco. gere multiple funzioni, dal comando Ovviamente la qualità dei dati è di e gestione dei cicli, anche 24 ore su fondamentale importanza: il sistema 24 e senza necessaria supervisione di acquisizione dovrebbe fornire il umana, all’elaborazione e interpre- massimo dell’affidabilità in termini di tazione della reazione del prodotto range dinamico, rapporto segnale/ in fase di test. Le aziende utilizzatri- rumore, conversione analogico-digitaci ne traggono diversi vantaggi, a le, ecc. L’architettura del sistema di seconda delle prove che vengono acquisizione dati dovrebbe consentire effettuate e del settore applicativo: i di alternare la possibilità di acquisire vantaggi maggiori si hanno in termi- in laboratorio con quella sul campo, ni di credibilità e qualità dei prodot- senza dover modificare la strumentati e nell’ambito della ricerca e svilup- zione. Con i nostri frontali LMS SCApo. Per fare un esempio: un’azienda DAS, ad esempio, si è realizzato il produttrice di freni che necessita di concetto di lab-mobility: le singole testare il proprio prodotto tramite un unità di acquisizione dati sono disposistema DAQ appositamente creato e nibili in varie dimensioni e ciascuna gli opportuni sensori, può simulare in di esse può supportare da 4 fino a sala prove tutte le condizioni possi- 480 canali; tutte le unità supportano bili durante l’utilizzo del sistema in una varietà di moduli di acquisizione ambiente naturale (temperatura, dati, con alimentazione e condizionaclima, surriscaldamento, durata, mento dei sensori per canale gestibile ecc.) e contemporaneamente avere da software; tutte le unità possono sott’occhio, in tempo reale, le rea- essere collegate facilmente e funziozioni del prodotto stesso, compresa nano in modo completamente sincronizzato; all’occorrenza, le singole l’usura e gli eventuali imprevisti.

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unità possono funzionare come i regi- parte degli utilizzatori, le caratterististratori di dati indipendenti con storage che più importanti dei sistemi di aclocale. quisizione dati sono, nell’ordine: la facilità d’impiego, le prestazio(A. Terreno) La ni, la qualità e la capacità mulscelta dei sensori è tifunzionale, che consenta a una fondamentale per apparecchiatura per acquisizione la buona riuscita di dati di gestire differenti grandezze di un progetto di mo- misura. Ciò conferma la percezione nitoraggio/control- che il mercato richiede una tecnololo di un processo. I gia di misura intelligente, ben allinostri progetti di neandosi alla filosofia HBM d’inteR&D mirano allo grare TEDS (Transducer Electronic sviluppo di prodotti Data Sheet) e APM (Advanced Plug in grado di monitorare/controllare i & Measure) nelle apparecchiature processi di taglio laser; scegliere un per acquisizione dati (DAQ). sensore adeguato, che sia in grado di Inoltre gli ambiti sempre più interna“vedere” la qualità della lavorazione zionali in cui operano le aziende itadurante la lavorazione stessa è quindi liane, spingono queste ultime a predimolto importante. Utilizzare poi siste- ligere strumentazione per prove e mi di acquisizione ed elaborazione misurazioni che possa contare su una che permettono di rilevare i segnali rete di vendita e assistenza tecnica dei sensori e di eseguire le elabora- presente in tutto il mondo. zioni in real time è il secondo step di sviluppo, anch’esso fondamentale in (D. Bisi) Ovviaquanto l’esigenza di gestire elaboramente la scelta dei zioni complesse, in tempi molto rapisensori/sistemi è di, è una priorità assoluta per soddifondamentale. Una sfare le richieste dei nostri clienti: corretta acquisiziomigliorare la qualità delle lavorazioni ne dati permette riducendo gli scarti, ridurre i tempi una maggior velociciclo e avere una macchina sempre tà nello sviluppo del più automatizzata e semplice da nostro prodotto e usare. quindi del nostro business.

(G. Marengo) Il mondo dell’acqui(R. d’Angelo, V. sizione e analisi Sindaco) La scelta dei dati è carattedei sistemi di acquirizzato da un contisizione dati è fonnuo e rapido camdamentale nell’ecobiamento: le aziennomia dell’attività de puntano a landi test, che richiede ciare nuovi prodotaffidabilità, preciti che sfruttano tecsione, ripetibilità e, nologie sempre più complesse, ridunaturalmente, accucendo sempre più i relativi tempi di ratezza. I vantaggi sviluppo. Per ottenere tali scopi, di un’oculata scelta spesso si chiede a gran forza che la sono, evidentementecnologia di misura intelligente te, molteplici: • efficienza (minori possa essere utilizzata da personale costi a seguito di relativamente poco addestrato. Effiminori ripetizioni cienza e minori costi sono i due del test); imperativi categorici per l’industria, • risparmio econoall’insegna della “riduzione dei cicli mico (strumentaziodi produzione mantenendo gli stessi ne duratura, che livelli qualitativi”. Mettendoci dalla

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non richiede frequenti sostituzioni); • garanzia della “bontà” della misurazione; • innalzamento della qualità del prodotto finale, con conseguente soddisfazione dell’utente.

Un esempio concreto è rappresentato dal sistema di acquisizione dati presente nelle sale prova della GM di Torino: nato con 16 canali di pressione, dopo un primo periodo di utilizzo molto soddisfacente, ci si è resi conto che per poter avere un quadro completo sui nuovi componenti motore, introdotti per soddisfare le severe normative EURO6, tali canali risultavano insufficienti. A questo punto si è deciso di raddoppiare il numero di canali di pressione, acquistando trasduttori con range di misura differenziato: ciò ha permesso di effettuare indagini che altrimenti non avrebbero potuto aver luogo, riducendo i tempi di test e, soprattutto, aumentando il grado di confidenza su alcuni range di misura fino a quel momento poco esplorati.

D: Quali settori di attività, secondo la Vostra esperienza, sono più sensibili a queste tematiche e quali potrebbero diventarlo nel prossimo futuro?

(A. Marchini) Non credo si possa indicare con precisione un settore più o meno sensibile al testing e, come accennavo prima, qualsiasi prodotto potrebbe essere testato: certo è che il mercato pretende dal mondo occidentale standard sempre più elevati, per giustificarne prezzo, storia e qualità, andando così a incrementare la domanda di complesse macchine che possano certificare e provare la provenienza dei materiali e garantirne la sicurezza necessaria. Sulla base della nostra esperienza possiamo dire che le aziende leader possiedono le aree testing più complesse e complete, e questo rafforza la loro leadership nel mercato di appartenenza. Per questo ritengo importante che le aziende investano in questo settore, per potersi guadagnare un

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buon posizionamento sul mercato facendo fronte ai prezzi stracciati dei mercati emergenti, questi ultimi forse caratterizzati da una minore esperienza nel fronteggiare standard elevati.

(G. Camauli) Nel settore automobilistico, vi è una crescente tendenza a combinare sensori convenzionali come sensori di vibrazione e di coppia, con i dati operativi provenienti da bus digitali (CAN, FlexRay). Per i test sul campo, sta diventando sempre più importante anche l’utilizzo del GPS, sia come informazione di riferimento, sia come parametro di gestione della misura. Inoltre l’elettrificazione del powertrain richiede di verificare sperimentalmente il comportamento dei componenti elettronici di potenza, in termini non solo di efficienza ma anche di con-

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fort, nel caso, ad esempio, di rumore ad alta frequenza generato dagli apparati.

Per garantire l’ottimizzazione di un progetto multi-attributo e per ridurre sensibilmente i tempi di preparazione necessari per strumentare, la soluzione testing dovrebbe coprire le esigenze di rumore, vibrazioni, durata, efficienza, in un unico sistema flessibile e configurabile. In tutti i settori industriali le prove di qualifica a vibrazioni devono poter riprodurre tutti gli scenari ambientali legati all’impiego del componente. Il sistema di acquisizione e controllo deve conseguentemente poter gestire in modo automatico la riproduzione di sequenze di profili rappresentativi dei profili di missione e di utilizzo del componente, salvaguardandolo, contemporaneamente, da ogni rischio di danneggiamento da sollecitazione eccessiva.

(A. Terreno) Oggi probabilmente i settori industriali più sensibili a queste tematiche sono quelli in cui, magari, la concorrenza non è elevata, ma si sente principalmente l’esigenza di avere la probabilità di errore nulla. Ad esempio, il settore medicale e quello chimico, nei quali uno sbaglio potrebbe portare a gravi danni: in questi settori, il monitoraggio/controllo di tutti i processi è quindi fondamentale. In futuro, anche in altri settori industriali ci si renderà conto che, per rimanere competitivi e leader sul mercato, sviluppare prodotti migliori sarà un’opportunità per sconfiggere la concorrenza sempre più accanita.

A livello di “reparti aziendali”, invece, quelli più interessati alle innovazioni sono probabilmente la Ricerca e Sviluppo e il Marketing, che sentono molto l’esigenza di sviluppare

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(D. Bisi) Per quanto riguarda la nostra diretta esperienza, la sperimentazione e sempre più affamata di nuovi sensori in grado di fornire nuovi dati

(R. d’Angelo, V. Sindaco) La maggior parte dei settori d’attività presenti sul mercato, risentono direttamente di una buona o cattiva scelta di tale strumentazione.

Quanto più spinta risulta essere la tecnologia applicata in un dato settore, tanto più dovrà essere accurata la (G. Marengo) Per quanto riguarda selezione e, quindi, la scelta della la nostra diretta conoscenza, il princi- strumentazione di misura. pio “misurare e provare per conoscere” sarà sempre più adottato dall’industria e dagli enti, in considerazione D: Cosa offre attualmente il soprattutto dei materiali innovativi che mercato e quali sono le princitrovano maggiori e nuovi settori d’im- pali esigenze delle aziende utipiego, delle energie alternative, dei lizzatrici e dei produttori di nuovi tipi di propulsori. Pensiamo sistemi per il testing e i controlanche che in futuro le prove e le misu- li? re sperimentali saranno sempre più integrate con misure e prove virtuali: (A. Marchini) Il mercato offre innuper poter soddisfare meglio la neces- merevoli possibilità e l’azienda utilizsità d’integrare la prova fisica con zatrice ha bisogno principalmente di quella virtuale, HBM ha acquisito ne- affidarsi a partner competenti: dato gli anni scorsi aziende altamente spe- che quest’area di sviluppo è molto cializzate in software di trattamento complessa, è necessario affidare l’insegnali, analisi dati e simulazione, vestimento in mani sicure, affinché i come il caso di nCode. Molti sono i progetti vadano a buon fine. I produtsettori attualmente più sensibili: dal- tori di sistemi di testing devono essere l’automotive all’aerospaziale, dal fer- percepiti come “produttori d’investiroviario al navale, dall’ingegneria dei menti”: il ritorno è assicurato, anche materiali a quella civile, dal settore nel breve periodo. energetico ai laboratori di taratura.

La maggior parte della strumentazione per acquisizione dati viene usata sia in laboratorio sia nei contesti industriali in cui le condizioni ambientali possono essere facilmente regolate; una parte rilevante di applicazioni, tuttavia, viene sviluppata all’aperto o in un veicolo, dove le condizioni ambientali sono spesso più variabili.

La capacità delle apparecchiature di acquisizione dati di operare in condizioni ambientali estreme (come, ad esempio, la gamma di strumenti SoMat di HBM) è resa ancora più importante se si pensa che circa un terzo delle prove di acquisizione vengono condotte con temperature ambientali superiori ai 60° C (140 °F) o con temperature molto fredde, inferiori a -20 °C (-4 °F).

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qualcosa per migliorare i propri prodotti ed essere/rimanere competitivi sul mercato. La produzione, piuttosto che l’assistenza tecnica, inizialmente vede l’introduzione di nuovi componenti della macchina come una complicazione nella realizzazione/assistenza della stessa; con il passare del tempo, con un prodotto a regime, si rende pian piano conto che in realtà questa introduzione di nuove parti ha portato e porterà a miglioramenti.

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(G. Camauli) Ecco alcuni esempi della nostra attuale offerta: LMS SCADAS Lab, soluzione da laboratorio, che dispone di un frame da 19” montabile su rack e può gestire da 8 a oltre 2000 canali, offre prestazioni di acquisizione dati ad altissimo standard, grazie al throughput di 14 M di campionamento e alta densità di canali. È la soluzione ideale per analisi modale a elevato numero di canali, test aeronautici di Ground Vibration Test, il throughput ad alta velocità e i test su turbine.

LMS SCADAS Mobile, potente e flessibile per la sperimentazione sul campo e in laboratorio ad alta produttività, supportato dai software LMS Test.Lab e LMS Test.Xpress per una vasta gamma di applicazioni di acustica, vibrazioni e fatica. Equipaggiato con un bottone di emergenza, può anche trasformarsi in un frontale modulare per applicazioni di controllo delle vibrazioni. LMS SCADAS Recorder, che può essere utilizzato come un registratore autonomo, come registratore intelligente controllato da un PDA wireless o come sistema di acquisizione dati intelligente per applicazioni sul campo e in laboratorio. L’integrazione di acquisizione e analisi dei dati migliora notevolmente la coerenza dei dati e consente agli utenti di confrontare set di dati in modo affidabile.

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buiti, sia ancora in un mix dei due sistemi.

Riguardo alle modalità di configurazione della strumentazione, viene preferito l’uso del PC, sia per la configurazione sia per l’acquisizione dati.

Metodi alternativi per l’acquisizione e la configurazione, come l’impiego di controlli integrati o il salvataggio nello strumento/data logger, riscuotono minore gradimento. Questo è in linea con la richiesta di maggiore flessibilità nell’acquisizione dati, essendo il PC un’opzione più mobile e robusta, sia per la raccolta dei dati e la loro analisi sul PC stesso sia per il loro trasferimento per ulteriori analisi. Questa tendenza si riflette sul tipo d’interfaccia che gli ingegneri preferiscono: fra le interfacce del PC, USB e Ethernet vengono considerate pressoché della medesima importanza, di poco superiore a quella degli I/O digitali e delle uscite analogiche. Ciò suggerisce che gli ingegneri hanno una leggera preferenza per le interfacce PC, ma sussiste ancora una buona richiesta di apparecchiature di acquisizione in grado di utilizzare una larga gamma d’interfacce. Un livello di gradimento inferiore (ma in progressiva crescita) è quello suscitato dalle interfacce fieldbus.

(A. Terreno) Il mercato offre sempre più soluzioni per prodotti di testing e controlli. Le esigenze di un’azienda che vuole sviluppare nuovi prodotti di monitoraggio/controllo sono differenti: nel campo della Ricerca e Sviluppo, ad esempio, servono prodotti molto versatili e che si possano utilizzare “molto velocemente”. Questo perché spesso, prima di trovare una soluzione al problema occorre eseguire molti test, provare diverse tipologie di sensori, differenti sistemi di acquisizione. Avere quindi sistemi versatili e facili da usare permette di ridurre sensibilmente i tempi e i costi per la ricerca. Nella fase successiva di realizzazione del prodotto, occorre invece avere prodotti affidabili e robusti, magari anche più complessi da gestire. Ottenere un prodotto finale robusto, che richieda una bassa manutenzione e rispetti anche le esigenze dei clienti più esigenti, diventa molto (D. Bisi) Oggi il mercato è abbaimportante. stanza ricco e si può disporre di una (G. Marengo) I mercati mondiali sufficiente varietà di scelta; tuttavia richiedono sistemi di acquisizione l’esigenza di accorciare i tempi di svidati precisi, versatili e scalabili: un ti- luppo dei nostri prodotti spinge alla pico prototipo di tali moderne appa- ricerca di nuovi dati e d’informazioni recchiature è rappresentato, ad sempre più complete. Tutto ciò, ovviaesempio, dal nostro sistema di acqui- mente, deve portare a una maggior sizione dati QuantumX. Una chiara ottimizzazione dei costi: se, quindi, tendenza, con implicazioni significa- nuovi dati e informazioni più completive, è quella d’incrementare il nume- te significano poter virtualizzare una ro di canali nelle proprie misurazioni parte della nostra sperimentazione, il e ciò non implica affatto la diminu- cerchio si chiude. zione della precisione desiderata, anzi gli utenti richiedono standard di (R. d’Angelo, V. Sindaco) Il meraccuratezza sempre più elevati. Le cato mette a disposizione una vastiscadenze di campionamento richieste sima gamma di prodotti che possono sono generalmente fino a 10.000 soddisfare qualsiasi esigenza, tanto misure/s, ma in diversi casi si sale in termini di costo quanto di performfino a 50.000 misure/s. Gli utenti ance; le aziende utilizzatrici ricercapreferiscono le apparecchiature che no certamente il miglior compromesso possano essere facilmente integrate in termini di costo/prestazioni, non sia in sistemi centralizzati, sia distri- trascurando naturalmente le caratteri-

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LMS SCADAS Durability Recorder, progettato per affrontare acquisizione dati lunghe e ripetitive nelle situazioni più estreme (acqua, polvere, sporcizia, urti e scossoni associati a scenari di vita reale su strade pubbliche e piste di prova), che consente misurazioni a elevato numero di canali in ambienti difficili.

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stiche già citate, quali affidabilità, accuratezza e robustezza.

Le aziende produttrici, peraltro, devono necessariamente contenere i costi, senza pregiudicare la qualità dei loro prodotti.

D: Secondo Lei, come deve ragionevolmente muoversi l’azienda che intende approcciare seriamente alle prove e controlli, per quanto riguarda l’acquisizione dati? Può suggerirle un “percorso” ideale da compiere?

(A. Marchini) L’azienda che intende intraprendere un percorso di automazione dei propri test dovrebbe innanzitutto rivolgersi ad aziende specializzate nel realizzare sistemi DAQ, assicurandosi la massima qualità dei sensori utilizzati; è importante inoltre definire gli obbiettivi che si vogliono raggiungere, anche questo punto fondamentale per la scelta del fornitore. Un sistema di test low cost comporta durata ridotta, risultati limitati e scarsa flessibilità: in sostanza è un costo vivo, a differenza di un sistema all’avanguardia che diventa un importante investimento. Posso portare come esempio un nostro sistema di test in funzione da più di vent’anni, sul quale è stata effettuata una manutenzione predittiva per i componenti soggetti a usura e un consueto ammodernamento del PC: il sistema testa, a fine produzione, il doppio delle macchine rispetto alla quantità per cui era stato progettato. Per concludere, il percorso più corretto da intraprendere è quello di scegliere un “partner” tramite la cui esperienza stabilire con precisione l’entità del progetto e, di conseguenza, costruire il sistema, nell’ottica della massima ottimizzazione.

(G. Camauli) Ecco un possibile “percorso” da seguire: – Identificare i bisogni non solo a livello di misura, ma a livello di sfide di progettazione e ingegneria. Anticipare le esigenze future – sulla base delle sfide nell’evoluzione progettuale.

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– Creare uno scenario dettagliato di come eseguire correttamente una campagna di test, passo dopo passo. Descrivere in modo concreto e dettagliato i tipi di sensore (analogico, digitale) e i tempi di acquisizione dati.

– Assicurarsi d’individuare eventuali colli di bottiglia in termini di efficienza e produttività (tipicamente: utilizzo di sistemi di registrazione in parallelo per supportare tipi di sensori diversi, con conseguenti problemi di compatibilità nel formato dei dati, registrazioni non sincronizzate in termini di start / stop e frequenze di campionamento, conversione dei dati necessari per importare i dati ed elaborarli, ...).

– Non concentrarsi esclusivamente sulla registrazione dei dati, ma valutare le opzioni di elaborazione avanzata e l’analisi delle cause, che porti a una precisa comprensione dei fenomeni e a una rapida traduzione dei risultati ottenuti in conseguenti interventi ingegneristici e modifiche progettuali.

(A. Terreno) Come primo step è molto importante sapere fin da subito cosa si vuole monitorare/controllare, in modo da poter ricavare lo stato dell’arte e definire poi come si vuole approcciare al problema.

Il secondo step consiste nel definire questi approcci. Indicherei la scelta di almeno due differenti tipologie di sensori in modo da avere, a seguito dei test, un paragone e poter così scegliere la migliore soluzione. Avere un’ampia conoscenza delle soluzioni

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presenti sul mercato, poterle confrontare e scegliere quella che sembra più adeguata è quindi fondamentale.

A seguito della scelta della sensoristica suggerirei, nel caso non si avessero in casa sistemi di acquisizione ed elaborazione digitali, di confrontarsi con il mercato e scegliere un sistema general purpose versatile, in modo da eseguire velocemente prove e avere una prima sensazione sulla bontà o meno della strada intrapresa.

Solo dopo aver eseguito tutti i test e una campagna intensiva di prove, a seguito delle quali definire le caratteristiche fondamentali dei sensori e dell’applicazione nonché tutti gli algoritmi software che governano il sistema, penserei a realizzare il “prodotto”.

Come ultimo step, direi quindi che è fondamentale la scelta della sensoristica e dei sistemi di acquisizione/ elaborazione industriali e la validazione degli stessi con ulteriori test, anche presso clienti disponibili a testare i nuovi prodotti che si stanno sviluppando. Le caratteristiche tecniche dovranno rispecchiare quelle che sono state definite durante la sperimentazione e le prime prove, ma ora (se non già eseguito in precedenza) tutte le parti del sistema dovranno anche soddisfare i requisiti di qualità, affidabilità, robustezza, ecc., necessari per poter avere un prodotto vendibile.

(G. Marengo) L’approccio deve partire, ovviamente, dalle esigenze; non solo e sempre, come spesso accade, dal verificarsi di un problema o dalla necessità di soddisfare una normativa o una richiesta del committente.

In tale ottica, è fondamentale il possesso di una specifica “cultura” da parte di chi decide gli investimenti aziendali, che in molti casi è totalmente concentrato sui costi e non ha la competenza tecnica per valutare i possibili vantaggi derivanti

dall’adozione di un determinato sistema o metodo… L’informazione e la formazione, in questo contesto, sono determinanti per guidare l’azienda alla migliore scelta delle tecnologie di prova e misura e dei relativi sistemi di acquisizione dati. Da diversi anni HBM investe molto nella divulgazione e nella formazione degli utilizzatori, sia attraverso seminari tecnici e corsi dedicati sia potenziando la propria struttura con application engineer e figure dotate di solido background tecnico. I forum e i seminari tematici nelle manifestazioni specialistiche rappresentano un veicolo di divulgazione molto apprezzato, così come la comunicazione via internet, ad esempio i webseminar.

(D. Bisi) Il cammino ideale è quello legato alla conoscenza del prodotto e delle sue necessità, alla conoscenza scientifica, in un’ottica, però, pratica e realistica dei dati ideali da raccogliere, avendo la possibilità di poter disporre di quello che serve nel momento in cui serve.

(R. d’Angelo, V. Sindaco) Ecco una serie di “passi” che, secondo noi, vanno accuratamente considerati: • capire cosa “misurare” e dove; • valutare il proprio know-how in merito all’attività da svolgere; • condividere le proprie esigenze con i fornitori/aziende produttrici coinvolte; • confrontare le soluzioni proposte, dal punto di vista sia economico sia tecnico; • valutare eventuale validazione, tramite accurati test preliminari, della soluzione che offre i maggiori vantaggi. Qualora i risultati ottenuti risultino non soddisfacenti, optare per una o più soluzioni che meglio incontrino le attese; • prevedere opportune procedure operative riguardanti, l’uso, la conservazione e la manutenzione/taratura dello strumento; • implementare un processo di miglioramento continuo, che abbia lo scopo di ottimizzare l’intero processo operativo legato all’utilizzo dello strumento stesso.

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MISURE PER L’ENERGIA

GLI ALTRI TEMI

Enrico Primo Tomasini 1, Gianluca Rossi 2, Paolo Castellini 1, Roberto Marsili 2

Metodologie diagnostiche per sistemi eolci Non toccate le rinnovabili! Neanche per misurarle!

METHODOLOGIES OF CHARACTERIZATION AND DIAGNOSIS ON WIND POWER SYSTEMS The paper focuses on the development of methodologies of characterization and diagnosis on wind power systems. Several measurement techniques have been applied to the characterization of wind power systems in operating conditions. Structural behavior, fluid dynamics and acoustic emission were studied. The use of non-contact measurement technologies has been identified as a key element.

RIASSUNTO L’articolo s’incentra nello sviluppo di metodologie per l’indagine diagnostica dei sistemi eolici. Diverse tecniche di misura senza contatto sono state applicate alla caratterizzazione del funzionamento di sistemi eolici, allo scopo di valutarne il comportamento strutturale, fluidodinamico e acustico.

Il ricorso a tecnologie di misura senza contatto è stato individuato come elemento chiave.

PERCHÉ L’EOLICO?

analizzata mediante shearografia laser e ultrasuoni senza contatto. Le tecniche, applicate in molteplici casi industriali, sono state studiate in questo progetto per verificare i limiti applicativi nel caso di strutture di elevatissime dimensioni, come appunto le pale.

Nella shearografia alcuni aspetti cruciali, come il meccanismo di eccitazione del difetto e l’effetto di spostamenti e vibrazioni non controllate della struttura, sono stati oggetto dell’analisi.

Nel caso degli ultrasuoni senza contatto sono stati analizzati sia i problemi legati alla posizione relativa delle sonde, sia l’effetto delle anomalie e anisotropie del materiale legate all’orientamento locale delle fibre.

La sempre crescente esigenza dell’utilizzo degli impianti eolici per la produzione di energia è diventata critica per il raggiungimento degli obiettivi europei dopo l’approvazione del pacchetto, definito “20-20-20”, che prevede una riduzione, entro il 2020, almeno del 20% per le emissioni di gas serra, rispetto ai livelli del 1990, e un aumento che porti al 20% la quota di energie rinnovabili. In quest’ottica non solo l’installazione, ma anche la manutenzione dei siti esistenti, predisposti alla generazione di energia tramite turbine eoliche, acquista una grande importanza, in quanto si può avere la garanzia di un loro corretto ed efficiente funzionamento grazie a metodologie ad hoc per la loro diagnostica in sito.

L’Università Politecnica delle Marche e l’Università degli Studi di Perugia si sono occupate dello sviluppo e della COME VIBRA UNA PALA sperimentazione di alcune tecniche di IN ROTAZIONE? misura senza contatto.

I rotori per applicazione eolica sono realizzati in materiali compositi, e LA “PELLE” DELLE PALE EOLICHE pertanto presentano una notevole variabilità del comportamento moL’integrità strutturale delle pale è stata dale, sia in termini di frequenze che

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di forme modali. Per consentire una completa caratterizzazione del comportamento dei rotori è stato sviluppato un approccio specifico. Il metodo sviluppato è basato sulla scansione continua con Vibrometria Laser Doppler (CSLDV) sincrona con la rotazione della struttura. La Laser Doppler Vibrometry (LDV) è una tecnica non a contatto che permette di effettuare misure di velocità di vibrazione strutturali. Nel lavoro descritto in questo articolo, l’eccitazione è dovuta unicamente alle forze che agiscono in condizioni operative (ordine motore, attrito e forze aerodinamiche).

Un altro approccio è stato quello della scansione continua mediante la tecnica del ricampionamento. La tecnica proposta si basa sul concetto essenziale del ricampionamento del segnale in condizioni di scansione continua, ma proponendo una diversa tecnica computazionale allo scopo di rendere la procedura più robusta, versatile e concettualmente semplice.

L’approccio definisce i parametri coinvolti nel processamento guardando al loro senso fisico.

I risultati ottenuti sono stati confrontati con i modi propri di una pala di 40 metri di lunghezza rilevati mediante analisi modale effettuata su un set di FRF sperimentali misurate con accelerometri triassiali. La pala è stata messa in vibrazione median-

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Università Politecnica delle Marche, Dipartimento di Ingegneria Industriale e Scienze Matematiche 2 Università degli Studi di Perugia, Dipartimento di Ingegneria Industriale ep.tomasini@univpm.it

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GLI ALTRI TEMI

te martello strumentato con cui veniva impartita una forza in direzione inclinata rispetto alla superficie della pala in modo da poterla eccitare sia in direzione z sia in direzione y.

In Fig. 1 è riportata la variazione delle frequenze di diversi modi di vibrare al variare della velocità di rotazione delle pale.

In Fig. 2 è riportata la variazione dei modi di vibrare al variare della velocità di vibrazione.

conda della disposizione dei singoli sensori, l’array si comporta a tutti gli effetti come un microfono virtuale con una direzionalità più o meno spiccata e che può essere algoritmicamente orientato in varie direzioni nello spazio. Nel caso dell’applicazione presentata, la necessità di separare i contributi aeroacoustici da quelli strutturali è stata soddisfatta attraverso l’integrazione del concetto di beamforming e quello di coerenza con un segnale legato al

Figura 3 – Mappa di emissione acustica ottenuta mediante Beamforming lagrangiano a 9.800 Hz

LA TELECAMERA TERMOELASTICA INSEGUE LA PALA

Figura 1 – Evoluzione delle frequenze naturali del rotore al variare della velocità di rotazione

comportamento strutturale del generatore.

La funzione di coerenza, variabile nell’intervallo [0,1], quantifica il grado di correlazione lineare tra i due segnali, ovvero il loro legame di causaeffetto. Tale concetto può essere sfruttato, quindi, per separare dal segnale la parte dovuta alla causa (detta coherent output power o COP), da Figura 2 – Evoluzione dei modi di vibrare del rotore quella dovuta ad al variare della velocità di rotazione (modo IV) altre cause scorrelate, come, ad esemSILENZIO: LA PALA GIRA pio il rumore di misura. In Fig. 3 è mostrata la mappa di emissione acuIl beamforming si basa sulla misura stica della pala mediante beamfordel campo sonoro attraverso l’utiliz- ming in condizioni d’inseguimento zo di un array di microfoni. A se- della pala in rotazione.

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L’applicazione della TSA con i software corredati risulta impossibile su oggetti in movimento. Questo limite è stato superato grazie allo sviluppo di particolari tools che permettono il riconoscimento e la compensazione del movimento. A tale scopo sono stato applicati diversi approcci per quella che viene definita pattern recognition. Tra questi sono stati applicati quelli tipici di variazione quadratica minima e di cross-correlazione.

Data la bassa risoluzione dei comuni sistemi di visione termica, è stato fondamentale studiare quale tra questi approcci offrisse l’ottimo di accuratezza. Gli approcci canonici si prestano in maniera ottimale al calcolo di movimenti prettamente di natura traslatoria, mentre sono difficilmente applicabili nel caso di rotazioni. Questo fenomeno è emerso durante la sperimentazione degli algoritmi, che sono stati in grado di fornire i risultati desiderati solo dopo molte iterazioni e con scarsa affidabilità. Infatti il calcolo è di tipo iterativo e non diretto, ragione per cui i risultati vengono calcolati con tempi non accettabili per l’applicazione in esame.

Sotto le ipotesi che il moto del sistema sia solo piano (e la rotazione è un moto piano) è stato possibile studiare e mettere a punto un algoritmo di pattern recognition estremamente semplice ed efficace basato su un calcolo diretto e combinatorio della posizione dei 4 marker all’interno dell’immagine.

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L’algoritmo di compensazione del movimento messo a punto è stato validato applicandolo a una pala di raffreddamento automobilistico montata su un giunto che permette la rotazione e collegata in testa a uno shaker. Alla pala viene quindi applicata una forzante assiale che fa vibrare le pale e una rotazione attorno al proprio asse, ricopiando di fatto le condizioni di movimento a cui viene generalmente sottoposto un generatore eolico.

Sono stati applicati marcatori di forma regolare mantenuti a temperatura inferiore a quella ambiente. Questa differenza può essere facilmente identificata mediante un’acquisizione termica con una termocamera, fornendo punti freddi facilmente utilizzabili come marcatori per il tool d’inseguimento. Il tool sviluppato ruota le immagini sulla base della posizione relativa di questi punti freddi nelle diverse immagini acquisite, così come si vede nell’immagine a seguire.

In Fig. 4 è mostrata la mappa termoelastica della tensione sulla pala in rotazione.

La Fig. 5 mostra il rotore eolico installato e la relativa mappa di stress ottenuta mediante termoelasticità.

GLI ALTRI TEMI

Figura 5 – Misure di distribuzione di stress con la tecnica della termoelasticita effettuate in laboratorio su pale di ventole rotanti di un micro aerogeneratore eolico

te basati su una coppia di videocamere ad alta velocità e una illuminazione flash. La superficie da analizzare è ricoperta da marcatori con disposizione random.

Il principale limite di questa tecnica risiede nel fatto che i limiti tecnologici pongono l’esigenza di una scelta di compromesso tra risoluzione spaziale e frequenza di acquisizione. In pratica, dovendo inquadrare una certa area, si possono realizzare immagini ad alta risoluzione ma a bassa velocità, oppure si possono ottenere elevate velocità di campionamento ma a bassa risoluzione. Inoltre, la tecnica si basa su una misura di spostamento.

Questi vincoli sono fortemente limitanti per le prestazioni del sistema, in particolare in termini di capacità di risolvere i piccoli spostamenti tipici delle alte frequenze di vibrazione. Questi fenomeni non misurabili con le attuali caratteristiche di risoluzione/ velocità dei sistemi di acquisizione immagini sono la manifestazione di effetti di de-laminazione dei materiali compositi utilizzati per la realizzazione delle pale eoliche.

Figura 4 – Mappa termoelastica qualitativa Una possibilità indagata è quella di della tensione acquisire immagini multiesposte. Il vantaggio immediato sta nella possi…E LA CORRELAZIONE bilità di utilizzare fotocamere con una D’IMMAGINE NON È DA MENO. risoluzione molto elevata, mentre il limite della frequenza di pulsazione è I sistemi di misura destinati a investi- dovuto semplicemente alle caratteristigare le caratteristiche dinamiche de- che della sorgente luminosa. Con quegli aerogeneratori sono essenzialmen- sta combinazione possono essere cat-

turate immagini ad alta velocità e alta risoluzione di oggetti in movimento.

La tecnica mostra una risoluzione spaziale nell’ordine del decimo del Pixel calcolata mediante il metodo sopra descritto. Risoluzioni superiori possono essere ottenute applicando algoritmi d’image filtering e/o correlazione d’immagine.

DIAGNOSI DI UNA MISURA

Le tecniche di misura senza contatto hanno dimostrato la loro capacità di caratterizzare il funzionamento di sistemi eolici sia dal punto di vista sia meccanico sia acustico, sia fluidodinamico. Eventuali problemi di funzionamento in condizioni di esercizio possono essere evidenziati senza la necessità d’installazioni stabili e costose.

Non sempre è necessario… toccare con mano!

RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI

1. M. Martarelli, P. Castellini, C. Santolini e E.P. Tomasini, Laser Doppler vibrometry on rotating structures in coast-down: resonance frequencies and operational deflection shape characterization, Meas. Sci. Technol. 22, (2011) 115106 (16pp).

2. M. Martarelli, P. Castellini, Performance analysis of continuous tracking

T_M ƒ 183

N. 03ƒ ; 2013 laser Doppler vibrometry applied to rotating structures in coast-down, Meas. Sci. Technol. 23 (2012) 065202 (12 pp), doi:10.1088/0957-0233/23/6/065202.

