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TUTTO_MISURE
LA RIVISTA DELLE MISURE E DEL CONTROLLO QUALITÀ - PERIODICO FONDATO DA SERGIO SARTORI
ORGANO UFFICIALE DELL’ASSOCIAZIONE “GMEE” E DI “METROLOGIA & QUALITÀ”
ANNO XIII
N. 01 ƒ
2 011
EDITORIALE
Benvenuti ad A&T, e a M&Q!
IL TEMA: LA TARATURA CREA VALORE
GRUPPO MISURE ELETTRICHE
ED ELETTRONICHE
AFFIDABILITÀ
& TECNOLOGIA
Il valore della taratura
I casi di successo
Intervista al Direttore di Accredia
ISSN 2038-6974 - Poste Italiane s.p.a. - Sped. in Abb. Post. - D.L. 353/2003 (conv. in L. 27/02/2004 n° 46) art. 1, comma 1, DCB Torino - nr 1 - Anno 13 - DMarzo 2011
In caso di mancato recapito, inviare al CMP di Torino R. Romoli per restituzione al mittente, previo pagamento tariffa resi
TUTTO_MISURE - ANNO 13, N. 01 - 2011
Calibratori multifunzione
ALTRI TEMI
Misure di vibrazioni con MEMS
Misure a coordinate
Gli RFId
La fidatezza – Parte 2
ARGOMENTI
Metrologia legale: inosservanza
delle norme metrologiche
Visione industriale: Vicks VapoRub,
Ferrari & co.
CMM: I bracci di misura articolati
IMP: Metrologia per dispositivi
a singolo fotone
Commenti alla 17025
LA TARATURA
CREA VALORE!
Evento in collaborazione con
ACCREDIA
Torino, 13 aprile 2011
A&T-M&Q 2011
Torino
13-15
aprile
2011
Torino
Metrologia & Qualità
13-14 aprile 2011
WWW.AFFIDABILITA.EU
TUTTO_MISURE
ANNO XIII
N. 01 ƒ
2011
IN QUESTO NUMERO
Misure di vibrazioni con l’utilizzo
di sensori in tecnologia MEMS
How MEMS sensors can prevent catastrophic
machine failure
F. La Rosa
29
CMM: I bracci di misura articolati
Articulated Measurement Arms –
Features and
Performance
Verification Standards
M. Marasso
Editoriale: Benvenuti ad A&T, e a M&Q! (F. Docchio)
5
Comunicazioni, Ricerca e Sviluppo,
dagli Enti e dalle Imprese
Notizie da Enti, Associazioni e Imprese
7
Il tema: la Taratura crea Valore
Il valore della taratura per l’affidabilità della produzione
(M. Mosca)
Casi di successo: parlano i protagonisti
Accredia e il mondo delle imprese (F. Docchio, F. Trifiletti)
Calibratori multifunzione e multimetri numerali
di precisione (G. La Paglia)
Gli altri temi: Misure di vibrazioni e MEMS
Monitoraggio del funzionamento di applicazioni
industriali (F. La Rosa)
11
15
21
23
29
Gli altri temi: Misure a Coordinate
I bracci di misura articolati (M. Marasso)
35
Misure multipunto nella metrologia a coordinate (I. Schmidt) 39
Campi e Compatibilità elettromagnetica
Il comportamento a radiofrequenza dei componenti
circuitali passivi (C. Carobbi, M. Cati, C. Panconi)
43
Le Rubriche di T_M: Visione Artificiale
Un’introduzione alla Visione Artificiale (G. Sansoni)
47
I Seriali di T_M: Misure e Fidatezza
Le parole della Fidatezza (M. Catelani, L. Cristaldi,
M. Lazzaroni, L. Peretto, P. Rinaldi)
49
Le Rubriche di T_M:
la Visione artificiale
I Seriali di T_M: i sistemi RFId
Un’introduzione ai sistemi RFId – 1 (E. Puddu, L. Mari)
55
An introduction to
industrial vision
G. Sansoni
Le Rubriche di T_M: Metrologia legale
Inosservanza delle norme metrologiche (V. Scotti)
61
35
47
Storia e curiosità:
l’Osservatorio “Valerio” di Pesaro
The collection of ancient
measurement instruments
of the “Valerio”
Observatory in Pesaro
E. Borchi
R. Macii
R. Nicoletti
A. Nobili
77
Spazio Associazioni Universitarie di Misuristi
Dalle Associazioni Universitarie di Misuristi (F. Docchio,
A. Cigada, A. Spalla, S. Agosteo)
Le unità del GMMT e le loro Aree di Competenza – 2011
(A. Cigada, M. Gasparetto)
64
66
Le Rubriche di T_M: Metrologia per Capillarità
Sulla verifica della conformità metrologica degli strumenti
(G. Miglio)
69
Manifestazioni, eventi e formazione
2011: eventi in breve
70
Lo spazio degli IMP
La metrologia per l’industria delle comunicazioni
quantistiche (M.L. Rastello)
71
Le Rubriche di T_M: Commenti alle norme
Assicurazione della Qualità – Parte 2a (N. Dell’Arena)
74
Le Rubriche di T_M: Storia e curiosità
La collezione degli antichi strumenti di Ottica
dell’Osservatorio Valerio di Pesaro – Parte 1a
(E. Borchi, R. Macii, R. Nicoletti, A. Nobili)
77
Abbiamo letto per voi
80
News
56-60-68-72-76-79
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Franco Docchio
EDITORIALE
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Benvenuti ad A&T, e a M&Q!
Welcome to A&T, and to M&Q!
Cari lettori!
Eccoci al primo numero del
2011, il numero che tra l’altro accompagnerà i lettori
che partecipano agli eventi
Affidabilità & Tecnologie
2011 e Metrologia & Qualità 2011. L’apprezzamento
che ha accompagnato la
mia conferma come Direttore
da parte della Proprietà della testata (l’Associazione
GMEE) mi stimola a continuare l’opera intrapresa con entusiasmo e (spero)
con soddisfazione da parte di chi mi legge. Il mio
impegno a far sì che la rivista accontenti in parte
uguale tutti i suoi portatori d’interesse mi ha portato
alla scoperta di mondi da me finora poco esplorati,
eppure di primaria importanza per l’economia
nazionale e internazionale.
Uno di questi mondi è quello della taratura, e a esso
è dedicato il presente numero, anche e soprattutto a
supporto di tutti i nostri lettori e inserzionisti che
sono anche Centri SIT, degli Enti di accreditamento
e (perché no) degli organizzatori di A&T 2011 che
hanno progettato uno spazio di incontri e discussione sulle tarature e sul valore che esse generano.
Dunque il numero si apre con un intervento del Direttore del Dipartimento Servizi di taratura Mario
Mosca che, a partire dai fondamenti normativi, illustra i vantaggi di un corretto approccio alla taratura e i limiti di un suo uso improprio o superficiale.
Segue un contributo a più mani che illustra alcuni
“casi di successo” di Aziende aventi attività diverse,
che eseguono tarature per conto terzi, per uso interno, o entrambi. I responsabili commentano il valore
che l’approccio corretto alla taratura fornisce in termini di affidabilità del prodotto/servizio fornito.
Il terzo contributo al tema è un’intervista al Direttore
Generale di Accredia, Filippo Trifiletti, che evidenzia il presente e il futuro dell’Ente. Chiude il tema il
contributo di un Ricercatore dell’Istituto Metrologico
Nazionale, Giuseppe La Paglia, sul ruolo dei
moderni calibratori elettrici nella taratura. Infine,
alla taratura (e in particolare alla conferma metrologica degli strumenti) è dedicato lo stimolante contributo di Giorgio Miglio in “Metrologia per capillarità”.
