ITIA-CNR

L'Istituto, inizialmente denominato Centro Macchine Utensili (CEMU), viene fondato nel 1963 a Cinisello Balsamo (MI), quale Consorzio tra il Consiglio Nazionale delle Ricerche e l’Associazione Italiana per lo sviluppo della Ricerca nelle Macchine Utensili, con l'obiettivo di condurre attività di ricerca strategiche per la competitività dell'industria della meccanica strumentale. CEMU è un primo esempio di partenariato Pubblico Privato.

Sin dagli anni '60 il CNR ha operato attraverso:

• i Progetti Finalizzati, dal Progetto Finalizzato Tecnologie Meccaniche al Progetto Finalizzato Robotica,
• i suoi Organi, dal CEMU, all'ITIA, al Dipartimento Sistemi di Produzione

Per contribuire, attraverso la Visione Strategica e la Ricerca Scientifica per l'Innovazione Industriale, alla competitività e sostenibilità del settore Manufatturiero, con particolare focalizzazione sulle Macchine e i Sistemi di Produzione, settore di grande rilevanza economica, sociale ed ambientale per l'Europa e l'Italia.

In quest’ottica, nel 1968 il CEMU diventa Laboratorio CNR.
Le attività si incentravano principalmente sulla ricerca applicata sperimentale e la progettazione, sviluppo e costruzione di prototipi di dispositivi e gruppi funzionali delle macchine utensili, in collaborazione con università, associazioni di ricerca, aziende.
Le aree tematiche riguardavano principalmente:

• lubrificazione idrostatica – attrito
• oleodinamica
• servosistemi e controllo numerico
• elastostatica ed elastodinamica strutturale
• pneumatica e pneumostatica

Alcuni rilevanti risultati sviluppati in quegli anni includono ad esempio (Fig. 1) una pompa-idromotore in un impianto pneumoidraulico di recupero dell’energia cinetica, un servosistema integrale per un tornio idraulico a velocità costante, un mandrino pneumostatico ultraveloce.

Fig. 1

Nel 1979 il CEMU diventa Istituto Sperimentale Macchine Utensili (IMU), del CNR, assumendo successivamente (1993) l’attuale denominazione di Istituto di Tecnologie Industriali e Automazione (ITIA), che dal 2005 fa parte del nuovo Dipartimento di Sistemi di Produzione, composto da 7 Istituti e da più di 600 persone.

Nel 1986, l’ITIA si trasferisce nella nuova sede di via Ampere nella zona di Città Studi a Milano, con la missione strategica - fondata sulla lunga tradizione dell’Ente – di contribuire alla crescita della Competitività e Sostenibilità del Manifatturiero in Italia ed Europa, sostenendo l'innovazione industriale, basata sulla ricerca, per lo sviluppo di nuovi prodotti e processi ad alto valore aggiunto.

Nel 2009, l’ITIA insedia la propria sede presso l’Area di Ricerca di Milano, in Via Bassini, dove sono presenti altri 8 istituti CNR.

Le attività svolte e i risultati conseguiti, in relazione alla missione affidata, sono qui rappresentati considerando due cicli consecutivi, correlati dalla riforma del CNR del 1999: quello dello sviluppo dell’ITIA, essenzialmente, quale Istituto di livello Europeo (1986 – 2000) e quello del suo sviluppo quale Sistema Rete (2000 – 2010).

1986 – 2000, dall’IMU all’ITIA: verso un Istituto Europeo

Per portare l’IMU, poi ITIA, a divenire un Istituto di livello Europeo, si è proceduto attraverso

• l’individuazione della nuova strategia di mercato
• lo sviluppo di nuove competenze
• la individuazione delle necessarie visioni strategiche
• l’ingresso nel contesto della ricerca europea e italiana: networks e finanziamenti.