3. P. Castellini, F. Sopranzetti, Phase mapping of acoustic sources by beamforming and iterative far field monopole substitution, J. Acoust. Soc. Am. 132 (1), July 2012, DOI: 10.1121/1.4728203.

4. R. Marsili, A. Di Renzo, M. Moretti, G.L. Rossi, Measurement by thermoelasticity on plastic fan blade, Photomechanics 2006, 10 - 12 luglio 2006, Clermont Ferrand.

5. R. Marsili, F. Castellani, M. Malerba, A. Salviuolo, An innovative method to measure stress distribution of a wind turbine model by thermoelasticity, EWEC 2008 Brussels European wind energy conference & exhibition, 31 march-3 april 2008, Brussels Expo, Belgium. ISBN: 9781-61567-115-1.

6. Becchetti, R. Marsili, M. Moretti, G.L. Rossi, Mechanical Components Dynamic Characterization using Thermoelastic Stress Analysis and Digital Image Correlation, Eurodyn 2011 8° International Conference on Structural Dynamics, 4-6 July 2011, Leuven, Belgium. ISBN 978-90760-1931-4.

Enrico Primo Tomasini è Professore Ordinario di Misure Meccaniche e Termiche presso il Dipartimento di Ingegneria Industriale e Scienze Matematiche dell’Università Politecnica delle Marche. Si occupa di misure ottiche e laser, strumentazione biomedica e controlli non distruttivi. È fondatore di alcune società di start-up. È presidente dell’Associazione Italiana VElocimetria LAser (AIVELA).

Gianluca Rossi è Professore Ordinario di Misure Meccaniche presso il Dipartimento di Ingegneria Industriale dell’Università di Perugia. Si occupa di misure termoelastiche, Digital Image Correlation e di analisi della vibrazione delle palette delle turbine con tecnica Tip Timing.

Paolo Castellini è Professore Associato di Misure Meccaniche e Termiche presso il Dipartimento di Ingegneria Industriale e Scienze Matematiche dell’Università Politecnica delle Marche. Si occupa dello sviluppo di sistemi di misura senza contatto, in particolare basati sulla visione artificiale e su matrici di microfoni.

Roberto Marsili è ricercatore di Misure Meccaniche presso il Dipartimento di Ingegneria Industriale dell’Università di Perugia. Si occupa di misure termoelastiche, Digital Image Correlation e DMA.

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MISURE MECCANICHE

GLI ALTRI TEMI

D. Vetturi, M. Lancini, I. Bodini, S. Pasinetti

Misurabilità degli allineamenti in assiemi Un caso di studio sull’influenza delle tolleranze geometriche

ni angolari. I due elementi non sono vincolati rigidamente, ma devono potersi accoppiare e disaccoppiare automaticamente in fase operativa, mantenendo l’allineamento nei limiti suddetti.

Al fine di conseguire e verificare tali livelli di accuratezza si è assemblato il sistema di riposizionamento in camera bianca di classe 100, nello spaRIASSUNTO zio di lavoro di una macchina di misuLa scelta di un sistema di tolleranze geometriche e dimensionali costituisce ra a coordinate (CMM) avente un’acper il progettista un problema spesso rilevante. Quando tale sistema di tolcuratezza di 0,001 mm: data la ridotleranze debba essere ottimizzato bisogna tenere in conto l’efficienza relata dimensione degli elementi in gioco tiva delle singole prescrizioni, la loro fattibilità e verificabilità, nonché il (circa 10 mm di diametro) assume un costo di realizzazione. ruolo fondamentale l’incertezza di miSi presenta una soluzione statistica per gestire catene complesse di tollesura associata alle verifiche di alliranze, basata sulle probabilità di errato allineamento, che appare la più neamento, la cui effettiva significativipromettente. tà non è garantita.

Si è posta dunque l’attenzione sulla misurabilità, e quindi sulla verificabiliIL CASO DI STUDIO: masse: ciò spiega perché vengano tà, degli allineamenti, a partire dalle IL PROGETTO LISA PATHFINDER richieste tolleranze geometriche e diverse fonti d’incertezza coinvolte. dimensionali così spinte sui meccaniLo specifico caso di studio che ha con- smi di afferraggio, denominati GPRM Strumenti per la procedura sentito lo sviluppo e la validazione (Grabbing Positioning and Release di assemblaggio dell’approccio proposto in questo Mechanism). lavoro nasce all’interno del progetto Ciascun GPRM è costituito da due L’assemblaggio è stato eseguito in ESA-NASA chiamato LISA (Laser Inter- componenti fondamentali: uno dotato diverse fasi, in ciascuna delle quali un ferometer Space Antenna), il cui di quattro pistoni (finger) sostenuti da elemento mobile è stato mosso e posiscopo è la misura delle onde gravita- una flangia, e l’altro rappresentato da zionato per mezzo di un esapode zionali in basse frequenze. LISA sarà un elemento (plunger) centrale. Que- avente una ripetibilità del movimento costituito da tre satelliti che formeran- st’ultimo è ottenuto mediante un cilin- lineare di 0,001 mm su un elemento no un triangolo equilatero di lato pari dro sormontato in un caso da una mantenuto invece fisso. Al fine di cora 5 milioni di chilometri. Su ciascuno testa piramidale, e nell’altro da una reggere il disallineamento angolare dei satelliti saranno collocate due testa conica. residuo sono state effettuate rilavoramasse in caduta libera, che forniran- Il progetto preliminare LISA Pathfin- zioni sulle superfici delle flange, per no la superficie riflettente per poter der, nell’ambito del quale il lavoro qui aggiungere o rimuovere strati dello misurare la distanza tra i satelliti con presentato è stato svolto, ha lo scopo spessore di 0,001 mm. interferometri di Michelson. d’indagare e verificare la fattibilità Il problema dell’allineamento può esseLe masse verranno rilasciate dopo che del progetto LISA, utilizzando un solo re suddiviso in due parti: riduzione del i satelliti avranno raggiunto la loro satellite, il cui lancio è previsto per il disallineamento fra la flangia su cui posizione nella costellazione, quindi gennaio 2015. vanno montati i finger e il plunger cendovranno essere mantenute ferme, con appositi afferraggi, durante la La verifica delle tolleranze fase di lancio. L’operazione di rilascio Le specifiche prescrivono, per l’allidelle masse risulta essere critica, per- neamento reciproco dei due plunger, Dip. Ingegneria Meccanica e Industriale, ché non deve influire con il moto di uno scostamento massimo di 10 µm in Università degli Studi di Brescia caduta libera nel vuoto delle sei termini lineari e di 300 µrad in termi- matteo.lancini@ing.unibs.it MISALIGNMENT MEASURABILITY AND GEOMETRIC SPECIFICATIONS Choosing the correct set of geometrical and dimensional product specifications could be a relevant problem. Whenever such requirements need optimization, each specification implying cost, feasibility, efficacy and verifiability has to be taken into account.

An efficient way to deal with complex chains of such tolerances, based on a statistical approach to misalignment probability, is presented.

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La catena d’incertezze Per stimare l’incertezza complessiva associata all’allineamento dei due GPRM è stato implementato un modello di tipo gerarchico, in cui ciascun contributo all’incertezza è stato scomFigura 1 – Assemblaggio tramite esapode posto in due componenti: l’incertezza della flangia sul plunger legata alla misura del disallineamento e l’incertezza dovuta alla sua correziotrale (visibili in Fig. 1) e, in seguito, ne, cioè a una eventuale rilavorazione l’accoppiamento dei due GPRM in o spostamento. Inoltre, l’incertezza legata alla posizione attuale misurata è un’unica struttura (visibile in Fig. 2). stata considerata dipendente sia dall’incertezza di misura della CMM, sia dalle tolleranze geometriche.

La combinazione delle informazioni derivanti da ogni entità geometrica appartenente a un elemento determina la definizione della sua matrice di posizione, espressa come combinazione di tre vettori ortogonali e di un punto nello spazio. L’allineamento è stato quindi calcolato tramite operazioni algebriche fra le diverse matrici di posizione.

Figura 2 – Integrazione completa GPRM, con assi da allineare in evidenza

IL CALCOLO DELL’INCERTEZZA

Le accuratezze di tutti i dispositivi utilizzati durate le fasi di assemblaggio e allineamento (CMM, esapode e rilavorazioni) sono state considerate come contributi d’incertezza, in particolare sono state introdotte come valori iniziali dell’incertezza nelle simulazioni Monte Carlo effettuate al fine di valutare l’incertezza complessiva relativa all’allineamento.

Per quanto riguarda l’incertezza associata alle misure effettuate per mezzo della CMM, l’accuratezza della misura di singoli punti è stata supposta totalmente dipendente dalla macchina e fornita dal costruttore; mentre l’incertezza associata alla definizione di un’entità geometrica, da questi derivata tramite il metodo dei minimi quadrati, è stata valutata a parte. È stato possibile trascurare tutti i contributi d’incertezza dovuti a possibili effetti interferenti con la misura, come ad esempio la temperatura, grazie all’ambiente fortemente controllato in cui si è lavorato.

Geometrie di riferimento L’algoritmo risolvente, che utilizza il metodo dei minimi quadrati, si basa sulla stretta definizione matematica del solido toccato dalla CMM, quindi se vi è una alterazione di forma, come una disposizione asimmetrica delle superfici rispetto a un asse, o una curvatura dell’asse stesso, la distribuzione dei punti misurabili risulta affetta da deviazioni dal modello geometrico indipendenti dall’accuratezza della macchina. In particolare, può essere portato come esempio il caso del cilindro, al fine di spiegare come siano state prese in considerazione le tolleranze geometriche e dimensionali.

Per identificare i parametri angolari, cioè i coseni direttori, dell’asse del cilindro è stata misurata una serie di punti toccando col tastatore la superficie laterale del cilindro stesso, applicando poi il metodo dei minimi quadrati.

Questo aspetto è risultato ancora più rilevante nel caso qui studiato, a causa delle ridotte dimensioni delle superfici misurabili. Nel caso specifico, le aree erano dello stesso ordine di grandezza del tastatore della CMM, perciò non è sempre stato possibile misurare un numero elevato di

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GLI ALTRI TEMI

punti ben distribuiti sulla superficie, con l’effetto di vedere amplificata l’incertezza di misura dei coseni direttori dell’asse del cilindro.

Simulazioni Monte Carlo Il metodo Monte Carlo è stato implementato per simulare ciascuna fase del processo d’integrazione. Come mostrato nella schematizzazione gerarchica dei contributi d’incertezza, dapprima è stato simulato l’accoppiamento fra la flangia su cui andranno montati i quattro fingers e l’elemento di cui fa parte il plunger, andando a costituire ciascun GPRM; in seguito è stato simulato l’allineamento reciproco fra i due GPRM, montati su una struttura di prova che ricreasse le condizioni operative sul satellite.

La simulazione delle variazioni di forma è stata ottenuta generando in modo casuale, supponendo che le tolleranze di progetto avessero distribuzione uniforme, alcune grandezze caratteristiche dell’elemento considerato, ad esempio l’angolo tra superfici nominalmente parallele, la distanza dal centro di punti nominalmente sulla circonferenza, e così via.

La misura del singolo punto, invece, è stata simulata dividendo in una griglia la superficie misurabile e scegliendo casualmente, da una distribuzione uniforme, un punto in ogni sua cella. A ciascuna delle coordinate di tale punto è stata poi aggiunta una deviazione casuale ottenuta per mezzo di due coseni direttori, generati partendo da distribuzioni uniformi, e da una distanza generata ipotizzandone una distribuzione normale e centrata (NdA: In realtà la distribuzione ottenuta non è propriamente una normale sferica, ma una sua approssimazione di più facile calcolo).

Per esprimere le informazioni di posizione e orientamento sono state utilizzate matrici di rototraslazione, per poi ottenere le informazioni complessive di posizione e orientamento: le matrici, rappresentati ciascuna fase dell’integrazione, sono state fra loro combinate, come si vede in Fig. 3.

Inoltre nelle simulazioni si è tenuto conto anche dei contributi d’incertezza derivanti dalla movimentazione e

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N. 03ƒ ; 2013 International Journal of Metrology and Quality Engineering, Volume 4, Issue 1, 2013.

2. D. Vetturi, M. Lancini, I. Bodini, How geometrical tollerances affect tha measurement of reciprocal allignment of two different assemblies: a case study, 2010, ASME 2010 10th Biennial Conference on Engineering Systems Design and Analysis.

3. D. Vetturi, A. Magalini, L. Pagan, Uncertainty assessment on the confiFig. 3 – Propagazione delle matrici di orientamento e posizione guration of a mechanical assembly according to tolerance specifications in design, 2005, 1st ICDES, Vienna posizionamento dei componenti mobi- ra del disallineamento, stimata utiliz- (Austria). li per mezzo di un esapode e dalle zando gli assi dei due cilindri che David Vetturi è Profesrilavorazioni di correzione dei piani costituiscono i plunger è risultata pari sore Associato di Misure d’interfaccia. Per quanto riguarda l’e- a 0,26 mrad.

Meccaniche e Termiche sapode, è stata utilizzata come incer- Da quanto detto risulta evidente che, presso il Dipartimento di tezza la sua ripetibilità, mentre per basando la stima dell’allineamento Ingegneria Meccanica e quanto riguarda l’incertezza legata reciproco dei due GPRM sulla misura Industriale dell’Università alle rilavorazioni sono stati considera- degli assi dei due cilindri, ottenuta degli Studi di Brescia. La sua attività di ti i valori di tolleranza di lavorazione tastando la superficie laterale di quericerca riguarda in particolare tematiforniti dall’officina meccanica che ha sti ultimi, si possono ottenere risultati eseguito i lavori. migliori rispetto alla stima che si ottie- che relative alla dinamica dei sistemi e Dopo aver completato la serie di simu- ne utilizzando gli assi della testa pira- metodologie numeriche per l’analisi lazioni per stimare quale allineamen- midale e di quella conica, ottenuti delle misure. to complessivo reciproco fra i due tastando le superfici, dell’ordine di GPRM fosse raggiungibile, sono state qualche mm2, delle due teste. In effetMatteo Lancini è ricereseguite altre due serie di simulazioni ti è stato visto come, coerentemente catore di Misure MeccaMonte Carlo, una che tenesse conto con le attese, maggiore è la superficie niche e Termiche presso il Dipartimento di Ingegnesolo dei contributi dell’incertezza di misurabile e minore è l’incertezza ria Meccanica e Indumisura e l’altra che considerasse solo risultante. striale dell’Università dele prescrizioni di progetto relative alle Infine, in accordo con l’analisi di sentolleranze geometriche e dimensiona- sitività, è stato stimato che l’85% del- gli Studi di Brescia. La sua attività di li. In questo modo è stato possibile l’incertezza sull’allineamento com- ricerca riguarda in particolare lo svilupanalizzare questi diversi contributi plessivo deriva dal posizionamento di po di sistemi di misura in ambienti deall’incertezza. ciascun plunger sulla rispettiva flangia bolmente controllati. e che le tolleranze geometriche, dimensionali e di forma sono responIleana Bodini è asseINFLUENZA DELLE TOLLERANZE sabili per il 97% dell’incertezza su gnista di ricerca presso il SULL’INCERTEZZA tale posizionamento. Ciò permette Dipartimento di Ingegned’individuare quali siano gli aspetti ria Meccanica e InduConsiderando a titolo di esempio le più critici dell’assemblaggio e consenstriale dell’Università di simulazioni effettuate per stimare l’in- te di comprendere se e dove sia posBrescia. La sua attività di certezza complessiva sull’allineamen- sibile migliorare la procedura di alli- ricerca prevalente è la diagnostica non distruttiva tramite analisi modale. to dei due GPRM e focalizzando l’at- neamento. tenzione sull’angolo theta zx, come primo risultato sono state identificate Simone Pasinetti è quali entità geometriche debbano RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI dottorando di Meccanica essere misurate al fine di ridurre l’inApplicata presso il Diparcertezza: l’incertezza standard asso- 1. D. Vetturi, M. Lancini, I. Bodini, S. timento di Ingegneria Mecciata all’allineamento degli assi della Pasinetti, Relationship between meascanica e Industriale deltesta piramidale e di quella conica è urement uncertainty and verifiability l’Università di Brescia. Si risultata pari a 1,7 mrad, mentre l’in- of geometric specifications: The case occupa principalmente di misure su sicertezza standard associata alla misu- study of drilled hole orthogonality, stemi di riabilitazione robotizzati.

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METROLOGIA FONDAMENTALE

GLI ALTRI TEMI

Nicola Giaquinto

Incertezza di misura: teoria coerente o edificio da ricostruire?

Parte 1: il Supplemento 1 della GUM e il suo paradosso

MEASUREMENT UNCERTAINTY: A COHERENT THEORY OR A SHAKY CONSTRUCTION? This article illustrates a paradox arising from the application of the Supplement 1 of the GUM, and of its support software NPLUnc, to a simple problem of uncertainty propagation. The software provides a totally incorrect solution, i.e. a coverage interval very far from the correct interval, derived with a simple theoretical analysis. Since the methods of Supplement 1 apply exactly and strictly the theoretical framework of the GUM, the paradox indicates that it contains some flaws.

RIASSUNTO In questo articolo viene illustrato un paradosso derivante dall’applicazione del Supplemento 1 della GUM, e del suo software di supporto NPLUnc, a un semplice problema di propagazione dell’incertezza. Il software fornisce una soluzione del tutto errata, vale a dire un intervallo di copertura molto lontano da quello corretto, ottenuto con una semplice analisi teorica. Poiché i metodi del Supplemento 1 applicano esattamente e rigorosamente lo schema teorico della GUM, il paradosso indica che quest’ultimo contiene difetti.

PREFAZIONE ALLA SERIE DI ARTICOLI

senta metodi adatti al suo calcolo rigoroso in ogni situazione assegnata. I metodi presentati in JCGM 100 sono, di fatto, un’approssimazione di quelli del S1, e in quest’ultimo sono chiamati “GUM Uncertainty Framework”, abbreviato in GUF. La differenza tra GUF e S1 può essere spesso inessenziale, ma in molti casi pratici è invece assai rilevante.

Gli esempi contenuti nella sezione 9 del S1 illustrano casi in cui la differenza è significativa.

Il paradosso del S1 consiste nel fatto che esso apporta, agli intervalli di copertura calcolati con il GUF, una correzione opposta a quella che dovrebbe in realtà essere applicata.

L’erroneità della correzione è dovuta a una debolezza essenziale, che riguarda tutto l’edificio concettuale della GUM. Questa debolezza non poteva essere rilevata prima che si diffondesse l’uso del S1: infatti il GUF descritto in JCGM 100 non sempre fornisce risultati accettabili, ma quando ciò avviene il problema risiede nelle approssimazioni usate, non nell’impianto teorico generale, che è realmente chiarito solo nel S1.

Nei successivi paragrafi descriveremo un esempio in cui i risultati forniti dal S1 sono errati in modo evidente. Eviteremo discussioni teoriche approfondite mostrando, in un modo che si potrebbe dire “sperimentale”, il peggioramento che il S1 apporta a un già insufficiente risultato GUF. Lo scopo, per il momento, è semplicemente di evidenziare un problema, e di suscitare la curiosità del lettore.

tendo da esempi concreti, e passando progressivamente a considerazioni più teoriche e generali. Alla fine, sarà il letÈ possibile che la teoria codificata tore a dare una sua risposta alle dell’incertezza di misura abbia difet- domande che abbiamo posto. ti? È possibile che questi difetti non siano meramente formali, ma che abbiano invece conseguenze pratiche INTRODUZIONE rilevanti o addirittura disastrose? E, infine, è possibile che a questi difetti Attualmente la GUM è costituita da non si possa porre rimedio con picco- cinque documenti, liberamente dispoli aggiustamenti, ma che l’intera teo- nibili sul sito dell’organismo che li ha ria debba essere riformulata, o alme- preparati, il Joint Committee for Guino profondamente rivista? des in Measurements dell’ISO [1]. È certamente difficile credere che a que- Essi sono indicati rispettivamente con ste domande si debba dare una rispo- le sigle JCGM 100, JCGM 101, sta positiva, se non altro perché il docu- JCGM 102, JCGM 104, JCGM 106. mento ISO sull’incertezza – la ben nota Il nucleo della GUM è JCGM 100 [2], Guide to the Expression of Uncertainty un testo che ha subito poche e non in Measurement (GUM) – è stata pub- sostanziali modifiche dal suo primo rilablicata vent’anni fa e in tutto questo scio, avvenuto nel 1993. Si ritiene tempo essa, senza sostanziali variazio- comunemente che la GUM sia costituita ni, è stata usata da professionisti delle da JCGM 100, ma il Supplemento 1 misure di tutto il mondo.

(S1), indicato con la sigla JCGM 101 Ciò nonostante, in questo lavoro, divi- [3], è teoricamente più importante ed è, so in più parti, mostreremo che la teo- in un certo senso, “la vera GUM”. Esso Dipertimento di Ingegneria Elettrica ria dell’incertezza ha realmente alcuni contiene la teoria dell’incertezza nella e dell’Informazione, Politecnico di Bari problemi. Procederemo per gradi, par- sua formulazione più generale, e pre- giaquinto@misure.poliba.it

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N. 03ƒ ; 2013 LO SCHEMA TEORICO DELLA GUM DESCRITTO NEL SUPPLEMENTO 1

Lo schema teorico della GUM è sinteticamente ma efficacemente descritto dalla Fig. 1, tratta dal S1 (pag. 10).

Figura 1 – Rappresentazione e propagazione dell’incertezza nella GUM. L’informazione incompleta disponibile su una grandezza è rappresentata da densità di probabilità. Queste ultime si propagano attraverso un “modello della misurazione” (Figura tratta dal S1 della GUM, pag. 10)

Nello schema, la conoscenza disponibile su una grandezza X è rappresentata da una densità di probabilità gx(ξ). Tale rappresentazione è fondata sulla teoria bayesiana dell’inferenza statistica, ed è perfettamente logica e naturale. Per esempio, se di X si conosce solo il valore approssimato Xˆ=10, ottenuto dall’arrotondamento della grandezza all’intero più vicino, l’informazione è rappresentata da una densità di probabilità gx(ξ) uniforme in [a;b]=[9,5;10,5]. In generale, se di X si conosce solo il valore quantizzato Xˆ, derivante da quantizzazione con passo Q, l’informazione su X è rappresentata dalla densità di Fig. 2.

Figura 2 – Densità di probabilità di una grandezza sconosciuta X, di cui è noto solo il valore quantizzato Xˆ e il passo di quantizzazione Q

Il S1 (nella sezione 6.4) fornisce una serie di regole che permettono di associare univocamente una distribuzione a una grandezza su cui siano disponibili informazioni tipiche. Se di una grandezza X si sa solo che è compresa nell’intervallo [a;b], a essa si attribuisce una den-

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N. 03ƒ ;2013 Figura 3 – Rappresentazione della densità di una quantità Y all’uscita di un generico modello della misurazione. Sono evidenziati la miglior stima Yˆ=E[Y], l’incertezza standard u=std[Y], e un intervallo di copertura I(Y)=[y1,y2], la cui probabilità è l’area evidenziata in blu

In generale la densità della quantità Y=f (X1, ..., XN) non si può calcolare con formule elementari, ma è di semplice determinazione per via numerica, mediante il metodo Monte Carlo descritto nel S1. Esso consiste nel generare, per un numero di volte M abbastanza elevato, una n-pla di numeri casuali (X1, ..., XN) con distribuzione congiunta appropriata, calcolando gli M valori corrispondenti di Y=f (X1, ..., XN). Dai valori di Y è pos-

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sità uniforme nell’intervallo; se di X si conosce solo la miglior stima Xˆ e l’incertezza standard u, a essa si attribuisce una densità gaussiana a media Xˆ e varianza u2; e così via.

Se una grandezza sconosciuta Y è le gata da una legge matematica Y=f (X1, ..., XN) ad altre grandezze sconosciute Xi (si dispone cioè di un “modello della misurazione”), la densità di Y è determinata dalle densità delle Xi, secondo le leggi della teoria della probabilità. Una volta calcolata la densità di Y, la sua miglior stima, secondo le regole del S1, è data dal valore atteso Yˆ=E[Y], e la sua incertezza standard dalla sua deviazione standard u=std[Y]. Più in generale, dalla densità di Y è possibile calcolare un intervallo di copertura con un’assegnata probabilità p, detto anche “intervallo di credibilità” o “intervallo bayesiano” (definizione 3.12 del S1). Questi concetti sono rappresentati graficamente in Fig. 3.

GLI ALTRI TEMI

sibile calcolare le grandezze d’interesse. In particolare, la miglior stima Yˆ si calcola come media degli M valori; l’incertezza standard u si calcola come deviazione standard degli M valori; la densità di Y è rappresentata graficamente da un istogramma dei suoi valori, ecc.

I metodi del GUF, descritti in JCGM 100, sono un’approssimazione del primo ordine del metodo rigoroso descritto nel S1. In questa approssimazione la miglior stima di Y è data semplicemente da Y=f (Xˆ1, ..., XˆN), mentre l’incertezza standard è data dalla nota formula di propagazione, che coinvolge le sole derivate prime di f, attraverso i coefficienti di sensibilità ci=∂f/∂Xi. Inoltre, nel calcolo degli intervalli di copertura, il GUF ipotizza che la distribuzione finale sia approssimativamente gaussiana, in quanto sovrapposizione di un numero sufficientemente grande di contributi (teorema del limite centrale della teoria della probabilità).

Il GUF è esatto nel caso particolare in cui il modello della misurazione sia una funzione lineare dei suoi parametri, e le grandezze d’ingresso siano gaussiane. In casi non lineari il GUF è spesso un’accettabile approssimazione. Spesso, ma non sempre, come vedremo nel seguito.

Un problema di misura per NPLUnc Consideriamo il problema seguente. ˆ , i=1:N, Si dispone di N=2.500 misure X i visibili nel grafico di Fig. 4. Si sa che le misure derivano dalla quantizzazione, con passo Q=1, di valori Xi sconosciuti. La quantità da stimare è la media quadratica dei valori sconosciuti:

IL SOFTWARE NPLUNC

Questo problema è in una forma perfettamente adatta a essere risolto con il metodo del S1 implementato in NPLUnc. Alle quantità sconosciute Xi bisogna attribuire distribuzioni uniformi indipendenti in [Xˆi –0,5; Xˆi +0,5].

Per permettere al lettore di riprodurre i risultati descritti più sotto, specifichiamo come ottenere in ambiente Matlab i valori di Xi:

Nel sito internet sopra citato il JCGM mette a disposizione, oltre ai documenti che costituiscono la GUM, anche un software di supporto che implementa i suoi metodi, sia quelli approssimati del GUF, sia il metodo Monte Carlo del S1, denominato NPLUnc [4]. Il software è stato sviluppato in ambiente Matlab da ricercatori del National Physical Laboratory (NPL), laboratorio metrologico nazionale del Regno Unito, nonché noto centro di eccellenza a livello mondiale nel campo della fisica applicata e delle misure. Con questo software è possibile ricalcolare tutti gli esempi proposti nella sezione 9 del S1. Useremo, quindi, NPLUnc per risolvere uno specifico problema di misura.

Y=f (X1, ..., XN)=

1 N

N

∑ X i2

i =1

(1)

Si calcolino la miglior stima, l’incertezza, e un intervallo di copertura simmetrico, al 95% di probabilità di copertura, per la quantità sconosciuta Y.

Figura 4 – Grafico delle 2.500 misure Xi nel problema proposto

rng(‘default‘); rng(1); % reset del generatore di numeri casuali N = 2500; % numero di misure X = sqrt(2)*sin (2*pi*(0:N-1)’/N) + randn(N,1); % valori “sconosciuti” Xhat = round(X); % valori misurati

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Le misure sono ottenute quindi dalla quantizzazione di un segnale che è la somma di una componente sinusoidale, di potenza unitaria, e di una componente pseudocasuale gaussiana, di potenza approssimativamente unitaria.

Il reset del generatore di numeri casuali serve solo a riottenere esattamente gli stessi risultati a ogni esecuzione.

Questo segnale rappresenta un misurando assai generico. La presenza della componente pseudocasuale è molto importante perché esclude la possibilità di stimarlo mediante una semplice regressione con tre o quattro parametri, il che sarebbe possibile se, per esempio, il segnale fosse puramente sinusoidale. In altre parole, il segnale non può essere rappresentato con un modello avente un numero di parametri inferiore al numero di campioni, e tutti i valori Xi sono informativi. Nell’esempio, la componente sinusoidale può essere sostituita da una componente triangolare, o anche da una costante.

La particolarità dei valori Xi consiste nel fatto che la loro media quadratica Y è circa pari a 2, un valore molto basso rispetto al passo di quantizzazione Q=1. Ciò significa che il segnale è “annegato” nella quantizzazione, cosa peraltro evidente dalla Fig. 4, ed eseguire una stima accurata del valore di Y sembra difficile. Vedremo che: 1) la stima di Y può essere molto accurata, grazie al numero molto elevato di misure; 2) la stima GUF, Yˆ=f (Xˆ1, ..., XˆN) = 2

ˆ = ∑ X i /N, cioè la semplice media

quadratica delle misure, è totalmente inaccurata e deve essere corretta.

Si tratta quindi di un ottimo problema per mettere alla prova il S1 e il software NPLUnc. Soluzione del problema con NPLUnc Non è il caso di entrare qui in una spiegazione minuziosa del funzionamento di NPLUnc, che è fornito di una sua documentazione. Sarà sufficiente specificare i passi essenziali da eseguire.

1) Rinominare il file model_additi-

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ve.m come media_quadratica.m, e modificare le definizioni di y e di c come segue: y = sum(x.^2)/N; % modello della misurazione c = 2*x’/N; % coefficienti di sensibilità (per i calcoli GUF) 2) Modificare nel file principale NPLUnc_101_source.m, le definizioni di model, pdfin, e controls come segue: model = media_quadratica; % funzione che definisce il modello pdfin = [3*ones(N,1), Xhat-0.5, Xhat+0.5, inf(N,1)] % pdf ingressi controls = [0, 10, 50, sum(1000*clock), 1]; % metodo Monte Carlo con M = 10*1E4 simulazioni, visualizzazione su 50 bin Per non rendere l’esecuzione eccessivamente lunga, il metodo Monte Carlo è eseguito con solo 105 simulazioni (ognuna di esse coinvolge 2.500 campioni): ciò non comporta alcuna instabilità nei risultati finali.

La soluzione fornita dal programma è visibile in forma numerica in Fig. 5, e in forma grafica in Fig. 6.

Figura 6 – Soluzione in forma grafica del software NPLUnc al problema della media quadratica di 2.500 misure. Le linee in rosso si riferiscono all’approssimazione GUF, quelle in blu al metodo Monte Carlo

È evidente che, secondo NPLUnc, il GUF non è un’approssimazione accettabile. L’intervallo di copertura calcolato col GUF (linee in rosso in Fig. 6) non si sovrappone neppure parzialmente a quello calcolato con metodo Monte Carlo (linee in blu). Infatti la miglior stima della media quadratica, Yˆ=2,17498, è più a destra della stima GUF, YˆGUF=2,09160, e la differenza tra le due stime è alta rispetto all’incertezza, uh0,0167. Una situazione analoga è presentata sul S1 nell’esempio 9.4, dove anche il modello della misurazione ha una forma simile a quella qui presentata (è la somma dei quadrati di due grandezze).

Che il GUF non sia un’approssimazione accettabile, come indica NPLUnc, è assolutamente corretto. La soluzione fornita da NPLUnc, però, è del tutto errata.

Soluzione del problema con la teoria della quantizzazione È possibile verificare numericamente l’erroneità della stima Yˆ=2,17498, restituita da NPLUnc, con una semplice istruzione Matlab:

Figura 5 – Soluzione in forma numerica del software NPLUnc al problema della media quadratica delle 2.500 misure

>> sum(X.^2)/N ans = 2.0011

N. 03ƒ ;2013 Questa è la effettiva media quadratica delle quantità “sconosciute” Xi, e si trova a sinistra della stima GUF, nonché decisamente troppo lontano dall’intervallo di credibilità calcolato da NPLUnc. La stima GUF sopravvaluta Y di una quantità pari a 2,0916 – 2,0011 = 0,0905, ma NPLUnc corregge la stima GUF spostandola ulteriormente verso destra, invece che verso sinistra.

Per capire cosa è successo è sufficiente una breve analisi. La media quadratica di variabili aleatorie Xi a distribuzione uniforme in [Xˆi –Q/2; Xˆi +Q/2] ha effettivamente valore atteso pari a 2

∑ Xˆ i /N+Q2/12, dove Q2/12h0,0833 è la varianza delle Xi, nonché dell’errore di quantizzazione. Quindi il calcolo di NPLUnc è corretto, in base allo schema di Fig.1. La sua stima, che dobbiamo ormai indicare con YˆS1, per ricordare che è “la miglior stima del S1”, è: YˆS1=YˆGUF+Q2/12h2,1749.

(2)

Dalla teoria della quantizzazione, però, è ben noto che quando si valuta una media quadratica partendo da dati quantizzati, di norma occorre applicare la “correzione di Sheppard”[5], che consiste nel sottrarre alla media quadratica dei dati la varianza dell’errore di quantizzazione. Secondo la teoria della quantizzazione, quindi, la miglior stima di Y è data da YˆTQ=YˆGUF–Q2/12=2,0083.

(3)

Quest’ultima è infatti molto vicina alla media quadratica degli Xi incogniti, 2,0011. Il calcolo dell’incertezza, eseguito con la normale metodologia approssimata GUF, fornisce u=

Q 3N

YˆGUF ≅ 0 , 0167

(4)

valore che coincide, naturalmente, con il calcolo GUF eseguito da NPLUnc, e anche con il calcolo Monte Carlo di u eseguito dallo stesso programma.