L’aver dedicato il numero alla taratura non vuole
sicuramente esaurire la discussione sul tema: al contrario, è un tentativo (magari un po’ “naif” ma spero
efficace) da parte del vostro Direttore di mettere a
disposizione la Rivista agli operatori del servizio di
Taratura e ai loro portatori di interesse e clienti, per
far diventare la Rivista un punto d’incontro e un forum di discussione.
In questo numero si prosegue con l’iniziativa, spero
gradita, di dotare la Rivista di nuove Rubriche stabili
e di nuovi articoli “a puntate” che affezionino il lettore. La Rubrica che inizia in questo numero è quella
riguardante la Visione Industriale, “interpretata” da
Giovanna Sansoni che ne affronta gli aspetti relativi
alla misura e al controllo di qualità. Anche quest’iniziativa ha il senso di far considerare T_M e T_M
News come punto di riferimento per gli operatori
della Visione. Inoltre, facendo seguito alla partenza
del “seriale della rivista” sulla Fidatezza, il Gruppo di
Ricerca di Castellanza mi ha proposto il “seriale”
sugli RFId di cui pubblichiamo il primo numero. Seriali e rubriche: una messe di informazioni che, di volta
in volta, sono accorpate per i lettori affezionati come
“Speciali di T_M”.
Completata la parte “formale” di questo Editoriale,
lasciatemi commentare brevemente la situazione politica, limitandomi a quanto succede nel settore dell’Università e della Ricerca (con entrambe le iniziali
maiuscole!). Due stimoli: (i) il discorso di Walter Veltroni al Lingotto il 22 gennaio, e (ii) la partecipazione di Emma Marcegaglia a “Che tempo che fa” il
giorno successivo. Veltroni ha detto (ma non è il primo: l’aveva detto anche Gianfranco Fini): “Per ridurre il debito si può tagliare fondi su tutto, ma non sulla
Scuola, sull’Università e sulla Ricerca”. Bene così.
Spero che questo impegno possa fare da collante tra
maggioranza e opposizione. Emma Marcegaglia,
commentando quella che a suo dire è l’”insufficiente
azione di governo di questi ultimi sei mesi”, ha detto:
“tra le cose positive fatte dal Governo c’è la Riforma
dell’Università… tra le cose da fare c’è il rilancio
della Ricerca”. Visto che l’Università è una delle sedi
deputate primariamente alla Ricerca, l’ho letta come
un’ammissione d’incompletezza della Riforma Gelmini, sulla quale non posso che essere d’accordo.
Poiché si parla di Ricerca, termino con un pressante
invito ai miei colleghi Universitari (e, perché no,
anche alle Imprese che credono nel rapporto Università-Impresa): facciamo rete! Pubblicizziamo i
nostri siti web sui motori di ricerca con il SEO
(Search Engine Optimization). Valorizziamo le attività svolte con siti web curati dal punto di vista della
loro esplorazione da parte dei motori di ricerca.
Impariamo a “linkarci” a vicenda: questo avrà come
conseguenza un aumento di “ranking”. Usiamo gli
RSS! Come? Studiamo! Il libro che recensisco in
questo numero parla di questo. C’entra con le misure? Certo: si parla della misura della qualità (dei
nostri siti web, e quindi, in ultima analisi della ricerca che abbiamo svolto!).
Franco Docchio
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COMUNICAZIONI, RICERCA E SVILUPPO
DA ENTI E IMPRESE
▲
La Redazione di Tutto_Misure ([email protected])
Notizie dagli Enti,
dalle Associazioni e dalle Imprese
ASSOCIATIONS AND INDUSTRIES
This article contains an overview of all the recent news from Measurementrelated Institutes and Associations. Please help us to feed the content of the
article by sending all pertinent news to the Director!
RIASSUNTO
Quest’articolo contiene tutte le notizie recenti degli Enti e delle Associazioni nell’ambito delle misure e della strumentazione. Aiutateci a mantenere le
notizie aggiornate inviandole al Direttore!
ACCREDIA (www.accredia.it)
la clientela; essa si può garantire solo
attraverso adeguate misure, prove e
controlli e ciò prevede l’acquisizione
dei giusti strumenti e servizi, l’accurata
formazione degli addetti, ecc. In tale
ottica è fondamentale la sensibilizzazione dei vertici aziendali, che devono
guidare un approccio aziendale a queste tematiche finalizzato al miglioraPatrocinio all’evento
mento competitivo, non al semplice
sul Valore della Taratura
adempimento di obblighi previsti dalle
Accredia ha concesso il proprio Patro- norme o contenuti nei capitolati dei
cinio a “IL VALORE delle TARATURE & committenti.
PROVE per l’Innovazione e l’Affidabilità”, l’importante evento dedicato alle
industrie manifatturiere utilizzatrici di
CEI - COMITATO ELETTROTECNICO
strumenti e servizi di misura.
L’iniziativa, organizzata nel contesto ITALIANO (www.ceiuni.it)
della manifestazione AFFIDABILITÀ
Il CEI ha pub& TECNOLOGIE (Torino Lingotto
blicato la nuoFiere – 13/14 Aprile 2011), è reava versione
lizzata in collaborazione con la
della Guida
medesima Segreteria Organizzativa
CEI
82-25
e con il sostegno della Rivista
“Guida alla
TUTTO_MISURE; prevede una capilrealizzazione
lare attività di comunicazione, rivoldi sistemi di
ta a migliaia di industrie utilizzatrici
generazione
di strumenti di misura, e l’organizfotovoltaica
zazione, nei giorni 13 e 14 Aprile
2011, del primo grande Evento collegati alle reti elettriche di Media e
Bassa Tensione”.
dedicato alla Taratura.
Obiettivo dell’Evento è la corretta infor- La guida, allineata con i criteri del
mazione a vantaggio della competitivi- DM 06/08/2010 “Incentivazione
tà industriale. L’affidabilità rappresenta della produzione di energia elettriuna delle principali caratteristiche che ca mediante conversione fotovoltaicontribuiscono a determinare il vero ca della fonte solare”, fornisce i crisuccesso di un prodotto e a fidelizzare teri per la progettazione, l’installa-
zione e la verifica dei sistemi di
generazione fotovoltaica, destinati
a operare in parallelo alla rete di
distribuzione di Media e Bassa tensione.
Rispetto alla precedente edizione, il
documento contiene maggiori contenuti. È stato aggiunto l’Allegato D che
descrive le prove essenziali da effettuare su moduli e assiemi fotovoltaici
a concentrazione solare per verificare
i requisiti minimi di sicurezza e qualità del prodotto, mentre l’articolo
riguardante la misura dell’irraggiamento solare e gli strumenti di misura
è stato completamente aggiornato e
ampliato. I restanti contenuti sono stati
aggiornati e rivisti.
La Guida è disponibile in formato pdf
sul Webstore al prezzo di 60 € (48 €
per i soci), circa il 20% in meno rispetto alla vecchia edizione, ma con contenuti doppi.
La Guida è disponibile anche in formato cartaceo, rilegata a volume,
allo stesso prezzo del pdf.
