Contesto e obiettivi del progetto
L'Intelligenza Artificiale Generativa sta trasformando in profondità numerosi settori, aprendo la possibilità di generare in modo automatico non solo testi e immagini, ma anche gemelli digitali (Digital Twin) sintetici e multimodali. Il settore manifatturiero, tradizionalmente più lento nell'adozione di nuove tecnologie, può trarne un beneficio significativo proprio nel controllo qualità di precisione, un ambito in cui la disponibilità di dati e informazioni sulle difettosità è ancora scarsa, per la difficoltà di registrazione e per la riservatezza intrinseca del dato.
GENESIS nasce con l'obiettivo di sviluppare la prima piattaforma nazionale di AI Generativa per la creazione, la gestione e la certificazione di gemelli digitali 3D e immagini 2D sintetiche destinate alle misurazioni di qualità nell'industria meccanica di precisione 4.0. La piattaforma mette sensori, visori, algoritmi generativi e tecnologie blockchain di ultima generazione al servizio di manager e ingegneri responsabili della qualità, che conoscono le esigenze quotidiane della produzione ma non necessariamente il linguaggio matematico e gli strumenti richiesti per integrare gemelli digitali e nuove tecniche di AI nei processi di controllo.
Gli obiettivi dichiarati del progetto sono ridurre dell'80% il tempo di set up per la generazione di gemelli digitali 2D e 3D sintetici dei pezzi in lavorazione e migliorare del 40% l'individuazione di difetti e anomalie di superficie, grazie ad algoritmi AI eseguiti su edge e addestrati con dataset sintetici aumentati tramite reti generative di tipo GPT.
Il progetto si colloca nell'ambito del Programma Regionale FESR Liguria 2021–2027, Priorità 1, Obiettivo Specifico 1.1, Azione 1.1.1, dedicata al sostegno di progetti di ricerca industriale e sviluppo sperimentale per le imprese aggregate ai Poli di Ricerca ed Innovazione. GENESIS afferisce al Polo SOSIA e all'ambito S3 “Sicurezza e qualità della vita nel territorio”, nel sottosettore “Factories for the future e Automazione industriale”.
Il progetto è realizzato da un'ATS che riunisce quattro PMI e startup liguri, una grande impresa e un organismo di ricerca: MYWAI (capofila), Knowhedge, Mistral Digital Solutions, Demetra Technologies, Ansaldo Energia — nel ruolo di utente finale e validatore industriale — e il Dipartimento di Ingegneria meccanica, energetica, gestionale e dei trasporti (DIME) dell'Università degli Studi di Genova. Il coordinamento gestionale e scientifico è affidato a Knowhedge, con responsabile scientifico l'Ing. Fabrizio Cardinali.
La piattaforma GENESIS: AI Generativa per il controllo qualità
Il cuore del progetto è la piattaforma GENESIS, che acquisisce misurazioni digitali durante la produzione dei manufatti fisici, genera automaticamente modelli digitali attraverso tecniche di acquisizione fotografica, video e point cloud 3D, consente il confronto visivo con i modelli CAD/CAM originari tramite visori di realtà aumentata e certifica il livello qualitativo su reti blockchain. L'architettura, cloud-native e a microservizi, si articola in quattro sottocomponenti:
- GENESIS EDGE — l'unità locale che si interfaccia con telecamere ad alta risoluzione, apparati industriali e PLC tramite lo standard OPC UA, esegue la preelaborazione e la fusione multimodale dei dati e fa girare i modelli di inferenza AI a bassa latenza direttamente sul campo.
- GENESIS CLOUD — l'infrastruttura a microservizi per la gestione centralizzata di dati e utenti, l'addestramento e il ciclo di vita dei modelli AI (MLOps), la generazione dei Digital Twin e il backend del chatbot industriale.
- GENESIS STORE — un marketplace aperto e interoperabile di algoritmi, sensori e visori, che permette di comporre dinamicamente le sequenze di analisi in base allo specifico scenario di controllo qualità.
- GENESIS DLT — il layer di notarizzazione che, tramite le reti IOTA e IPFS, registra in modo immutabile ogni misura ed evento, creando un “passaporto digitale” certificato per ciascun manufatto ispezionato.
Sul piano tecnologico, GENESIS integra le più recenti tecniche di AI Generativa — reti GPT per il point cloud upsampling e il neural rendering, modelli GAN, VAE, NeRF e a diffusione — con la sensoristica IoT industriale per misurazioni 2D e 3D di precisione e con interfacce uomo-macchina multimodali, che includono visori di realtà aumentata e un chatbot industriale basato su architettura RAG (Retrieval-Augmented Generation).