In definitiva, un intervallo di copertura al 95% di probabilità è dato da:

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GLI ALTRI TEMI

ˆ –2⋅u; Y ˆ +2⋅u]=[1,9749; 2,0417]. CONCLUSIONI I(Y)=[Y TQ TQ (5) Comprendere il problema rappresenQuesto intervallo è situato completa- tato dall’impostazione della GUM, mente a sinistra di quello GUF, lonta- come schematizzata in Fig. 1, richienissimo da quello calcolato da NPLUnc de di esaminare le caratteristiche essenziali dei due approcci rivali mediante metodo Monte Carlo. all’inferenza statistica, e cioè l’approccio bayesiano (seguito nella GUM), e l’approccio detto ortodosso BREVI OSSERVAZIONI o frequentista. La maggior parte dei Il software NPLUnc non contiene alcun cultori delle misure preferisce non bug. Il problema non risiede nel soft- addentrarsi in queste diatribe teoriware, ma nello schema rappresentato che “da statistici”; ciò nonostante, in Fig. 1, che è alla base di tutta la una comprensione dei due approcci GUM. Il problema evidenziato, d’al- è indispensabile per capire dove tra parte, non costituisce un caso risieda il problema, e, in definitiva, il eccezionale. L’esempio illustra un perché dei risultati scorretti del S1. caso d’incertezza generata dalla Specifichiamo che, ovviamente, nesquantizzazione, ma si può considera- suno dei due approcci è scorretto; re un esempio analogo, con incertez- entrambi possono portare a risultati za generata da un rumore additivo errati se applicati senza troppa attencon qualsiasi distribuzione, di poten- zione. In particolare, l’approccio za σ2 e incorrelato col “segnale” rap- bayesiano non si presta a un’applipresentato dalle quantità sconosciute cazione meccanica dei suoi principi, Xi. Anche in questo caso il S1 forni- pena l’emergere di risultati paradossce, come miglior stima, la quantità sali. dell’approccio YˆS1=YˆGUF+σ2, mentre la teoria dei L’implementazione segnali indica chiaramente che, poi- bayesiano descritta nel S1 della GUM ché il rumore si somma in potenza col porta sistematicamente a risultati ˆ =Y ˆ –σ2. paradossali, e precisamente a corresegnale, la miglior stima è Y TS GUF Se l’incertezza è generata da una zioni della stima GUF di segno oppopura quantizzazione, e gli Xi hanno sto a quello desiderabile. Ciò è vero caratteristiche statistiche particolari, anche per il già citato esempio 9.4 può accadere che la stima del S1 sia del S1, in cui le stime calcolate con effettivamente corretta. Questo, tutta- metodo Monte Carlo devono essere via, è vero in casi particolarissimi: considerate un peggioramento, e non nella generalità dei casi la quantità un miglioramento, delle stime GUF. A Q2/12 va sottratta, non sommata. ogni modo, se è vero che i problemi Inoltre, la stima del S1 non è mai cor- dell’impianto concettuale della GUM retta se l’incertezza è generata da un possono essere evidenziati solo con rumore additivo di potenza σ2 incor- un’analisi più approfondita, già l’esempio qui discusso dovrebbe mostrarelato con Xi. La soluzione paradossale del S1 è re chiaramente che “qualcosa non un caso particolare del “paradosso va”. di Stein” della statistica bayesiana.

Un’analisi teoricamente dettagliata di questo paradosso, e della stima RINGRAZIAMENTI del “quadrato di una grandezza” con la teoria del S1, è riportata in L’autore desidera ringraziare il Prof.

[6]. Tuttavia, il paradosso del S1 Andrea Cataldo e l’Ing. Laura Fabnon è legato al caso particolare del biano, che hanno contribuito al prequadrato di una misura o della sente lavoro con idee e discussioni media quadratica di misure. Esso si teoriche, e il Prof. Mario Savino e manifesta, in forma identica, per tutta l’unità GMEE di Bari, per molti qualsiasi funzione nonlineare di preziosi consigli e continuo sostegno nel lavoro di ricerca. misure.

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5. Widrow, I. Kollar, e M.C. Liu, Sta- 6. F. Attivissimo, N. Giaquinto, e tistical theory of quantization, IEEE M. Savino, A Bayesian paradox 1. GUM: Guide to the Expression of Trans. Instrum. Meas., vol. 45, n. 2, and its impact on the GUM Uncertainty in Measurement. www. pagg. 353-361, 1996. www.isl. approach to uncertainty, Measurebipm.or g/en/publications/ stanford.edu/~widrow/papers/ ment, vol. 45, n. 9, pagg. 2194guides/gum.html. j1996statisticaltheory.pdf.

2202, nov. 2012.

2. International Organization for Standardization, ISO/IEC Guide 98-3:2008 – Uncertainty of measurement – Part 3: Guide to the expression of uncertainty in measurement (GUM:1995). ISO, 2008.

3. International Organization for Standardization, ISO/IEC Guide 98-3:2008/Suppl 1:2008 – Uncertainty of measurement – Propagation Nicola Giaquinto è Professore Associato di Misure Elettriche ed of distributions using a Monte Carlo Elettroniche presso il Dipartimento di Ingegneria Elettrica e dell’Inmethod. ISO, 2008. formazione del Politecnico di Bari. I suoi principali interessi di ricer4. NPLUnc. http://resource.npl. ca riguardano l’elaborazione numerica dei segnali per le misure e co.uk/docs/science_technology/ la sensoristica, i modelli matematici per le misure, l’affidabilità e la scientific_computing/ssfm/ qualità, e le problematiche teoriche relative alla definizione e alla documents/software/NPLUnc.zip. valutazione dell’incertezza di misura.

RIFERIMENTI

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GLI ALTRI TEMI

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DIETRO L’ANGOLO DELL’INNOVAZIONE a cura di Franco Docchio

La Fotonica Il Convegno TecFoTM di Affidabilità & Tecnologie 2013, parte II

BEYOND THE CORNER OF INNOVATION: PHOTONICS In this paper and in the previous one (Tutto_Misure 3/2013) we present a summary of TecFo™, one of the special meetings that enriched the 2013 edition of the event Affidabilità & Tecnologie, held in Turin on April 17-18, 2013. The speakers who participated to the event provided a compendium of the R&D activity in Photonics and Optoelectronics in Italy, and demonstrated the impressive vitality of basic and applied research, as well as of the industrial development in the field. Particular emphasis is given to the field of measurements, and of technology transfer.

RIASSUNTO In questo, e nello scorso numero della Rivista, viene presentato un riassunto del Convegno TecFo™, uno dei convegni specialistici che hanno arricchito l’edizione 2013 di Affidabilità & Tecnologie (Torino, 17-18 Aprile 2013). I relatori che si sono succeduti al palco hanno tracciato un quadro delle ultime innovazioni riguardanti le tecnologie fotoniche e optoelettroniche, testimoniando la vitalità della ricerca, sviluppo e industrializzazione italiana nel settore, con particolare riferimento alle misure, e alle possibilità di trasferimento tecnologico.

UN SISTEMA BREVETTATO DI GENERAZIONE DI SEGNALI PER L’IDENTIFICAZIONE DI MOLECOLE DI ELEVATO IMPATTO AMBIENTALE E BIOLOGICO

F. Baronio, M. Conforti, C. De Angelis, M. Marangoni, G. Cerullo (Università di Brescia & Politecnico di Milano) La spettroscopia CARS (Coherent Antistokes Raman Scattering) è uno strumento potente per l’indagine di vibrazioni molecolari e la determinazione della struttura delle molecole [1]. I segnali CARS, fornendo informazioni chimiche specifiche sulle molecole, consentono l’identificazione univoca di molecole di elevato impatto ambientale e biologico, e possono perciò essere utilizzati in applicazioni di microscopia senza marcatori, di diagnostica ambientale e di rivelazione di batteri ed esplosivi. Nelle misure CARS risolte in frequenza, una transizione Raman anti-Stokes viene indotta dall’interazione della moleco-

la con due impulsi laser a banda stretta a picosecondi, detti di pompa e Stokes, la cui frequenza differisce di una quantità pari alla frequenza vibrazionale della molecola. La rivelazione di fotoni alla frequenza anti-Stokes (segnale CARS) fornisce una “firma” della presenza di una certa molecola caratterizzata da una precisa frequenza vibrazionale.

Poiché la risoluzione della tecnica CARS dipende dalla larghezza spettrale degli impulsi di pompa e Stokes, è necessario in generale utilizzare due sorgenti laser separate a banda stretta e accordabili in lunghezza d’onda, per potersi sincronizzare sulla frequenza vibrazionale della molecola da studiare. È però notevolmente difficile realizzare sorgenti laser a picosecondi accordabili, e in particolare avere i due colori sincronizzati.

Questa esigenza complica notevolmente l’implementazione sperimentale della tecnica CARS e ne limita fortemente le applicazioni.

L’invenzione brevettata [2] consiste in un apparato per misure di spettrosco-

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pia di tipo CARS risolte in frequenza a partire da una singola sorgente laser. Il dispositivo consente di generare simultaneamente due/tre treni d’impulsi accordabili a banda stretta (1-20 cm-1) a partire da un solo treno d’impulsi a banda larga generato da un laser a femtosecondi (Fig. 1). Gli impulsi a banda stretta vengono prodotti in processi di generazione di seconda armonica in cristalli non lineari a domini ferroelettrici invertiti in cui vi sia forte differenza di velocità di gruppo tra gli impulsi alla frequenza fondamentale e alla frequenza di seconda armonica.

In tali condizioni l’efficienza di conversione può arrivare al 60%. Nel brevetto [2] proponiamo di sfruttare il suddetto principio per generare simultaneamente due treni d’impulsi, di pompa e Stokes, coerenti in fase e accordabili in lunghezza d’onda. Tali impulsi possono essere generati in due cristalli separati con inversione periodica dei domini ferroelettrici, oppure in un unico cristallo con inversione aperiodica dei domini ferroelettrici. Lo schema proposto consente anche di generare facilmente, in un cristallo separato, un terzo treno d’impulsi, coerenti con i primi due, alla frequenza anti-Stokes.

Questo treno può fungere da oscillatore locale per rivelazione eterodina con conseguente significativo aumento della sensibilità della tecnica CARS. La tecnica CARS proposta può essere utilizzata in due ambiti applicativi: a) microscopia priva di marcatori fluorescenti per l’imaging in vivo di tessuti biologici e cellule viventi, b) spettroscopia ad alta risoluzione per l’identificazione di sostanze d’interesse per Università di Brescia, Presidente del Comitato Scientifico e Industriale di A&T e Direttore Responsabile di Tutto_Misure franco.docchio@ing.unibs.it

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N. 03ƒ ;2013 l’ambiente (quali composti carbonati e azotati), per la biomedicina (quali ammoniaca, etanolo, etano e ossido nitrico, contenuti per esempio nel respiro umano) e per i sistemi di sicurezza (quali esplosivi, sostanze pericolose e spore batteriche). Nel primo ambito si pone come tecnica concorrenziale alla microscopia confocale (a uno o due fotoni) che attualmente sta riscuotendo un forte successo commerciale. Nel secondo ambito può portare alla realizzazione di dispositivi compatti che consentano il monitoraggio di specie chimiche/biologiche con selettività e livelli di sensibilità non ancora ottenibili in ambienti chimici complessi. L’invenzione proposta consente una semplificazione dell’apparato CARS tale da renderlo impiegabile a livello industriale.

Riferimenti bibliografici [1] N. Dudovich, D. Oron, Y. Silberberg, Nature, 418, 512-514, (2002).

[2] G. Cerullo, M. Marangoni, F. Baronio, M. Conforti, C. De Angelis.

System for generating raman vibrational analysis signals. European Patent EP-2304412 (2011).

Figura 1 – Schema di apparato per misure CARS

Fabio Baronio è laureato in Ingegneria Elettronica (110/110 cum laude) presso l’Università degli Studi di Brescia e Dottore di Ricerca. (Ph.D.) in Ingegneria Elettronica e delle Telecomunicazioni presso l’Università degli Studi di Padova. Dal marzo 2005 è Ricercatore all’Università degli Studi di Brescia. L’attività di ricerca scientifica riguarda l’Elettromagnetismo, la Fotonica e le Telecomunicazioni. L’attività di ricerca è riportata in oltre 100 pubblicazioni su riviste e conferenze internazionali e nazionali.

IMAGING NEL VICINO INFRAROSSO: APPLICAZIONI E TECNOLOGIE

Figura 2 – Frammenti ardenti ripresi nel VIS (sinistra) e nel NIR (destra)

Lorenzo Colace (NooEL, Nonlinear applicazioni legate alla rivelazione di Optics and Optoelectronics Lab, Uni- corpi caldi, misurazione di temperatuversità “Roma Tre”) re, e soprattutto rivelazione d’incendi (sia incipienti che non completamente L’intervallo dello spettro elettro- spenti). Un esempio di confronto tra magnetico del vicino infrarosso immagine visibile (VIS) e immagine (NIR) si colloca tra il limite della regione NIR è mostrato in Fig. 2, che evidenvisibile, circa 740 nm, e i 2-2,5 µm, ed zia chiaramente la capacità di ricoè di grande interesse in numerosi campi noscere una situazione di pericolo applicativi. Le applicazioni più rilevanti non rivelabile con una telecamera riguardano le comunicazioni ottiche convenzionale. La Fig. 3 mostra inve(per la presenza di minimi di attenua- ce un esempio d’immagine NIR di un zione e dispersione nelle fibre), il setto- motociclo ottenuta in piena oscurità. re (più del 40% della radiazione solare L’ultimo gruppo riguarda le applicazioè emesso nel vicino infrarosso) e il vasto ni basate sulle proprietà ottiche dei campo della strumentazione ottica di materiali nel NIR. Un elemento con misura NIR che si sta sviluppando molto caratteristiche marcatamente diverse nel rapidamente, grazie alla disponibilità NIR rispetto al visibile è l’acqua, il cui di una gran varietà di componenti (sor- coefficiente di assorbimento NIR è divergenti e sensori) di derivazione telecom. si ordini di grandezza maggiore rispetTale recente sviluppo sta interessando in to al visibile. Questa caratteristica apre particolare il campo dell’imaging. numerose possibilità come la rivelazioLe applicazioni dell’imaging NIR pos- ne ottica (quindi non-contact) di presensono essere suddivise in tre aree: vi- za di acqua o ghiaccio per applicaziosione assistita, imaging termico e ana- ni alla sicurezza stradale o di ambienti lisi/classificazione. Un’importante ap- e processi industriali. La trasparenza di plicazione della prima area riguarda molti tessuti biologici consente inoltre la visione notturna. Nel NIR, a diffe- alla radiazione NIR di penetrare nel renza del classico infrarosso termico, materiale e valutare la presenza di viene sfruttata l’illuminazione prodotta acqua in piante o cibi. Sono inoltre in dalla luminescenza dell’atmosfera che fase di sviluppo tecniche analitiche per presenta uno spettro di emissione estendere l’indagine alla più vasta catemassimo nel NIR e di ampiezza con- goria delle soluzioni acquose con posfrontabile con l’emissione della luna sibilità di ottenere informazioni quantipiena. Altre applicazioni di visione tative su numerosi elementi. assistita riguardano il miglioramento Altre applicazioni della stessa categodella visibilità in condizioni critiche ria riguardano l’ispezione di dispositicome presenza di fumo, foschia, neb- vi a semiconduttore, waste sorting, bia o polvere. In tutti i casi si sfrutta la analisi e conservazione di opere d’arminore diffusione della radiazione te, immagini biomediche e spettroscolegata alla maggiore lunghezza d’onda rispetto al visibile.

La seconda categoria di applicazioni sfrutta la caratteristica di emissione dei corpi riscaldati, in accordo con la legge di Planck. Gli spettri mostrano massimi intorno ai 10 µm per corpi a temperatura ambiente, ma si estendono nel vicino infrarosso all’aumentare della temperatura. Con dispositivi commerciali NIR è possibile rivelare emissività di corpi a partire da circa 100 °C. In quest’ambito esistono Figura 3 – Immagine di motociclo con motore acceso (senza illuminazione esterna)

pia analitica per immagini.

Nonostante il grande interesse applicativo per la regione spettrale del NIR, sono attualmente disponibili sul mercato pochi dispositivi, prodotti da un limitatissimo numero di aziende. Il motivo principale è legato allo stato relativamente giovane della tecnologia.

Attualmente i dispositivi commerciali sono basati su matrici di sensori in InGaAs. Le prestazioni dei rivelatori sono ragguardevoli, ma purtroppo tale materiale non è idoneo alla fabbricazione di transistor. È preclusa pertanto la possibilità di realizzare l’elettronica di lettura e indirizzamento sullo stesso chip. La soluzione attuale prevede la saldatura della matrice di sensori su un chip CMOS con connessioni elettriche realizzate per wire-bonding o bumpbonding. Tale sistema d’integrazione (detto ibrido) presenta spesso problemi di affidabilità e di resa. Per questo motivo si stanno prendendo in considerazio-

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GLI ALTRI TEMI

ne approcci alternativi, il più ambizioso dei quali è l’integrazione monolitica, ossia la realizzazione dei sensori e dell’elettronica di lettura (ed eventualmente di elaborazione) sullo stesso chip.

La piattaforma ideale per tale approccio è il chip CMOS, ma poiché l’InGaAs è incompatibile con il silicio è necessario ricorrere all’unico semiconduttore compatibile con il silicio e al contempo sensibile al NIR: il germanio.

Il problema dell’integrazione monolitica di Ge su Si è stato affrontato per molti anni con l’obiettivo di realizzare transceiver ottici integrati in silicio operanti alle lunghezze d’onda delle comunicazioni su fibra ottica. Nonostante l’elevato disadattamento reticolare tra Ge e Si (4%) sono state messe a punto tecniche in grado di ottenere film di Ge/Si di qualità idonea alla fabbricazione di fotodiodi [1]. Esistono inoltre alcuni casi (recentemente pubblicati) in cui è stata dimostrata anche la compatibilità tec-

nologica di tali processi di deposizione con la tecnologia CMOS per la realizzazione di sensori d’immagini NIR [2].

Tale approccio sembra essere molto promettente. L’integrazione monolitica, realizzando sensori ed elettronica d’indirizzamento e front-end sullo stesso chip, costituisce infatti una soluzione molto compatta, con minori problemi di resa, migliore affidabilità e probabilmente anche più economica. Inoltre la tecnologia CMOS consente d’integrare anche funzioni di memorizzazione ed elaborazione aumentando in tal modo le funzionalità del dispositivo.

Infine l’impiego congiunto di Ge e Si offre la possibilità di realizzare dispositivi d’imaging a spettro esteso dal visibile (circa 400 nm, limite inferiore del Si) al NIR (circa 1.600 nm, limite superiore del Ge).

Il nostro gruppo di ricerca si sta attualmente occupando di matrici di sensori dual band VIS-NIR e di sensori a risposta spettrale accordabile elettro-

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nicamente, entrambi basati su rivela- sensoristica, dalle biotecnologie alla tori in Ge su Si. sicurezza. La diffusione dei PIC è attualmente piuttosto limitata principalmente Riferimenti bibliografici a causa dei costi ma ci si aspetta, in un 1. L. Colace, G. Assanto, “Germa- prossimo futuro, una penetrazione canium on Silicon for Near-Infrared Light pillare nelle applicazioni più disparate, Sensing”, IEEE Photon. J. 1, 69, dal mercato consumers, ai grandi siste2009. mi, alla difesa.

2. L. Colace, G. Masini, V. Cencelli, La produzione di PIC è, ancora oggi, F. De Notaristefani, G. Assanto, ”A guidata da una metodologia sostannear-infrared digital camera in zialmente orientata alle applicazioni, polycrystalline germanium integrated in cui i processi tecnologici sono messi on silicon”, IEEE J. Quantum Electron, a punto per soddisfare le esigenze di 43, 311, 2007. prodotti specifici. Ciò ha portato alla frammentazione delle risorse sulle diLorenzo Colace è Pro- verse tecnologie, ostacolando la crefessore Associato presso il scita sostenibile del mercato dei PIC. Dipartimento di Ingegne- Nello scenario europeo, questo apria dell’Università degli proccio sta lentamente ma radicalStudi “Roma Tre”. La sua mente cambiando. Negli ultimi anni si attività di ricerca verte pre- sono organizzate piattaforme tecnolovalentemente su progetto, giche del fosfuro d’indio (InP) [1] e Silirealizzazione e caratterizzazione di di- con-On-Insulator [2] indipendenti dalle spositivi optoelettronici compatibili con la specifiche applicazioni. Questa nuova tecnologia del silicio e rilevanti per le tendenza si basa sul concetto di foncomunicazioni ottiche. Si occupa inoltre deria generica, lo stesso principio che di celle solari in Germanio e in CIGS, ha determinato il successo delle tecnoeffetti non-lineari per il processamento logie microelettroniche e a microonde. tutto ottico dei segnali, dispositivi e tecni- Nelle fonderie generiche si tende a che per l’imaging nel vicino infrarosso. ridurre il numero di processi e di materiali in modo da garantire standard di processo e prestazioni qualificate. I coPHOTONICS INTEGRATION: COME ACCEDERE ALLE FONDERIE sti di sviluppo della tecnologia sono abbattuti drasticamente, e i tempi di reaGENERICHE DELLA FOTONICA lizzazione ridotti sensibilmente. I proAndrea Melloni, Francesco Mori- getti dei vari dispositivi provenienti da chetti, Daniele Melati (Dipartimento di utenti differenti possono essere riuniti Elettronica, Informazione e Bioinge- sullo stesso wafer e realizzati tutti insieme, perché tutti seguono le stesse regogneria, Politecnico di Milano) le e usano gli stessi processi. Questo I circuiti ottico-integrati, indicati gene- accesso condiviso si chiama Multiple ralmente con gli acronimi PIC (Photo- Projects Wafer Run e consente al singonics Integrated Circuits) o PLC (Planar lo utente di acquistare solo la porzione Lightwave Circuits), possono essere del wafer di cui effettivamente ha bisoconsiderati gli equivalenti fotonici dei gno. Attorno alla fonderia generica circuiti integrati elettronici. Essi permet- deve crearsi una infrastruttura che ne tono di operare direttamente sul segna- favorisca l’accesso fornendo una variele ottico proveniente da una fibra ottica tà di servizi quali: sviluppo di kit di proo da un laser, realizzando funzioni gettazione dedicati (DKs) alla specifica come il filtraggio dei segnali, (de)multi- tecnologia; il supporto agli utenti per la plexing, divisione e combinazione, progettazione di PIC e per la generamodulazione e rivelazione, indispensa- zione delle maschere dei circuiti combili nei moderni sistemi di comunicazio- patibili con gli standard fonderia; l’asne ottica, interconnessione, sensoristica semblaggio delle maschere dei singoli e diagnostica. Le applicazioni spazia- utenti; la qualificazione mediante misuno, con mercati potenziali da miliardi re morfologiche e funzionali del prodi dollari, dalle telecomunicazioni alla cesso di fabbricazione.

GLI ALTRI TEMI

Attualmente sono operative due piattaforme sulla Silicon Photonics [2], una in Europa, chiamata ePIXfab e basata sulle strutture di Imec in Belgio e del CEA-Leti a Grenoble, e una negli Stati Uniti, OpSIS, basata sulle due fonderie Luxtera (USA) e IME di Singapore. Per la tecnologia in Fosfuro d’Indio l’unica piattaforma esistente è in Europa e si chiama JePPIX [1], gestita dall’Università di Eindhoven e che usa come fonderie quella dell’Heinrich Hertz Institute a Berlino (Germania) e Oclaro (UK).

Per facilitare l’accesso dei diversi tipi di utenti (università, piccole-medie imprese, centri di ricerca) ai servizi delle fonderie del silicio per la fotonica, a livello italiano si è recentemente sviluppata la piattaforma SAPPHIRE [3], nell’ambito del progetto PRIN 2009 finanziato dal MIUR. Il progetto, coordinato dal Prof.

Melloni del Politecnico di Milano insieme all’Università di Bologna e all’Università di Ferrara, mira a creare una struttura per fornire l’assistenza necessaria alla realizzazione di dispositivi in Silicon Photonics passivi. La struttura tecnologica utilizzata è il James Watt Nanofabrication Center dell’Università di Glasgow (Scozia) per il silicio e JePPIX per il fosfuro d’indio.

Nello schema a piattaforma di accesso condiviso, anche gli utenti senza esperienza nelle tecnologie ottiche possono accedere ai servizi di fonderia, perché il progetto dei PIC viene effettuato “ad alto livello”. Rispetto al classico approccio di progettazione, dove è richiesta una vasta esperienza nella tecnologia, nei materiali e nell’elettromagnetismo, l’approccio circuitale permette di operare su un insieme selezionato di elementi funzionali elementari, detti building blocks (BBs), secondo regole ben definite contenute nei design kits (DKs) della fonderia. Un BB è un’entità funzionale che rappresenta il modello di un dispositivo fisico e ne descrive il comportamento attraverso una rappresentazione matematica, ad esempio, una matrice di scattering.

La Fig. 4 mostra alcuni esempi di BBs in silicio sviluppati nell’ambito della piattaforma SAPPHIRE e la loro rappresentazione nel simulatore circuitale AspicTM [3] nato dal gruppo Photonics Devices del Politecnico di Milano nell’ambito del

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L’ARTE VISTA SOTTO UNA NUOVA LUCE: LA FOTONICA PER LO STUDIO E LA CONSERVAZIONE DEL PATRIMONIO STORICO E ARTISTICO

G. Valentini1, D. Comelli1, A. Nevin2, L. Toniolo3, R. Cubeddu1 (1Dipartimento di Fisica, Politecnico di 2 di Fisiprogetto europeo PARADIGM [1] e ora Milano, IFN-CNR, Dipartimento 3Dipartimenca, Politecnico di Milano, commercializzato attraverso una start-up italiana, Filarete [4]. Il simulatore circui- to di Chimica, Politecnico di Milano) tale costituisce il nucleo del “livello alto” nella progettazione PIC. Come vantag- La caratterizzazione dei materiali che gio principale, i simulatori circuitali sono costituiscono un’opera d’arte, così codi solito molto più veloci e richiedono me la valutazione degli interventi effetmeno memoria rispetto a qualsiasi ap- tuati in restauri passati, costituisce un proccio elettromagnetico, consentendo momento fondamentale per lo studio e indagini più sofisticate, come ottimizza- la conservazione dei beni culturali. zioni, studi di sensibilità, progettazione Le indagini scientifiche possono fornire basata sulla tolleranza, l’ottimizzazione un importante apporto a questo momento conservativo. Osservare un didei rendimenti, e così via [4].

L’organizzazione e gli strumenti qui pinto antico, o più in generale un’opedescritti sono e saranno alla base del- ra d’arte, nelle diverse bande spettrali la diffusione delle tecnologie di foto- della radiazione elettromagnetica può nica integrata verso le più disparate infatti riservare interessanti sorprese: la applicazioni. Gli autori sollecitano radiazione infrarossa, in grado di pechiunque desideri poter accedere a netrare al di sotto dello strato pittorico, queste tecnologie per sfruttarle o sem- permette di evidenziare il disegno preplicemente valutarle ai fini delle pro- paratorio e possibili pentimenti dell’arprie applicazioni, di prendere contat- tista. La fluorescenza eccitata da luce ultravioletta mostra restauri pregressi, ti con SAPPHIRE [3]. ritocchi e situazioni di degrado della pellicola pittorica. La Radiografia X Riferimenti bibliografici mette in luce la struttura interna di tavoth [1] PARADIGM, EU project – 7 FP; http://paradigm.jeppix.eu; le policrome o, nel caso di dipinti su tela, rivela la presenza di elementi chiwww.jeppix.eu mici pesanti (ad esempio piombo) attri[2] ePIXfab: www.epixfab.eu; OpSIS: http://opsisfoundry.org buibili a pigmenti come la biacca (carbonato basico di piombo).

[3] Filarete srl, Italy, In questo contesto si inserisce l’attività www.aspicdesign.com; di ricerca svolta presso il DipartimenPhoenix BV, The Netherlands, to di Fisica del Politecnico di Milano, www.phoenixbv.com in collaborazione con il Dipartimento [4] SAPPHIRE, PRIN 2009, di Chimica. Nel corso degli anni sono http://sapphire.dei.polimi.it state sviluppate diverse strumentazioni Andrea Melloni è Pro- innovative per la diagnostica per imfessore Associato presso magini di opere d’arte basate sull’imil DEIB, Politecnico di Mi- piego di radiazione nelle bande spetlano, e si occupa di foto- trali UV-VIS-NIR. nica integrata in varie Il primo sistema permette di misutecnologie, dalla proget- rare le mappe spaziali del tempo di tazione alle tecniche di decadimento della fluorescenza in un caratterizzazione. Nel 2007 ha fonda- campione esteso e realizza una tecnito Filarete srl, una piccola società per la ca di misura indicata con la locuzione commercializzazione del primo softwa- inglese di “Fluorescence Lifetime Imaging (FLIM)”. Il sistema ha una risolure circuitale per l’ottica integrata.

Figura 4 – Alcuni esempi di BBs in silicio sviluppati nell’ambito della piattaforma SAPPHIRE

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zione temporale inferiore al nanosecondo, è facilmente trasportabile e può essere impiegato in ambienti museali o in siti d’interesse artistico grazie a un’opportuna progettazione che gli consente di operare in normali condizioni d’illuminazione.

Il sistema comprende: • Una sorgente laser impulsata a bassa cadenza di ripetizione per eccitare la fluorescenza: diversi laser allo stato solido possono essere utilizzati per ottenere impulsi di durata inferiore a un nanosecondo dall’ultravioletto al VIS-NIR; • Una telecamera con intensificatore d’immagini provvisto di otturatore elettronico veloce (nanosecondi); • Un generatore di ritardi programmabile con un dispositivo di sincronismo a basso jitter (picosecondi); • Un software di controllo e di elaborazione matematica delle immagini.

Il sistema permette di discriminare fluorescenze deboli sulla base dei diversi tempi di decadimento e genera due mappe: la prima mostra il tempo di vita efficace e consente di distinguere la tipologia di materiale responsabile dell’emissione; la seconda fornisce l’ampiezza del segnale di fluorescenza e può essere sommariamente associata alla quantità di materiale responsabile dell’emissione. Il sistema presenta notevoli vantaggi rispetto ai sistemi di fluorescenza tradizionali basati su semplice illuminazione con lampade ultraviolette e registrazione fotografica. Tra questi si ricordano: • Efficace eliminazione della luce di eccitazione senza l’impiego di filtri spettrali ad alta discriminazione. Infatti, nell’istante di apertura della finestra temporale di acquisizione la luce laser (impulsata) non è più presente; • Possibilità di operare in normale luce ambiente, infatti il funzionamento sincrono con la sorgente di eccitazione (impulsata) permette di rimuovere la luce ambiente presente in modo continuo. Questa caratteristica è essenziale per l’applicazione in siti d’interesse storico-artistico; • Totale assenza di alterazioni del campione grazie alla debole potenza media della luce di eccitazione utilizzata durante le misure (pochi mW); • Insensibilità delle pseudoimmagini

N. 03ƒ ;2013 di tempo di decadimento alle disuniformità della luce di eccitazione e a eventuali non-idealità del sistema ottico di raccolta (vignettatura); • Le misure del tempo di decadimento non dipendono da assorbimenti competitivi della luce di eccitazione e della fluorescenza da parte di pigmenti inerti. Questi assorbimenti possono alterare, anche in modo rilevante, gli spettri della fluorescenza misurata con lampade. Infatti, gli artefatti di questa natura sono eliminati nel calcolo della mappa del tempo di decadimento della fluorescenza.

Con tale strumentazione sono state effettuate importanti campagne diagnostiche sia su sculture marmoree (il David di Michelangelo a Firenze, la Pietà Rondanini a Milano), sia su affreschi Rinascimentali (il ciclo degli affreschi di Masolino da Panicale a Castiglione Olona e gli affreschi di Filippo Lippi nel Duomo di Prato).

Il secondo sistema, indicato con il nome di multispectral imaging, permette di acquisire spettri di riflettanza diffusa o di fluorescenza per tutti i punti di un’immagine. In termini estremamente semplificativi si può dire che questo sistema acquisisce iperfotografie dell’oggetto d’indagine. Mentre le normali fotografie registrano le sole componenti cromatiche rosse, verdi e blu (RGB) di una scena, i sistemi multispectral imaging acquisiscono decine, o in alcuni casi centinaia, d’immagini spettrali nel visibile (400-700 nm) e, in alcuni casi, nel vicino infrarosso.

Il sistema multispettrale sviluppato presso il dipartimento di Fisica si basa su un filtro a trasmittanza variabile costituito da una serie di lamine birifrangenti controllate da moduli a cristalli liquidi (Liquid crystal tunable filter).

Mediante questo dispositivo si possono registrare immagini di riflettanza in luce bianca e immagini della fluorescenza eccitata mediante luce ultravioletta in 66 bande spettrali distanziate di 5 nm nell’intervallo 400-700 nm.

Queste immagini costituiscono un cubo di dati (circa 70 MB per ogni immagine) che può essere analizzato con metodi di analisi multivariata per semplificarne la struttura. Dalle immagini multispettrali, sia di fluorescenza

che di riflettanza, si possono ricavare informazioni sui materiali che costituiscono il campione. Nel caso di dipinti è possibile evidenziare aree che presentano caratteristiche cromatiche simili e che corrispondono all’uso dei medesimi pigmenti.

Il sistema è stato usato per analizzare diversi dipinti, tra cui un acquarello di Van Gogh custodito presso la Galleria d’Arte Moderna di Milano (Fig. 5).

Il terzo sistema permette di misurare gli spettri di diffusione anelastica (Raman) in punti della superficie di un reperto artistico scelti con accesso casuale (non sequenziale). La diffusione Raman appartiene alla categoria delle tecniche di spettroscopia vibrazionale che, permettendo d’individuare i legami molecolari presenti in un materiale, forniscono informazioni analitiche sui componenti chimici contenuti. Benché anche questo sistema sia in grado di generare vere e proprie “immagini analitiche” di una superficie, per ridurre i tempi di misura si preferisce generalmente acquisire gli spettri Raman soltanto in punti significativi del campione, scelti con l’ausilio delle tecniche di fluorescenza e di riflettanza considerate in precedenza.

La combinazione dei sistemi descritti può fornire a restauratori e a storici dell’arte importanti informazioni sia sullo stato di conservazione delle opere d’arte, che sulle tecniche realizzative usate dagli artisti.

Gianluca Valentini si è laureato in Ingegneria Nucleare presso il Politecnico di Milano, nel 1985.

Dopo una breve esperienza aziendale, nel 1988 è diventato Ricercatore presso l’Istituto di Fotonica e Nanotecnologie del CNR. Dal 1999 è Professore di fisica sperimentale presso il Politecnico di Milano. Ha svolto ricerche nei campi della fisica e dell’ingegneria dei laser e delle applicazioni della spettroscopia ottica alla medicina, alla biologia e alla conservazione del patrimonio artistico. Dal 2007 al 2010 è stato Delegato del Rettore, presso il Politecnico di Milano, per la protezione della proprietà intellettuale e per la creazione d’imprese Spin-off.

Figura 5 – Immagini in falsi colori del tempo di vita e dell’intensità della fluorescenza emessa dal volto del David di Michelangelo in seguito a eccitazione con luce ultravioletta. Il colore mostra il tempo di vita dell’emissione, mentre la luminosità corrisponde alla sua intensità. Le regioni di colore rosso corrispondono alla presenza di contaminanti organici attribuibili sia a cera d’api che ad altri composti. Le regioni di colore blu mostrano la presenza di ossalato di calcio

Figura 6 – Acquarello “Les bretonnes et le pardon de pont Aven” di Van Gogh, custodito presso la Galleria d’Arte Moderna di Milano. Il dipinto è stato analizzato con la tecnica detta “Multispectral Imaging”. Mediante un’analisi statistica è stato possibile individuare ed evidenziare i principali pigmenti usati dall’artista

AMPLE: UN SISTEMA LIDAR PER LA MAPPATURA DELLE PROPRIETÀ OTTICHE DI PARTICELLE INQUINANTI NELL’AREA URBANA DI PECHINO

Giuliano Piccinno (Italia-China Joint Research Center for Laser Remote Sensing – ALA, Advanced LIDAR Applications, srl, Napoli – Bright Solutions srl, Cura Carpignano – PV) Gli aerosol atmosferici influenzano in modo considerevole la Terra, e si pensa che siano una delle maggiori sorgenti d’incertezza delle previsioni climatiche, in quanto la loro composizione, proprietà e concentrazione sono assai poco conosciute. Ne consegue quindi che la loro distribuzione spaziale, evoluzione temporale e residenza atmosferica sono dati molto importanti per rendere più affidabili l’investigazione e le previsioni di tali fenomeni. Inoltre, la capacità d’identificare con incertezze ridotte i vari tipi di aerosol ha anche una profonda ricaduta sull’identificazione di ambienti tossici per l’uomo.