GISI - ASSOCIAZIONE IMPRESE
ITALIANE DI STRUMENTAZIONE
(www.gisi.it)
Production Expo Ecodesign Expo
Mostre Convegno relative a ELETTRONICA INDUSTRIALE, SISTEMI PER
PRODUZIONE ELETTRONICA, COMPONENTI ELETTRONICI e INDUSTRIALI, APPLICAZIONI MECCATRONICHE, AUTOMAZIONE di PROCESSO, ENERGIE RINNOVABILI, RISPAR-
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;2011
■
MIO ENERGETICO, BUILDING AU- NPL - NATIONAL PHYSICAL
LABORATORY (www.npl.co.uk)
TOMATION
Piacenza Expo, dal 7 aprile 2011
al 9 aprile 2011
COMUNICAZIONI, RICERCA E SVILUPPO
DA ENTI E IMPRESE
UNI – ENTE NAZIONALE
ITALIANO DI UNIFICAZIONE
(www.uni.com)
ISO – INTERNATIONAL
STANDARD ORGANIZATION
(www.iso.org)
La 13a Conferenza Internazionale sulla metrologia e le
proprietà
di superfici ingegneristiche
si terrà presso il National
Physical Laboratory
dal 12 al 15 aprile 2011.
Le più vendute norme ISO
Un convegno incentrato sulla
sono ora disponibili
metrologia di superficie,
in formato e-book
la caratterizzazione
Una selezione di standard ISO best- di strumentazione di superfiseller, come la ISO 9001 (gestione cie e le proprietà delle superdella qualità), la ISO 31000 (gestione fici ingegneristiche
del rischio) e la ISO/IEC 27001
(gestione della sicurezza delle infor- La Conferenza Met & Props 2011
mazioni), è ora disponibile in formati si concentrerà sui progressi nel
compatibili con i lettori più diffusi di e- campo della metrologia di superficie, la caratterizzazione di strubook.
Oltre alla versione cartacea e PDF, mentazione di superficie e le progli acquirenti possono scegliere tra i prietà delle superfici di ingegneria.
La conferenza mira a rappresentaseguenti formati:
re un forum internazionale per
1. Standard formato ePub, compati- accademici, industriali e ingegneri
bile con la maggior parte dei let- provenienti da discipline diverse,
tori e-book, come il Sony Reader, per incontrarsi e scambiare le proprie idee, i risultati e le ultime ricerBarnes and Noble Nook, ecc.
2. ePub iPad formato ottimizzato per che. Questo è il tredicesimo evento
Apple e iPhone, che consente il della serie di grande successo di
pieno utilizzo delle funzionalità conferenze, che hanno promosso
la topografia di superficie come un
di questi dispositivi
3. Mobipocket formato, compatibile campo interdisciplinare nuovo ed
eccitante di studi scientifici e teccon Kindle di Amazon.
nologici.
La selezione di standard e-book com- I temi scientifici coprono: Micro e
patibili è disponibile sia in inglese sia Nano metrologia di superfici, struin francese allo stesso prezzo delle mentazione e misura; metrologia
norme in formato PDF.
per dispositivi MST; Misura e caratIl Segretario generale ISO Rob terizzazione di forme libere; incerSteele commenta: “La serie di sfide tezza, tracciabilità e taratura;
per le quali le norme ISO offrono Metrologia AFM/SPM; Tribologia
soluzioni continua a ampliarsi al e fenomeni di usura, applicazioni
fine di soddisfare le aspettative funzionali, strumenti a stilo e strudella comunità internazionale. Al menti ottici.
passo con questi contenuti in continua evoluzione, è normale che Per informazioni e registrazione,
anche la forma in cui gli utenti pos- visitare il sito
sono ottenere gli standard ISO si http://conferences.npl.co.uk/
met_prop/registration.html
evolva”.
Dal Sito UNI: Pubblicata
la nuova Norma
UNI ISO 31000:2010
sulla gestione del rischio
L’introduzione alla nuova norma UNI
ISO 31000:2010 riporta: “Le organizzazioni di tutti i tipi e dimensioni si
trovano ad affrontare fattori ed influenze interni ed esterni che rendono incerto il
raggiungimento dei
propri obiettivi. Il rischio
è
l’effetto
che questa
incertezza
ha sugli obiettivi dell’organizzazione”.
Tutte le attività di una organizzazione comportano dei rischi: la loro gestione può
essere applicata in qualsiasi momento a un’intera organizzazione, alle
sue numerose aree e livelli, così
come alle specifiche funzioni, progetti e attività.
Applicabile a qualunque tipo di
rischio, la UNI ISO 31000 “Gestione del rischio – Principi e linee
guida” può essere utilizzata da
imprese pubbliche, private o sociali,
associazioni, gruppi o individui e,
pertanto, non è specifica per alcuna
industria o settore.
Per saperne di più, consultare la
pagina:
w w w. u n i . c o m / i n d e x . p h p ?
option=com_content&view=
article&id=753&Itemid=741&
lang=it
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LA TARATURA CREA VALORE
IL
TEMA
Mario Mosca
Il valore della taratura
per l’affidabilità della produzione industriale
THE IMPORTANCE OF CALIBRATION FOR THE DEPENDABILITY
OF INDUSTRIAL PRODUCTION
Starting from basic concepts, their definition and their implementation, the importance of calibration is described in the framework of the global economy, to
accept the results of measurements that can be performed in different parts of
the world, in different phases of the process of production, and of services rendering. A short resumé of the different steps that cause these results is shown.
RIASSUNTO
A partire dai concetti base, dalle loro definizioni e dalle loro applicazioni si
descrive l’importanza della taratura nello scenario di un’economia globale,
per garantire l’accettazione internazionale dei risultati delle misurazioni che
possono venire eseguite in diverse parti del mondo, in diverse fasi dei processi di produzione e di erogazioni dei servizi. Un breve riepilogo delle principali
tappe che hanno portato a questi risultati completa l’esposizione.
TARATURA, DEFINIZIONI
E APPLICAZIONI
La recente terza edizione del Vocabolario Internazionale di Metrologia (VIM)
2007 rinnova in modo non superficiale
la definizione di taratura al punto 2.39.
In esso si dà la definizione contenuta nel
riquadro qui a fianco.
L’introduzione della seconda fase nel
significato dell’operazione è solo in
parte alleggerita dalla nota 3, che riporta la definizione all’incirca nei termini del
VIM del 1993. Quest’operazione è di
essenziale importanza per diffondere la
riferibilità dei risultati delle misure al
Sistema SI delle unità di misura.
Infatti, in merito il punto 2.41 recita quanto riportato nel riquadro qui a fianco.
Come si vede le definizioni, seppure
qui riportate non completamente,
chiariscono bene il processo in cui la
taratura è inserita, illustrano il lavoro
necessario per assicurare un buon
livello di fiducia ai risultati delle misurazioni che vengono effettuate, e indicano i limiti di questa fiducia.
Taratura (VIM 2007)
Operazione eseguita in condizioni specificate, la quale in una prima fase stabilisce
una relazione tra i valori di una grandezza,
con le rispettive incertezze di misura, forniti
da campioni di misura, e le corrispondenti
indicazioni, comprensive delle incertezze di
misura associate, e in una seconda fase usa
queste informazioni per stabilire una relazione che consente di ottenere un risultato di
misura a partire da una indicazione.
NOTE
– La taratura non dovrebbe essere confusa
con la regolazione di un sistema di misura,
che in alcuni settori è spesso chiamata erroneamente “auto-taratura”, e neppure con la
verifica dello stato di taratura.