Le attività dell'ITIA volte al Manifatturiero, ai Beni Strumentali e alla ”Impresa del futuro” hanno portato a:

• ricerca Scientifica e Tecnologica, nei domini di cui alla Fig. 2, con fondi CNR e con contratti acquisiti nell’ambito dei programmi nazionali ed europei (EU e EUREKA), su progetti concepiti e lanciati dall’Istituto, per oltre 15 miliardi di lire;
• cooperazione per la ricerca e l’innovazione, con oltre 100 Imprese, italiane ed estere, in attività di ricerca nell'ambito di programmi europei e nazionali nonché di contratti industriali
• formazione per la ricerca e l’innovazione, attraverso la ricerca, che ha coinvolto a vario titolo 500 giovani
• concezione e gestione di programmi internazionali quali i Progetti Ombrello EUREKA FAMOS e EUREKA FACTORY
• osservatorio delle tecnologie (Monitech, poi EPP Lab):studi su modelli di riferimento per lo sviluppo del Manifatturiero, dei Beni Strumentali, “Impresa del futuro” e relativa organizzazione della ricerca e consulenza al Murst e Commissione Europea
• organizzazioni di Forum internazionali in collaborazione con UE, EUREKA, NSF, MURST.

Fig.2: evoluzione dei domini di attività dell’Istituto:
dai componenti, alle macchine, ai sistemi di produzione, all’impresa estesa

Le competenze sviluppate sono riportate nella figura 3.

Fig. 3. Competenze ITIA (1999)

Tenuto conto di quanto precede e delle fonti di finanziamento utilizzate, l’evoluzione dell’Istituto, attraverso i vari livelli di intervento, può essere identificata con l’ampliamento e lo sviluppo:

• a livello tecnologico: dai componenti alle macchine, alle celle, ai sistemi
• a livello settoriale: dal settore meccanico, ai vari settori del manifatturiero, tradizionali ed avanzati
• a livello di progetti/programmi di RTD&I: con programmi regionali, nazionali, europei, internazionali
• a livello di collaborazioni: da territoriali, a nazionali, a europei, a internazionali

2000 - 2010, Verso il Sistema Rete, nella logica Manufuture

Agli inizi degli anni 2000, ITIA ha collaborato, insieme ad altre organizzazioni di ricerca ed aziende europee designate dalla CE, alla concezione e lancio della Piattaforma Tecnologica Europea Manufuture, relativa al futuro del manifatturiero in Europ,a contribuendo prima alla stesura del “Working Document” edito per la 1^a Conferenza Manufuture 2003 organizzata a Milano, e poi alla stesura sia della “Vision 2020” che della “Strategic Research Agenda”.
L’Istituto, seguendo l’approccio della Piattaforma Manufuture, di cui è stato uno dei promotori, ha svolto internamente uno studio strategico, che mostrava:

• l’esistenza di una domanda industriale di R & ST per l’innovazione, in potenziale crescita, per conferire competitività e sostenibilità al Manifatturiero,
• la necessità per il Paese, in un quadro europeo e globale, di disporre di un forte "presidio" scientifico, tecnologico e culturale -per l’innovazione strategica del contesto Manifatturiero Industriale- comparabile a quello di Paesi avanzati quale la Germania;
• il ruolo atteso dell'Istituto – in una logica di impresa rete - quale "motore" e “sostegno” all’innovazione per realizzare un un Manifatturiero Competitivo e sostenibile ad alto valore aggiunto, e la Fabbrica del Futuro
• l’azione attesa dell’Istituto - quale Impresa generatrice di Conoscenza - secondo una logica e una architettura di impresa-rete, caratterizzata da integrazioni permanenti e alleanze, anche temporanee, con altri attori di ricerca
• la necessità di costituire sezioni e iniziative distinte, in differenti collocazioni geografiche, per offrire e cogliere differenti opportunità in relazione al contesto

Questo studio ha configurato un Istituto integrato nel contesto internazionale e caratterizzato da un forte rapporto sinergico con Enti a esso complementari, un Istituto avente un “nucleo” dedicato alla duplice visione di sviluppo e di gestione della tecnologia, a cui facciano riferimento sezioni distaccate presso Imprese, sedi universitarie, organizzazioni, nonché sezioni costituite da preesistenti organi del CNR che, progressivamente, si integreranno in una logica tecnologico-settoriale.