Una tecnica particolarmente potente per questa indagine è il monitoraggio remoto risolto in tempo e in distanza, che può essere efficacemente condotto per mezzo di sistemi LIDAR. La stima di proprietà microfisiche richiede misure indipendenti di luce laser retro-

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GLI ALTRI TEMI

riflessa, e dei fattori di estinzione a parecchie lunghezze d’onda. Inoltre, informazioni addizionali possono essere ottenute da misure simultanee di segnali di depolarizzazione e di rapporti di mescolamento di vapore acqueo, in grado di fornire informazioni su proprietà dell’aerosol, quali la dimensionalità del particolato e l’igroscopicità. Infine, le capacità di scansione dei dispositivi LIDAR può migliorare di molto la capacità di monitoraggio della mappatura spazio-temporale della distribuzione volumetrica delle nuvole di aerosol.

for Laser Remote Sensing, che coinvolge il CNISM e il Beijing Research Institute of Telemetry (BRIT), e in prospettiva anche altre unità universitarie oltre a quelle già citate.

Il sistema AMPLE è stato progettato per eseguire scansioni di volume dell’atmosfera e ottenere mappe tridimensionali delle proprietà ottiche del particolato e della sua evoluzione temporale. Un esempio dei risultati ottenuti dal sistema è fornito nella figura.

Queste attività rappresentano una sfida estremamente importante per i ricercatori italiani, nel loro tentativo di coinvolgersi in imprese ingegneristiche di alta tecnologia e di alto contenuto sociale; esse rappresentano altresì una sfida per le spin-off accademiche italiane ALA e Bright Solutions, impegnate a competere in ambiziosi progetti high-tech nel mercato globale.

Figura 8 – Backscatter (left) and particle depolarization (right) profiles measured in Beijing on 10 October 2012

Figura 7 – Monitoraggio remoto risolto in tempo e distanza con sistemi LIDAR

In questo contesto, una collaborazione tutta italiana, composta da due spin-off universitarie delle Università di Napoli Federico II e di Pavia, sta portando avanti un ambizioso progetto per la mappatura dell’area urbana di Pechino, al fine di poter fornire dati sperimentali utili per un’analisi ambientale quantitativa di quella regione. Il progetto si chiama AMPLE (Aerosol Multi-wavelength Polarization LIDAR Experiment) e le spin-off coinvolte sono ALA, Advanced LIDAR Application srl, Napoli, fondata nel 2012 da un gruppo di ricerca del CNISM dell’Università Federico II, e Bright Solutions srl, Cura Carpignano (PV) fondata nel 1998 presso il Laboratorio Sorgenti Laser dell’Università di Pavia. Il progetto è sorto nel quadro di una collaborazione italo-cinese, l’Italia-Cina Joint Research Center

T_M ƒ 202

Giuliano Piccinno è attualmente Presidente e CEO della Bright Solutions srl. Riceve la laurea in Ingegneria Elettronica nel 1993 all’Università di Pavia. Nel corso della sua attività coordina numerosi programmi di ricerca e progetti di sviluppo aziendale riguardanti le applicazioni laser nell’industria manifatturiera e aerospaziale. Nel 1998 promuove e partecipa alla fondazione di Bright Solutions srl, come società d’ingegneria, di cui diventa l’Amministratore. Nel periodo 2000-2004 entra nel CDA di Laservall spa, azienda italiana leader nel mercato dei laser DPSS per microlavorazioni, dove cura l’avviamento industriale delle nuove linee di prodotti laser. Dal 2005 è impegnato a tempo pieno alla guida di Bright Solutions srl nella rinnovata veste di azienda che sviluppa, produce e commercializza sorgenti laser a stato soliFigura 9 – Backscatter (left) and particle depolarization (right) profiles measured at do. È coautore di numerose pubblicazioni e inventore in più di 10 Serra la Nave (Catania, Italy, 1760 m a.s.l.) on 16 October 2012 brevetti nazionali e internazionali su laser di potenza.

Questo dispositivo è installato e operativo attualmente nell’area urbana di Pechino e rappresenta un primo prototipo di tale sistema. L’area è particolarmente interessante in quanto è fortemente affetta da inquinamento antropogenico e dalle polveri sabbiose del deserto Gobi.

Una seconda unità di AMPLE è stata realizzata anche per l’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (sezione di Catania) ed è installata alle pendici del monte Etna.

GLI ALTRI TEMI

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QUALITÀ DELLA RICERCA Giovanni Betta 1, Michele Gasparetto 2, Nicola Paone 3

La ricerca nazionale nelle misure alla luce della valutazione dell’ANVUR (VQR)

RESEARCH IN MEASUREMENT SCIENCE AND TECHNOLOGY, EVALUATED BY THE ITALIAN AGENCY ANVUR A thorough evaluation process of the research performed by Universities and Research Centers researchers has recently been completed by the National Agency for the evaluation of Universities and Research. It has been the first ever carried out in the last years.

This paper focuses on the results of the evaluation for the two Research Sectors related to Measurement Science and Technology: the Group of Electrical and Electronic Measurements (GMEE) and the Group of Mechanical and Thermal Measurements (GMMT).

RIASSUNTO Un poderoso processo di valutazione della Ricerca delle sedi Universitarie e dei Centri di Ricerca italiani è stato portato a termine nei tempi previsti da parte della Agenzia Nazionale per la Valutazione dell’Università e della Ricerca (ANVUR). È il più completo processo mai portato avanti negli ultimi anni.

In questo articolo si esaminano i risultati ottenuti nella valutazione da parte dei ricercatori dei due settori Scientifico Disciplinari operanti nel campo della Scienza e Tecnologia delle Misure, il Gruppo Misure Elettriche ed Elettroniche (GMEE) e il Gruppo Misure Meccaniche e Termiche (GMMT).

LA VQR

Cosa si nasconde dietro questa strana sigla? Si nasconde il più poderoso processo di valutazione, mai compiuto, della ricerca scientifica in Italia e significa, letteralmente, Valutazione della Qualità della Ricerca scientifica negli anni dal 2004 al 2010. Questa valutazione ha coinvolto tutte le Università pubbliche, nonché tutti gli Enti pubblici di ricerca, Italiani; hanno potuto aderire, a pagamento, anche le Università private e gli Enti privati di ricerca.

L’Ente gestore dell’iniziativa, ANVUR, Agenzia Nazionale di Valutazione del Sistema Universitario e della Ricerca, ha compilato il bando e ha deciso di adottare una metodologia “mista” che tenesse conto cioè sia della qualità della produzione scientifica sia, parzialmente, della quantità. Sono state valutate le Strutture e le sottostrutture quali i Dipartimenti, partendo dalla valutazione della produttività dei singoli ricercatori di ruolo inqua-

drati nelle strutture stesse il giorno 7 novembre 2011 sia premiando le produzioni di eccellenza sia penalizzando la non produttività scientifica.

Tutti i professori e ricercatori universitari, inquadrati nei ruoli prima del 2006, hanno dovuto presentare tre prodotti di ricerca, sei i ricercatori degli Enti, scelti fra articoli pubblicati su rivista, presentazioni a congressi, capitoli di libri, brevetti, ecc., con la limitazione però che ogni prodotto potesse essere presentato da un solo ricercatore di ogni singola Università, di ogni singolo Ente.

I ricercatori inquadrati successivamente, a seconda della loro anzianità, hanno dovuto presentare solo due o un prodotto. Per evitare conflittualità fra i vari ricercatori, tesi ad assicurarsi la paternità dei prodotti migliori e quindi la migliore valutazione, è stato assicurato che solo i singoli ricercatori avrebbero avuto accesso alla propria valutazione e che tale valutazione sarebbe stata mantenuta segreta verso i colleghi e verso gli Enti di appartenenza, Enti che

T_M

quindi hanno potuto scegliere i prodotti in modo da massimizzare il risultato di ente anche se a scapito del risultato di un singolo.

Al fine di evitare che il confronto fra la produttività di aree disciplinari fra di loro molto diverse, storici dell’arte e fisici nucleari ad esempio, portasse a risultati scarsamente utilizzabili, ANVUR ha poi deciso che i criteri e i parametri di valutazione sarebbero stati scelti, in modo fra di loro indipendente, da Comitati, GEV Gruppi di Esperti della valutazione, costituiti separatamente per ogni Area disciplinare; le Misure sono state quindi valutate dal GEV 09 costituito per l’Area 09 Ingegneria industriale e dell’informazione. Il comitato per l’Area 09 era costituito da 39 esperti, mentre ben 449 esperti hanno coordinato la valutazione di tutta la ricerca italiana.

Era stato poi consentito ai singoli GEV di Area di costituire sottocomitati qualora ci si trovasse in presenza di accertate disparità di tradizione di pubblicazione dei risultati della ricerca; nel caso dell’area 09 sono stati quindi costituiti tre sub-GEV, il sub-GEV a) per la valutazione dei prodotti dell’ingegneria meccanica, gestionale, aerospaziale e navale, il b) per i prodotti dell’ingegneria chimica e dei materiali, il c) per i prodotti dell’ingegneria elettrica e dell’informazione.

Tenendo conto degli sviluppi storici le Misure Meccaniche e Termiche sono state aggregate al sub-GEV a), mentre le Misure Elettriche ed Elettroniche 1

Dip. Ing. Elettrica e dell’Informazione, Università di Cassino 2 Dip. Meccanica, Politecnico di Milano 3 Dip. Ing. Industriale e Scienze Matematiche, Università Politecnica delle Marche betta@unicas.it

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3/13 ƒ 203

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GLI ALTRI TEMI

sono state aggregate al sub-GEV c).

Il compito richiesto ai valutatori è stato immane, si pensi che il solo GEV dell’area 09 ha dovuto procedere alla valutazione di più di 16.000 prodotti; tale compito è stato risolto sia individuando esperti esterni, ai quali è stato chiesta una peer review, sia utilizzando metodi bibliometrici, assegnando cioè valutazioni dedotte automaticamente dalla qualità delle riviste e dal numero delle citazioni; il GEV 09 ha sottoposto circa il 76% dei lavori all’analisi bibliometrica e circa il 45% a peer review. La doppia valutazione per più del 22% dei prodotti ha consentito di calibrare i risultati delle due modalità in modo da limitare eventuali effetti distorsivi dipendenti dalla procedura di valutazione scelta per i singoli prodotti.

Il bando aveva infine deciso di classificare i prodotti in cinque differenti categorie alla quali era assegnato un opportuno peso: ai prodotti classificati Eccellenti è stato assegnato il peso 1, ai Buoni il peso 0,8, agli Accettabili il peso 0,5, ai Limitati il peso 0, la mancanza di un prodotto è stata penalizzata con peso –0,5, la non valutabilità con peso –1. La dissuasione delle frodi e dei plagi è stata perseguita con una penalizzazione pari a –2.

LE VALUTAZIONE DEI SETTORI DELLE MISURE

Da ultimo, con una decisione sofferta, e inizialmente esclusa, i risultati finali sono stati divulgati per tutti i sottoinsiemi che comprendessero almeno 4 soggetti valutati, rendendo nota quindi la valutazione media nazionale di tutti i settori scientifico-disciplinari ma, nel caso delle Misure Meccaniche e Termiche, la graduatoria locale per le sole Sedi di Roma La Sapienza, Milano Politecnico, Politecnica delle Marche. Questa granularità non consente, né lo scopo della valutazione lo prevedeva, di stabilire quale Sede sia migliore di quale altra, consente invece di raffrontare la produttività e la qualità delle Misure nel panorama dell’Ingegneria Italiana, e consente, soprattutto, di evidenziare i margini di

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miglioramento che i nostri due Settori hanno l’obbligo di perseguire per lo sviluppo delle competenze misuristiche, per lo sviluppo della competitività del Sistema Italia.

In altri termini, anche se la metodologia di valutazione utilizzata è stata oggetto di profonde critiche da parte di molti e che sicuramente è sempre possibile fare di meglio, le informazioni raccolte e le valutazioni effettuate offrono a ognuno numerosi spunti di riflessione, che sarebbe sbagliato non cogliere. Nel seguito si proverà, a partire dai dati pubblici e da informazioni in possesso degli Autori che hanno partecipato direttamente ai lavori dell’ANVUR come membri del GEV 09, di cogliere e sviluppare alcuni di questi spunti.

Come si può vedere nella Tab. 1, nella quale sono riportate le performances dei nostri due settori confrontati con quelle medie dei sub-GEV di aggregazione, i risultati delle Misure sono sopra le medie di riferimento, nonostante per ING-INF/07 la percentuale di prodotti eccellenti sia al di sotto della media del sub-GEV, per motivazioni che appariranno più chiare nel seguito.

Entrando con maggiore dettaglio nei prodotti analizzati è opportuno precisare che si tratta di prodotti che sono stati etichettati come appartenenti al Settore misure dai docenti e ricercatori, universitari e non, sottoposti alla valutazione. I risultati rappresentano dunque uno spaccato della produzione scientifica sicuramente dei ricercatori universitari dei due SSD ING-IND/12 e ING-INF/07 ma anche della ricerca sulle misure in Italia, che comprende ad esempio anche i numerosi contributi dei ricercatori dell’I.N.Ri.M. All’inizio dell’anno accademico 2011-12 erano incardinati nel settore delle Misure 169 ricercatori (43 INGIND/12 e 126 ING-INF/07) e gli stessi avrebbero dovuto sottoporre a valutazione 453 prodotti (128 e 325 per i due SSD rispettivamente). Il fatto che il settore Misure abbia ricevuto da valutare ben 663 lavori (250 e 413 per i due SSD rispettivamente) è un indice di come la ricerca sulle tematiche delle misure sia attualmente di grosso interesse in Italia anche al di fuori dell’Universi-

Tabella 1 – Performances dei nostri due settori confrontati con quelle medie dei sub-GEV di aggregazione

voto medio (I=v/n)

% prodotti E

% prodotti penalizzati

sub-GEV 9a

0,65

42,1

3,8

ING-IND/12

0,67

43,8

6,3

sub-GEV 9c

0,75

59,1

2,2

NG-INF/07

0,81

48,9

0,6

tà e al di fuori dei SSD delle Misure. È possibile a questo punto anche analizzare la distribuzione dei lavori e dei relativi risultati della valutazione per tipologia di prodotto. I valori riportati nella Tab. 2 fanno riferimento ai prodotti sottoposti alla valutazione dai soli ricercatori strutturati dei SSD delle Misure.

Anche tenendo conto del fatto che le statistiche riportate si riferiscono ai prodotti scelti per la valutazione dalle Università, e che quindi costituiscono un sottoinsieme della vasta produzione scientifica del settore, da questi dati si evince in maniera molto chiara come la produzione del settore sia oramai fortemente concentrata sulle riviste, così come è evidente la differente valutazione dei prodotti appartenenti delle diverse tipologie. La produzione del settore ING-INF/07 è quasi esclusivamente in lingua inglese (2 soli prodotti in lingua italiana e uno in tedesco), mentre per ING-IND/12 i lavori in lingua inglese sono l’89%.

Interessante anche analizzare le riviste in cui sono collocati i prodotti e le valutazioni dei prodotti presentati nelle riviste stesse (Tab. 3).

In questo caso per i due SSD possono essere fatte considerazioni diverse.

Come si evince dalla tabella la produzione nel SSD ING-INF/07 è forte-

mente concentrata su alcune riviste, mentre complessivamente sono stati presentati prodotti in 59 diverse riviste. È opportuno ricordare qui la già richiamata modalità con cui i prodotti sono stati valutati. La valutazione bibliometrica di un prodotto era effettuata in maniera automatica sulla base dell’Impact Factor (IF) della rivista, confrontata con gli IF delle riviste della stessa Categoria ISI SCOPUS, e dal numero delle citazioni, sempre confrontate con quelle ricevute da lavori appartenenti alla medesima Categoria. Il peso di questi due aspetti era poi diversamente pesato a seconda che il lavoro fosse stato pubblicato negli anni 2004-2007 o 2008-2010. La collocazione delle Transactions on Instrumentation and Measurement e di Measurement in una fascia intermedia di IF è la principale ragione per cui il numero di prodotti eccellenti del SSD è inferiore alla media del sub-GEV. Se consideriamo che, ciò nonostante, il valore medio del SSD è risultato superiore alla media del sub-GEV è possibile affermare che la qualità dei prodotti è risultata particolarmente elevata, sia in termini di citazioni, sia in termini di valutazioni ricevute dai revisori.

La situazione di ING-IND/12 è diversa: la produzione di lavori su rivista copre

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ssd/subGEV

GLI ALTRI TEMI

una vasta gamma di settori applicativi, per cui appare più dispersa (complessivamente sono presentati prodotti su 45 riviste), sebbene anche i ricercatori di Misure Meccaniche e Termiche prediligano le riviste dai contenuti strettamente misuristici, che compaiono ai primi posti nella classifica delle preferenze.

Ciò dimostra la propensione dei ricercatori ING-IND/12 allo sviluppo di soluzioni misuristiche orientate all’applicazione in molteplici ambiti (si va dalle misure nei classici settori della meccanica, a quelle per la medicina, i beni culturali, lo spazio, solo per citare alcuni esempi). Questo è di sicuro impatto e testimonia vivacità e piena integrazione col mondo esterno all’accademia, porta talvolta a pubblicare in riviste a elevati indici bibliometrici, spesso ben citate, ma può porre problemi d’identità culturale, come peraltro traspare dalla ampia dispersione dei giudizi sulle pubblicazioni in riviste non strettamente misuristiche.

Qualche dato riguardo i revisori pari. Per ING-INF/07 sono stati coinvolti nell’attività di peer review 32 revisori, di cui il 63,3% stranieri, 30 dei quali hanno partecipato attivamente valutando complessivamente 132 prodotti; per ING-IND/12 i revisori attivi sono stati 38, di cui l’89,5% stranieri, e hanno revisionato 130 lavori. I prodotti sottoposti a tale valutazione erano a) quelli per i quali non era possibile una valutazione bibliometrica, b) quelli per i

Tabella 2 – Distribuzione dei lavori e dei relativi risultati della valutazione per tipologia di prodotto – SSD Misure

SSD

tipologia prodotti

somma punteggi (v)

# prod. conferiti non penalizzati (n)

(I=v/n)

%E

%B

%A

%L

ING-IND/12

Articolo su rivista

81,60

97

0,84

57,7

27,8

8,2

6,2

ING-IND/12

Atto di convegno

8,00

20

0,40

0,0

25,0

40,0

35,0

ING-IND/12

Contributo in volume

0,50

2

0,25

0,0

0,0

50,0

50,0

ING-IND/12

Monografia

0,00

1

0,00

0,0

0,0

0,0

100,0

ING-INF/07

Articolo su rivista

252,90

292

0,87

54,1

37,0

5,8

3,1

ING-INF/07

Atto di convegno

9,50

28

0,34

3,6

17,9

32,1

46,4

ING-INF/07

Contributo in volume

0,50

2

0,25

0,0

0,0

50,0

50,0

ING-INF/07

Monografia

0,80

1

0,80

0,0

100,0

0,0

0,0

T_M ƒ 205

Tabella 3 – Riviste in cui sono collocati i prodotti e valutazioni dei prodotti presentati

SSD

tipologia prodotti

# prod. conferiti Senza COI (1)

(I=v/n)

%E

%B

%A

%L

ING-IND/12

Mech.Syst. Signal Proc.

9

0,96

80,0

20,0

0,0

0,0

ING-IND/12

Measurement

6

0,95

75,0

25,0

0,0

0,0

ING-IND/12

Meas Science & Techn.

6

0,95

75,0

25,0

0,0

0,0

ING-IND/12

Metrologia

5

0,92

60,0

40,0

0,0

0,0

ING-IND/12

Review of Scientific Instr.

4

0,90

50,0

50,0

0,0

0,0

ING-IND/12

Strain

4

0,82

50,0

25,0

25,0

0,0

ING-IND/12

Trans on I&M

3

0,80

0,0

100,0

0,0

0,0

ING-IND/12

Altre riviste

49

0,75

45,2

31,0

11,9

11,9

ING-INF/07

Trans on I&M

165

0,86

43,6

49,1

6,7

0,6

ING-INF/07

Measurement

26

0,80

15,4

73,1

11,5

0,0

ING-INF/07

Sensors & Actuators B

15

0,99

93,3

6,7

0,0

0,0

ING-INF/07

Metrologia

13

0,92

69,2

23,1

7,7

0,0

ING-INF/07

Trans on Ultrasonics

12

0,94

83,3

8,3

8,3

0,0

ING-INF/07

IEEE Sensor Journal

11

0,90

63,6

27,3

9,1

0,0

ING-INF/07

Meas. Science and Tech.

10

0,92

60,0

40,0

0,0

0,0

ING-INF/07

Phisical Review A

7

0,97

85,7

14,3

0,0

0,0

ING-INF/07

Sensors & Actuators A

6

0,97

83,3

16,7

0,0

0,0

ING-INF/07

Trans on Power Delivery

5

0,92

60,0

40,0

0,0

0,0

quali la valutazione bibliometrica non era in grado di fornire una collocazione definitiva al prodotto, c) quelli sorteggiati ai soli fini di verificare che la valutazione bibliometrica fosse “compatibile” con una valutazione tramite peer review. Più dell’80% delle valutazioni sono state effettuate da revisori stranieri.

Volendo chiudere con qualche considerazione conclusiva che sia di guida per un futuro ulteriore miglioramento delle performances dei ricercatori di misure nello scenario nazionale non si può non tenere parallelamente in conto di quanto viene richiesto ai ricercatori stessi dalle Abilitazioni Nazionali anche al fine di rendere conto delle possibili differenze che alcuni ricercatori troveranno fra le due valutazioni ricevute. Le VQR singole saranno infatti rese note agli interessati il 23 settembre, a fine settembre invece saranno pubblicati gli elenchi degli abilitati.

Se infatti l’esercizio della VQR orienterebbe la produzione dei singoli gruppi verso un numero limitato di pubblicazioni di livello scientifico elevato, pubblicate in riviste prestigiose non necessariamente di stretta pertinenza con le Misure, le ASN spingo-

T_M ƒ 206

no verso una produzione che deve essere sicuramente pertinente il settore delle misure ma “di massa” dove quello che conta non è né il numero di autori né la collocazione editoriale della rivista, bensì solo il numero di

citazioni (o autocitazioni) che la stessa è in grado di raccogliere. E poiché nessuna delle due indicazioni potrà essere trascurata sarà necessario coniugare nel futuro al meglio qualità e quantità.

Giovanni Betta è, dal 1999, Professore Ordinario di Misure Elettriche ed Elettroniche preso l’Università di Cassino ed è Presidente per il triennio 2010-2103 dell’Associazione Nazionale Gruppo di Misure Elettriche ed Elettroniche – GMEE. Ha partecipato alla VQR 2004-2010 come membro del Gruppo di Esperti della Valutazione per l’Area dell’Ingegneria Industriale e dell’Informazione.

Michele Gasparetto è, dal 1980, professore ordinario di Misure Meccaniche e Termiche preso il Dipartimento di Meccanica del Politecnico di Milano ed è presidente pro-tempore del Gruppo disciplinare Misure Meccaniche e Termiche. Dal 2005 è componente del Collegio della Agenzia nazionale per la sicurezza del volo.

Nicola Paone è nato il 17-7-1961. Laureato in Ingegneria Meccanica nel 1986, è inizialmente ricercatore presso il Von Karman Institute a Bruxelles nel 1987, poi presso il Centro Ricerche FIAT nel 1988. Ricercatore universitario dal 1990, diviene professore associato nel 1992 e di prima fascia nel 2001; operando sempre nel SSD Misure Meccaniche e Termiche, si occupa prevalentemente di tecniche di misura senza contatto. Coordinatore di 2 progetti europei, membro del GEV-09 dell’ANVUR, membro della Giunta di ING-IND-12.

GLI ALTRI TEMI

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MISURE A MICROONDE Andrea Cataldo 1, Giuseppe Cannazza 1, Egidio De Benedetto 1, Nicola Giaquinto 2, Marcello Miraglia3, Danilo Ancora 3

S.I.M.P.Le.: il nuovo sistema a microonde per la ricerca perdite in condotte idriche e fognarie

S.I.M.P.Le.: A MICROWAVE-BASED SYSTEM FOR LEAK DETECTION IN PIPES An innovative system, based on time-domain reflectometry (TDR), for leak detection in underground water and wastewater pipes has been developed and validated. The system, called S.I.M.P.Le. (acronym of “System for Identifying and Monitoring Pipe Leaks”) is currently being implemented in water pipe networks. This article focuses on the practical and operative aspects of the implementation of S.I.M.P.Le..

RIASSUNTO S.I.M.P.Le. (acronimo di System for Identifying and Monitoring Pipe Leaks) è il nuovo sistema ricerca-perdite che utilizza la riflettometria nel dominio del tempo per l’individuazione di perdite lungo condotte idriche o fognarie.

S.I.M.P.Le., poiché sfrutta un principio fisico completamente diverso rispetto ai metodi tradizionali, non risente dei tipici effetti che influenzano questi ultimi. Questo articolo descrive i principali aspetti relativi all’implementazione pratica del sistema.

LA RICERCA DI PERDITE OCCULTE IN CONDOTTE INTERRATE

La ricerca e localizzazione puntuale delle perdite idriche hanno un forte impatto tecnologico ed economico nel settore della distribuzione idrica. Tuttavia, i mezzi d’indagine che vengono adoperati tradizionalmente per la ricerca perdite in condotte interrate (tipicamente, sistemi elettro-acustici), per il principio stesso di funzionamento, presentano caratteristiche che ne limitano l’efficacia (p. es. difficoltà d’impiego in presenza di rumori acustici ambientali, scarsa applicabilità in impianti realizzati in materiale plastico, limiti d’impiego in condizioni di pressione media di esercizio in rete minore di 1,5 bar).

Proprio i limiti applicativi dei metodi tradizionali hanno motivato l’interesse verso la ricerca e lo sviluppo di sistemi ricerca-perdite alternativi, in grado di rendere più efficienti le campagne di ricerca-perdite. In questo contesto, attraverso un’intensa attività di ricerca e sperimentazione condotta nell’ambito di un progetto di ricerca svolto in collaborazione tra l’Università del

Salento e Acquedotto Pugliese spa (AQP) è stato sperimentato e messo a punto un innovativo sistema ricerca perdite a microonde basato sulla riflettometria nel dominio del tempo (time domain reflectometry, TDR), in grado di localizzare velocemente ed efficacemente le perdite su tratti di condotta interrata, lunghi anche diverse centinaia di metri. Questo sistema, denominato S.I.M.P.Le. (dall’acronimo del titolo del suddetto progetto di ricerca “System for Identifying and Monitoring Pipe Leaks” da cui è scaturito) sfrutta una tecnologia brevettata dalla società MoniTech srl, Spin Off dell’Università del Salento [1].

S.I.M.P.Le. è stato concepito per due scenari applicativi di ricerca perdite occulte in: 1) condotte idriche e fognarie di nuova posa in opera e realizzate in qualsiasi materiale [2]; 2) condotte idriche in materiale metallico, già esistenti [3].

In questo articolo saranno descritti i recenti sviluppi relativi all’implementazione pratica di S.I.M.P.Le. per il primo scenario applicativo e ai vantaggi

T_M

offerti da tale sistema, rispetto ai metodi tradizionali.

COME FUNZIONA S.I.M.P.Le.

S.I.M.P.Le. si compone di una parte relativa alla strumentazione elettronica (interamente contenuta in una valigetta portatile) e di una parte relativa agli equipaggiamenti di sensing.

Per implementare il sistema, in fase di posa in opera della nuova condotta, viene disposto un elemento sensibile, come schematizzato in Fig. 1. L’elemento sensibile interrato rimane accessibile dall’esterno grazie a un apposito elemento di connessione integrato all’elemento sensibile e alloggiato in un pozzetto di alloggiamento (o ispezione).

Per quanto riguarda la parte di strumentazione elettronica di S.I.M.P.Le., in pratica, l’apparato provvede a inviare un segnale elettromagnetico attraverso l’elemento sensibile e ad acquisirne ed elaborarne la “risposta”.

L’output “grezzo” di una misura (schematizzato in Fig. 1) è un riflettogramma, ovvero un grafico che fornisce il coefficiente di riflessione (sull’asse verticale) in funzione della distanza dal punto in cui si sta effettuando l’ispezione (asse orizzontale). In pratica, il riflettogramma sarà piatto se non ci sono perdite; viceversa, presenterà un minimo locale in corrispondenza di un punto di perdita. Attraverso un software appositamente sviluppato, è possibile 1

Dipartimento di Ingegneria dell’Innovazione – Università del Salento, Lecce e MoniTech srl, spin-off Università del Salento 2 Dipartimento di Ingegneria Elettrica e dell’Informazione – Politecnico di Bari 3 Acquedotto Pugliese spa, Bari andrea.cataldo@unisalento.it

N.

3/13 ƒ 207

N. 03ƒ ;2013

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GLI ALTRI TEMI

Figura 1 – Schematizzazione del sistema di misura S.I.M.P.Le. e dell’output di una misura

ricavare automaticamente la posizione della perdita.

IMPLEMENTAZIONE PRATICA DI S.I.M.P.Le.

Le fasi essenziali per implementare S.I.M.P.Le. in impianti di nuova installazione (sia idrici che fognari) possono essere riassunti come segue.

1. Stabilire, sulle planimetrie di progetto del nuovo impianto quali tratti di condotta dotati di elemento sensibile, la lunghezza di ogni singolo tratto e dove posizionare i pozzetti di alloggiamento. Questa fase è fondamentale per agevolare la successiva fase di ricerca perdite. Infatti, stabilendo la disposizione degli elementi sensibili, l’operatore, tramite il software di gestione in dotazione allo strumento di ricerca perdite, dispone di tutte le informazioni sull’identificazione e il posizionamento del tratto di rete da ispezionare. La Fig. 2 mostra un esempio di stralcio planimetrico di un progetto di nuova rete, in fase di esecuzione con AQP, in cui sono indicati i dati salienti per l’installazione degli equipaggiamenti sopra descritti.

2. Durante i lavori di posa in opera della condotta, installare gli elementi sensibili (esternamente alle condotte e senza alcun tipo d’intervento sulla condotta stessa). Tali elementi sensibili sono forniti all’installatore avvolti in matasse e tagliati su misura (secondo

Figura 2 – Esempio di uno stralcio di planimetria progettuale per la predisposizione del sistema S.I.M.P.Le.

Figura 3 – Predisposizione di S.I.M.P.Le. su una nuova condotta idrica: (a) particolare dell’installazione dell’elemento sensibile; (b) fase di rinterro e predisposizione del pozzetto di alloggiamento con l’elemento di connessione.

le specifiche progettuali), opportunamente assemblati, preliminarmente testati e già predisposti per il corretto funzionamento. L’operazione d’installazione (Fig. 3) è estremamente facile; infatti, è sufficiente “srotolare” il tratto di elemento sensibile lungo la condot-

ta, man mano che si procede con la posa in opera della tubazione.

Una volta installato l’elemento sensibile, quando si vuole ispezionare una condotta, è sufficiente collegare lo strumento di misura all’elemento di connessione ospitato nel pozzetto.

T_M ƒ 209

N. 03ƒ ; 2013

■

GLI ALTRI TEMI

ALCUNE NOTE OPERATIVE

gio delle perdite permanente, in tempo reale e completamente da S.I.M.P.Le. può essere impiegato sia remoto. su reti idriche complesse, sia su piccoli impianti domestici. Inoltre, S.I.M.P.Le. non è influenzato dal RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI rumore acustico ambientale, da condizioni di pressione idraulica, né tan- [1] A. Cataldo, G. Cannazza, E. De tomeno da fattori relativi alla geome- Benedetto, N. Giaquinto, “Riflettotria o materiale di realizzazione delle metria a microonde per l’individuacondotte. Tutto ciò lo rende più affida- zione di perdite in condotte idriche bile e di facile utilizzo rispetto a siste- interrate”, Tutto_Misure vol. XIV (2), mi tradizionali. pp. 121-124 (2012).

S.I.M.P.Le. è un sistema estremamen- [2] A. Cataldo, G. Cannazza, E. De te low-cost e a impatto economico Benedetto, N. Giaquinto, “A new praticamente irrilevante rispetto al method for detecting leaks in undercosto di realizzazione o sostituzione ground water pipelines”, IEEE Sensors di condotte. Anche per questi motivi, Journal, vol. 12, n. 6, pp. 1660molto probabilmente, S.I.M.P.Le. 1667, 2012. sarà a breve implementato da AQP [3] A. Cataldo, E. De Benedetto, G. su alcune reti idriche di nuova rea- Cannazza, M. Miraglia, D. Ancora, lizzazione.

N. Giaquinto, “Localization of leaks La Tab. 1 riassume i principali para- in buried pipes through microwave metri prestazionali di S.I.M.P.Le. reflectometry: A practical test case”, in Proceedings of the 2013 IEEE I2MTC International Instrumentation CONCLUSIONI and Measurement Conference, Minneapolis (MN) 6-9 maggio 2013, pp.

L’impiego di S.I.M.P.Le. potrebbe 603-608. rivoluzionare il concetto attuale di ricerca perdite.

Infatti, la predisposizione dell’elemento sensibile direttamente all’inAndrea Cataldo è terno dello scavo in fase di posa in ricercatore confermato opera della condotta, consente una nel settore delle Misure gestione futura delle perdite notevolElettriche ed Elettroniche mente semplificata, offrendo, al conpresso il Dipartimento di tempo, una soluzione univoca e Ingegneria dell’Innovadefinitiva alla problematica di ricerzione dell’Università del ca perdite sia nelle reti idriche che Salento. Le sue principali attività di in quelle fognarie. Infine, vale la ricerca riguardano le misure riflettopena di enfatizzare che S.I.M.P.Le. metriche a microonde, la caratterizzacostituisce un esempio d’innovazio- zione dielettrica di materiali, la diane in ottica “Smart Cities”; infatti, gnostica e il monitoraggio qualitativo questo sistema ha tutte le potenziali- e la caratterizzazione di sensori e dità per poter garantire il monitorag- spositivi.

Tabella 1 – Parametri pretazionali di S.I.M.P.Le.