– Spesso, solamente la prima fase richiamata nella presente definizione è interpretata
come taratura.
dia delle fede pubblica nelle transazioni commerciali è stata per lungo
tempo una delle prerogative importanti di chi detiene il potere. Quasi
tutti i testi fondanti delle grandi religioni o le antiche raccolte di leggi
contengono prescrizioni sulla necessità di utilizzare correttamente le misure, sovente accompagnate da anatemi e condanne molto severe per i trasgressori. I fondatori dei grandi imperi indicavano tra i propri meriti l’aver
unificato i sistemi di misura rendendo
così facili le azioni di compravendita,
per il benessere dei propri sudditi.
Questo lungo sviluppo ha avuto una
prima sistemazione al tempo dell’illuminismo e della rivoluzione francese. Si
riteneva necessario definire un sistema
di misura in modo razionale, universalmente accettabile, partendo da campioni a tutti accessibili come le proprietà
fisiche delle stelle, del pianeta, dell’acqua, ecc… A partire dalla misurazione
moderna della circonferenza terrestre si
definiva il metro e poi le altre grandezze meccaniche fondamentali. Senza
voler ripercorrere tutte le tappe, è noto
che dopo alterne vicende tutto ciò portò
alla firma della Convenzione del Metro
(1875) e alla definizione del sistema
metrico decimale delle unità di misura.
Con trattati di tipo diplomatico si stabiliva
che tutte le Nazioni firmatarie si impegnavano ad usare le stesse misure, a utilizzare terminologie concordate, a spiegare e diffondere i metodi scientifici di
misura che si rendevano disponibili. Si
definivano i campioni prototipi internazionali delle unità di misura, si disseminavano i prototipi nazionali che di quelli
internazionali erano copia autentica, il
cui valore era noto (a meno dell’incertezza di misura) perché con essi confronta-
una lunga evoluzione storica che qui
non si può neppure riassumere. Fin
dall’antichità si è osservato che le
misurazioni hanno un alto impatto
con il progresso umano, dal punto di
vista tecnico (pensate a quali misure
sofisticate richiedesse l’erezione di
grandi monumenti come le piramidi),
per la salvaguardia dell’ambiente e
delle salute (è noto da sempre che
QUALE VALORE PER LA TARATURA molte medicine, se somministrate in Accredia – Dipartimento laboratori
quantità errate, si trasformano in vele- di taratura
Le definizioni del VIM sono l’esito di ni) e per il commercio. La salvaguar- [email protected]
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11
to. Ecco che il concetto di taratura come
base per la disseminazione del sistema di
misura internazionalmente definito veniva individuato come essenziale nella teoria della misura, e contemporaneamente
nei trattati e nelle leggi metriche.
Con l’inizio del ‘900 in Italia come negli
altri Paesi industrialmente sviluppati
nascevano le leggi metriche che stabilivano un sistema metrico di verifiche e
sorveglianze, basato sugli Uffici Metrici
Provinciali, che vegliavano sulla corretta
applicazione delle regole di misurazione, ma contemporaneamente facevano
opera di divulgazione metrologica e
scientifica, essenziale in un Paese allora
culturalmente arretrato come il nostro.
Sono convinto che non si riconoscerà
mai abbastanza l’importanza di quest’operazione che ha accompagnato l’evoluzione industriale del secolo scorso.
Lo sviluppo del sistema metrico è noto,
le Conferenze Generali dei Pesi e delle
Misure, che periodicamente si riunisco-
T_M ƒ 12
N. 01ƒ
; 2011
▲
IL
TEMA
no a livello diplomatico e scientifico in
applicazione dei dettati della Convenzione del Metro, aggiornano le definizioni e modificano i metodi accettati in
modo da migliorare continuamente il
livello delle misurazioni per quanto
riguarda la sicurezza dei risultati, l’incertezza di misura, il costo e la disponibilità di campioni e strumenti di misura
affidabili, raggiungibili e controllabili
da un vasto pubblico. Dal 1960 s’individua il sistema delle unità di misura
con la sigla SI, Sistema Internazionale.
Le linee di tendenza di tale operazione
sono state individuate nell’utilizzo delle
risorse scientifiche in modo sempre più
avanzato. Questo porta ad abbandonare definizioni di unità basate sui prototipi,
che devono essere conservati in estrema
sicurezza per evitare il deterioramento
dell’incertezza, per passare a definizioni
basate sulle costanti fisiche fondamentali,
che in quanto tali sono disponibili ovunque e non richiedono conservazioni di
alcun genere. Diventa essenziale la
messa in pratica della definizione, anch’essa oggetto di approvazione da parte della Conferenza Generale. In base a
questa, gli Enti preposti, in Italia gli Istituti
Metrologici Primari stabiliti all’interno del
Sistema Nazionale di Taratura dalla
legge 273/91, avviano la disseminazione della riferibilità metrologica al livello
più alto.
Questo processo di razionalizzazione
e di riforma del sistema SI basato sulle
costanti fisiche è in atto: attualmente
sopravvive solo l’unità di massa, il
kilogrammo, definita a partire da un
prototipo costituito da un oggetto fisico. Presto si concluderà con un sistema di definizioni coerenti, tutte legate
alle costanti fisiche fondamentali.
Come si vede, con fatica, tramite un processo di razionalizzazione continuo si è
giunti ad assicurare un insieme di unità
di misura globalmente accettate, tramite
le quali si può dare sicurezza che qua-
Proprietà di un risultato di misura per cui esso è
posto in relazione a un riferimento attraverso una
documentata catena ininterrotta di tarature ciascuna delle quali contribuisce all’incertezza di misura.
NOTE
– La riferibilità metrologica implica l’esistenza di
una gerarchia di taratura.
– La specificazione del riferimento citato nella
presente definizione deve includere la data in cui
esso è stato impiegato nella definizione della
gerarchia di taratura, così come ogni altra informazione metrologica pertinente, quale, per
esempio la data di esecuzione della prima taratura nella gerarchia di taratura.
– Per misurazioni caratterizzate da più di una
grandezza d’ingresso del modello di misura, ciascuno dei valori di una grandezza in ingresso
dovrebbe essere di per sé metrologicamente riferibile e la gerarchia di taratura che ne deriva può
formare una struttura ramificata o una rete. Lo
sforzo richiesto nella definizione della riferibilità
metrologica per ciascun valore di una grandezza
in ingresso dovrebbe essere commisurato al
rispettivo contributo al risultato di misura.
– La riferibilità metrologica di un risultato di misura non garantisce che l’incertezza di misura sia
adeguata per un determinato scopo e neppure
che nel corso della misurazione non si siano verificati errori grossolani. ………
– L’ILAC ritiene che gli elementi necessari per la conferma della riferibilità metrologica siano: un’ininterrotta catena di riferibilità metrologica a un campione di misura internazionale o a un campione di
misura nazionale, un’incertezza di misura documentata, una procedura di misura documentata, la
competenza tecnica accreditata, la riferibilità
metrologica al SI e una dichiarazione degli intervalli di taratura (vedere ILAC P-10:2002).
lunque fenomeno fisico possa essere
quantificato in modo corretto, ripetibile,
accettato a livello internazionale. Come
dice la Nota 2 della definizione, il concetto di riferibilità implica l’esistenza di
una gerarchia di tarature. Esistono diversi livelli di campioni con diversa incertezza di misura associata, e quindi diversi tipi di taratura che ne permettono i
confronti. In passato, si parlava spesso
di piramide dei campioni di misura o di
piramide della riferibilità.
La taratura ha quindi acquisito il valore di elemento fondante del processo
di disseminazione delle unità di misura e di applicazione del sistema SI
delle unità di misura.