Le attività portanti dell’Istituto sono state:

• Ricerca scientifica e sviluppo tecnologico:
• Formazione per la Ricerca e l’Innovazione Industriale
• Trasferimento tecnologico
• Osservatorio tecnologico
• Gestione di Programmi/Progetti di ricerca e formazione Internazionali

Le attività di RTD&I hanno interessato varie macro-aree ed in particolare:

• Componenti, Macchine e Sistemi per lavorazioni, montaggi, misure
• Macchine a Cinematica Parallela (PKM)
• Ambienti Virtuali per la Produzione Industriale
• Evolving Extended Enterprise
• Strumenti e Metodologie di Progettazione di Macchine e Sistemi
• Strumenti e Metodologie di Gestione dei Sistemi di Produzione
• Processi di produzione e riciclaggio innovativi e sostenibili
• Tecnologie e materiali non convenzionali

Le configurazioni e competenze sviluppate dall’ITIA nelle area dianzi descritte, sono state utilizzate principalmente, nei vari progetti di ricerca e formazione del PNR SPI (Programma Nazionale di Ricerca sui Sistemi di Produzione Innovativi) che hanno teso allo sviluppo di macchine e sistemi innovativi per il Manifatturiero.
Nello specifico i progetti SPI, dal valore per ITIA di circa 10 miliardi di lire, hanno riguardato:

• Metodologie innovative per la realizzazione di stazioni di lavorazioni meccaniche (SPI 1)
• Sistemi innovativi per la lavorazione ad alta efficienza (SPI 2)
• Stazioni di montaggio modulari (SPI 3)
• Strumentazione del processo industriale di generazione e produzione di forme (SPI 4)
• Sistema automatizzato flessibile e adattativo di saldatura (SPI 5)
• Sistema automatizzato e integrato per la produzione di calzature (SPI 6)
• Sistema integrato per la progettazione e produzione di prodotti in legno (SPI 7)
• Sistema modulare per lo stampaggio di prodotti in materiali plastici (SPI 8)
• Sistema infrastrutturale di supporto per ambienti produttivi caratterizzati dalla presenza di agenti autonomi (SPI 11)

I principali risultati scientifici e tecnologici conseguiti sono stati:

• 3 impianti pilota: per la produzione di calzature personalizzate, per la lavorazione di pannelli in legno, per processi flessibili di assemblaggio (fig. 4),
• sviluppo della nuova famiglia di robot a cinematica parallela (PKM), fig. 5 e fig. 6,
• nuovi prototipi di macchine ad altissime prestazioni

Fig 4: Impianti pilota realizzati da ITIA nell’ambito dei progetti PNR-SPI

Attraverso i progetti SPI l’ITIA ha sviluppato tre dimostratori di impianti flessibili per prodotti orientati al consumatore nei settori delle calzature, dell’arredo e degli elettrodomestici.
Tali dimostratori hanno integrato innovazioni sui processi di design e produzione volti a garantire la produzione di prodotti personalizzati ed hanno costituito lo start up di una linea di ricerca e sviluppo dedicata al paradigma della mass customisation che ha successivamente generato progetti di riferimento a livello europeo, in particolare nel settore delle calzature, nell’ambito del V, VI e VII programma quadro, tutti coordinati dall’ITIA-CNR, quali Euroshoe, CEC made Shoe, Fit4U e CoreNet, come rappresentato dallo schema seguente.

Attraverso gli sviluppi citati, gli impianti pilota dell’ITIA-CNR, e nello specifico quello di Vigevano per la produzione di calzature su misura, sono divenuti best practise Europee per la innovazione di processo e di prodotto.

Le linee di ricerca e sviluppo così articolate hanno visto nascere anche la piattaforme Europea sulle calzature coordinata dall’ITIA-CNR, strettamente collegata alla piattaforma Manufuture ed alle altre piattaforme Europee presenti nell’area dei Consumer Goods, generando così nuove sfide colte dall’ITIA CNR nell’ambito della innovazione dei sistemi di produzione di prodotti per il consumatore finale personalizzati, salubri ed ecosostenibili.