Parametro Produttività Incertezza nella localizzazione della perdita

oltre 6 km/giorno 0,5 m

Personale richiesto

1 operatore

Tempo necessario per una misura

< 10 minuti

Lunghezza massima ispezionabile con una singola misura

T_M ƒ 210

Testato fino a 200 m

Giuseppe Cannazza è laureato in Fisica presso l’Università del Salento. Collabora con il laboratorio di Misure e Strumentazione del Dipartimento di Ingegneria dell’Innovazione dell’Università del Salento ed è amministratore delegato della società spin-off MoniTech srl.

Egidio De Benedetto Laureato in Ingegneria dei Materiali, è Dottore di Ricerca in Ingegneria dell’Informazione (misure elettriche ed elettroniche). È assegnista di ricerca presso il Dipartimento di Ingegneria delI’Innovazione dell’Università del Salento.

Nicola Giaquinto è Professore Associato di Misure Elettriche ed Elettroniche presso il Dipartimento di Ingegneria Elettrica e dell’Informazione del Politecnico di Bari. I suoi principali interessi di ricerca riguardano l’elaborazione numerica dei segnali per le misure e la sensoristica, i modelli matematici per le misure, l’affidabilità e la qualità, e le problematiche teoriche relative alla definizione e alla valutazione dell’incertezza di misura.

Marcello Miraglia si è laureato in Ingegneria Civile Idraulica presso il Politecnico di Bari, si è specializzato in Ingegneria Sanitaria e Ambientale presso il Politecnico di Napoli. Dal 1994 lavora per la società Acquedotto Pugliese SpA, dove attualmente, ricopre l’incarico di Responsabile dell’Area Materiali, Cartografia/SIT e Bilancio idrico nella Direzione Servizi Tecnici.

Danilo Ancora si è laureato in Ingegneria Idraulica-Civile presso l’Università degli Studi di Pisa, ha svolto attività di ricerca presso il CNR e attività di consulenza e didattica presso diverse aziende. Dal 1994 lavora per la società Acquedotto Pugliese SpA, per la quale, dal 2010, ricopre il ruolo di Dirigente responsabile dell’Unità Energia e Innovazione Tecnologica.

CAMPI E COMPATIBILITÀ ELETTROMAGNETICA

▲

LA COMPATIBILITÀ ELETTROMAGNETICA Carlo Carobbi 1, Alessio Bonci 1, Marco Cati 2

Strumentazione di base nelle misure di CEM Modello del circuito equivalente del generatore d’impulsi combinato 1,2/50 – 8/20 µs

EQUIVALENT CIRCUIT MODEL OF SURGE GENERATOR The values of the parameters of the equivalent circuit model of the combination wave (surge) generator, which appears in the international standard IEC 61000-4-5, are here derived so that open-circuit voltage and short-circuit current exactly meet the standard waveform requirements in terms of peak amplitude, front-time and duration. The time-domain expressions of the opencircuit voltage and short-circuit waveforms are obtained in closed form.

RIASSUNTO In questo articolo vengono derivati i valori dei parametri del modello del circuito equivalente del generatore d’impulsi combinato (surge), descritto nella norma internazionale IEC 61000-4-5, in modo che la forma d’onda della tensione a circuito aperto e della corrente di cortocircuito rispecchino esattamente i requisiti della normativa in termini di ampiezza, front-time e durata. Le espressioni delle forme d’onda della tensione a circuito aperto e della corrente di cortocircuito nel dominio del tempo e dei parametri del circuito sono ottenuti in forma chiusa.

INTRODUZIONE

I software di simulazione circuitale (p.es. spice®) rivestono un ruolo sempre più importante nello sviluppo e nella progettazione di schede elettroniche complesse. Nei reparti di Ricerca & Sviluppo di aziende elettroniche e all’interno di Laboratori Universitari è infatti ormai consolidato da tempo l’impiego di software dedicati per studiare il comportamento intenzionale (cioè di progetto) sia dal punto di vista analogico sia da quello digitale volto a identificare possibili problematiche di trattamento e d’integrità di segnale (signal integrity). Parallelamente, da qualche anno a questa parte, si sta sempre più diffondendo l’idea d’impiegare software di simulazione circuitale anche per prevedere possibili effetti dovuti a situazioni e/o comportamenti non intenzionali: si pensi ad esempio all’effetto della fulminazione sui singoli componenti di una scheda elettronica oppure allo studio dell’efficacia di circuiti di filtraggio e protezione rispetto a possibili sovratensioni sulla rete di alimentazione. La corretta modellazione della forma

durata della corrente di cortocircuito ai terminali del generatore d’impulsi combinati) è utilizzato per testare le porte destinate al collegamento con le linee di comunicazione simmetriche esterne, mentre il generatore d’impulsi combinati 1,2/50 – 8/20 µs è utilizzato in tutti gli altri casi e, in particolare, per le porte di alimentazione elettrica. In questo articolo tratteremo il generatore d’impulsi combinati 1,2/50 – 8/20 µs.

IL GENERATORE DI SURGE 1,2/50 – 8/20 µS

Il modello semplificato del generatore d’impulsi combinati 1,2/50 – 8/20 µs, descritto nell’edizione 1 [1], nell’edizione 2 [2] e nell’edizione 3 [3] (bozza) della norma IEC 61000-4-5 è riportato in Fig. 1. In questo schema sono inclusi i componenti essenziali per riprodurre le forme d’onda della tensione di circuito aperto e della corrente di cortocircuito ai terminali del generatore di surge in modo da rispettare le caratteristiche specificate dalla normativa sopra citata. Tali caratteristiche sono riportate nella Tab. 1 e nella Fig. 2.

d’onda di stimolo in termini di equivalente circuitale assume quindi un ruolo essenziale.

Dal punto di vista della Compatibilità Elettromagnetica (CEM) la norma internazionale IEC 61000-4-5 definisce i metodi e i livelli di prova per simulare: a) transitori ad alta energia sulle reti di alimentazioni, p.es. dovuti a commutazioni di banchi di condensatori oppure a variazioni improvvise di carichi oppure a correnti di guasto sul sistema di terra, e b) sovratensioni e/o sovracorrenti, p.es. dovute alla corrente indotta da fulminazione diretta o indiretta. La stessa norma specifica due tipi di generatori d’impulsi combinati (surge) per simulare questa tipologia di fenomeni. Ognuno presenta particolari caratteristiche a 1 Università di Firenze, Dipartimento seconda del tipo di porta del disposidi Ingegneria dell’Informazione tivo da testare: il generatore d’impulsi 2 Esaote spa, Reparto Ricerca & combinati 10/700 – 5/320 µs (NdA: la prima coppia di numeri si riferisce Sviluppo, Firenze alle caratteristiche in termini di front- marco.cati@esaote.com time e durata della tensione di circui- Estratto e adattato per Tutto_Misure da: Carlo to aperto ai terminali del generatore F.M. Carobbi, A. Bonci “Elementary and Ideal Equivalent Circuit Model of the d’impulsi combinati mentre la secon- 1,2/50 – 8/20 µs Combination Wave da coppia di numeri si riferisce alle Generator”, in corso di pubblicazione caratteristiche in termini di front-time e su IEEE EMC MAGAZINE

T_M

N.

T_M 3/1 3 ƒ 211

N. 03ƒ ; 2013

Tabella 1 – Parametri delle forme d’onda standard di surge IEC 61000-4-5 Ed. 1 e 2 (da [1] e [2])

Forma d’onda Circuito aperto Cortocircuito

Ampiezza di picco (Vp o Ip)

Front-time Tfi

0,5-1-2-4 kV ± 10%

1,2 µs ± 30%

50 µs ± 20%

0,25-0,5-1-2 kA ± 10%

8 µs ± 20%

20 µs ± 20%

Figura 1 – Circuito equivalente standard del generatore di surge 1,2/50 – 8/20 µs

Figura 2 – Forma d’onda tipica della corrente di cortocircuito 8/20 µs del generatore di surge

T_M ƒ 212

Durata Tdi

La norma non specifica né vincola i valori dei parametri dei componenti, in modo da lasciare piena libertà ai produttori dei generatori affinché possano identificare e scegliere i valori ottimali adatti a raggiungere i requisiti imposti dallo standard. Nel seguito vengono ricavati in forma chiusa le espressioni e i valori dei componenti (C, L, R1, R2, R3, tensione di carica E del condensatore C) del circuito base di Fig. 1 in modo che le forme d’onda della tensione a circuito aperto e della corrente di cortocircuito rispecchino esattamente i requisiti della norma IEC 61000-4-5 in termini di ampiezza, front-time e durata. In letteratura sono stati effettuati molteplici tentativi in questo senso (p. es. [4] e [5]) ma il risultato non è soddisfacente in quanto le forme d’onda corrispondenti non rispettano le tolleranze previste dalla Tab. 1. Vogliamo qui ribadire che la

determinazione dei parametri dei componenti del circuito di base di Fig. 1 non deve essere intesa come “criterio di progetto” del generatore di surge: come ricordato infatti, ciascun produttore ha la libertà di soddisfare ai requisiti della Tab. 1 seguendo tecniche e strategie di progetto proprie, basate sull’esperienza personale e, al limite, anche sull’impiego di un circuito differente.

ANALISI CIRCUITALE

L’analisi circuitale qui descritta utilizza la classica teoria dei circuiti che permette una diretta interpretazione fisica dei risultati. In questa sezione si procede con l’analisi del circuito base in termini di tensione di circuito aperto e di corrente di cortocircuito ai terminali del generatore di surge. Nella sezione successiva verranno esplicita-

N. 03ƒ ;2013 ti i metodi di calcolo dei parametri circuitali. Sia in questa, sia nella successiva sezione si assume che i requisiti delle forme d’onda siano espressi in termini dei parametri riportati in Tab. 1, nominalmente valore di picco (Vp, Ip), front-time (Tfv, Tfi) e durata (Tdv, Tdi) rispettivamente per la tensione a vuoto e la corrente di cortocircuito ai terminali del generatore di surge.

Tensione di circuito aperto Utilizzando la teoria delle reti, la trasformata di Laplace V(s) della tensione di uscita a vuoto v(t) ai terminali del generatore di surge è data dalla relazione: V (s ) =

R3 L  R + R3 1  R1 + R 2 + R 3 s2 + s 2 + + L R1C  R1LC  E ⋅

(1)

Dove con s è stata indicata la variabile complessa (s=jω) ed con E la tensione iniziale ai capi del condensatore C. L’espressione (1) può essere riscritta in forma più compatta: R3 L V (s ) = 2 s + s ( α + β ) + αβ E ⋅

dove: R2 + R3 1 + L R1C R1 + R 2 + R 3 αβ = R1LC α+β =

(2)

R3 L ( e − αt pe − e − βt pe ) VP = β−α

e:

E ⋅

(6)

y ( x ) = e −x − e α

x

(7) Con riferimento all’espressione (7), attraverso una computazione numerica, è possibile determinare il rapporto β/α affinché il rapporto tra durata e front-time raggiunga quello dell’impulso standard 50/1,2 (circa 41,7).

Tale valore risulta: β/α≈168.

Noto il valore di β/α, il valore di α è calcolato così che Tdv sia uguale a 50 µs e, corrispondentemente, si abbia un front-time Tfv di 1,2 µs. Procedendo in questa maniera si ottiene α–1=68,2 µs e conseguentemente β–1=0,406 µs. I valori di α e β così determinati fanno sì che la forma d’onda del termine di destra della risponda esattamente alle tempistiche standard per la tensione a circuito aperto (Tab. I). L’ampiezza è infine scalata secondo la (6).

E L I (s ) =  R 1  R1 + R 2 s2 + s 2 + + R1C  LCR1  L

(8) Applicando l’antitrasformata di Laplace, l’espressione (2) può essere riscritta nel dominio del tempo (si omette per brevità la funzione gradino unita- L’espressione (8) può essere riscritta in forma più compatta: rio) come: R3 L ( e − αt − e − βt ) V (t ) = β−α

(4)

ω n = ω 0 1− ( 1/ 2Q ) 2

(11)

Applicando l’anti–trasformata di LaSi consideri adesso l’espressione tra place, l’espressione (9) può essere parentesi della (4). Ponendo x=α⋅t la riscritta nel dominio del tempo (si stessa espressione diventa: omette per brevità la funzione gradino unitario) come: β

Corrente di cortocircuito Utilizzando la teoria delle reti, la trasformata di Laplace I(s) della corrente di cortocircuito i(t) ai terminali del genera(3) tore di surge è data dalla relazione:

E ⋅

▲

CAMPI E COMPATIBILITÀ ELETTROMAGNETICA

E L I( s ) = 2 ω0   2 s +   + ωn  2Q 

La tensione a circuito aperto v(t) è un doppio esponenziale con costante di dove: tempo α–1 e β–1 e raggiunge il suo picco all’istante temporale: R + R2 ω 20 = 1 ln( β / α ) LCR1 t pe = (5) ω 0 R2 1 β−α = + Q L R1C dove la tensione di picco risulta:

(9)

(10)

i( t ) =

ω

E − 2Q0 t e sin( ω nt ) ω nL

(12)

La corrente di cortocircuito i(t) è una sinusoide smorzata e raggiunge il suo picco all’istante temporale: t ps =

1 arc tan  ( 2Q ) 2 − 1 ωn

(13)

dove la corrente di picco risulta: lP =

ω

E − 2Q0 t ps e ω 0L

(14)

Ponendo z=ω0⋅t nell’espressione (12), attraverso una computazione numerica, è possibile determinare il valore di Q in modo che il rapporto tra durata e fronttime dell’espressione exp[–z/(2⋅Q)] ⋅sin√{1–[1/(2⋅Q)]^2)⋅z} sia pari 20/8 (2,5). Tale valore risulta Q=1,46. Noto il valore di Q è possibile calcolare ω0 così che la durata Tdi sia uguale a 20 µs; in particolare si ottiene fo=ω0/2π=20,03 kHz. Per lo stesso valore di ω0 (e di Q) si ottiene, ovviamente, un front-time Tfi pari a 8 µs. È opportuno sottolineare che la forma d’onda della corrente di cortocircuito (sinusoide smorzata) che concorda con i requisiti dello standard non può essere ottenuta con solo poli reali (α e β come in (2)). È facile vedere infatti che il rapporto fra durata e front-time diminuisce quando la differenza β–α tende a zero, raggiungendo un valore di 3,80>2,5 quando β=α. Un’ulteriore diminuzione del rapporto durata su front-time è necessaria e questo si ottiene inevitabilmente quando i poli passano da reali a complessi coniugati. Infine si vuole far osservare che la massima sotto-elongazione (undershoot) è data dall’espressione exp(–π/2Q)=0,34 (34%). La massima sotto-elongazione prevista dalla normativa [1-3] è di 0,30 (30%).

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VALORI DEI PARAMETRI CIRCUITALI

Ai fini dell’implementazione di un modello circuitale in ambiente spice® è necessario determinare i valori dei parametri circuitali C, L, R1, R2 e R3. Il valore della tensione E è un parametro di scala, facilmente aggiustabile alla fine dell’analisi in questa sezione.

Sei equazioni sono state precedentemente identificate: (3), (6), (10) e (14). La tensione di picco Vp e la corrente di picco Ip non sono indipendenti dato che, per il generatore d’impulsi combinati 1,2/50 – 8/20 µs risulta Vp=R⋅Ip, dove R=2 Ω. Quindi combinando la (6) e la (14) si ottiene: R=

Vp Ip

=

ω0 t ps ω0 − αt − βt ( e pe − e pe )e 2Q R3 β −α

(15)

Pertanto il valore di R3 è subito ottenuto dalla (15) come: R3 =

( β − α )e

ω 0( e

− αt pe

−

ω0 2Q

−e

)

R

(16)

Per quanto ricavato nella sezione precedente risulta R3=26,1 Ω. I rimanenti quattro parametri circuitali sono calcolati risolvendo il seguente sistema di equazioni non lineari: R2 + R3  1 + =0  −α − β + L R1C  R1 + R2 + R3   −αβ + LCR1  + R R2  −ω 02 + 1 =0  LCR1  ω R 1 − 0 + 2 + =0 Q L R 1C 

(17)

Il sistema, sebbene non lineare, può essere risolto in forma chiusa: L =

R3 α + β − ω0 / Q

ω  αβ − ω 02 R2 =  0 − L  Q α + β − ω0 / Q  R1 =

“Time-Domain Characterization of the (21) Surge, EFT/Burst and ESD Measurement Systems”, IEEE Transactions on InstruSostituendo i valori numerici di α, β, mentation and Measurement, in print. ωo, e Q ricavati nella sezione prece- 8. Carlo F.M. Carobbi, “Measurement dente nelle equazioni dalla (18) alla Error of the Standard Unidirectional (21) si ottiene C=5,93 µF, L=10,9 µH, Impulse Waveforms Due to the Limited R1=20,2 Ω, R2=0,814 Ω. Infine, la Bandwidth of the Measuring System”, tensione iniziale di carica E del con- IEEE Transactions on Electromagnetic densatore è ottenuta dalla (6) impo- Compatibility, in print. nendo il valore desiderato della tenCarlo Carobbi si è lausione di picco Vp. Ad esempio per reato con lode in IngegneVp=1.000 V si ha un corrispondente ria Elettronica nel 1994 valore pari a E=1.060 V. Per lo stesso presso l’Università di Firenvalore di E dalla si ottiene una corze. Dal 2000 è Dottore di rente di picco di cortocircuito Ip=500 A Ricerca in Telematica. Dal come richiesto dallo standard. I valori 2001 è ricercatore presso il Dipartimento dei parametri circuitali possono essere di Elettronica e Telecomunicazioni delutilizzati per effettuare predizioni e l’Università di Firenze dove è docente di simulazioni circuitali sia in ambito di Misure Elettroniche e di Compatibilità testing ([4], [5] e [6]) sia in ambito di Elettromagnetica. Collabora come ispettocalibrazione ([7], [8]). re tecnico con l’ente unico di accreditaC =

1 α + β − ω0 / Q R1 αβ − ω 20

RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI

t ps

− βt pe

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■

CAMPI E COMPATIBILITÀ ELETTROMAGNETICA

ω 20 R3 − R2 αβ − ω 20

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(18)

(19)

(20)

1. Electromagnetic compatibility (EMC) – Part 4-5: Testing and measurement techniques – Surge immunity test, IEC 61000-4-5, Ed. 1.1, 2001-04.

2. Electromagnetic compatibility (EMC) – Part 4-5: Testing and measurement techniques – Surge immunity test, IEC 61000-4-5, Ed. 2.0, 2005-11.

3. IEC 77B/685/CDV, Project number IEC 61000-4-5 Ed. 3.0.

4. X. Pan, T. Rinkleff, B. Willmann and R. Vick, “PSpice Simulation of Surge Testing for Electrical Vehicles”, in Proc.

2012 Intern. Symp. on Electromagnetic Compatibility (EMC Europe), pp. 1-6, Rome, Italy, Sep. 17-21, 2012.

5. Jinliang He et alii, “Evaluation of the Effective Protection Distance of Low-Voltage SPD to Equipment”, IEEE Transactions on Power Delivery, vol.

20, no. 1, pp. 123-130, Jan. 2005.

6. N.K. Medora and A. Kuskp, “An Enhanced Computer Simulation Model of the IEEE Std C62.41.22002 Surge Generator for Simulated Surge Testing of Electrical Systems”, in Proc. 2007 IEEE Symp. on Product Compliance Engineering, pp. 1-8, Longmont, (CO), Oct. 22-24, 2007.

7. Carlo F.M. Carobbi, Alessio Bonci, Marco Stellini and Michele Borsero,

mento Accredia. È presidente del SC 210/77B (Compatibilità Elettromagnetica, Fenomeni in alta frequenza) del CEI. Marco Cati si è laureato con lode ed encomio solenne in Ingegneria Elettronica all’Università di Firenze nel 2001. Dal 2005 è Dottore di Ricerca in Ingegneria dell’Affidabilità, Manutenzione e Logistica. Dal 2005 fa parte del reparto R&S di Esaote dove è responsabile delle verifiche di Compatibilità Elettromagnetica su dispositivi ecografici. Collabora come ispettore tecnico con l’ente unico di accreditamento Accredia. Svolge attività di consulente nel campo della compatibilità elettromagnetica e della sicurezza elettrica.

Alessio Bonci si è laureato in Ingegneria delle Telecomunicazioni presso l’Università di Firenze nel 1999. Lo stesso anno è passato a Magnetek spa, dove è stato coinvolto nel progetto e sviluppo di alimentatori a commutazione.

Dal 2002 è insegnante del corso di sistemi elettrici presso lo “Istituto Professionale Statale Francesco Buitoni” di Sansepolcro. Attualmente svolge il Dottorato di Ricerca in Ingegneria Industriale e dell’Affidabilità presso l’Università di Firenze.

VISIONE ARTIFICIALE

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A cura di Giovanna Sansoni (giovanna.sansoni@ing.unibs.it)

Imaging multispettrale per applicazioni in “life sciences”

ABSTRACT The section on Artificial Vision is intended to be a “forum” for Tutto_Misure readers who wish to explore the world of components, systems, solutions for industrial vision and their applications (automation, robotics, food&beverage, quality control, biomedical). Write to Giovanna Sansoni and stimulate discussion on your favorite topics.

RIASSUNTO La rubrica sulla visione artificiale vuole essere un “forum” per tutti i lettori della rivista Tutto_Misure interessata a componenti, sistemi, soluzioni per la visione artificiale in tutti i settori applicativi (automazione, robotica, agroalimentare, controllo di qualità, biomedicale). Scrivete alla Prof. Sansoni e sottoponetele argomenti e stimoli.

I sistemi di visione sono ormai diventati di utilizzo comune in molte applicazioni d’ispezione industriale. Oggigiorno, avendo una solida conoscenza del problema da risolvere, gli integratori di sistemi possono scegliere fra una moltitudine di telecamere, interfacce, sistemi d’illuminazione e software proposti da centinaia di venditori [1].

La maggioranza delle telecamere progettate per applicazioni di machine-vision opera nell’intervallo della radiazione elettromagnetica nel visibile, compreso fra 390 e 750 nm: sfruttando la grande varietà di sensori CCD e CMOS che operano in questo spettro, molte aziende produttrici forniscono una grande varietà di telecamere con risoluzioni, formati, capacità computazionali e interfacce diverse, in modo da coprire un ampissimo spettro di applicazioni.

Nonostante questo, esistono specifiche aree applicative che non possono essere affrontate utilizzando lunghezze d’onda nel visibile. Esse includono, ad esempio, l’area delle applicazioni medicali, l’agroalimen-

tare, il monitoraggio ambientale, le applicazioni correlate alla difesa, cioè quell’insieme di applicazioni che vengono identificate mediante il termine “life sciences”. È noto ai più che i programmi di finanziamento alla ricerca (sia in Europa sia negli Stati Uniti) degli ultimi anni hanno avuto un marcato focus su questi temi: questo trend risulterà ulteriormente potenziato nei prossimi bandi, e interesserà sia i comparti produttivi sia quelli dedicati alla ricerca e alla formazione. Inoltre va osservato che le tecnologie di visione, sviluppate a partire dagli anni ’80 per applicazioni di controllo e misura tipiche dell’industria manifatturiera, metallurgica e meccanica, hanno raggiunto una maturità tale da rendere ovvio il loro “travaso” in ambiti applicativi diversi, quali appunto quelli sopra citati.

Negli ultimi anni i produttori di componenti per visione industriale hanno quindi investito nello sviluppo di sensori e telecamere sensibili all’ultravioletto (telecamere UV), all’infrarosso (telecamere IR), al vicino infrarosso (telecamere NIR), e hanno reso le telecamere operanti nel visibile maggiormente selettive nel discriminare il colore. La disponibilità

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di questi dispositivi ha permesso di sviluppare tecnologie di visione denominate “multispectral imaging”, nelle quali l’approccio risolutivo al problema si basa sull’utilizzo (anche combinato) di dispositivi che operano in porzioni diverse dello spettro.

Quello che segue è la descrizione forzatamente breve e incompleta di alcuni problemi applicativi tipici dell’ambito Life Science, che hanno trovato soluzioni brillanti utilizzando Imaging multispettrale.

I primi due esempi si riferiscono all’utilizzo di telecamere UV per applicazioni di sicurezza e medicali. Il primo riguarda un sistema prodotto da Delta Commercial Vision per la localizzazione di armi da fuoco. Il sistema è stato sviluppato per acquisire l’immagine di sparo prodotta da un fucile AK-47, in modo da identificare la posizione dell’arma. Il sistema utilizza un fotomoltiplicatore UV connesso mediante fibra ottica a una telecamera CMOS utilizzante un protocollo Camera Link, che consente una frequenza di acquisizione compresa fra 40 e 120 frame/s. Il sistema è reso insensibile alla luce diurna utilizzando un filtro che blocca le lunghezze d’onda fra 300 e 700 nm. In questo modo è possibile ottenere immagini con un ottimo rapporto segnale-disturbo, in cui è ben visibile il flash legato allo sparo. La ricognizione di uno spazio ampio è ottenuta ridondando le telecamere e posizionandole secondo una geometria opportuna [2].

Il secondo esempio si riferisce a un prototipo sviluppato dalla Clariton, uno spin-off dell’Università di Budapest, pensato per assistere il personale medico nella fase di controllo del livello di pulizia delle mani, prima dell’ingresso in sala operatoria. Le mani, dopo essere state

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lavate utilizzando un apposito sapone riflettente nell’UV, vengono illuminate da luce UV e acquisite da una telecamera digitale. L’elaborazione dell’immagine consente di fornire l’informazione relativa alla presenza di zone non correttamente lavate, ove cioè il sapone non è stato applicato.

Il terzo esempio riguarda un’applicazione d’imaging multispettrale per il controllo di qualità nell’orticoltura [4]. Il problema è controllare la fase di germinazione dei semi, e valutare lo stadio di formazione delle radici, dello stelo e delle foglie, in modo da sostituire l’operatore umano nella cernita dei germogli, necessaria a garantire la qualità delle piante. La Coleman Technologies ha sviluppato un sistema che utilizza telecamere lineari a colori (Teledyne DALSA) per il controllo della qualità del germoglio. Le immagini prodotte utilizzano lo standard HSL (Hue, Saturation, Lightness): di ciascuna immagine vengono estratti e analizzati separatamente i canali H, S, L, che forniscono informazioni fra loro indipendenti relative alla qualità del seme, delle radici e del gambo; l’elaborazione si basa sulla valutazione dell’istogramma di ciascuna immagine, e su un algoritmo di classificazione dedicato.

Questo approccio è ulteriormente rinforzato dalla misura del contenuto di clorofilla e dal rilievo 3D di ciascun germoglio. Poiché la clorofilla ha un picco di emissione a 680 nm se eccitata a 650 nm, un laser a 650 nm illumina il germoglio e la luce emessa dalle molecole di clorofilla viene acquisita da una telecamera ace-2040-180gm, che opera nel visibile. Per eliminare l’influenza della luce laser è utilizzato un filtro passa-alto a 662 nm: l’informazione residua è quindi correlata alla presenza di clorofilla, e permette di controllare lo sviluppo del fogliame.

Il sistema sfrutta la luce del laser anche come sorgente d’illuminazione in un dispositivo a triangolazione per il rilievo 3D: la tecnica è nota, e prevede la proiezione di luce strutturata [5].

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VISIONE ARTIFICIALE

Il quarto esempio si riferisce all’utilizzo di telecamere nel vicino infrarosso in un sistema di eye tracking per persone disabili [6]. Il dispositivo, prodotto dalla LC Technologies, consente a persone affette da disabilità gravi, che impediscono completamente le abilità di parola, di scrittura e di movimento, di rimanere in comunicazione con il mondo. Il sistema è basato su una telecamera Guppy F-038, prodotta da Allied Vision Technologies, e su un tablet PC. La telecamera è munita di un sensore CCD potenziato nello spettro del vicino infrarosso, per migliorarne le prestazioni anche in condizioni di scarsa illuminazione.

Essa inoltre incorpora, in corrispondenza al centro della lente, una sorgente LED nell’Infrarosso, che illumina l’occhio del paziente. La luce riflessa dalla cornea è acquisita alla frequenza di 60 frame/s per catturare i movimenti dell’occhio. Da questa informazione, e utilizzando opportuna trigonometria, il software di tracking è in grado di stimare la direzione dello sguardo sul tablet. Su di esso è visualizzata una griglia regolare, le cui singole maglie, se ‘premute’, consentono l’attivazione di specifici menù. La pressione si attua in corrispondenza al permanere dello sguardo per un determinato intervallo temporale. In questo modo, l’utente può fare una vasta gamma di azioni, fra cui sintetizzare il suono, e controllare l’ambiente in cui si trova.

L’ultimo esempio si riferisce all’utilizzo di una telecamera IR per il controllo della fermentazione dei rifiuti biologici. Inutile sottolineare l’importanza dell’applicazione: tutti sappiamo, poiché la raccolta differenziata è diventata una prassi comune, che sempre più troviamo prodotti ottenuti da processi di riciclaggio, e che il trend verso forme di energia verde è sempre più marcato (finalmente!). Affinché i rifiuti organici diventino compost, devono fermentare per settimane in appositi hangar. Durante il processo di fermentazione la temperatura raggiunge i 60° e in questo modo neutralizza le cariche batteriche. È essenziale quindi che tutte le cataste di rifiuti siano sottoposte alla stessa

temperatura: per fare questo ogni catasta deve essere girata regolarmente.

La Società Olandese Orgaworld ha individuato nell’utilizzo di una telecamera IR prodotta da FLIR Systems la soluzione al problema [7]: la telecamera è montata sul mezzo utilizzato per girare le cataste. Essa fornisce l’immagine termica della catasta inquadrata all’operatore, consentendogli di assicurare che la catasta sia girata in modo corretto.

Da quanto riportato fin qui è ragionevole dedurre che l’approccio basato sul multispectral imaging sia destinato ad ampliarsi, e che, come nel caso citato nel terzo esempio, il trend sia nella direzione di combinare in uno stesso sistema diversi tipi di sensori, operanti a diverse lunghezze d’onda: questo ha già spinto alcuni costruttori a commercializzare dispositivi che incorporano due o tre diverse tecnologie di rivelazione nelle proprie telecamere, con un significativo incremento nei costi. Come per la tecnologia di visione consolidata, si tratterà d’investire in ricerca e sviluppo.

RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI

[1] Buyer’s Guide, Vision System Design, Marzo 2013.

[2] A. Wilson, “Enahanced cameras detect targets in the UV spectrum”, Vision Systems Design, pp. 13-14, Novembre 2012.

[3] “Vision System spots dirty hands”, Vision Systems Design, pp. 9, Maggio 2012.

[4] P. Falkenstein, “Mutispectral imaging plants roots in quality control”, Vision Systems Design, pp. 23-25, Dicembre 2012.

[5] G. Sansoni, M. Trebeschi, F. Docchio, “State-of-The-Art and Applications of 3D Imaging Sensors in Industry, Cultural Heritage, Medicine, and Criminal Investigation”, Sensors, 2009, Vol. 9, N.1, pp. 568-601.

[6] “Disabled users navigate daily routines with eye tracker”, Vision Systems Design, pp. 7, Maggio 2013.

[7] www.orgaworld.nl

I SERIALI MISURE E FIDATEZZA

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MISURE E FIDATEZZA M. Catelani 1, L. Ciani 1, L. Cristaldi 2, M. Lazzaroni 3

Fidatezza: considerazioni generali e un approccio alla valutazione

DEPENDABILITY: GENERAL CONSIDERATIONS AND APPROACH TO EVALUATION The paper focuses on the dependability concept and the related terms – reliability, maintainability and logistic support to maintainability. After some criteria on the basis of which the dependability analysis can be implemented, a brief overview of the most important techniques is also given.

RIASSUNTO Il lavoro focalizza l’attenzione sul concetto di Fidatezza (dependability), ovvero sull’insieme delle proprietà che descrivono la disponibilità e i fattori – affidabilità, manutenibilità e logistica della manutenzione – che la condizionano. Vengono anche presentati i criteri in base ai quali l’analisi di fidatezza può essere condotta su un sistema ed è riportata una panoramica, in termini volutamente generali, delle diverse metodologie.

INTRODUZIONE

dable” è necessario ricorrere a metodologie che consentono una corretta individuazione delle cause di malfunzionamento, ma anche la possibilità di rimuovere gli effetti che tali cause inducono sul corretto funzionamento del sistema riportando nel progetto le azioni correttive individuate.

Occorre tuttavia sottolineare che in molte situazioni, a causa della complessità del sistema oggetto di studio (hardware, software, ecc.) e l’impiego combinato di tecnologie diverse (elettronica, meccanica, ecc.), il ricorso a un’unica tecnica di analisi della fidatezza potrebbe risultare non sufficiente o esaustivo per la molteplicità delle informazioni che occorre necessariamente prendere in considerazione.

Il presente lavoro presenta un approccio base all’analisi della fidatezza di sistema e riporta, in termini generali, le caratteristiche di alcune delle più importanti e ricorrenti tecniche usate in ambito industriale. Tali tecniche saranno trattate in maniera più approfondita in lavori successivi.

Il lavoro pubblicato nel numero precedente [1] ha introdotto il concetto di manutenzione e trattato i sistemi riparabili. Dato un sistema, si è visto come la prestazione di Disponibilità (Availability), la cui definizione è riportata in [2], consideri aspetti riconducibili sia all’affidabilità (Reliability) che alla manutenibilità (Maintainability) di tale sistema, ovvero alla possibilità di “ripristinare la funzione svolta” dopo l’eventuale insorgenza di un guasto o di un malfunzionamento.

Altro termine comunemente usato in ambito tecnico, da non confondere con quanto richiamato in precedenza, è quello di Fidatezza (Dependability) di cui riportiamo, per comodità, la definizione già presente in [2]: insieme delle proprietà che descrivono la disponibilità e i fattori che la condizionano, cioè affidabilità, manutenibilità e logistica della manutenzione.

In altre parole, Dependability rappresenta una valutazione del “livello di fiducia” riferita al corretto funzionamento del sistema, valutazione che in alcuni contesti tecnologici può tener conto anche d’informazioni relative alla valuta- APPROCCIO BASE zione del rischio e alla sicurezza.

ALLO STUDIO DELLA FIDATEZZA Appare quindi evidente che per progettare e realizzare sistemi “depen- Analogamente a quanto fatto per la

valutazione delle prestazioni di affidabilità di sistema [3], anche in questo caso occorre conoscere l’architettura e la tecnologia del dispositivo oggetto di studio. Serve quindi suddividere, secondo criteri specificati, i requisiti quantitativi e qualitativi delle prestazioni del sistema tra i sotto-elementi che lo costituiscono. In Fig. 1 è riportata una tipica scomposizione “in livelli gerarchici”, dall’alto verso il basso, in cui il livello superiore è costituito dai sotto-sistemi mentre quello inferiore dai componenti.

Indipendentemente dalla complessità e tecnologia realizzativa del sistema, lo studio della fidatezza può essere riassunto nei seguenti passi.