Ci si può chiedere “Quanto vale
questo processo?”. Ritengo che il
valore che conta non sia misurabile in
denaro, ma consista nel nodo logico
che ho cercato di illustrare. La taratura
è l’elemento che permette di passare da
un insieme di campioni coerentemente
e correttamente definiti a partire dalle
leggi fisiche alle misure di tutti i giorni,
misure di cui non possiamo fare a meno
in tante situazioni quotidiane. Un passato presidente del Comitato Internazionale dei Pesi e delle Misure (organi-
smo permanente della Convenzione del
Metro) indicava, già qualche anno fa,
nella percentuale di circa il 6% l’impatto delle misurazioni e delle tarature sul
sistema economico globale.
IL CORRETTO USO DELLE TARATURE,
UN VALORE AGGIUNTO?
Accanto al processo, che ho appena
cercato di delineare, d’individuazione
di un metodo razionale ed esaustivo
per effettuare le misure, se ne è sviluppato un secondo per garantire un adeguato sistema di controlli sulle misure.
Nella Fig. 1 si confrontano i due processi gerarchici che permettono di realizzare la riferibilità delle misure da un
lato, e la verifica della competenza dall’altro. Si sottolinea che, nella piramide
delle riferibilità, l’elemento che permette di accedere ai vari livelli è costituito
da confronti tra i risultati di tarature.
Purtroppo il fatto che, con fatica e per
mezzo di un processo secolare, si sia
predisposto uno strumento (la taratura)
che permette di ottenere la riferibilità
metrologica, non vuol dire che questo
venga applicato sempre e correttamente.
L’esigenza di contenere i costi e la scarsa preparazione tecnico-scientifica degli
operatori hanno spesso indotto a tentare
scorciatoie senza fondamento, che
hanno allontanato dalla possibilità di
ottenere misurazioni in grado di avvalorare la qualità dei prodotti. Di qui la
necessità di garantire un sistema di controlli. Legato direttamente alla Convenzione del Metro, e alle leggi metriche
che ne derivano, è il sistema della Metrologia Legale, che vede nell’autorità dello
Stato il garante della fede pubblica.
Si è tuttavia sviluppato un sistema parallelo, di tipo volontario, legato all’accreditamento e alla certificazione. In merito
bisogna ricordare che almeno dal secondo dopoguerra (in Italia più tardi, dagli
anni ’80) sono venuti in uso sistemi di
assicurazione della qualità, per dare
garanzia ai consumatori sull’oggetto dei
prodotti e dei servizi offerti. Anche qui
non è possibile ripercorrere passo a
passo l’evoluzione del sistema che si è
assestato, per quanto riguarda la certificazione dei sistemi qualità, sulle normativa delle serie ISO 9000 (ISO 14000).
▲
IL
TEMA
Riferibilità metrologica
Qui grande importanza viene data alla
qualità delle misurazioni che sono inserite nel processo di produzione di manufatti e servizi. Basti ricordare il punto 7.6
della ISO 9001, che recita quanto esposto nel riquadro qui sotto. Il sistema della
certificazione dei sistemi qualità s’inserisce in un più ampio processo dell’accreditamento che assicura che i diversi livelli di competenza vengano valutati e attestati. Con il tempo, sono stati creati due
organismi internazionali, (i) l’International Laboratory Accreditation Cooperation (ILAC) e l’International Accreditation
Forum (IAF), che raggruppano e controllano gli organismi di accreditamento e le
Organizzazioni regionali per l’accreditamento. In Europa è presente l’European Cooperation for Accreditation –
EA. Quest’ultima è stata riconosciuta
come controllo europeo per gli Organismi di accreditamento nazionali dal
Regolamento Europeo (CE) 765:2008.
In base a tale regolamento anche l’Italia
si è dovuta dare un unico ente nazionale di accreditamento: è così nata
ACCREDIA, che dal DM 22/12/2009
è riconosciuta come tale dallo Stato italiano. Sono confluite nel Dipartimento
Taratura di ACCREDIA le attività di
accreditamento dei laboratori di taratura, dal 1979 svolte dal SIT entro gli Istituti Metrologici Primari riconosciuti dalla
legge 273/91.
Così, come previsto dal Sistema Nazionale di Taratura, la riferibilità metrologica è attuata in Italia attraverso gli Istituti Metrologici che realizzano e disseminano i campioni del sistema SI, in conformità alle decisioni della Conferenza
Generale dei Pesi e delle Misure. La disseminazione continua attraverso i Centri di taratura accreditati un tempo dal
SIT, attualmente da ACCREDIA, in
grado di fornire al mercato tarature
adatte a garantire la riferibilità alle condizione che il mercato attende.
Nella normativa per qualità viene indiTenuta sotto controllo dei dispositivi
di monitoraggio e di misurazione
Ove necessario per assicurare risultati validi, le
apparecchiature di misurazione devono:
a) essere tarate e/o verificate, a intervalli specificati, o prima della loro utilizzazione, a fronte di
campioni di misura riferibili a campioni internazionali o nazionali; qualora tali campioni non esistano, deve essere registrato il riferimento adottato
per la taratura o la verifica.
Figura 2 – Il processo di conferma metrologica
zione o di controllo aumentando i trattamenti e gli scarti, per evitare il crearsi di
situazioni di non conformità.
Si pensi a quanto avviene nel
caso della salute o dei controlli ambientali, dove sistemi
di misurazioni non adeguati,
a causa dell’eccessiva incertezza introdotta, possono
portare a curare situazioni
accettabili con aumento dei
costi, oppure a trascurarne
di pericolose, con danno eviFigura 1 – Rappresentazione del sistema gerarchico che garantisce
dente per l’individuo e la
la riferibilità metrologica e la verifica della competenza dei Laboratori accreditati, in quanto organismi di valutazione della conformità
società. È evidente che la
taratura, come strumento di
cata come guida e per ulteriori informa- diffusione della riferibilità metrologica, è
zioni su come gestire la strumentazione un elemento fondamentale del processo
la UNI EN ISO 10 012:2004 “Sistemi di conferma.
di gestione della misurazione – Requisiti La norma precisa che la riferibilità
per i processi e per le apparecchiature di metrologica alle unità di misura SI deve
misurazione”. È questa certamente un essere ottenuta facendo riferimento a un
valido aiuto per affrontare, specie a livel- appropriato campione primario o a
lo aziendale, i problemi di corretta rea- una costante fisica naturale il cui valore
lizzazione delle misure, fornendo gli ele- in termini delle pertinenti unità SI sia
menti che permettono di soddisfare i noto e raccomandato dalla Conferenza
requisiti dell’assicurazione della qualità Generale di Pesi e delle Misure e dal
di cui sopra, assicurando nello stesso Comitato Internazionale dei Pesi e delle
tempo l’attuazione di catene di riferibili- Misure. Tale riferibilità è garantita gratà metrologica che rispondono al dettato zie a laboratori di taratura affidabili,
degli accordi della Conferenza Genera- come quelli accreditati in conformità
alla UNI CEI EN ISO/IEC 17025. Le
le e descritti nel VIM.