A partire dal 1998, tra le attività di ricerca portanti di ITIA, emergono la concezione, progettazione, produzione e validazione sperimentale di una nuova generazione di macchine e robot a cinematica parallela (PKM). L’esperienza, nata come progetto interno di CNR-ITIA, si è poi sviluppata grazie a commesse esterne per un finanziamento complessivo pari a 5.5 Miliardi di Lire, nell’ambito dei seguenti progetti:

• Progetto IV FP GROWTH BE97-4177 Robotool (Advanced Kinematics for Manufacturing Applications).
• Programma Nazionale di Ricerca sui Sistemi di Produzione Innovativi Tema 1: Metodologie innovative per la realizzazione di stazioni di lavorazione meccaniche.
• Programma Nazionale di Ricerca sui Sistemi di Produzione Innovativi Tema 3: Stazioni di montaggio modulari.
• Programma Nazionale di Ricerca sui Sistemi di Produzione Innovativi Tema 6: Sistema automatizzato ed integrato per la produzione di calzature.
• Eureka Factory E! 1522 “Manufuturing” (Self –Innovating Extended Factory for Electro-Mechanical Products).
• V FP GROWTH GRD1 – 2000 - 25761 EUROShoE (Development of the processes and implementation of management tools for the Extended User Oriented Shoe Enterprise).

Fig. 5: Evoluzione dei prototipi dei PKM sviluppati da ITIA

Le attività in questione hanno portato alla cooperazione – tuttora attiva - con importanti partner industriali quali: Innse Berardi – Gruppo Camozzi, Comau Powertrain, Jobs, McM, Prima Industrie, Siemens, Fidia, Gamfior, INA, Ce.S.I., Cobest, Geodedic, Gerardi, Masmec, Phase; ed hanno consentito ad CNR-ITIA di essere in costante contatto ed interazione con i principali gruppi di ricerca nazionali, europei ed internazionali come testimoniato dall’organizzazione della First European American Conference on Parallel Kinematic Machines (1998) svoltasi a Milano nel 1998, dal coinvolgimento nell’organizzazione del Year 2000 Parallel Kinematic Machines International Conference and Second European American Forum on PKM - 2000 Ann Arbor, MI, USA - e ai Chemnitzer Parallelkinematik-Seminar tenutisi a Chemnitz, Germania, con cadenza biennale fino al 2006.
E’ inoltre importante sottolineare che molti degli studi teorici e dei prototipi di ricerca presentati durante il Forum si sono tradotti in implementazioni industriali di successo presentati nell’ambito delle principali fiere di robotica e macchine utensili mondiali (EMO – European MachineTool Show 1999, 2001 e 2003, IMTS - The International Manufacturing Technology Show 2000 e 2002) contribuendo a cambiare radicalmente il settore della manipolazione ad elevata dinamica.

Fig. 6: Macchina a cinematica parallela PKM Celerius progettata e sviluppata da ITIA nell’ambito del progetto PNR-SPI 1

I 6 prototipi industriali (coperti da due diversi brevetti) di macchine a cinematica parallela sono stati presentati presso stand CNR-ITIA durante la Esposizioni Internazionali BiMu 2000, la BiMu 2002, EMO 2003 e BiMec 2004 e trovano applicazione in settori industriali diversi che spaziano dall’assemblaggio di componenti elettromeccanici, all’esecuzione di alcune lavorazioni ancillari al processo di iniezione della suola su scarpa ed alla finitura e semifinitura di stampi.

In quest’ultimo decennio sono stati inoltre conseguiti risultati che interessano vari livelli e ambiti, in particolare:

• Organizzazione operativa: costituzione delle Sezioni ITIA di Roma e Bari e del laboratorio di Design & Mass Customization di Vigevano
• Iniziative internazionali: costituzione ed implementazione della Piattaforma Europea Manufuture;
• Studi strategici: nuovo Paradigma per il Manufatturiero Competitivo e Sostenibile, contribuiti a vari Programma Quadro, alla Eureka Strategy, lancio della Piattaforma Europe “ Footwear, Machinery and Systems “, contributo – attraverso il Progetto Rilevante Manufacturing affidato dal CNR – alla concezione del Dipartimento Sistemi di Produzione.