Passo 1 – Si definisce il sistema da analizzare e lo si scompone in livelli gerarchici secondo, ad esempio, lo schema riportato in Fig. 1. Occorre definire le prestazioni di ogni sottosistema/elemento in termini di affida-

Figura 1 – Ripartizione del sistema

1

Università degli Studi di Firenze Politecnico di Milano 3 Università degli Studi di Milano marcantonio.catelani@unifi.it lorenzo.ciani@unifi.it loredana.cristaldi@polimi.it massimo.lazzaroni@unimi.it 2

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bilità, manutenibilità, disponibilità, ecc., sia attese che, eventualmente, calcolate. Come evidenziato più volte, si ricorda che qualunque valutazione e calcolo non può prescindere dalle conoscenze della tecnologia e delle condizioni d’impiego del sistema.

Passo 2 – Nota l’architettura del sistema, occorre definire le condizioni di avaria, di guasto e di malfunzionamento, soprattutto in termini d’impatto sul corretto funzionamento.

Si definiscono i metodi di diagnosi, se previsti. Dev’essere presa in considerazione anche la prestazione del software.

Passo 3 – Quando è richiesta una valutazione numerica, come ad esempio il calcolo di MTBF o disponibilità asintotica, una valutazione di rischio, ecc., occorre prendere in considerazione anche le relazioni di legame tra sotto-sistemi ed elementi: si pensi ad esempio alle configurazioni funzionali serie, parallelo, k-oo-n, già trattate in articoli precedenti e in [3].

Passo 4 – Si seleziona la tecnica di analisi, ricordando quanto affermato nell’introduzione a proposito della frequente necessità dell’impiego congiunto di più tecniche. A questo proposito è ricorrente in letteratura la seguente distinzione: 4.1) Analisi qualitativa – Può essere condotta in maniera induttiva (ne è un esempio la tecnica FMEA/ FMECA, analisi dei modi di guasto ed effetti/criticità relativi) o in maniera deduttiva (come ad esempio la metodologia FTA, analisi ad albero delle avarie) attraverso la costruzione di tabelle (FMEA/FMECA) o grafi (FTA). Tali analisi servono per analizzare la struttura funzionale del sistema, i modi e le cause di guasto con i relativi effetti, la diagnosticabilità di sistema/elemento, costruire modelli di fidatezza e/o di affidabilità, determinare le possibili strategie di manutenzione e di riparazione, ecc..

4.2) Analisi quantitativa – Rientrano in questa classificazione i metodi analitici e di simulazione degli eventi come ad esempio le tecniche markoviane (MA, analisi di Markov).

L’applicazione di queste tecniche richiede i dati di affidabilità dell’elemento (per es. il tasso di guasto), la conoscenza dei modelli matematici di affidabilità e/o disponibilità, le analisi di sensitività e criticità del componente, la valutazione d’incremento di affidabilità delle strutture ridondanti, ecc.

Di fatto, sebbene in letteratura e nei riferimenti normativi sia prevista la classificazione appena menzionata, è doveroso precisare che anche l’analisi qualitativa si avvale d’informazioni quantitative, come sarà chiaro nei lavori che seguiranno.

Passo 5 – La fase finale, scopo primario di uno studio di fidatezza, è il confronto delle informazioni ottenute con i requisiti di progetto. Preme ricordare, a questo proposito, che tale studio non deve essere effettuato a progettazione ultimata, come purtroppo spesso accade, ma in maniera preventiva al fine di apportare le necessarie modifiche al sistema. Le azioni potrebbero riguardare, ad esempio, i seguenti aspetti: a) individuare i punti critici (sottosistema/elemento) del sistema sulla base di valutazioni oggettive. Dal punto di vista operativo può accadere che un elemento presenti un elevato tasso di guasto la cui conoscenza può comportare specifiche azioni di manutenzione; altro esempio potrebbe riguardare l’individuazione di particolari modi e meccanismi di guasto a fronte dei quali prevedere adeguati sistemi di diagnostica, soprattutto nel caso in cui si possono innescare situazioni di rischio o siano compromessi i requisiti di sicurezza. b) Sviluppare metodi d’incremento della fidatezza (dependability growth): tra questi rientrano le tecniche di ripartizione della ridondanza, il controllo delle prestazioni, la diagnostica e rilevazione dei guasti, le procedure di riconfigurazione del sistema, le diverse politiche di manutenibilità, le sostituzione dei componenti e le procedure di riparazione. c) Da non dimenticare le valutazioni economiche delle soluzioni proposte.

N. 03ƒ ;2013 • failure rate prediction • HRA, human reliability analysis • statistical reliability methods Le tecniche di analisi della fidatezza • SRE, software reliability engineering presenti in letteratura e nei riferimenti normativi sono molteplici e, come detto, forniscono informazioni differen- CONCLUSIONI ziate a seconda della complessità e tecnologia del sistema, delle funzioni Il lavoro ha messo in evidenza come la svolte e del contesto applicativo, della valutazione di fidatezza effettuata su necessità di fornire informazioni sul un sistema, che normalmente coinvolge rischio e la sicurezza. Tali tecniche pos- tecnologie diverse, costituisca un aspetsono essere applicate nelle diverse fasi to fondamentale della progettazione. Il del ciclo di vita del sistema, dalla pro- fatto che la fidatezza rappresenti l’ingettazione allo sviluppo, nelle fasi ope- sieme delle caratteristiche che concorrative e di manutenzione, a diversi li- rono a definire le prestazioni della divelli: dal livello gerarchico di sistema e sponibilità e i fattori che la condiziosotto-sistema fino al livello di compo- nano fornisce una misura di come una nente o parte di ricambio. Una prima sua valutazione sia fondamentale anclassificazione prevede: che se estremamente complessa e artia) Tecniche bottom-up (dal basso verso colata. La panoramica sulle tecniche di l’alto) per le quali si identificano i modi analisi che, fornendo informazioni difdi guasto (ovvero, l’evidenza oggettiva ferenziate, possono essere impiegate a del guasto) a livello gerarchico inferio- supporto di tale valutazione sottolinea re, per esempio di componente. Suc- la complessità dell’argomento trattato cessivamente si analizza l’effetto che si in questo lavoro. Il dettaglio su tali techa a livello gerarchico superiore, per niche sarà oggetto di pubblicazioni esempio di sotto-sistema o sistema. successive.

UNA PANORAMICA SULLE TECNICHE DI ANALISI

b) Tecniche top-down (dall’alto verso il basso) in cui si identifica un evento superiore (top event) e si studiano tutte le cause che, anche a livello gerarchico inferiore, concorrono a generarlo.

Nota la probabilità di accadimento degli eventi intermedi è possibile determinare, di conseguenza, la probabilità di accadimento del top event. È questo il caso, in particolare, dell’analisi ad albero delle avarie.

Esempi di tecniche di analisi della fidatezza, alcune delle quali già impiegate in ambito affidabilità e disponibilità [3,4], sono: • ETA, Event Tree Analysis • FMEA, Failure Modes and Effects Analysis • FMECA, Failure Modes, Effects and Criticality Analysis • HAZOP, HAZard and OPerability study • RCA, Root Cause Analysis • FTA, Fault Tree Analysis • MA, Markov Analysis • PNA, Petri Net Analysis • Truth table (structure function analysis) • RBD, Reliability Block Diagram

BIBLIOGRAFIA 1. M. Catelani, L. Cristaldi, M. Lazzaroni, L. Peretto, P. Rinaldi, “Sistemi riparabili”, Tutto_Misure, Anno 13, N° 2, 2013, pp. 127-129, ISSN 2038-6974.

2. I. Trotta, M. Pignotti, M. Catelani, “Chiariamoci sul concetto di Fidatezza”, Tutto_Misure Anno 12, N° 4, Dicembre 2010, pp. 293-295, ISSN 2038-6974.

3. M. Lazzaroni, L. Cristaldi, L. Peretto, P. Rinaldi, M. Catelani, “Reliability Engineering: Basic Concepts and Applications in ICT”, Springer, ISBN 978-3642-20982-6, e-ISBN 978-3-64220983-3, DOI 10.1007/978-3-64220983-3, 2011 Springer-Verlag, Berlin Heidelberg.

4. M. Catelani, L. Cristaldi, M. Lazzaroni, L. Peretto, P. Rinaldi, “L’affidabilità nella moderna progettazione: un elemento competitivo che collega sicurezza e certificazione”, Collana I quaderni del GMEE, Vol. 1, Ed. A&T, Torino, 2008, ISBN 88-90314907, ISBN-13: 9788890314902.

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I SERIALI MISURE E FIDATEZZA

Marcantonio Catelani è Professore Ordinario di Misure Elettriche ed Elettroniche presso il Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione dell’Università di Firenze. La sua attività di ricerca si svolge prevalentemente nei settori dell’Affidabilità, della diagnostica e qualificazione di componenti e sistemi, del controllo della qualità e del miglioramento dei processi. Fa parte del CT 56 Affidabilità del CEI ed è coordinatore di gruppi di ricerca, anche applicata, delle tematiche citate.

Lorenzo Ciani è assegnista di ricerca post-dottorato presso il Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione dell’Università di Firenze. La sua attività di ricerca si svolge prevalentemente nei settori dell’Affidabilità, della diagnostica e qualificazione di componenti e sistemi, dell’analisi dei rischi e della sicurezza di sistemi complessi.

Loredana Cristaldi è Professore Associato di Misure Elettriche ed Elettroniche presso il Dipartimento di Elettrotecnica del Politecnico di Milano.

La sua attività di ricerca è svolta principalmente nei campi delle misure di grandezze elettriche in regime distorto e dei metodi di misura per l’affidabilità, il monitoraggio e la diagnosi di sistemi industriali. Fa parte del CT 56 Affidabilità del CEI. Massimo Lazzaroni è Professore Associato di Misure Elettriche ed Elettroniche presso il Dipartimento di Fisica dell’Università degli Studi di Milano. La sua attività di ricerca è rivolta alle misure per le applicazioni industriali, per la diagnostica dei sistemi industriali, per l’Affidabilità e il Controllo della Qualità. Fa parte del CT 85/66 – Strumenti di misura delle grandezze elettromagnetiche Strumentazione di misura, di controllo e da laboratorio e del CT 56 Affidabilità del CEI.

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NEWS

NUOVA RELEASE DEL SOFTWARE METROLOGICO PC-DMIS

Hexagon Metrology ha recentemente presentato PC-DMIS 2013, un’importante release del software metrologico più diffuso al mondo, focalizzato su raccolta, gestione e presentazione dei dati di produzione per ridurre gli scarti, migliorare la produttività, ridurre i costi e creare attività di lean manufacturing.

Tra i vari potenziamenti, PC-DMIS 2013 presenta per la prima volta una nuova funzione importante: la costruzione dell’elemento larghezza, che agevola la definizione delle caratteristiche di larghezza tra i due lati opposti di una tacca, linguetta o altre superfici simili. Questa nuova costruzione è utile per applicazioni GD&T che richiedono l’elemento larghezza come Datum nei Feature Control Frame. Le caratteristiche bidimensionali di larghezza possono essere elementi di riferimento secondari e terziari, mentre una larghezza 3D può essere usata come elemento di riferimento primario.

Altri potenziamenti comprendono una nuova definizione del Clearance Cube, che permette movimenti di svincolo senza rischio attorno a geometrie complesse in assenza del modello CAD. L’utente definisce semplicemente due punti ad angoli opposti del pezzo da misurare o dell’attrezzaggio di supporto e PC-DMIS 2013 crea automaticamente la definizione del Clearance Cube. Gli stessi strumenti possono essere usati per regolare gli offset e attivare e disattivare i piani di lavoro o gli elementi.

Altra novità della nuova release: le linee del percorso ora lampeggiano quando sono selezionate, per garantire che non vengano ignorate possibili collisioni del tastatore.

PC-DMIS 2013 comprende anche nuovi Traduttori Direct CAD Solidworks, JT e CATIA v6, oltre a un supporto aggiornato per CATIA v5, Pro/Engineer e Unigraphics. Gli strumenti di Reportistica Personalizzata permettono di aggiungere calibri virtuali e grafici interattivi, rapidi e facili da leggere, ai report di PCDMIS: essi consentono all’utente di vedere la percentuale di caratteristiche fuori tolleranza o vicino ai limiti di tolleranza con un colpo d’occhio.

“PC-DMIS 2013 è un nuovo passo avanti per il nostro software. É focalizzato sul miglioramento continuo dell’esperienza dell’utente”, afferma Ken Woodbine, Presidente della divisione software PC-DMIS di Hexagon Metrology“. “Oltre 40 avanzamenti di prodotto contribuiscono al miglioramento generale dell’utilizzo in tutte le aree del prodotto. Con la partecipazione diretta di oltre 100 clienti, che per noi provano in anteprima le nuove funzioni, continuiamo a ricevere un input prezioso da utilizzatori reali man mano che progettiamo nuovi sviluppi del prodotto e lavoriamo al miglioramento di ogni versione“.

PC-DMIS 2013 è disponibile per il download per i titolari di contratti di manutenzione software.

Per ulteriori informazioni: www. hexagonmetrology.com

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I SERIALI CONFORMITÀ ED EFFICACIA

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CONFORMITÀ ED EFFICACIA Tommaso Miccoli

Dalla Conformità all’efficacia Parte 5 – Gli audit interni e i processi aziendali

INTERNAL AUDITS AND INDUSTRIAL PROCESSES Every management needs to evaluate the level of effectiveness reached by the Organization itself through the application of the specific requirements set by the scheme, after adequate tailoring to the needs of the body involved in the activity.

This evaluation is done through the so called “audit activity”, whose frequency is usually at least once a year, as recommended. However, very often, this “at least once a year” is transformed by the Organization into “only once a year”, as if it were an exorcistic obligation that one cannot refuse, thus missing to appreciate the actual usefulness and potential of this tool (especially for the Direction), as a matter of fact warranting an impartial and objective assessment of the state of health of the processes of the enterprise. The state of health being, in brief, the balance between the employed resources and the achieved results.

RIASSUNTO È fuori discussione che in qualsiasi sistema di gestione si rende necessario valutare il livello di efficacia raggiunto dall’Organizzazione mediante l’applicazione dei requisiti previsti nello specifico schema dopo opportuna personalizzazione e adattamento alle esigenze organizzative del soggetto interessato all’attività. Questa valutazione viene effettuata mediante una attività di audit, di cui, in genere, ciascuno schema prevede l’esecuzione almeno una volta l’anno. Molto spesso, però, “almeno una volta l’anno” viene trasformato dall’Organizzazione in “…al massimo una volta l’anno”, quasi fosse una coercizione esorcistica dalla quale non si può sottrarre perdendo di vista la reale utilità e potenzialità, in particolare per la Direzione, dello strumento degli audit al fine di garantire una valutazione imparziale e oggettiva dello stato di salute dei processi aziendali. Stato di salute che in sintesi equivale a un bilancio tra risorse spese e risultati raggiunti.

GLI AUDIT INTERNI

Il punto di partenza per poter fare considerazioni sugli audit interni è la definizione data dalla norma UNI EN ISO 9000:2005 al punto 3.9.1 e precisamente: ”Processo (3.4.1) sistematico, indipendente e documentato per ottenere evidenze dell’audit (3.9.4) e valutarle con obiettività, al fine di stabilire in quale misura i criteri dell’audit (3.9.3) sono soddisfatti”. Le ulteriori definizioni di processo, evidenze e criteri, potrebbero rendere apparentemente ermetico il concetto di audit: in realtà, esplicitandone i contenuti, ci si renderà conto che il fine ultimo dell’audit è

Quali che siano i criteri, però, una cosa dovrebbe rimanere chiara: il risultato dell’audit deve assolutamente fornire informazioni per prendere decisioni sull’adeguatezza Organizzativa e procedurale per il raggiungimento degli scopi del business aziendale. Tale adeguatezza non può prescindere da considerazioni sull’efficacia raggiunta e sulle risorse impiegate. Queste informazioni, se fossero rese oggettivamente misurabili, consentirebbero una valutazione più oggettiva e più immediata dei risultati e, conseguentemente, l’assunzione di eventuali decisioni sarebbe più semplice.

Caratterizzazione del processo di audit La norma di riferimento per la gestione del processo degli audit è la UNI EN ISO 19011:2012 alla quale si rimanda per tutti gli aspetti di dettaglio. Di seguito si tenderà solo mettere in luce quanto sia di fondamentale importanza la fase iniziale di progettazione e preparazione dell’audit, per il raggiungimento degli scopi che ci si è prefissati, e conseguentemente, per dare significatività compiuta all’intero processo di audit.

Il punto di partenza per una buona organizzazione dell’audit è costituito dalla chiara individuazione degli obiettivi da raggiungere. Occorre anche aver chiaro quali sono i processi interessati a tale attività. Infatti, normalmente se ne identificano almeno due: • Il processo in esame, costituito dall’oggetto su cui eseguire l’audit.

Questo può essere un singolo processo, un insieme di processi o più in generale può riguardare anche più Organiz-

quello di fornire una informazione puntuale (misura) del livello con cui i “Criteri dell’audit” sono soddisfatti.

Partendo dalla definizione generale, volendo rendere comprensibile in modo più semplice il concetto di audit, potremmo ipotizzare che qualsiasi esigenza di acquisizione d’informazioni in ambito Organizzativo, potrebbe essere considerato criterio di audit e, pertanto, utilizzare il processo degli audit interni per ottenerle. Solo a titolo di esempio, quindi, i criteri dell’audit possono essere una norma di riferimento, uno specifico processo produttivo, una disposizione inter- Tiemme Sistemi - network Kososnet na volta ad attuare un cambiamento (Padova) organizzativo, ecc. tiemme@protec.it

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zazioni, come vedremo nell’esempio più avanti.

• Il processo di audit, ossia lo strumento utilizzato per misurare il processo in esame in cui è necessario identificare gli scopi che ci si prefigge e conseguenti livelli di rischio da garantire, i criteri da utilizzare e relativi strumenti, le competenze necessarie, i luoghi e le relative attività interessate.

Nella Fig. 1 viene indicato un esempio di ciclo concettuale che può essere seguito nella progettazione di un audit.

L’esempio riguarda un progetto d’implementazione di un sistema di gestione conforme alla norma UNI EN ISO/IEC 17025:2005 presso 10 laboratori di un Istituto Veterinario di un Paese dell’Unione Europea in procinto di diventarne Membro. L’esempio fornito non vuole essere fuorviante rispetto alle esigenze di una singola Organizzazione, magari molto piccola che potrebbe trovare inapplicabile quanto riportato, ma vuole prevalentemente mettere in evidenza le potenzialità informative che possono essere facilmente desunte qualora si riuscisse a misurare oggettivamente i risultati di un processo.

di presenza e di applicazione di un sistema di gestione conforme a una normativa, ad esempio la ISO 17025:2005, tra anonime check list compaiono ancora domande se è presente o meno una procedura, se è previsto o meno fare un controllo in accettazione dei materiali acquistati, se il personale è formato, ecc.. Non sarebbe più utile concentrarsi invece, sull’adeguatezza della documentazione presente in relazione ai cambiamenti che inevitabilmente nel tempo sono avvenuti? In questo modo si potrebbe capitalizzare di più le esperienze maturate consolidandole, magari, mediante la revisione delle procedure.

Inoltre, se l’obiettivo di un sistema conforme a una norma di riferimento poteva costituire lo scopo iniziale della definizione e applicazione delle procedure, è mai possibile che dopo anni e anni di applicazione di tali procedure, lo scopo continui a rimanere invariato? È come se avendo acquistato un’autovettura, nel tempo si continuasse a verificare se l’auto acquistata ha le 4 gomme più quella di scorta, se è presente il volante, i sedili, il motore, ecc. Non sarebbe forse più interessante fare valuRiflessioni sugli audit Interni tazioni in merito all’adeguatezza alSempre più spesso la verifica del l’uso dell’autovettura acquistata? Magarequisito degli audit interni da parte di ri inizialmente è stato acquistato un soggetti terzi lascia una sensazione di mezzo sportivo perché da giovani amarezza e frustrazione. Dopo anni l’ebrezza della velocità era prevalente su altre esigenze, e nel tempo, con l’arrivo della prole più o meno numerosa la sua adeguatezza è compromessa a causa degli spazi ristretti e la nuova esigenza di spazi più idonei?

Altra considerazione che sorge spontanea è quella relativa alle modalità con cui si effetDal nr. 1 al nr. 10 sono rappresentati i tuano gli audit.

Laboratori Valutati. Il grafico mostra Nella maggiocome l’intervallo temporale tra audit ranza dei casi intermedio e finale abbia portato a un vengono effetlivello di conformità positivo quindi il progetto è risultato efficace.

Figura 1 – Caratterizzazione del processo di Audit

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I SERIALI CONFORMITÀ ED EFFICACIA

tuati per punti di norma, quasi ignorando che il modo di operare quotidiano è per processi! Non sarebbe più semplice e immediato effettuare una valutazione prendendo come riferimento i processi e attraverso i risultati da questi raggiunti, in termini di efficacia ed efficienza, valutare la conformità ai requisiti di norma? L’applicazione di un sistema di gestione (conformità) dovrebbe portare un’Organizzazione a essere più efficace e più efficiente in termini di prestazioni erogate. Non è forse più logico, quindi valutare se questo è stato realizzato e mantenuto nel tempo?

Le prestazioni, nel corso del tempo, variano sia per mutate esigenze dei clienti, sia per livelli di concorrenzialità sempre più spinta, sia perché la tecnologia consente un miglioramento dei processi. È mai possibile che gli strumenti degli audit interni invece

Figura 2 – Ciclo di erogazione delle prestazioni e conformità normativa

rimangono, nella maggioranza dei casi, immutati nel tempo, quasi come se fossero scolpiti nella roccia?

In Fig. 2 è sintetizzato il ciclo di erogazione delle prestazioni e il riferimento alla conformità normativa.

Dalla figura si evince chiaramente che lo scopo principale di una Organizzazione è quello di erogare prestazioni che soddisfino le esigenze dei clienti, mentre il riferirsi alla conformità verso uno standard internazionale aiuta ad aumentare la robustezza con cui tali prestazioni vengono erogate.

Quindi la conformità non può essere, in un audit interno, il solo fine di una Organizzazione.

Figura 3 – Mappatura dei processi in un laboratorio di prova

GLI AUDIT DI PROCESSO

Nel No. 4/2012 di Tutto Misure si è parlato della rete aziendale dei processi come risorsa fisica che consente di realizzare le politiche e gli obiettivi di una Organizzazione. Questi, associati al flusso delle informazioni, realizzano l’intero sistema delle risorse che consentono la realizzazione degli scopi sociali di un’Organizzazione. Da sempre si parla, quindi, di audit di processo, ma nella realtà dei fatti ben raramente questi sono svolti con una metrica coerente a tale terminologia. Il primo passo per la realizzazione di un audit di processo è che l’Organizzazione stessa si sia definita per processi nel suo modo di pianificare e operare.

A titolo d’esempio è riportata in Fig. 3 una mappatura dei processi che è possibile individuare in un Laboratorio di Prova. Tali processi dovrebbero essere descritti in flussi operativi che ne consentano la realizzazione, ma che soprattutto riescano a identificare chiaramente i risultati che devono raggiungere. Solo attraverso tale approccio sarà possibile cominciare a pensare di effettuare anche gli audit con una logica di processo.

Fasi per la Definizione del perimetro dei processi In generale, nella definizione iniziale in fase progettuale di un processo occorrerà identificare almeno i seguenti elementi: • Lo scopo del processo; • Il perimetro operativo entro cui si svolge (inizio e fine); • La sequenza di attività in esso racchiuse; • Le attività che interagiscono con gli altri processi.

Una volta completata la struttura dei processi, costituente il telaio dell’Organizzazione, si dovrà definire gli obiettivi prestazionali che si intende raggiun-

gere, considerando prioritariamente le esigenze dei clienti. Tali obiettivi prestazionali costituiranno la componente “efficacia” delle prestazioni del processo (qualità, tempi di erogazione e prezzi). Secondariamente si dovranno identificare le risorse, ipoteticamente necessarie, per il raggiungimento degli obiettivi di efficacia. In questa fase si dovrà prestare molta attenzione al bilanciamento tra risorse e risultati perché il sistema possa essere realizzato. Ossia non si deve pretendere il raggiungimento di obiettivi rilevanti con scarsità di risorse.

Per le attività che interagiscono con gli altri processi dovranno essere definiti livelli di servizio (SLA). Tali livelli di servizio dovranno essere oggettivi e misurabili in quanto sui risultati della loro interazione si baserà il sistema di monitoraggio delle prestazioni; quindi, si concentrerà principalmente l’attenzione degli auditors in fase di audit interni.

Se il sistema di gestione si presenta così strutturato, risulterà molto più semplice effettuare un audit di processo sui processi. In questo modo gli auditor incaricati, la cui competenza deve essere adeguata ai processi da verificare, riusciranno, attraverso il loro operato, a fornire alla Direzione informazioni oggettive sul reale stato delle prestazioni dei processi.

La conformità allo standard di riferimento sarà mutuata non attraverso la presenza o meno di una determinata procedura, ma mediante l’efficacia che l’applicazione di una determinata procedura consente di raggiungere. Allo stesso modo, se il processo non consente di raggiungere i livelli di efficacia necessari, si dovrà intervenire sulle motivazioni di ciò. Tali motivazioni, escludendo negligenze da parte degli operatori, porteranno quasi sicuramente a riesaminare le procedure rendendo così l’interpretazione dei requisiti normativi sempre più aderente alle necessità dell’Organizzazione.

Check list per l’effettuazione di audit di processo A parere dell’autore, nell’effettuazione di un audit di processo il Responsabile incaricato dovrà preventivamente personalizzare, sul processo da esamina-

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I SERIALI CONFORMITÀ ED EFFICACIA

re, un documento in grado di guidarlo nell’audit stesso (check list). Ad esempio, considerando un processo analitico, i contenuti minimi di tale documento dovrebbero riguardare informazioni in merito a: Area degli OUTPUTS, dove sono riportate le domande per acquisire informazioni sui risultati con riferimento agli accordi contrattuali con il cliente, e i risultati delle misurazioni relativamente al processo in termini di efficacia ed efficienza (ad esempio: campionare almeno 5 commesse di lavoro e verificare il rispetto degli aspetti contrattuali confermati al cliente; Quali parametri sono tenuti sotto controllo per la corretta esecuzione del processo?, Tali parametri sono coerenti con quelli definiti nel flusso di processo? Ecc.).

Area degli INPUTS, dove le domande dovrebbero riguardare informazioni relative sia alla documentazione di commessa con riferimento a ciò che il cliente ha richiesto, sia tutte le altre informazioni di supporto al processo.

Area delle RISORSE, suddivisa per le differenti tipologie di risorse considerando i locali e gli ambienti di lavoro, i materiali di riferimento e i reagenti, le apparecchiature di misurazione e quelle ausiliare, il personale, i metodi di prova e infine le modalità di gestione del campione in prova.

Area delle RESPONSABILITÁ, dove sono da riportare le informazioni raccolte su chi è coinvolto nelle attività, con quali ruoli e responsabilità in particolar modo quelle decisionali.

Area delle INTERAZIONI, che prenderà in esame, con la logica di clientefornitore, con quali altri processi è collegato il processo in esame e in particolare se nelle loro interazioni sono rispettati i tempi, le modalità e le registrazioni disponibili.

Area dei RISCHI, dove sono presi in esame, a seconda del tipo di processo l’impatto sui rischi di compliance (leggi, codici etici, ecc.), rischi di tipo finanziario (sistema di budgeting, di reporting, ecc.), rischi di tipo operativo (economicità del processo, saturazione della capacità produttiva, ecc.), infine rischi strategici (mancato raggiungimento degli obiettivi di medio e lungo periodo, equilibri finanziari, ecc.).

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I SERIALI CONFORMITÀ ED EFFICACIA

Pesatura e assegnazione delle misurazioni alla check list È possibile misurare i livelli di efficacia, di efficienza e conseguentemente di conformità del processo in esame a condizione che si utilizzino una scala di misurazione e un possibile peso a ciascuna delle domande formulate median- Sistema dal te la check list utilizzata in fase di verifica. È opportuno, almeno inizialmente, utilizzare una scala semplice di misurazione, ad esempio su tre livelli in cui si associano altrettanti indici che costituiranno la misurazione finale delle varie attività del processo. In Fig. 4 è riportato un esempio di check list impostata per poter effettuare una misurazione delle attività auditate.

Tommaso Miccoli Laureato in Scienze Strategiche e Scienze Politiche è amministratore della Tiemme Sistemi sas. Membro fondatore del network Kosmosnet. Si occupa della Progettazione, Sviluppo e Ottimizzazione di Processi Organizzativi e di Supporto alla definizione di Strategie e ottimizzazione dei Sistemi di Governance. Lead Auditor Certificato di Sistemi di Gestione. Collabora con Accredia in qualità di Ispettore di 1998.

CONCLUSIONI

L’attenzione verso il processo degli audit interni dovrebbe far risaltare chiaramente dalle registrazioni prodotte quanto riportato già nella sua definizione, ossia raccogliere informazioni pertinenti alle necessità di conoscere e valutarle con obiettività al fine di stabilire la misura con cui le attività riguardanti i processi in esame soddisfano ciò per il quale i processi stessi sono presenti. Va da sé che una misura quantitativa è certamente preferibile a una qualitativa in quanto consente, in particolare attraverso audit successivi, di misurare nel tempo il miglioramento del processo in esame e conseguentemente fare valutazioni non solo in termini di efficacia ma anche di efficienza, e quindi avere informazioni oggettive sui costi e sulle risorse necessarie al sostentamento di un dato processo.

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Figura 4 – Check list impostate per la misurazione del processo in esame – Area degli outputs

LETTERE AL DIRETTORE

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A cura di Franco Docchio (franco.docchio@ing.unibs.it)

Il futuro dei Laboratori didattici Universitari di misura Per stimolare un franco dibattito nelle Università e nelle Industrie

LETTERS TO THE DIRECTOR This section contains letters, comments and opinions of the readers. Please write to Tutto_Misure!

RIASSUNTO In questa rubrica vengono pubblicate lettere dei lettori della Rivista. Continuate a scrivere e a dire la vostra sui principali temi della ricerca, della didattica delle misure, e dello sviluppo industriale!

UNA RISPOSTA ALLA LETTERA DEL PROF. ALFREDO CIGADA (POLITECNICO DI MILANO)

Caro Prof. Cigada, Forse la mia lettera è dovuta alla necessità di uno sfogo. Mi scuso se aggiungo considerazioni più generali, ma avrei bisogno di trovare l’ambiente in cui sperare per risolvere i problemi. Sono titolare di una delle tante microaziende italiane che lavorano nel settore Automotive da oltre quarant’anni. Ho letto con molto interesse il suo articolo che manifesta tutte le preoccupazioni per l’attuale situazione e le possibili future involuzioni.

Condivido pienamente l’analisi. Avevo già inviato le mie considerazioni a un precedente articolo riguardante il recupero degli stampi per lo stampaggio di materie plastiche, non avendo ricevuto conferme del ricevimento, spero solo sia andata a buon fine.

La globalizzazione ha reso più evidente la debolezza industriale complessiva delle aziende italiane, in particolare le aziende micro o piccole. Non è servito mascherare fino all’ultimo la crisi crescente con affermazioni ottimistiche interessate (ristoranti pieni, aeroporti affollati, ecc.). Anzi, si sono illuse le aziende e la società sulla tenuta dell’economia, disarmate possibili reazioni in tempo utile e si sono aggravate ancor più le condizioni economiche del Paese. Data la progressiva ventennale tendenza all’arretramento, la reazione sarebbe avvenuta in ritardo ma avrebbe potuto dar luogo a un

Tecnologico” a Parma, che credo fosse portata avanti dal Dott. Cugini per conto della Cassa di Risparmio di Milano. La proposta era lungimirante e forse ignorava le difficoltà di realizzazione dovute a una concezione “chiusa” dell’Università nei confronti delle micro e piccole aziende. La collaborazione in quel periodo era realizzata con grandi aziende dei settori tradizionali trainanti l’economia locale: alimentare, chimico/farmaceutico e vetrario.

Ho visto al Campus Universitario di Parma un nuovo stabilimento con la scritta: Laboratori di Trasferimento Tecnologico. Non so se sia quello previsto dal “Polo Tecnologico”. Se così fosse, arriverebbe con anni di ritardo, e forse superato (?). Non sono ancora riuscito ad avere informazioni ma le avrò.

Proposta: rimboccarsi le maniche, ascoltare le aziende, imparare dalle esperienze degli altri e premiare il merito.

Non credo ci siano altre possibilità o vie d’uscita miracolose.

Cordiali saluti

avvio del tentativo di recupero.

Come conseguenza delle difficoltà economiche si è aggiunta l’attuale confusione politica. La mancata presa di coscienza di chi si attarda su posizioni politiche di parte non previlegia gli interessi della collettività! Penso che il CAMBIAMENTO debba partire principalmente da loro, ma vedo tutte le difficoltà e le resistenze. Penso se mai risponderanno del comportamento irresponsabile.

Attualmente noi piccole aziende non vediamo una prospettiva di uscita dalla crisi se non appoggiata su un piano di cooperazione con branche di ricerca e William Zoni, SINCRO, sviluppo esistenti all’interno delle UniverVia G. P. Sardi 24, sità Italiane. Le Università dovrebAlberi – Parma – Italy bero unirsi (SUBITO) ai sacrifici, che questa prospettiva imporrebbe, assieme a quelli che noi piccole aziende già facciamo, con l’obiettivo di fare profitto e premiare il merito. Abbiamo sentito esortazioni a “fare squadra” in vari convegni che riteniamo molto utili ma non vediamo pratiche applicazioL’abbonamento biennale Vi offre 8 numeri cartacei ni dei principi an+ 8 telematici (Tutto_Misure News) che da parte di chi esorta a farlo.

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NEWS

TRE METODI PER LA TARATURA IN CAMPO DEGLI ACCELEROMETRI zionamento del segnale e la conversione dell’uscita in tensione a più bassa impedenza.

Un’alternativa più semplice ed economica è rappresentata dagli accelerometri ICP® (Integrated Circuit Piezoelectric electronics) dove il circuito di conversione è direttamente alloggiato all’interno del sensore e utilizza una tensione di eccitazione fornita da un diodo a corrente costante. In questo caso l’uscita dell’accelerometro è direttamente in tensione.

Figura 2 – Step function risultante Entrambi gli accelerometri dalla caduta libera del sensore rappresentano sistemi ACcoupling che rispondono alle variazioni dinamiche di accelerazione con una propria Discharge Time Constant (DTC), tarata a varie ampiezze verificando la lineae pertanto non possono essere tarati me- rità – scoprendo eventuali problemi come il diante il metodo descritto sopra. Per questi clipping oppure convalidare la sensibilità a sensori, sensibili alla sola componente dina- basse, medie e alte frequenze (verificando la mica dell’accelerazione, si usa un semplice DTC, il montaggio e l’integrità meccanica dispositivo “a caduta”, che consente una del sensore). sospensione statica dell’accelerometro segui- Un ulteriore vantaggio, rappresentato dalla ta da una caduta libera che sfrutta la gravi- possibilità di selezionare differenti livelli di tà terrestre. Dalla step function risultante dal ampiezza, permette di verificare sul posto i segnale di uscita del sensore è possibile tara- livelli d’allarme del sistema di monitoraggio re la catena di misura sfrut- (spesso impossibili da simulare). tando direttamente il cambia- Ciascuno di questi metodi può aiutare a stamento di gravità di 1g dalla bilire il corretto funzionamento della catena sospensione statica (-1 g) alla di misura e verificarne i livelli di uscita, assicurando la bontà dei dati, riducendo i caduta libera (0 g).