Essa stabilisce che, fissati i requisiti catene di riferimento possono cominrichiesti ai campioni e agli strumenti di ciare anche a partire da campioni reamisura, questi vengano confrontati con lizzati e mantenuti presso Istituti Metrole caratteristiche metrologiche delle logici Nazionali di Paesi diversi da
apparecchiature di misurazioni; questo quello dove è sito l’utente, purché le
processo, denominato conferma metro- capacità di misura e di taratura di quelogica, permette di stabilire se la stru- sti siano riconosciute a livello internamentazione scelta è in grado di rispon- zionale nel quadro dell’accordo di
dere completamente ai bisogni delle mutuo riconoscimento del Comitato
applicazioni su cui si deve operare Internazionale dei Pesi e delle Misure
(Fig. 2). È ben noto che la scelta di stru- (CIPM – MRA).
mentazione di elevate prestazioni richiede alti costi di investimento e manutenzione, viceversa la scelta di processi di UNO STRUMENTO SOFISTICATO
misurazione a basso costo (solitamente E FLESSIBILE
con scarsa accuratezza ed elevata
incertezza) comporta di dover interveni- L’evoluzione secolare dei metodi e della
re frequentemente sul sistema di produ- teoria di misura ha prodotto uno strumen-
T_M ƒ 14
to sofisticato, aggiornato ai più recenti sviluppi della scienza, ma contemporaneamente flessibile rispetto ai bisogni del mercato e della società. Questo strumento ha
come cuore il sistema SI delle unità di
misura, e usa la taratura come mezzo
essenziale di disseminazione.
Il meccanismo dell’accreditamento che
attesta la competenza dei Laboratori di
idonea valenza a svolgere le tarature in
ottemperanza ai requisiti degli accordi
internazionali è il baluardo che permette
di verificare continuamente la correttezza degli operatori e l’accettabilità dei
risultati delle misure effettuate.
BIBLIOGRAFIA
1. UNI CEI 70099:2008, Vocabolario Internazionale di Metrologia –
Concetti fondamentali e generali e termini correlati (VIM), contiene la traduzione di ISO/IEC Guide 99.
2. UNI EN ISO 9001:2008, Sistemi
di gestione per la qualità – Requisiti.
3. UNI EN ISO 10012:2004, Sistemi
di gestione della misurazione – Requisiti per i processi e per le apparecchiature di misurazione.
Mario Mosca si è laureato in ingegneria elettronica
a Torino nel 1971. Dal
1984, dipendente dell’Istituto di Metrologia “G. Colonnetti” del C.N.R., ha acquisito esperienza nel campo della metrologia della grandezza massa. Nel 1999 è stato nominato responsabile delle attività SIT di accreditamento dei
laboratori di taratura, specificamente per
le grandezze meccaniche, e del coordinamento della Segreteria Centrale del SIT.
Dal 2006 è responsabile del SIT nell’Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica
(I.N.Ri.M). Attualmente, dopo la designazione di ACCREDIA quale ente nazionale di accreditamento (DM 22/12/2009)
è Direttore del Dipartimento Laboratori di
taratura di ACCREDIA.
▲
IL
TEMA
Franco Docchio con contributi di Giovanni Musatti1, Roberto Frizza2,
Marcello Caravaggio3, Paolo Giardina4
Casi di successo:
parlano i protagonisti
Imprese e Centri SIT: crisi, affidabilità e tarature
SUCCESS CASES: INTERVIEWS WITH THE LEADERS.
CRISIS, DEPENDABILITY AND CALIBRATION
To stimulate the industrial frame work to use SIT calibration centers to increase
the quality and the dependability of their products, we present here four cases
of success by SIT centers operating entirely or partially for third parties, as well
as centers providing internal services. The responsibles of the centers express
their considerations about present and future of calibration in Italy.
RIASSUNTO
Nell’intento di stimolare le imprese all’uso di centri di taratura accreditati
per migliorare la qualità e l’affidabilità dei propri prodotti, presentiamo qui
quattro casi di successo da parte di Centri SIT operanti totalmente o parzialmente per conto terzi, unitamente ad aziende che svolgono tarature per
uso interno. Parlano i protagonisti, esprimendo considerazioni sul presente
e sul futuro della loro attività.
QUATTRO CASI,
QUATTRO ESPERIENZE
Introduzione del Direttore
di Tutto_Misure
La taratura crea valore? Le aziende,
anche in periodo di crisi, dovrebbero
tarare i propri strumenti non solo per
conformità alle Norme (ad es. il punto
7.6 della ISO 9000), ma anche per
migliorare l’affidabilità e la qualità
dei propri prodotti e dunque per competere con più forza nel mercato? È la
riflessione che si impone e sulla quale
questa rivista ha stimolato l’interesse
delle imprese e dei centri SIT, raccogliendo testimonianze e sollecitando
la presentazione di casi di successo
che possano illustrare meglio il problema della taratura in Italia.
Presentiamo qui quattro casi emblematici, complementari fra di loro per
la tipologia e la collocazione produttiva. Il vostro Direttore ha dunque
incontrato l’Ing. Giovanni Musatti,
Direttore Tecnico di Trescal, l’Ing.
Roberto Frizza, Responsabile di Produzione di MG Marposs, il Dott. Marcello Caravaggio, Vicepresidente e
Direttore Commerciale di Scandura &
FEM, e infine l’Ing. Paolo Giardina di
Italcementi Group.
Trescal (Centro SIT n° 051) fa parte
del “maggiore gruppo di centri di
Taratura di parte terza al mondo” e in
Italia, con i suoi 11 000 certificati di
Taratura/anno, si pone in posizione
di leadership nel servizio di taratura
per conto terzi, accreditato per numerose grandezze. È un osservatorio privilegiato, data la sua connotazione di
operatore esclusivamente per terzi.
Trescal ha superato con una leggera
flessione la crisi del 2009 e nel 2010
è in ripresa rispetto al 2008).
Del tutto diverso è l’approccio della
MG Marposs, azienda da sempre produttrice di calibri e al cui interno aveva
i laboratori di taratura, che ora sono
stati scorporati e fan parte del gruppo
Trescal. MG Marposs ha a sua volta
fatto accreditare un laboratorio di Taratura (Centro SIT n° 133) prevalentemente per la grandezza “Lunghezza”.
In questo caso, a detta del Responsabile Ing. Frizza, “la taratura è intrinsecamente legata alla qualità dei prodotti
dell’azienda, e contribuisce dunque al
successo dell’Azienda”.
Il terzo caso si riferisce a un’azienda
nota in Italia e all’estero per strumenti e
sistemi di taratura per la strumentazione
di processo, con particolare riferimento
a strumenti di misura di pressioni per
impianti di raffinerie e piattaforme
petrolifere e calibratori flessibili di laboratorio. Scandura & F.E.M. è Centro SIT
n° 114, per la grandezza “pressione”.
L’ultimo caso riguarda Italcementi
Group, maggior produttore di cementi in Italia e quarto nel mondo. Il suo
Centro Tecnico di Gruppo (CTG spa)
ha, al suo interno, il Centro SIT n° 100
di cui è responsabile l’Ing. Giardina.
I “clienti” del Centro sono esclusivamente le Aziende del Gruppo (le
“cementerie”) per cui il Centro svolge
attività di taratura e certificazione sia
in sede sia presso il cliente stesso (es.
taratura di bilance e macchine prova
materiali). Accreditato per Lunghezza, Forza, Temperatura e Massa, il
Centro svolge operazioni che sono
fortemente correlate alla qualità e
all’affidabilità dei cementi prodotti,
oltreché ai suoi aspetti di rispetto per
l’ambiente e per l’uomo.