Le attività: cinque Work Package
Il programma di lavoro si è sviluppato in un arco di 18 mesi, articolato in cinque Work Package (WP):
- WP1 — Project Management e analisi degli scenari. Governance dell'ATS, metodologia di lavoro agile, gestione dei rischi, analisi dello stato dell'arte dell'AI Generativa per l'industria e raccolta dei requisiti di dominio con gli esperti di Ansaldo Energia.
- WP2 — Requisiti architetturali, funzionali e di interoperabilità. Traduzione degli scenari d'uso in un insieme strutturato di requisiti tecnici e di interoperabilità (incluse tolleranze metrologiche, vincoli di latenza per l'inferenza edge e standard OPC UA) e progettazione del layer di certificazione su registro distribuito.
- WP3 — Specifiche e progettazione delle sottocomponenti. Definizione dell'architettura a servizi e delle interfacce utente multimodali per le quattro sottocomponenti EDGE, CLOUD, STORE e DLT, con la mappatura dell'Information Model OPC UA.
- WP4 — Realizzazione e integrazione. Implementazione incrementale delle sottocomponenti hardware e software attraverso tre stadi (dimostratore “Alfa”, prototipo “Beta” e dimostratore “Finale”) fino all'integrazione completa della piattaforma.
- WP5 — Dimostratore finale e validazione. Realizzazione del dimostratore finale e validazione sul campo nel contesto produttivo di Ansaldo Energia, con sessioni di User Acceptance Testing condotte insieme al personale tecnico e agli ispettori qualità.
Il ruolo di Demetra Technologies
All'interno dell'ATS, Demetra Technologies ha messo a disposizione la propria esperienza in automazione industriale e sviluppo OT in ambito Industria 4.0, occupandosi della progettazione e dello sviluppo di alcune delle nuove funzionalità previste per i componenti OT della soluzione, sulla base delle specifiche del capofila MYWAI.
In particolare, Demetra ha progettato e realizzato tutte le integrazioni di campo fra il sistema GENESIS e gli apparati di misurazione, curando gli interfacciamenti con i controlli CNC e PLC e con i sistemi SCADA/PLM/MES richiesti dallo scenario di Ansaldo Energia. Ha inoltre seguito la sensorizzazione dei macchinari di misurazione previsti dal progetto, da collegare alle unità di edge computing per l'acquisizione e l'elaborazione dei dati in tempo reale a supporto del dimostratore.
I risultati e la validazione sul campo
Il caso d'uso di riferimento è stato il controllo di conformità delle dentature “HIRTH” che compongono il gruppo rotore al cuore delle turbine di Ansaldo Energia — una delle lavorazioni più critiche del processo produttivo, tradizionalmente verificata con la tecnica manuale e soggettiva del “blu di Prussia”. GENESIS ha applicato a questo processo l'AI Generativa, con l'obiettivo di ridurre tempi, calibrazioni e soggettività delle misurazioni e di rendere oggettivi controlli storicamente legati alla sensibilità del singolo operatore.
Il dimostratore finale è stato integrato e validato presso i laboratori del DIME dell'Università di Genova, allestiti per simulare gli scenari industriali reali di Ansaldo Energia. Il setup sperimentale, basato su un braccio robotico industriale a 6 assi asservito a telecamere ad alta risoluzione (20MP), ha permesso l'acquisizione automatizzata dei componenti critici; è stata quindi eseguita una validazione comparativa tra i Digital Twin 3D generati dalla piattaforma e le misure ottenute con i metodi tradizionali, valutando l'accuratezza diagnostica nel rilevare le anomalie. Le sessioni di User Acceptance Testing hanno riguardato anche l'interfaccia multimodale, i visori di realtà aumentata per l'overlay dei difetti e il chatbot industriale, fino alla certificazione della validità metrologica e operativa del sistema e alla definizione della roadmap per l'industrializzazione e lo scale-up commerciale della soluzione.
Per Demetra Technologies, la partecipazione a GENESIS ha rafforzato le competenze sull'integrazione tra tecnologie operative (OT) e piattaforme di Intelligenza Artificiale, consolidando la capacità di connettere macchinari, sensori e sistemi di controllo industriale con architetture edge-to-cloud a supporto del controllo qualità di precisione.