Questo secondo metodo, tempi di verifica e aumentando il grado di come il primo, non fornisce confidenza dei risultati prodotti. Sono coperò informazioni in termini munque disponibile a rispondere direttamente ad altre domande, da parte dei lettodi frequenza.

Il terzo e ultimo metodo con- ri di T_M, riguardo ai metodi di taratura in sente, invece, di eseguire un campo. test completo in campo della Stefano Prioletta catena di misura. Per fare ciò è necessario dotarsi di un (Application and Sales Engineer – PCB Piezotronics) sprioletta@pcbpiezotronics.it calibratore portatile. Si tratta di una sorgente di vibrazioni che emette Figura 1 – Capovolgimento del sensore un segnale noto in termini razione di 2g: +1g quando il sensore è dirit- di ampiezza e frequenza. to e -1g quando è capovolto. Dividendo a Una prima soluzione è rapmetà il valore di ∆V risultante dalle due posi- presentata da un semplice zioni si è in grado di validare la risposta del calibratore portatile a singola frequenza (159,2 Hz) e sensore su un 1g di riferimento.

Se invece stiamo utilizzando accelerometri il singola ampiezza (1 g). Tutcui elemento sensibile alla vibrazione è costi- tavia, per una più completa e tuito da una massa di cristallo che sfrutta l’ef- professionale validazione è fetto piezoelettrico, il metodo sopra descritto consigliato l’utilizzo di un canon è applicabile. Questi accelerometri, libratore portatile di precisiodetti piezoelettrici (PE), possono essere rea- ne multi ampiezza (fino a 20 lizzati senza elettronica interna (uscita in g) e multi frequenza (da 7 Hz carica) e accoppiati a un amplificatore di a 10 kHz). In questo caso la Figura 3 – Esempio di calibrazione in multifrequenza carica da laboratorio che serve per il condi- catena di misura può essere

Nulla è più frustrante che eseguire una misura di vibrazioni sul campo e vedere che i dati non “quadrano” con quello che ci aspetteremmo in quella particolare situazione.

Indipendentemente dalla complessità della misura (un’indagine modale su larga scala su una struttura aerospaziale o cablaggi lunghi e tortuosi per automazioni 4-20 mA), quando i dati non sembrano corretti è estremamente utile poter fare un salto indietro alla base del segnale con un metodo noto di taratura e/o di verifica in campo della catena di misura.

Vediamo tre metodi facili e veloci per validare le misure in campo. I primi due sono estremamente semplici, convenienti e si basano sulla forza di gravità; mentre il terzo, ugualmente semplice e veloce, fornisce il vantaggio di una validazione del segnale che tiene conto di frequenze e ampiezze.

In primo luogo, cerchiamo d’identificare il tipo di accelerometro che si sta utilizzando.

Se ha una risposta statica o DC, allora è probabile che si tratti di un accelerometro con elemento sensibile alle vibrazioni di tipo piezoresistivo (PR) o a capacità variabile (VC) o più comunemente un MEMS (silicio inciso con “Micro Electro Mechcanical Structures”).

In questo caso la verifica è molto facile.

Capovolgendo il sensore si crea un’accele-

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METROLOGIA LEGALE E FORENSE

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A cura dell’Avv. Veronica Scotti (veronica.scotti@gmail.com)

www.avvocatoscotti.com

Quando non misurare riduce la responsabilità del “colpevole” When lack of measurement mitigates liability

LEGAL AND FORENSIC METROLOGY This section intends to discuss the great changes on Legal Metrology after the application of the Dlgs 22/2007, the so-called MID directive. In particular, it provides information, tips and warnings to all “metric users” in need of organizations that can certify their metric instruments according to the Directive. This section is also devoted to enlighting aspects of ethical codes during forensic activities where measurements are involved.

Please send all your inquiries to Ms. Scotti or to the Director!

RIASSUNTO Questa rubrica intende discutere i significativi cambiamenti in tema di Metrologia Legale a seguito dell’entrata in vigore del Dlgs 22/2007, altrimenti detto Direttiva MID. In particolare, vuole fornire utili informazioni, consigli e ammonimenti a tutti gli “utenti Metrici” che si rivolgono per reperire informazioni su Enti e organizzazioni notificate per la certificazione del loro prodotto/strumento secondo la Direttiva. La rubrica tratta anche di aspetti etici correlati allo svolgimento di misurazioni legate ad attività in ambito forense (CTU, CTP). Scrivete all’Avv. Scotti o al Direttore, e verrete accontentati!

LA GESTIONE DEI RIFIUTI

In questo numero tratterò un argomento che non è direttamente legato a questioni metrologiche ma, come vedremo, può toccare, in modo più o meno diretto, diversi lettori: la gestione dei rifiuti e i rischi collegati. La materia della gestione dei rifiuti costituisce da diverso tempo oggetto di studi e controversie, oltre che di numerosi ricorsi e contenzioso giudiziale, in quanto lo stesso fenomeno disciplinato rappresenta tuttora una sorta di mistero. Nonostante la norma di legge debba essere caratterizzata da chiarezza e univocità, al fine di ridurre il rischio d’interpretazioni non coerenti od omogenee, la definizione di rifiuto, fornita dal decreto legislativo 152/2006 (c.d. TU ambiente), non aiuta a risolvere la questione come risulta evidente dal dato letterale del testo della norma: il rifiuto è qualsiasi sostanza od oggetto di cui il detentore si disfi o abbia l’intenzione o abbia l’obbligo di disfarsi.

Come emerge dalla disposizione, qualsiasi soggetto è un detentore di rifiuti e, conseguentemente, è assoggettato ad alcuni obblighi con relative sanzioni, più o meno severe, in caso di violazione.

A prescindere da una valutazione complessiva della materia, che coinvolgerebbe innumerevoli aspetti che porterebbero a estendere il ragionamento oltre i limiti che mi sono prefissata in questo breve commento, è da precisare che qualsiasi soggetto che svolga un’attività in forma professionale/imprenditoriale, latu sensu intesa, è assoggettato alla disciplina di gestione di rifiuti in senso generale. Nell’ipotesi, peraltro certamente diffusa e frequente, di attività produttiva che coinvolga la produzione ciclica di rifiuti, anche non pericolosi, magari appartenenti a una data categoria (p. es. medesimo codice CER), accade spesso che si renda necessaria una specifica autorizzazione amministrativa per la gestione di detti rifiuti, in funzione delle fasi a cui tali “beni” sono assog-

gettati nell’ambito dell’attività produttiva medesima (dal deposito temporaneo al trattamento, allo smaltimento, ecc.). (NdA: Non è inesatto parlare di beni con riguardo ai rifiuti dato che si tratta, sotto il profilo economico, di prodotti che potenzialmente potrebbero avere un valore commerciale per soggetti che gestiscono attività di recupero o di trattamento o comunque attività connesse alla trasformazione del rifiuto in altro prodotto o in una forma remunerativa. Infatti nella catena produttiva di un’azienda ciò che può rappresentare un rifiuto per detto ciclo di produzione potrebbe costituire invece un prodotto o una materia prima di lavorazione per altra realtà imprenditoriale che potrebbe pertanto necessitare, per il proprio ciclo produttivo, di tale materiale).

In alcuni casi l’autorizzazione amministrativa può prevedere il rispetto di elementi oggettivamente valutabili e immediatamente accertabili (p. es. la specifica individuazione di un’area destinata al deposito del rifiuto per cui è stato autorizzato il trattamento) o, in altre ipotesi, possono essere stabiliti limiti o fasce di rispetto che possono essere accertati esclusivamente mediante l’esecuzione di specifiche misure e/o analisi chimico-fisiche (p. es. limiti di scarico di date sostanze in corpi idrici).

Nonostante l’autorizzazione sia di natura amministrativa, circostanza che farebbe ritenere comminabile, in caso di violazione, una sanzione amministrativa di natura pecuniaria oltre che, eventualmente, ablativa (con la conseguente revoca dell’autorizzazione), le conseguenze non si dimostrano, invece, così pacifiche e trasparenti come si potrebbe immaginare: infatti trattasi di fattispecie rilevanti anche sotto il profilo penale, oltre che amministrativo.

Al riguardo, il Dlgs. 152/2006, all’art. 256, prevede sanzioni penali di

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natura contravvenzionale in caso di violazione delle prescritte autorizzazioni amministrative, assimilandole, quanto a tipologia di condotta, al caso di assenza di autorizzazioni. Per contro, per evidenti ragioni di equità, prevede una sanzione ridotta rispetto alla totale carenza di provvedimenti amministrativi di autorizzazione.

In particolare la norma stabilisce che “chiunque effettua una attività di raccolta, trasporto, recupero, smaltimento, commercio e intermediazione di rifiuti in mancanza della prescritta autorizzazione, iscrizione o comunicazione è punito: a) con la pena dell’arresto da tre mesi a un anno o con l’ammenda da duemilaseicento euro a ventiseimila euro se si tratta di rifiuti non pericolosi; b) con la pena dell’arresto da sei mesi a due anni e con l’ammenda da duemilaseicento euro a ventiseimila euro se si tratta di rifiuti pericolosi.

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METROLOGIA LEGALE E FORENSE

Le pene sono ridotte della metà nelle ipotesi d’inosservanza delle prescrizioni contenute o richiamate nelle autorizzazioni”.

Il fatto che tali violazioni siano configurate come contravvenzioni, in primis, dimostra la portata ridotta di tali trasgressioni sotto il profilo del disvalore, nel senso che non sono considerate dal legislatore come condotte altamente pericolose; in secondo luogo, tale circostanza consente al trasgressore di beneficiare di meccanismi processuali alternativi, rispetto al procedimento penale, che danno luogo alla estinzione del reato. In specie, nel caso previsto alla lett. a) dell’art.

256 TU ambiente, dato che sono previste alternativamente la pena dell’arresto e quella dell’ammenda, è possibile, per il trasgressore incolpato della violazione richiedere l’oblazione che consente, mediante il pagamento della metà del massimo della pena

prevista quale ammenda, di ottenere l’estinzione del reato.

Tale percorso risulta però praticabile solamente nel caso in cui si sia verificata una violazione di un’autorizzazione amministrativa concernente la gestione di rifiuti (oppure una gestione di rifiuti non autorizzata) relativamente a rifiuti non pericolosi dato che, come emerge dal testo della disposizione, nella diversa ipotesi in cui i rifiuti siano pericolosi, la condotta è punita con pena congiunta di ammenda e arresto con conseguente preclusione del ricorso alla oblazione.

Peraltro può anche accadere che, nel corso dell’accertamento della violazione di cui all’art. 256 TU ambiente, emergano ulteriori fattispecie penalmente rilevanti, che siano derivate da suddetta violazione originaria come conseguenze dirette, analogamente a quanto sarebbe potuto accadere per un caso specifico che brevemente intendo esporre.

N. 03ƒ ;2013 Tizio, proprietario di depositeria giudiziaria per veicoli confiscati, sequestrati e per recupero veicoli incidentati ed eventualmente fuori uso (da destinare a rottame), porta presso la propria azienda un veicolo danneggiato a seguito d’incidente (rimorchio che trasportava polpa di pomodoro destinata a essere imbottigliata) recuperato sul luogo del sinistro. Il rimorchio viene parcheggiato su area di proprietà di Tizio ma non destinata ai veicoli fuori uso in attesa di trattamento, contrariamente a quanto stabilito nell’autorizzazione rilasciata dalla Provincia per tale attività. Nonostante le reiterate richieste rivolte da Tizio al proprietario del veicolo affinché quest’ultimo provveda al recupero del mezzo, il rimorchio non viene mai ritirato e così, dopo circa un mese, in considerazione di alcune perdite che provenivano dai fusti di pomodoro presenti sul veicolo e non rimossi, Tizio si rivolge all’ARPA affinché venga effettuata una verifica di eventuale inquinamento riconducibile al percolato.

L’Ente, a seguito del sopralluogo effettuato, riferiva che: 1. Non erano state rispettate le prescrizioni dell’autorizzazione rilasciata in quanto il mezzo risultava parcheggiato in zona diversa da quella prevista per i veicoli fuori uso; 2. Data la non tempestività dell’autosegnalazione inoltrata all’ARPA, non è stato possibile valutare l’effettivo impatto quali-quantitativo dello sversamento sul recettore finale.

Conseguentemente l’Ente informava che avrebbe provveduto a inoltrare gli atti alla autorità giudiziaria per gli opportuni provvedimenti.

A distanza di circa 2 mesi dal sopralluogo, veniva notificato a Tizio un decreto penale di condanna, dell’importo di euro 700,00, per la violazione dell’art. 256 comma 1 lettera a) del Dlgs. 152/2006, per avere violato le prescrizioni dell’autorizzazione.

Fortunatamente, nel caso di specie, l’ente accertatore non ha potuto provvedere alla misurazione di eventuali agenti contaminanti provenienti dal mezzo in custo-

dia presso Tizio. Diversamente, ovvero nel caso in cui tale attività fosse stata condotta e avesse rilevato una contaminazione del suolo o del sottosuolo o delle acque (che, ai fini della punibilità, avrebbe dovuto superare alcuni valori soglia, quindi non si può pacificamente ritenere violata la norma che dispone sul punto), si sarebbe potuto imputare a Tizio non solo la violazione dell’art. 256, come è avvenuto, ma anche la mancata bonifica del sito e in ispecie il mancato rispetto dell’obbligo di notifica di evento inquinante, da effettuarsi entro 24 ore dal fatto, che espone alle pene dell’arresto da tre mesi a un anno o dell’ammenda da mille euro a ventiseimila euro.

Alla luce del caso precedente risulta evidente che, come provocatoriamente accennato nel titolo, l’assenza di un dato di misura si è dimostrata favorevole a Tizio riducendone la responsabilità, atteso che, in caso contrario e nella evenienza in cui il liquido fuoriuscito avesse contaminato (ovvero superato alcuni valori soglia definiti per legge) una matrice ambientale (suolo, acqua), si sarebbe potuto contestare un altro reato, non tanto in considerazione dell’inquinamento verificatosi, quanto in ragione del mancato tempestivo avviso alle autorità. Peraltro, è appena il caso di evidenziare che, al momento della conduzione delle verifiche (in ispecie campionamenti), non sempre è garantito il contraddittorio tra le parti atto a consentire un controllo della parte “incolpata” (presunto trasgressore). Infatti, come spesso accade, i soggetti preposti ai controlli effettuano le loro attività senza informare il controllato della possibilità di farsi assistere da un legale nonché da un tecnico durante le operazioni di accertamento. Ovviamente, considerato che ai sensi della norma processuale si tratta sempre di accertamenti indifferibili e urgenti, non sarebbe comunque legittimo opporsi alla verifica: questa sarebbe in ogni caso effettuata, tuttavia, in virtù della partecipazione alle operazioni di tecnici competenti, sarebbe possibile contestarne la validità attraverso la valutazione della correttezza della esecuzione di ciascuna fase e, quindi, la loro utilizza-

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CASO PRATICO

METROLOGIA LEGALE E FORENSE

bilità a fini sanzionatori.

Nel sistema penale in generale, in cui s’inserisce la normativa sanzionatoria in materia ambientale, quale tematica specialistica di settore, la carenza di certezza in ordine alla sussistenza o meno degli elementi che concorrono a delineare i reati (nel caso di specie, in mancanza di certezza circa il superamento dei limiti, ricavata tramite misurazioni) determina l’assenza di responsabilità: infatti non si può ragionare per presunzioni, ritenendo un soggetto colpevole in assenza di specifiche indagini tecniche, e nemmeno lo si può incolpare nel caso che dette analisi venissero effettuate ma non portassero alla luce un dato incontrovertibile. Si tratta infatti del cosiddetto principio del in dubio pro reo (già in altri commenti menzionato) cui le norme penali sono informate. Esso stabilisce che la prova che dimostra la responsabilità di soggetti, affinché questi possano essere sanzionati penalmente, deve essere inconfutabile e indiscutibile, in quanto destinata a fornire certezza assoluta circa la colpevolezza. Diversamente si rischierebbe di punire soggetti innocenti e di dilatare a dismisura il campo applicativo delle norme penali che, per loro natura, sono considerate come extrema ratio e sono (o dovrebbero essere) adottate solo per i casi in cui sanzioni di altra natura (amministrative in particolare) risultassero insufficienti e poco dissuasive.

Purtroppo, data anche la complessità della norma in materia di rifiuto, l’unico strumento a difesa dei soggetti potenzialmente coinvolti può essere quello di adottare cautele preventive che consentano un’analisi dei rischi collegati a determinati comportamenti in relazione alle fattispecie sanzionatorie previste nel settore dei rifiuti, con la doverosa precisazione che, data la singolarità e la specialità di ogni caso individuale, sono comunque necessarie specifiche indagini e considerazioni ex post per ciascuna ipotesi che di fatto si verifichi dato che potrebbero sussistere circostanze particolari legate al caso individuale, e utili per escludere la responsabilità, sebbene non espressamente previste dalle disposizioni di legge.

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MANIFESTAZIONI EVENTI E FORMAZIONE

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2013-2014 eventi in breve 2013

1-2 OTTOBRE

Los Angeles, USA

2013 3rd International Conference on Advanced Materials and Information Technology Processing (AMITP 2013)

www.hkimss.com/amitp2013

1-3 OTTOBRE

San Diego, USA

Avionics, Fiber-Optics and Photonics Conference

www.avfop-ieee.org

3 OTTOBRE

Perugia, Italy

NoMe - TDC 2013, International Nordic-Mediterranean Workshop on Time-to-Digital Converters and Applications

www.nometdc2013.unipg.it

4-6 OTTOBRE

Guilin, China

2013 International conference on Mechanics and Mechatronics (ICMM 2013)

www.icmm2013.org

18-22 OTTOBRE

Nantou, Taiwan

2013 International Applied Science and Precision Engineering Conference (ASPEC)

www.taeti.org/aspec/index.html

20-23 OTTOBRE

Madrid, Spain

International Conference on Renewable Energy Research and Applications, (ICRERA)

www.icrera.org

21-26 OTTOBRE

Saint Paul, USA

ASPE 28th Annual Meeting

http://aspe.net/technical-meetings/2013-annual-meeting/

22-24 OTTOBRE

Sanya, China

2013 Conference on Artificial Intelligence and Data Mining (AIDM 2013)

www.engii.org/workshop/aidm2013october

27-28 OTTOBRE

Kuala Lumpur, Malaysia

ICMSME 2013: 2013 International Conference on Materials Science and Mechanical Engineering

www.icmsme-conf.org

4-5 NOVEMBRE

Xiangtan, China

International Conference on Wireless Communications and Networking (ICWCN2013)

www.icwcn.org

10-13 NOVEMBRE Vienna, Austria

IEEE IECON- 39th Annual Conference of IEEE Industrial Electronics Society

www.iecon2013.org

16-17 NOVEMBRE Chengdu, China

2013 International Conference on Information Technology and Applications

www.ita2013.org

17-22 NOVEMBRE Lisbon, Portugal

INFOCOMP 2013, The Third International Conference on Advanced Communications and Computation

www.iaria.org/conferences2013/INFOCOMP13.html

1-2 DICEMBRE

Singapore

2013 International Conference on Biomedical Engineering and Environmental Engineering (ICBEEE 2013)

www.icbeee-conf.com

1-2 DICEMBRE

Singapore

2013 2nd International Symposium on Quantum, Nano and Micro Technologies (ISQNM 2013)

www.isqnm-conf.org

4-7 DICEMBRE

Miami, USA

12th International Conference on Machine Learning and Applications

http://icmla-conference.org/icmla13/index.htm

7-9 DICEMBRE

Hunan, China

Second International Conference on Control Engineering and Communication Technology (ICCECT 2013)

www.iccect.org/2013/home.aspx

12-14 DICEMBRE

Sakarya, Turkey

International Conference on Quality in Higher Education, ICQH 2013

www.icqh.net

14-15 DICEMBRE

Guangzhou, China

2013 International Conference on Cyber Science and Engineering (CyberSE 2013)

www.cyberse2013.org

16-18 DICEMBRE

Yichang, China

2nd International Conference on Power Electronics Engineering and Computer Technology (PEECT2013)

www.peect.org/2013/home.aspx

7-9 GENNAIO

Lisbon, Portugal

International Conference on Pervasive and Embedded Computing and Communication Systems (PECCS 20914)

www.peccs.org

11-14 FEBBRAIO

Castelldefels, Spain

11th International Multiconference on Systems, Signals & Devices

www.ssd-conf.org/ssd14

16-17 APRILE

Torino, Italy

Affidabilità e Tecnologie - Ottava edizione

www.affidabilita.eu

25-28 APRILE

Dalian, China

7th Annual world congress of Industrial Biotechnology-2014 (IBIO-2014)

www.bitlifesciences.com/ibio2014

29-30 MAGGIO Benevento, Italy

IEEE International Workshop on Metrology for Aerospace

www.metroaerospace.org

8-13 GIUGNO

Montecatini T., Italy

13th

www.cimtec-congress.org/2014/abstract_submission.asp

26-27 GIUGNO

Kohala Coast, Hawaii, USA ASPE/ASPEN Summer Topical Meeting

2014

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International Ceramics Congress

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www.aspe.org

SPAZIO ASSOCIAZIONI UNIVERSITARIE MISURISTI

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Rubrica a cura di Franco Docchio, Alfredo Cigada, Anna Spalla e Stefano Agosteo

Dalle Associazioni Universitarie di Misuristi

borsa l’Ing. Paolo Pivato dell’Unità di Trento.

All’edizione del bando 2013 per Borse di Studio all’estero è pervenuta l’unica candidatura di Maria Grazia Barchi dell’Unità di Trento. La Commissione ha ritenuto la proposta presentata di elevata qualità e quindi meritevole di essere RIASSUNTO accolta.

Questa rubrica riassume i contributi e le notizie che provengono dalle magIl Presidente ha ricordato che la prosgiori Associazioni Universitarie che si occupano di scienza e tecnologia sima edizione del Convegno Sensori delle misure: il GMEE (Associazione Gruppo Misure Elettriche ed Elettronisi terrà a Febbraio 2014, come previche), il GMMT (Gruppo Misure Meccaniche e Termiche), l’AUTEC (Assosto. ciazione Universitari di Topografia e Cartografia) e il Gruppo di Misure Infine, nella prossima assemblea di Nucleari. settembre è previsto il rinnovo delle cariche dell’Associazione e, in particolare, della Commissione di CoorGMEE: GRUPPO MISURE vato un corso per i valutatori di cor- dinamento. L’Assemblea sarà chiamaELETTRICHE ED ELETTRONICHE si di studio da parte dell’ANVUR e ta a eleggere sei membri di tale Comche a questo corso hanno partecipa- missione, come previsto dall’ultima Il Consiglio Direttivo GMEE to numerosi soci del GMEE. modifica di Regolamento. a Roma 3 È stata approvata con soddisfazione la richiesta di afferire al GMEE in Centro interdipartimentale qualità di unità operativa da parte di Magna Graecia: progetto due nuove e prestigiose asso- di rafforzamento strutturale ciazioni: la GUFPI-ISMA (Gruppo del Polo Scientifico-Tecnologico Utenti Function Point Italia – Italian Magna Graecia Software Metrics Association) e il PON-REC 298/2011 CERN (European Organization for Il Centro Interdipartimentale “Magna Nuclear Research).

Graecia” del Politecnico di Bari, in È ora pienamente operativo il nuovo cui è stato eletto come Presidente nel Il Consiglio Direttivo del GMEE si è sito www.gmee.org, che permet- triennio 2012-2015 il Prof. Greriunito il 18 giugno 2013 alle ore te ora di supportare efficacemente gorio Andria, nasce con l’obiettivo 10:30 presso l’Aula delle Lauree di la riunione annuale del GMEE, la di rispondere alle sempre più impelGiurisprudenza dell’Università di Scuola Gorini e la Giornata della lenti problematiche ambientali che Roma Tre in via Ostiense, 159, Ro- Misurazione. Per quanto riguarda la coinvolgono il territorio di Taranto e i ma. In apertura, il Presidente Prof. rivista Tutto_Misure, vengono ripor- suoi dintorni.

Giovanni Betta ha comunicato la tati aggiornamenti sulla versione prossima uscita di un Decreto mini- web della rivista. La settima ediziosteriale che contiene proposte di ne di Affidabilità e Tecnologie ha notevole interesse, quali l’innalza- avuto un grande successo di partecimento della soglia sul reclutamento pazione. fino al 50% del turnover, un rifinan- Al Premio Offelli di quest’anno hanno ziamento del piano straordinario partecipato 4 candidati. Tutte le tesi per i professori associati e un nuovo presentate sono state valutate di quapiano straordinario per i ricercatori lità elevata da parte dei responsabili a tempo determinato di tipo B. Betta delle linee di ricerca. Al termine della ha informato inoltre che è stato atti- procedura è risultato vincitore della franco.docchio@ing.unibs.it ASTHE ITALIAN UNIVERSITY ASSOCIATIONS FOR MEASUREMENT This section groups all the significant information from the main University Associations in Measurement Science and Technology: GMEE (Electrical and Electronic Measurements), GMMT (Mechanical and Thermal Measurements), AUTEC (Cartography and Topography), and Nuclear Measurements.

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Il Centro intende consolidare e valorizzare i rapporti, già costituiti nel territorio jonico, con gli enti locali e il tessuto imprenditoriale e produttivo. Esso si propone di affrontare, in concorso e sinergia con altri soggetti e istituzioni, accademiche e non, nazionali e internazionali, i problemi complessi propri delle scienze dell’ingegneria e dell’architettura, nell’ottica dello sviluppo sostenibile, avendo nello specifico attenzione alla tutela dell’ambiente e alla salvaguardia e pianificazione del territorio e delle risorse naturali, ai processi di costruzione, gestione e/o riconversione civile/industriale ecocompatibile, alle metodologie, agli strumenti e alle tecnologie per l’industria, l’informazione, la comunicazione e l’automatica, alla produzione di energia e alle azioni di pianificazione energetica e ambientale a scala territoriale, urbana ed edilizia, alle scienze e le tecnologie applicate all’archeologia, ai metodi, agli strumenti e alle pratiche di pianificazione fisica e di progettazione, recupero, riqualificazione e riordino degli insediamenti.

Il Polo Scientifico Tecnologico “Magna Graecia” Il Polo Scientifico Tecnologico “Magna Graecia” di Taranto nasce per iniziative delle istituzioni scientifi-

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SPAZIO ASSOCIAZIONI UNIVERSITARIE MISURISTI

che, degli enti locali e del sistema produttivo per operare nel settore ambientale, affrontando le emergenze della città di Taranto e più in generale dell’area euro mediterranea.

Attraverso laboratori e attrezzature scientifiche particolarmente avanzate, il Polo Scientifico Tecnologico “Magna Graecia” si ripromette di proporre soluzioni tecnologicamente idonee e innovative per far fronte alle condizioni di degrado ambientale delle aree d’intervento, stimolando nuove occasioni di lavoro per i giovani laureati e tecnici impegnati nel settore dell’economia verde. Il Polo si propone inoltre di: • sviluppare nuova ricerca e tecnologia nel settore ambientale; • sviluppare nuova imprenditoria, soprattutto giovanile, nel territorio tarantino, relativamente al settore ambientale; • coinvolgere in questo processo di sviluppo tutto il Sistema Nazionale di Ricerca, rappresentato localmente dal Politecnico di Bari, dall’Università di Bari Aldo Moro, dal Consiglio Nazionale delle Ricerche e dall’Agenzia Regionale per l’Ambiente in Puglia; • confrontarsi e avvalersi del fondamentale supporto delle Istituzioni Pubbliche e Private (es. Comune, Provincia, ASI, CCIIAA, Associazione degli Industriali, Distretto Produttivo Ambiente ecc.).

L’intervento del Sistema di Ricerca dovrà riguardare non soltanto gli aspetti scientifici dell’inquinamento dell’aria, del suolo e delle acque (per i quali sono presenti competenze specialistiche anche nel Polo) ma anche gli aspetti giuridici, economici, sanitari, sociali, dei beni culturali e quant’altro, le cui competenze sono diffuse tanto a livello locale quanto a livello nazionale.

L’obiettivo strategico pertanto è quello di non lasciare da sola la città di Taranto in questa importante fase di sviluppo ma di affiancarla con soluzioni integrate e lungimiranti. Pertanto tutta la grande industria operante nella città (dall’ILVA alla raffineria ENI e al cementificio Cementir, passando per il Porto Industriale e per le attività militari) rappresenterà l’oggetto di

lavoro del Polo. Ripensare insieme allo sviluppo della città di Taranto, coinvolgendo in questo sforzo anche la grande massa di giovani studenti universitari tarantini che frequentano i corsi di studi sopra citati e che potrebbero essere coinvolti con stage e dottorati di ricerca, rappresenta poi un ulteriore obiettivo proposto in grado di rispondere anche alla domanda di apprendistato e di lavoro che nasce dal mondo giovanile.

Dal Politecnico di Bari: il Progetto Res Novae Il progetto di ricerca industriale Res Novae (Reti, Edifici, Strade – Nuovi Obiettivi Virtuosi per l’Ambiente e l’Energia), con un finanziamento ottenuto di 17,2 milioni di Euro, si propone l’ambizioso obiettivo dell’incremento dell’efficienza energetica, della riduzione delle emissioni di gas e dell’erogazione di servizi per il miglioramento della qualità della vita. L’idea è di sperimentare su scala dimostrativa un sistema per la gestione dei flussi energetici a livello municipale al fine di ridurre i costi e i consumi e contenere l’impatto ambientale, accrescendo la consapevolezza della questione energetico-ambientale del singolo cittadino.

Il progetto è incentrato sulle regioni della Calabria e della Puglia e prevede una fase di sperimentazione in alcuni quartieri delle città di Cosenza e di Bari.

I soggetti attuatori del progetto sono il Politecnico di Bari e l’Università degli Studi della Calabria, insieme al CNR, all’ENEA, a Enel Distribuzione, a IBM, a General Electric Trasportation System, a DM Spa e a Elettronika.

Fra gli obiettivi del Politecnico di Bari, il cui responsabile scientifico è il Prof. Mario Savino, afferente al Gruppo Misure Elettriche ed Elettroniche del Politecnico di Bari, riveste particolare rilevanza lo studio di nuove applicazioni in ottica smart grid legate alla gestione della rete elettrica in bassa tensione finalizzata all’integrazione in rete degli impianti di microgenerazione e al miglioramento dell’efficienza energetica. Saranno studiate altresì nuove soluzioni

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SPAZIO ASSOCIAZIONI UNIVERSITARIE MISURISTI

zioni e impiego ottimale di questa metodologia di misura, sia nelle applicazioni attuali di collaudo che in quelle futuribili di monitoraggio.

I.N.Ri.M.: INDIVIDUARE UN OGGETTO ALTRIMENTI INVISIBILE

per lo smart buiding ottenute attraverso il monitoraggio e il coordinamento delle esigenze energetiche di ogni singola abitazione, di singoli edifici e di reti di edifici. Infine, in un’ottica di smart street si studieranno nuove tecniche di gestione degli elementi urbani d’impatto energetico-ambientale, così da monitorare e regolare l’utilizzo dell’energia pubblica in ambiti urbani aperti.

Lo scopo finale del progetto è l’implementazione di un “Urban Control Center” utile a fornire informazioni energetico-ambientali alla pubblica amministrazione, ai cittadini e a tutti gli enti interessati a una gestione energetico-ambientale ottimizzata.

GMMT: GRUPPO MISURE MECCANICHE E TERMICHE

Dall’Unità di Perugia: conclusione del Progetto di Ricerca Europeo BTTMON Dal Gennaio 2012 al luglio 2013, nell’ambito dell’azione Marie Curie – People del 7°PQ, si è svolta e conclusa con successo l’attività del progetto di ricerca europeo “BTTMON” c/o il Von Karman Institute for Fluid Dynamics (VKI) di Rhode Saint Genese – Bruxelles. Responsabile scientifico del progetto e Visiting Professor per 18 mesi presso il VKI è stato il Prof. Gianluca Rossi dell’Università di Perugia (nella foto).

Il progetto ha portato a nuovi svilup-

pi per la realizzazione di futuri sistemi di monitoraggio delle vibrazioni di pale di motori di aerei in esercizio con sensori senza contatto montati fissi sulla cassa della macchina.

La metodologia di misura è basata su sensori e algoritmi su cui il Prof.

Rossi lavora sin dalla sua tesi di Laurea e Dottorato. Allora, nei primi anni ‘90, La tematica era stata proposta dal Prof. Tomasini di Ancona al fine di approfondire una collaborazione di ricerca attiva in quel periodo con il Nuovo Pignone di Firenze.

Attualmente esistono fornitori commerciali di tali sistemi di misura, chiamati Blade Tip Timing o Non contact blade stress measurement system, e vengono impiegati in alternativa agli estensimetri montati sulle pale per il collaudo finale dinamico di turbomacchine.

Il progetto BTTMON appena conclusosi ha dimostrato la possibilità di sviluppare e utilizzare per tale metodologia di misura nuovi sensori, di tipo magnetoresistivo, realizzandone alcuni prototipi e valutandone le prestazioni. Questi nuovi sensori possono superare il principale limite di quelli ottici attualmente molto impiegati per il collaudo finale di turbine in produzione. Tale limite è dovuto alla loro perdita di prestazioni a causa di possibile sporcamento delle ottiche, cosa che ne rende molto difficoltoso e finora mai effettuato l’impiego in esercizio.

Sono inoltre stati proposti e realizzati un nuovo metodo e relativo banco di taratura e un software per la simulazione del misurando e del sistema di misura, entrambi molto utili per sviluppi, valutazione presta-

Individuare un oggetto altrimenti invisibile, superando i limiti classici della misura, questo è lo scopo dell’esperimento realizzato nei laboratori I.N.Ri.M. dal gruppo di ottica quantistica (L. Lopaeva, I. Ruo Berchera, I. Degiovanni, G. Brida) guidato da Marco Genovese in collaborazione con l’Università di Milano (S. Olivares) pubblicato sul Physical Review Letters: http://prl.aps.org/ abstract/PRL/v110/i15/e153603 In sintesi è stato realizzato un esperimento proposto alcuni anni or sono da S. Lloyd sulla prestigiosa rivista Science.