CASO 1: TRESCAL spa,
Travagliato (BS)
Le spinte propulsive
alla taratura, contributo
dell’Ing. Giovanni Musatti
Il mio contributo al tema dell’importanza
della taratura nelle
aziende deriva dall’esperienza maturata
nel ruolo di responsabile del Centro SIT di
Trescal in Italia. Per
via della sua struttura, Trescal in Italia
ha come interlocutori aziende di ogni
dimensione (dalle più piccole fino alle
1
2
3
4
Trescal srl,
MG Marposs spa,
Scandura & FEM srl,
Italcementi Group
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N.
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N. 01ƒ
;2011
bordo linea e senza i quali esse non
sarebbero in grado di rilevare altrettanto efficacemente i prodotti fuori tolleranza, specie nel caso in cui le tolleranze costruttive diventino “spinte”
rispetto allo stato dell’arte della tecnologia costruttiva delle macchine utensili.
Oltre a queste, vi è poi una moltitudine
di aziende che utilizzano processi produttivi ormai consolidati e, a causa
delle ampie tolleranze costruttive, per i
quali le macchine di lavorazione sono
più che adeguate e in grado di garantire la conformità dei prodotti. Anche in
quest’ultimo caso però la taratura è una
fase importante del processo produttivo, anche solo per il fatto che altrimenti si lavorerebbe con sistemi “a catena
aperta” (che possono sempre “derivare”), ovvero senza ritorno di informazione sulla qualità prodotta; o, peggio,
con un ritorno di informazione proveniente dalla sola analisi delle non conformità. Purtroppo in questo caso i livelli di rischio, economici e non, derivanti
da processi non centrati, saranno di
certo molto elevati.
Per concludere, una sempre maggiore
maturità metrologica, trasversale nel
tessuto produttivo, è auspicabile in
quanto comporta forse ulteriori razionalizzazioni nei costi legati al processo
di taratura (far tarare quello che serve,
quando serve) ma di sicuro completa
tali processi, mettendo a frutto le informazioni indicate sui certificati.
CASO 2: MG MARPOSS,
Travagliato (BS)
Passato, presente e futuro
di MG e del suo Centro SIT,
contributo
dell’Ing. Roberto Frizza
La taratura di un’apparecchiatura di misura, sia essa uno strumento vero e proprio
sia invece un master di
azzeramento o un
“campione di confronto”, è un’operazione
necessaria per garantire la riferibilità di
una misura ai campioni nazionali e
internazionali; essa, cioè, rappresenta
il mezzo attraverso il quale misure fatte
da soggetti e strumenti diversi possono
essere confrontate.
▲
multinazionali) che operano nei più disparati settori produttivi e del terziario.
L’analisi che segue ha lo scopo di supportare, attraverso l’esempio, la tesi per
cui la taratura entra significativamente
in gioco nella qualità dei prodotti/servizi, senza distinzione di sorta.
Possiamo pensare di suddividere in
due categorie la variegata tipologia di
aziende che rappresenta la “domanda“ nel mercato delle tarature periodiche: aziende per le quali la taratura
dei campioni/strumenti risulta fondamentale per garantire requisiti di sicurezza, di salute o per controllare l’impatto ambientale.
Si pensi ad esempio a tutti i laboratori di
analisi medica, a quelli che misurano la
qualità dell’aria (argomento al quale l’opinione pubblica e le amministrazioni
sono molto sensibili negli ultimi anni),
dell’acqua, dei prodotti alimentari. Tra
questi doverosamente inseriamo anche
tutti i laboratori di prova e taratura, specie se accreditati. Ancora, pensiamo alle
aziende i cui prodotti possono risultare
pericolosi (ad esempio, produzione di
gas industriali e medicali) o che possono
essere potenzialmente pericolosi se i processi produttivi non sono più che controllati (industria chimica e farmaceutica).
È evidente che in questi casi la “spinta
propulsiva” del processo di taratura è
dettata da una diretta e importante ricaduta sulla comunità di eventuali conseguenze negative dei processi non controllati. Non è raro trovare in questi ambienti una cultura metrologica già approfondita, che consente ai responsabili
della gestione di effettuare quelle operazioni successive alla taratura ma altrettanto fondamentali (conferma metrologica e accettazione) senza le quali il processo di taratura perderebbe gran parte
della propria valenza.
Vi è poi una seconda categoria di
aziende nelle quali il “propulsore” è
rappresentato dalla necessità di operare in conformità a quanto previsto dalle
norme sulla gestione dei Sistemi Qualità. Tra queste, troviamo ancora aziende per le quali la taratura è fondamentale; per citare il solo caso dell’industria
meccanica, si pensi ai “master di azzeramento” il cui compito è dare i valori
di riferimento alle macchine di collaudo
(spesso automatiche) che lavorano a
IL
TEMA
L’importanza di questa fase della conferma metrologica, per le apparecchiature di misura usate in MG spa,
risulta ulteriormente determinante,
consistendo la produzione meccanica
della azienda in calibri e master con
livelli di tolleranza molto spinti (si
parla di micron e sottomultipli).
Lo stabilimento MG è dotato di un sistema di climatizzazione con termotravi
ventilate in grado di limitare l’escursione
termica nell’arco della giornata nell’ordine di qualche grado e, soprattutto, di
mantenere tale valore prossimo ai 20
°C; per poter raggiungere i predetti livelli di precisione sulla produzione, tuttavia,
è necessario garantire agli operatori di
poter eseguire verifiche e misure in macchina e a bordo stazione, con strumenti
idonei e con master e riscontri che devono essere rigorosamente in regime di
conferma metrologica.
Non è raro il caso in cui alla produzione di un calibro/master speciale si fa
precedere la produzione di uno o più
campioni dedicati (di solito tamponi o
anelli) con valore reale il più prossimo
possibile al nominale che, dopo essere
stati tarati in sala metrologica, l’operatore usa come master azzeratori per i
controlli a bordo macchina.
I laboratori del “centro SIT”, che occupano un’area al centro dello stabilimento di
oltre 400 m2, sono inoltre dedicati all’assistenza dei reparti di lavorazione nelle
fasi più critiche della produzione e nella
certificazione di tutta la produzione.
Riguardo al tema Taratura, l’impressione è che, a livello industriale, l’esigenza della conferma metrologica (vincolante per le aziende certificate, che
essenzialmente in merito devono soddisfare la UNI EN 10012:2004) sia
spesso sentita come un dazio da
pagare per poter ottenere il riconoscimento di un ente, invece che il giusto
mezzo per garantire le proprie misure.
Le ragioni di ciò sono probabilmente
molteplici e, a mio avviso, vanno da
una ancora insufficiente cultura in
materia, alla sovrastima delle capacità metrologiche di strumenti e metodi
di misura (in particolare a livello di
incertezza) rispetto alle tolleranze.
È mia convinzione che un’oculata
gestione degli strumenti, con scelte di
intervalli di taratura e limiti di accetta-
T_M ƒ 17
bilità mirati, possa in ogni “situazione” rivelarsi un mezzo utile per ridurre gli sprechi e migliorare la qualità,
oltre che essere una prassi necessaria
ai fini certificativi; viceversa questo
può rivelarsi un costo importante di
cui è difficile apprezzare i benefici.
CASO 3: SCANDURA & FEM srl,
Rodano Millepini (MI)
Il significato della Riferibilità,
contributo
del Dott. Marcello Caravaggio
È con molto piacere
che accogliamo questa
iniziativa
di
Tutto_Misure di dare
voce alle esigenze
delle aziende riguardo
gli aspetti inerenti la
riferibilità delle misure.
Questo aspetto è particolarmente importante per la realtà in cui operiamo.