Si immagini di poter avere un oggetto in una stanza illuminata e di dover scoprire la sua presenza inviando attraverso un foro un impulso di luce e osservando la luce di ritorno. Se la luce presente nella stanza è troppo intensa la piccola quantità di luce eventualmente riflessa dall’oggetto non sarà sufficiente a identificarlo. Tuttavia se si sfruttano le proprietà di correlazione quantistica (entanglement) tra due fasci di luce, uno inviato all’oggetto l’altro tenuto come riferimento, allora sarà possibile identificarlo in condizioni altrimenti proibitive.

Questo in sintesi è il risultato ottenuto in I.N.Ri.M., basato sulla generazione di fasci gemelli di luce, in cui il numero di fotoni del singolo fascio fluttua casualmente, ma ove il numero di fotoni nei due fasci fluttua all’unisono.

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ACQUISIZIONE DATI HIGH SPEED! Quando si devono acquisire, memorizzare e visualizzare milioni di dati al secondo, l’acquisizione dei dati di misura deve assolvere a compiti davvero speciali. Il nuovo registratore di dati GEN3i della famiglia Genesis HighSpeed di HBM offre un ampio spettro di applicazioni, ad esempio per generatori, turbine o motori, che vanno dalla ricerca di errori alla manutenzione e messa in servizio, fino ad arrivare al controllo distruttivo dei materiali.

I dati vengono trasmessi direttamente al supporto di memoria, a velocità massime di 200 MB/s. A seconda dei requisiti, si possono configurare fino a 96 canali d’ingresso, offrendo la possibilità di effettuare una trasmissione continua di dati su disco rigido oppure un’acquisizione transitoria veloce. Sono inoltre disponibili 21 diverse schede di acquisizione dati: ad esempio, con tensione d‘ingresso diretta di 1.000 V, oppure con velocità di scansione di 100 MS/s.

Il GEN3i, grazie alla sua compattezza, è perfetto per l’utilizzo mobile. La robusta maniglia di trasporto permette di trasportarlo con comodità e, allo stesso tempo,di tenerlo sempre pronto all’uso. L’interfaccia utente è rappresentata da un touchscreen, intuitivo e autoesplicativo, dal quale con un solo tocco del dito si possono richiamare tutte le funzioni necessarie per l’elaborazione dei dati. Un PC integrato, versione Windows 7, con software Perception preinstallato, permette di trasformare il registratore di dati in un potente sistema di acquisizione semplicemente premendo un tasto.

NEWS

SISTEMI PER SIMULAZIONE, CONTROLLO, ACQUISIZIONE E ANALISI DI SEGNALI E DATI Instrumentation Devices srl, specializzata nelle soluzioni di misura e analisi per la sperimentazione scientifica e industriale, grazie alla lunga partnership con imc, è oggi un importante riferimento nei sistemi per simulazione, controllo, acquisizione e analisi di segnali e dati.

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Specializzate nell’approccio integrato, gestione delle prove + misura di parametri fisici, queste soluzioni offrono scalabilità e flessibilità nelle prestazioni per un utilizzo sempre efficiente delle risorse e un’elevata produttività.

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quantistica) sono estremamente sensibili alla presenza di rumore, la cui presenza cancella rapidamente i vantaggi dello schema quantistico. Questo risultato contraddice quindi l’opinione, che si era radicata, che i protocolli quantistici siano tutti estremamente sensibili al rumore e quindi di difficile applicazione in condizioni reali.

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prima volta come un protocollo basato sulle correlazioni quantistiche possa essere efficiente anche in presenza di un rumore (nel caso addirittura preponderante): questo rappresenta un progresso significativo dato che tutti i protocolli basati sull’entanglement realizzati sinora (dal teletrasporto all’imaging sub shot noise, dal calcolo quantistico alla crittografia

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Le possibili applicazioni dello schema sono al momento ancora ipotetiche, ma spaziano dall’identificazione di un oggetto scarsamente riflettente in volo nel cielo diurno, alla rivelazione della presenza d’inquinanti debolmente riflettenti/assorbenti in atmosfera.

L’esperimento sulla “quantum illumination” ha inoltre dimostrato per la

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SPAZIO ASSOCIAZIONI UNIVERSITARIE MISURISTI

Per ulteriori informazioni: www.instrumentation.it

SPAZIO DELLE ALTRE ASSOCIAZIONI

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Rubrica a cura di Franco Docchio e Alfredo Cigada

Notizie dalle altre Associazioni

OTHER ITALIAN ASSOCIATIONS This section reports the contributions from Associations wishing to use Tutto_Misure as a vehicle to address their information to the readers.

RIASSUNTO Questa rubrica riassume i contributi e le notizie che provengono dalle Associazioni che vedono nella Rivista uno strumento per veicolare le loro informazioni al pubblico di Tutto_Misure.

A.L.A.T.I.: CORSO SU LINEE GUIDA ACCREDIA DT-02-DT

Nella logica di fornire ai propri soci, ma non solo, servizi atti al miglioramento della gestione del proprio sistema qualità, A.L.A.T.I. (Associazione Laboratori Accreditati di Taratura Italiani) in collaborazione con l’Area Gestione Infrastrutture e Servizi – Servizio Qualità di Ateneo del Politecnico di Milano, presso la sede di Piazzale Leonardo da Vinci a Milano, ha organizzato, il 18 di luglio di quest’anno, il corso sulla linea guida di ACCREDIA DT-02-DT, relativo alla gestione del sistema informativo nei laboratori.

Il corso che ha visto la presenza di 50 partecipanti, provenienti dai laboratori di taratura e prova, soci dell’associazione, risulta il primo nel suo genere da quando prima il SIT con il suo doc.535 e poi ACCREDIA con il già citato DT-02-DT, hanno previsto e preteso dai laboratori accreditati una gestione del proprio sistema informativo conforme a quanto contemplato dalla norma ISO IEC 17025 e ai requisiti specifici dell’ente.

Gli obiettivi dell’incontro sono stati:

• chiarire i requisiti del documento ACCREDIA DT-02-DT; • facilitarne l’applicazione attraverso la presentazione di soluzioni funzionali già implementate nei laboratori; • proporre uno livello minimo di selettività dei processi di validazione dei SW utilizzati nella taratura e nella gestione della strumentazione.

L’obiettivo principale non è stato quello di fornire soluzioni “chiavi in mano” in quanto la panoramica dei laboratori di taratura in Italia risulta abbastanza diversificata sia in termini di dimensioni che di attività; questo non consentiva un approccio “general purpose”.

L’idea è stata invece quella di permettere ai partecipanti di confrontarsi direttamente con realtà aziendali e laboratoriali diverse che avevano già implementato al proprio interno una gestione del sistema informativo coerente con la linea guida ACCREDIA, mettendo sul tavolo a loro volta la propria esperienza e le problematiche che si erano presentate nel far fronte a tali esigenze.

Tenendo conto di questo approccio, i contenuti didattici sono stati articolati secondo il seguente schema: 1. Illustrazione dei requisiti del documento ACCREDIA DT-02-DT; 2. Presentazione di esempi dei documenti di registrazione necessari e di metodologie applicative; 3. Requisiti minimi di una procedura di validazione di un foglio di calcolo elettronico utilizzato per la registra-

zione dei dati di misura ed la determinazione dell’incertezza: a. struttura del foglio di calcolo; b. controllo del formato dei dati in ingresso; c. controllo del formato dei dati in uscita secondo le regole del documento sulla compilazione del certificato di taratura IO-09-DT e del documento DT-04-DT sulle principali regole di scrittura; d. tipologia del set di dati in ingresso al foglio di calcolo e dei corrispondenti risultati attesi; 4. Proposte di applicativi in uso.

Considerando l’interesse mostrato dai partecipanti e prendendo spunto da quanto emerso durante la giornata, è intenzione dell’associazione replicare questo momento formativo nel prossimo autunno, ricordando ai lettori di T_M che, come per la prima edizione, il corso sarà ancora gratuito per i soci di ALATI. Per ulteriori informazioni: assoalati@gmail.com Il Presidente Ing. Paolo Giardina franco.docchio@ing.unibs.it

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ACCELEROMETRI OLTRE I LIMITI La gamma di accelerometri della Kistler, frutto di un tradizionale impegno nella continua ricerca e innovazione, si amplia ulteriormente per soddisfare le più disparate esigenze applicative. Ecco alcune recenti novità proposte dalla multinazionale tedesca.

Rapporto Sensibilità/Dimensioni imbattibile: accelerometri monoassiali 8640A e triassiali 8688A PiezoBeam con standard IEPE Progettati per accurate misure di eventi in frequenza da 0,5 Hz a 5.000 Hz, gli accelerometri Kistler Type 8640A e 8688A presentano un’ottima banda passante, fase, accuratezza e resistenza agli urti; sono ideali per l’uso in applicazioni di analisi modale SIMO (Single Input Multiple Output) o MIMO (Multiple Input Multiple Output), analisi modale operazionale o applicazioni di monitoraggio sismico.

Disponibili in formato da 5g, 10g, 50g questi accelerometri incorporano un elemento sensibile piezoceramico bimorfo integrato con tecnologia Piezotron® per un’alimentazione/uscita secondo standard IEPE. La compensazione termica, importante fattore di stabilità nelle misure con ampi gap di temperatura, è assicurata da metodi di compensazione brevettati. Gli accelerometri Kistler Type 8640A e 8688A integrano opzionalmente tecnologia TEDS IEE 1451.4, utile per semplificare il lavoro quotidiano; l’eccellente qualità del segnale permette una risoluzione di 140 µg.

Kistler 8766A: migliore per la sua classe con altissima stabilità in temperatura I nuovi accelerometri triassiali Kistler Type 8766A, dotati di cristalli Piezostar®, si presentano come sensori cubici aventi massa di 3,7 g, progettati per misure accurate di eventi in frequenza da 0,5 Hz a 10.000 Hz. L’estrema stabilità in temperatura (-0,005% / °C) permette accurate misure di vibrazione anche con gap di temperatura molto elevati. Con l’ampio range operativo da -54 °C a +165 °C,

questa famiglia di accelerometri triassiali e stata progettata per uso in applicazioni di analisi modale e testing in campo automotive, avionico, spaziale nonché in applicazioni di crash test.

L’estrema rigidezza del cristallo Piezostar®, brevettato e accresciuto nei laboratori Kistler, permette una risposta pressoché piatta su tutto il range di misura di frequenza e temperatura, con prestazioni notevolmente migliorate rispetto ai normali cristalli piezoceramici. La serie 8766A è unica nel suo genere: il montaggio è possibile mediante tre fori filettati di diversa misura in tre diversi orientamenti, il tutto accompagnato da relativa taratura. L’alloggiamento in titanio, saldato ermeticamente, è stato ideato per sostenere condizioni ambientali particolarmente critiche.

Disponibile nel range da 50 g, 100 g, 250 g, 500 g. 8315A e 8395 K-Beam® con tecnologia MEMS: eccezionale modularità, accuratezza e resistenza agli urti Queste famiglie di accelerometri permettono sia alta stabilità in temperatura sia bassissimi livelli di rumore, per misure precise sulle basse frequenze, dalla continua fino a 1.000 Hz. Sono sensori ideali per utilizzo su veicoli, aeromobili, flutter test, test sospensioni, veicoli ferroviari e per varie altre applicazioni industriali.

Le famiglie di accelerometri monoassiali Type 8315A e triassiali Type 8395 sono basate su tecnologia a capacità variabile, nota come MEMS (Micro-Electro-Mechanical System). Disponibili in 6 range, questi sensori incorporano un elemento sensibile con ammortizzatore a gas e sistema di protezione dai sovraccarichi: ciò permette loro di resistere a urti e alte accelerazioni pur mantenendo un’alta precisione.

Gli accelerometri 8315A e 8395 offrono inoltre la possibilità di misure da -55 °C a 125 °C (linearità e isteresi <1% FS).

Per ulteriori informazioni: www.kistler.com

OPTOPRIM - WE LIGHT YOUR SOLUTION Dal 1994 il gruppo Optoprim occupa un posto di primissimo piano quale fornitore di strumentazione ottica, selezionata solo tra i migliori produttori mondiali: la società propone soluzioni che vanno dal componente ottico alla macchina laser “chiavi in mano”.

Optoprim ha raccolto la sfida della produzione, iniziando nel 2001 lo start-up Industrial Laser Systems (Soluzioni laser per l’industria) e nel 2004 ha partecipato alla creazione di Eolite, società impegnata nella produzione di laser a fibra. Oggi il gruppo riunisce in sé tutte le competenze per soddisfare i mercati della ricerca e dell’industria: il suo sviluppo passa per la diversificazione (solare, biotecnologia, microscopia) e l’espansione in ambito europeo.

Optoprim sarà presente dal 14 al 16 Novembre prossimi a Expolaser 2013 (fiera di Piacenza), dove presenterà tutte le novità e le tecnologie più all’avanguardia

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riguardanti i laser, la componentistica ottica e optomeccanica, le attrezzature per la diagnostica di fasci, prodotti che trovano largo impiego tanto nei laboratori ottici quanto nel settore dei laser industriali.

La società brianzola, inoltre, grazie a una serie di partnership con aziende leader nei settori di riferimento è in grado di offrire un ampio ventaglio di strumentazione per misurazioni in spettroscopia, rilevazioni, sensori a fibra ottica, nonché mi-

surazioni con ultrasuoni laser, tomografia a coerenza ottica o imaging TeraHertz.

Per ulteriori informazioni: www.optoprim.it

COMMENTI ALLE NORME

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COMMENTI ALLE NORME: LA 17025 A cura di Nicola Dell’Arena (ndellarena@hotmail.it)

Non conformità, azioni correttive, azioni preventive, reclami e miglioramento - Parte ottava Non conformità e azioni correttive

A great success has been attributed to this interesting series of comments by Nicola Dell’Arena to the Standard UNI CEI EN ISO/IEC 17025.

RIASSUNTO Prosegue con successo l’ampia e interessante serie di commenti di Nicola Dell’Arena alla norma UNI CEI EN ISO/IEC 17025. I temi trattati sono: La struttura della documentazione (n. 4/2000); Controllo dei documenti e delle registrazioni (n. 1/2001 e n. 2/2001); Rapporto tra cliente e laboratorio (n. 3/2001 e n. 4/2001); Approvvigionamento e subappalto (n. 3/2002 e n. 1/2003); Metodi di prova e taratura (n. 4/2003, n. 2/2004 e n. 3/2004); Il Controllo dei dati (n. 1/2005); Gestione delle Apparecchiature (n. 3/2005, n. 4/2005, n. 3/2006, n. 3/2006, n. 4/2006, n. 1/2007 e n. 3/2007); Luogo di lavoro e condizioni ambientali (n. 3/2007, n. 2/2008 e n. 3/2008); il Campionamento (n. 4/2008 e n. 1/2009); Manipolazione degli oggetti (n. 4/2009 e n. 2/2010), Assicurazione della qualità parte 1.a (n. 4/2010); Assicurazione della qualità parte 2.a (n. 1/2011); Assicurazione della qualità parte 3.a (n. 2/2011).

Non conformità, azioni correttive, ecc. parte 1.a (n. 4/2011), parte 2.a (n. 1/2012), parte 3.a (n. 2/2012), parte 4.a (n. 3/2012), parte 5.a (n. 4/2012), parte 6.a (n. 1/2013), parte 7.a (n. 2/2013).

MIGLIORAMENTO

Il paragrafo 4.10 è il requisito più breve di tutta la norma e, secondo me, più che un requisito si tratta di un principio, in quanto non riporta le modalità di attuazione. Il requisito, inesistente nelle precedenti norme, è stato introdotto, sia nella 17025 che nella 9001, per il fatto che per in Giappone esso rappresenta un obiettivo fondamentale per il benessere e il progresso del sistema industriale, serve per vincere la concorrenza e perché i giapponesi lo applicano

anche agli aspetti della vita.

La norma prescrive che “il laboratorio deve migliorare in modo continuo l’efficacia del proprio sistema di gestione attraverso l’utilizzo della politica per la qualità, gli obiettivi per la qualità, i risultati degli audit, l’analisi dei dati, le azioni correttive e preventive e il riesame da parte della direzione”.

Il miglioramento può essere ottenuto per due strade diverse: in modo continuo (chiamato Kaizen) e per innovazione (chiamato Kairyo). Il Kaizen è un miglioramento fatto di piccoli passi ma di lungo termine, è valido sia per i processi produttivi che per quelli gestionali e coinvolge tutto il personale della società. Il Kaizen è applicato moltissimo in Giappone e poco nel mondo occidentale.

Il Kairyo è miglioramento fatto di grandi passi e grandi investimenti ma di breve termine, e coinvolge solo il personale addetto alla trasformazione. Il Kairyo è applicato esclusivamente nel mondo occidentale. La dif-

ferenza tra le due strade del miglioramento è più chiara con riferimento alla Fig. 1.

La ISO 9000 definisce il miglioramento continuo come una “attività ricorrente, svolta da una organizzazione, mirata ad accrescere la capacità di soddisfare i requisiti”. La nota della ISO 9000 sul miglioramento continuo è doverosamente riportata perché chiarisce molto bene cosa sottende la definizione, e cosa bisogna fare per applicarla: “il processo di definizione degli obiettivi e d’individuazione delle opportunità di miglioramento è un processo continuo che utilizza le risultanze della verifica ispettiva e le conclusioni della verifica ispettiva, l’analisi dei dati, i riesami da parte della direzione o altri mezzi e generalmente comporta azioni correttive o azioni preventive”.

FASI E DOCUMENTAZIONE Leggendo insieme il requisito della 17025 e la nota della 9000 si capisce che, pur utilizzando le stesse frasi, la nota chiarisce completamente le fasi da applicare mentre il requisito pone dubbi su cosa voglia dire.

Ritornando ad analizzare il requisito, la prima cosa da notare è che il laboratorio deve continuamente migliorare il sistema adottato. La seconda cosa da notare è che la norma non chiede procedure e politica mentre, secondo me, una procedura gestionale ci sta benissimo. La terza cosa da notare è che la norma non presenta modalità di attuazione, ma qui la nota della 9000 ci aiuta notevolmente e con l’aiuto abbiamo anche il contenuto della procedura gestionale. Un fatto negativo è costituito dalla parola “continuo”: con l’accreditamento, se per caso durante un anno non c’è nulla da migliorare, bisogna inventar-

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COMMENTI ALLE NORME

pleonastico di- se si poteva aggiungere qualcosa re che tutte le sugli strumenti da utilizzare. registrazioni Per i laboratori di taratura Accredia preparate dal- aggiunge “nell’applicare quanto prel’inizio alla fi- visto dalla norma non devono essere ne devono es- trascurati gli adeguamenti di tipo sere conserva- tecnico, ad esempio: programmi di aggiornamento del personale – te.

Sono convinto miglioramento dei metodi di taratura che l’introdu- e incremento della loro efficienza, zione del mi- per meglio rispondere ai requisiti e g l i o r a m e n t o alle richieste dei clienti – aggiornacontinuo non mento delle apparecchiature e loro abbia apporta- mantenimento al miglior livello possito passi signifi- bile”. cativi e nuovi Questo requisito aggiuntivo non serclienti alle so- viva, in quanto il miglioramento concietà. Sono con- tinuo è stato introdotto da Juran proFigura 1 – Kaizen e Kairyo vinto che se non prio per i processi tecnici, e inoltre fosse stato intro- nel termine “miglioramento” è insito dotto il sistema tutto quanto richiesto dal requisito si qualcosa per rispettare la norma. qualità avrebbe funzionato lo stesso, aggiuntivo. Anche per i laboratori di Poiché essa non riporta la frase in quanto le norme precedenti conte- prova si poteva riportare qualcosa “quando necessario” ma prescrive “in nevano (verifica ispettiva, riesame sugli strumenti da utilizzare. della direzione e azioni correttive) gli Il “mantenimento al miglior livello modo continuo”.

Brevemente vediamo le fasi del pro- strumenti per affrontare e risolvere il possibile” è ambiguo, in quanto non fissa un limite preciso di qualità da problema. cesso: raggiungere (per il laboratorio può 1) individuazione delle opportunità di essere un certo valore, mentre per miglioramento (verifica ispettiva, anaAccredia ne può essere un altro) e POSIZIONE DI ACCREDIA lisi dei dati); inoltre esso si rispetta applicando 2) scelta degli obiettivi (riesame della direzione o solo direzione in base Per i laboratori di prova Accredia altri requisiti della 17025, quali la riporta la laconica frase “si applica il manutenzione e l’assicurazione della alla politica adottata); 3) attuazione degli obiettivi (azione requisito di norma”. Va bene, anche qualità. correttiva, azione preventiva o addirittura Piano di miglioramento); 4) registrazioni in tutte le fasi.

A questo punto il laboratorio sa cosa fare. Qualche parola in più sullo strumento da utilizzare: azione correttiva, se l’opportunità nasce da una non conformità; azione preventiva, se l’opportunità nasce da una potenziale non conformità; piano di miglioramento, se l’opportunità è complessa, complicata, coinvolge diverse unità ed è suddivisa su diversi anni.

Il Piano di Miglioramento, di cui nella Fig. 2 si riporta un esempio, deve contenere, per ciascun obiettivo di miglioramento, le seguenti informazioni: (i) Strategia; (ii) Responsabilità; (iii) Risorse umane da impegnare, strumentali ed economiche; (iv) Tempi di attuazione, (v) Altre Figura 2 – Piano di Miglioramento informazioni che si ritengono utili. È

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MISURA DI PROFILI PER LA SICUREZZA NELL’AUTOVEICOLO

Il cruscotto di una Peugeot 508 Utilizzando il sensore LJ-G di Keyence, il produttore di apparecchiature automobilistiche Faurecia Interior System ha automatizzato la sua ispezione delle feritoie di apertura degli airbag sui cruscotti dei veicoli. Ne sono risultati misure stabili e un veloce ritorno sugli investimenti.

Il Gruppo Faurecia è riconosciuto per la sua competenza nella progettazione, sviluppo, produzione e fornitura di parti OEM: con 320 siti in 34 Paesi, inclusi 30 dei più importanti centri R&D, è un leader in ciascuno dei suoi quattro segmenti di business - Automotive Seating (leader mondiale nei telai e nei meccanismi per sedili), Interior Systems (leader mondiale), Emission Control Technologies (leader mondiale) e Automotive Exteriors (leader europeo).

Nell’impianto dei sistemi per interni è utilizzata una stazione d’ispezione progettata dal centro R&D Faurecia Interior Systems di Méru, Francia.

Ispezioni per la sicurezza dei passeggeri I rivestimenti dei cruscotti hanno piccole feritoie che permettono l’apertura di un airbag nel caso di uno scontro. Se realizzate in modo impreciso, tali feritoie possono impedire la cor-

retta apertura dell’airbag e compromettere la sicurezza dei passeggeri. Mediante la triangolazione laser, ogni feritoia del cruscotto viene scansionata e convertita in un profilo a 800 punti per determinare il suo spessore residuo, ossia lo spessore del rivestimento nel punto più profondo della feritoia. Lo spessore residuo è ottenuto dal punto più basso del profilo. È quindi calcolato direttamente il valore in mm relativo al punto di riferimento sul telaio.

“In precedenza eseguivamo queste misure manualmente con un microscopio. Il processo non solo era lungo, ma richiedeva la distruzione delle parti da misurare.

Abbiamo quindi deciso che avevamo bisogno di una soluzione di misura senza contatto, che fosse facile da integrare e offrisse ripetibilità”, ha spiegato Lionel Marlier, Responsabile delle Normative di Sicurezza presso Faurecia Interior Systems.

L’LJ-G di Keyence è un sensore di spostamento laser 2D in grado di eseguire misure al volo su linee di produzione. Composto da un controllore, un monitor e teste laser, esso si distingue per la sua facilità d’uso. Il suo menù di predisposizione è stato progettato in modo che anche gli utenti meno esperti possano facilmente configurare le impostazioni e il suo software di supporto rende semplice l’impostazione tramite PC. Inoltre, i dati possono essere esportati in un foglio elettronico per l’analisi.

“L’integrazione è stata molto semplice e la misura è stabile senza richiedere alcuna azione speciale da parte nostra”, aggiunge Marlier.

Nonostante i rivestimenti dei cruscotti possano essere neri, bianchi o marroni, l’LJ-G non è influenzato dal colore o dalle condizioni d’illuminazione, grazie al suo sensore d’immagine E3-CMOS. Sviluppato per applicazioni di visione industriale, il sensore ha un campo

dinamico che è 300 volte più ampio di quello dei sensori convenzionali; di conseguenza, può eseguire misure su superfici di qualsiasi colore o riflettività. Inoltre l’LJ-G offre una funzione di regolazione della posizione che permette misure stabili anche quando i target sono posizionati in modo non corretto o inclinati. La Serie LJ-G offre una ripetibilità di 1 micron e una velocità di campionamento di 3,8 ms.

“Le ispezioni sono ora il doppio più veloci di prima e possono essere eseguite nell’area di produzione, cosa che ha aumentato la nostra efficienza”, conclude Marlier.“Le soluzioni automatizzate di Keyence non solo ci permet-

tono di assicurare un continuo miglioramento della qualità, ma sono anche convenienti. Le ispezioni sono più veloci, non distruttive e richiedono un minore impegno umano. Complessivamente, l’LJ-G si è ripagato in meno di un anno e ha migliorato la precisione delle nostre misure”.

Per ulteriori informazioni: www.keyence.it

HBM AMPLIA LA GAMMA DI ACCESSORI PER TRASDUTTORI DI FORZA PIEZOELETTRICI I trasduttori piezoelettrici trovano impiego in tutte le applicazioni in cui lo spazio disponibile per la tecnica di misura è ridotto, oppure nelle misurazioni in cui si presentano forze minime ed elevata dinamica. HBM Test & Measurement, con i suoi prodotti piezoelettrici PACEline, conferma la propria posizione di partner affidabile nel settore, come testimonia la crescente richiesta di nuove soluzioni della multinazionale tedesca.

L’integrazione dei prodotti PACEline nei sistemi esistenti è ora ancora più semplice, grazie all’ampliato assortimento della gamma di accessori. Oltre agli ausili al montaggio, ai componenti sommatori e agli adattatori per cavi, già disponibili, oggi HBM amplia la sua offerta di cavi di carica, con quelli di lunghezza fino a 7 metri.

L’utilizzatore può quindi acquistare tramite HBM l’intera catena di misura, inclusi numerosissimi accessori, praticamente per tutte le applicazioni, risparmiando tempo e costi poiché, oltre al consueto livello qualitativo, anche il rapporto qualità-prezzo di questi accessori è estremamente interessante.

Tutte le informazioni sull’elettronica piezoelettrica di HBM si possono leggere alla pagina web: www.hbm.com/it/paceline

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T U T T O _ M I S U R E Anno XV - n. 3 - Settembre 2013 ISSN: 2038-6974 Sped. in A.P. - 45% - art. 2 comma 20/b legge 662/96 - Filiale di Torino Direttore responsabile: Franco Docchio Vice Direttore: Alfredo Cigada Comitato di Redazione: Salvatore Baglio, Antonio Boscolo, Marcantonio Catelani, Marco Cati, Pasquale Daponte, Gianbartolo Picotto, Luciano Malgaroli, Massimo Mortarino Redazioni per: Storia: Emilio Borchi, Riccardo Nicoletti, Mario F. Tschinke Le pagine delle Associazioni Universitarie di Misuristi: Stefano Agosteo, Bruno Andò, Filippo Attivissimo, Alfredo Cigada, Domenico Grimaldi, Anna Spalla Lo spazio delle altre Associazioni: Franco Docchio, Alfredo Cigada Le pagine degli IMP: Maria Pimpinella Lo spazio delle CMM: Alberto Zaffagnini, Alessandro Balsamo Comitato Scientifico: ACISM-ANIMA (Roberto Cattaneo); AEI-GMTS (Claudio Narduzzi); AIPnD (Giuseppe Nardoni); AIPT (Paolo Coppa) AIS-ISA (Piergiuseppe Zani); ALATI (Paolo Giardina); ALPI (Lorenzo Thione); ANIE (Marco Vecchi); ANIPLA (Marco Banti, Alessandro Ferrero); AUTEC (Anna Spalla),CNR (Ruggero Jappelli); GISI (Abramo Monari); GMEE (Giovanni Betta); GMMT (Paolo Cappa, Michele Gasparetto); GRUPPO MISURISTI NUCLEARI (Stefano Agosteo) INMRI – ENEA (Pierino De Felice, Maria Pimpinella); INRIM (Rodolfo Zich, Paolo Vigo, Franco Pavese); ISPRA (Maria Belli); OMECO (Clemente Marelli); SINAL (Paolo Bianco); SINCERT-ACCREDIA (Alberto Musa); SIT (Paolo Soardo); UNIONCAMERE (Enrico De Micheli)

Videoimpaginazione e Stampa: la fotocomposizione - Torino Autorizzazione del Tribunale di Casale Monferrato n. 204 del 3/3/1999.

I testi firmati impegnano gli autori.

A&T - sas Direzione, Redazione, Pubblicità e Pianificazione Via Palmieri, 63 - 10138 Torino Tel. 011 0266700 - Fax 011 5363244 E-mail: info@affidabilita.eu Web: www.affidabilita.eu Direzione Editoriale: Luciano Malgaroli Massimo Mortarino È vietata e perseguibile per legge la riproduzione totale o parziale di testi, articoli, pubblicità e immagini pubblicate su questa rivista sia in forma scritta sia su supporti magnetici, digitali, ecc.

ABBONAMENTO ANNUALE: 40 EURO (4 numeri cartacei + 4 numeri telematici) ABBONAMENTO BIENNALE: 70 EURO (8 numeri cartacei + 8 numeri telematici) Abbonamenti on-line su: www.tuttomisure.it L’IMPORTO DELL’ABBONAMENTO ALLA PRESENTE PUBBLICAZIONE È INTERAMENTE DEDUCIBILE. Per la deducibilità del costo ai fini fiscali fa fede la ricevuta del versamento effettuato (a norma DPR 22/12/86 n. 917 Art. 50 e Art. 75). Il presente abbonamento rappresenta uno strumento riconosciuto di aggiornamento per il miglioramento documentato della formazione alla Qualità aziendale.

NEL PROSSIMO NUMERO • Il tema: TRV – Misure e test per caratterizzazione di materiali • Laser nella misura di vibrazioni • Misura della qualità nelle connessioni a Internet E molto altro ancora...

ABBIAMO LETTO PER VOI

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La Redazione di Tutto_Misure (franco.docchio@ing.unibs.it)

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INCERTEZZA DI MISURA E ACQUISIZIONE DI SEGNALI Andrea Zanobini, Simone Giovannetti 284 pp. – Esculapio Edizioni (2013) ISBN 978-88-74885-73-2 Prezzo: € 24,00

Il termine incertezza di misura è legato non solo al concetto di dubbio intorno alla validità del risultato, ma anche alla quantizzazione di tale nozione. In tal senso l’incertezza di misura è il parametro associato al risultato caratterizzante la dispersione dei valori che potrebbero essere ragionevolmente assegnati al misurando o più propriamente alla sua rappresentazione tramite un modello. Tale parametro potrà essere espresso in termini di deviazione standard e d’intervalli con un prestabilito livello di confidenza o di fiducia. Nel testo si è cercato, utilizzando strumenti inerenti alla statistica e al calcolo delle probabilità, di mostrare un quadro completo e dettagliato delle popolazioni in ingresso al modello mediante l’uso di grafici tracciati con opportuni software. I dati sono stati fatti propagare con un algoritmo Monte Carlo in maniera da ottenere la distribuzione del misurando, la sua media, la sua varianza e l’intervallo di confidenza. È stato affrontato il tema dei sistemi di misura, partendo dalla trasduzione di una grandezza fisica in un segnale elettrico da parte dei sensori più comuni. Tale segnale verrà acquisito da un modulo per elaboratore (DAQ) che presenta molti aspetti positivi: offre flessibilità, accuratezza e infine permette un’elaborazione accurata dei dati. Il processo di misura con i moduli si è focalizzato sull’acquisizione e analisi delle informazioni. L’utilizzo di alcuni potenti applicativi (Minitab®, GUM Workbench®, LabVIEW®) permette una fruizione immediata dei concetti teorici esposti. Concludendo si è scelto di aiutare il lettore nelle sue valutazioni dell’incertezza, presentando esempi svolti e proponendo esercizi a fine di ogni capitolo.

Gli autori – Andrea Zanobini è ricercatore presso la Facoltà di Ingegneria dell’Università degli Studi di Firenze. Sul piano scientifico si interessa attualmente della definizione d’incertezza di misura, dell’acquisizione di segnali da sensori e di software per il controllo e l’elaborazione statistica di un processo di misura. Sul piano didattico ha tenuto corsi di Statistica e probabilità per l’ingegneria, Misure e metodi statistici per la qualità, Sistemi di acquisizione e sistemi di elaborazione, Misure elettriche. È autore di un centinaio di pubblicazioni nazionali e internazionali.

Simone Giovannetti si è laureato in ingegneria elettronica presso l’Università degli Studi di Firenze, con una tesi su sistemi di misura con scheda di acquisizione dati. Ha superato l’esame di abilitazione alla professione d’ingegnere e conosce vari software di tipo gestionale, grafico e applicativo, tra cui LabVIEW, SolidWorks e Autocad Electrical. Attualmente si occupa di CAD per la progettazione di PCB. Il Commento del Prof. Domenico Mirri (Università di Bologna e co-organizzatore della Giornata della Misurazione) Andrea Zanobini è il più giovane allievo di Gaetano Iuculano che era, nel Gruppo Misure Elettriche ed Elettroniche (GMEE), il professore che si era dedicato con maggior impegno alla probabilità e alla statistica, oltre a essere un matematico applicato di grande valore. È quindi naturale che questo allievo di Iuculano abbia pubblicato, insieme a un giovane collega, un libro dedicato specificatamente al problema dell’incertezza associata a ogni risultato di misura, guidando il lettore all’utilizzazione della GUM, ossia alla “Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement”, e del Supplemento 1 di questa Guida. Una trattazione introduttiva di tipo teorico e numerosi esempi applicativi aiutano il lettore non soltanto ad approfondire l’argomento ma anche a imparare a utilizzare in concreto questa Guida. La seconda parte, dedicata ai Sistemi di Acquisizione dati e alla loro realizzazione utilizzando LabView, rappresenta un utile complemento anche a un Corso di Misure Elettriche o di Misure Elettroniche, abituando lo studente ad applicare la GUM anche nei casi più semplici. Numerose prove d’esame e la loro soluzione completano il volume.

LE AZIENDE INSERZIONISTE DI QUESTO NUMERO Aviatronik 4a di cop.

Bocchi p. 170 Cibe p. 228 Delta Ohm p. 178 DL Europa p. 164 DGTS p. 194 HBM p. 172-234-239 Hexagon Metrology p. 162-220 IC&M p. 176 Instrumentation Devices p. 190-234 Keyence p. 161 Kistler Italia p. 198-236

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Labcert LMS Italiana LTF LTTS Luchsinger Mitutoyo Italiana Optoprim PCB Piezotronics Physik Instrumente Renishaw Rupac

p. 208 p. 186 p. 212 p. 166 p. 184 3a di cop. p. 204-236 p. 220-226 p. 218 p. 196 2a di cop.