T_M ƒ 18
N. 01ƒ
; 2011
▲
IL
TEMA
Non mi soffermo sul significato di riferibilità, che tutti gli addetti ai lavori conoscono bene, ma vorrei mettere l’accento
sul significato che propriamente o impropriamente l’industria Italiana sembra
attribuire a questa parola: “esiste una
norma che mi impone di far tarare gli
strumenti di misura; se non lo faccio,
posso avere dei problemi …”. È chiaro
che una visione del genere del concetto
“riferibilità” non solo svilisce il significato e gli sforzi di tante persone che si
adoperano quotidianamente nel misurare, ma genera uno spreco di risorse e
impoverisce ingiustamente il settore misuristico. Fortunatamente, il segnale che
qualche cosa sta cambiando lo abbiamo avuto dal mercato. Negli ultimi anni
abbiamo incrementato la qualità dei
nostri strumenti per poterli suggerire non
soltanto a coloro i quali tarano perché
costretti (norme, clausole contrattuali,
ecc.) ma anche a quelli consapevoli che
una taratura accurata, periodica, affidabile e riferibile può far risparmiare
loro molto denaro e fornire valore aggiunto in termini di competitività. Il risultato va chiaramente visto al netto della
crisi degli ultimi due anni, ma crediamo
sia incoraggiante.
Purtroppo va anche detto che l’Italia fatica molto a tenere il passo con altri paesi
europei, in alcuni dei quali la cultura
metrologica pare essere molto più diffusa che da noi. Il motivo di questo divario potrebbe risiedere nella differenza
della struttura industriale. Tra i settori industriali che richiedono maggiormente
accurati strumenti di taratura e servizi di
taratura di elevata qualità vi sono: avionico, nucleare, aerospaziale, farmaceutico, ecc. Alcuni di questi settori sono
discretamente coperti dai servizi di taratura, anche dai nostri, ma in alcuni il
nostro sistema è ancora molto carente.
Con il nostro lavoro speriamo di potere
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;2011
LA RIFERIBILITÀ DELLE MISURE
IN ITALCEMENTI GROUP:
UN’ESPERIENZA DIRETTA
Contributo dell’Ing. Paolo
Giardina, Responsabile
Centro SIT n° 100,
Italcementi Group, Bergamo
In Italia e nel mondo chi produce
cemento, come l’Italcementi Group,
deve rispettare regole e norme ben
precise sia sulla
qualità del prodotto sia sull’impatto
che la produzione
ha sull’ambiente. Le emissioni in atmosfera di agenti chimici, prodotti dalla
produzione del cemento, potenzialmente nocivi alla natura e all’uomo,
devono essere tenuti sotto controllo e
non devono superare i limiti fissati per
legge. La qualità del cemento è importante perché influenza notevolmente
le caratteristiche tecniche di stabilità e
durata della struttura edilizia che
verrà costruita con il cemento utilizzato per il calcestruzzo.
Il controllo della qualità nella produzione del cemento avviene nei laboratori chimici e fisico-meccanici presenti in ogni cementeria del gruppo.
Con procedure specifiche gli analisti
controllano le caratteristiche tecniche
(fisiche e chimiche) del cemento che
esce dalla macinazione del clinker
durante il processo produttivo e prima
che il cemento stesso venga fornito
agli acquirenti, nonché la qualità
delle materie in entrata ovvero le
materie prime utilizzate per la produzione del cemento vero e proprio e i
combustibili utilizzati per alimentare il
forno (carbone, petrolio, ecc.); quest’ultimo controllo è effettuato per massimizzare il risparmio energetico e
minimizzare le emissioni in atmosfera
di materiali inquinanti. In tal modo,
qualora i parametri e le specifiche
previste non siano rispettati si interviene in tempo reale sul ciclo di produ-
zione del cemento per apportare le
dovute correzioni alle miscele delle
materie prime (prima della cottura in
forno) e/o sugli additivi dopo la cottura e prima della macinazione del
clinker.
Le prove effettuate sul cemento dai
laboratori delle cementerie hanno
come riferimento quelle accreditate
da ACCREDIA e COFRAC secondo la
ISO/IEC 17025 nei laboratori del
Centro Tecnico di Gruppo (C.T.G.)
con sede a Bergamo che in tal modo
garantisce l’omogeneità delle stesse
prove. I laboratori di prova del C.T.G.
fungono quindi da riferimento a tutto
il gruppo per quanto concerne l’attività di prova sul cemento effettuata
dalle filiali italiane ed estere dell’Italcementi Group.
Le procedure di prova seguite nei
laboratori sono conformi alla normativa cogente e non del settore. Le procedure di controllo qualità, sia presso
i laboratori delle cementerie che presso quelli del C.T.G. prevedono l’utilizzo di strumenti di misura di cui ogni
laboratorio è dotato, come ad esempio: bilance, stufe, armadi climatici,
presse, termometri, igrometri, calibri,
stampi, muffole, phmetri, titolatori,
ecc.
Affinché i controlli di qualità di un
laboratorio siano efficienti e confrontabili con altri (in modo di avere un
prodotto il più omogeneo possibile) è
necessario che tali strumenti di misura
siano tarati/verificati e riferibili a
campioni nazionali o internazionali
(VIM).
La garanzia delle riferibilità è altresì
assicurata attraverso un’attenta qualificazione della strumentazione di misura che viene scelta principalmente
in funzione delle esigenze specifiche
dettate dalle prove di cui sopra. Dopo
l’acquisizione lo strumento viene collaudato tramite taratura per verificare
se rispetta le specifiche dettate in fase
di qualifica.
A tal proposito all’interno del C.T.G. è
stato istituito un laboratorio metrologico accreditato come Centro SIT
n° 100 secondo la ISO/IEC 17025 e
i requisiti del SIT (Servizio di Taratura
in Italia), ora ACCREDIA.
Non a caso le grandezze per le quali
▲
dare un piccolo contributo al sistema
della riferibilità e di essere uno dei testimoni del concetto: “tarare è conveniente e non rappresenta un costo inutile”.
IL
TEMA
il Centro è accreditato ricoprono
buona parte del campo di interesse e
di intervento riguardante la strumentazione presente nei laboratori delle
cementerie e della sede: massa, lunghezza, forza, temperatura, e, in futuro, misure in chimica e misure ambientali.
La riferibilità delle misure ai campioni
nazionali o internazionali viene assicurata tramite taratura periodica della
strumentazione del Centro presso IMP
o Centri accreditati in ambito EA.
La garanzia delle riferibilità delle misure nei laboratori di prova non si esaurisce con il controllo periodico di taratura delle propria strumentazione presso il Centro di Taratura (effettuata in
sito o presso il centro stesso in funzione delle tipologia di strumento in
esame), ma tra una taratura e la successiva il laboratorio di prova, coadiuvato dal personale del Centro, ha
messo a punto procedure di controlli
intermedi (più semplici della taratura)
che garantiscono il monitoraggio pressoché continuo delle stato di taratura
delle strumento (EN ISO 10012).
In questo modo qualsiasi anomalia
viene facilmente gestita dal laboratorio stesso che, qualora l’inconveniente
sia di non facile soluzione, può richiedere al Centro un intervento supplementare di taratura.
Il grosso vantaggio di aver creato all’interno dell’Italcementi Group un laboratorio metrologico permette, oltre
che un mantenimento del know-how
interno ai massimi livelli nel settore
metrologico, una più veloce gestione
delle problematiche inerenti gli strumenti di misura, con una semplificazione significativa della gestione di
fornitori di servizio esterni.
Dopo circa 20 anni di accreditamento dei laboratori di prova e del Laboratorio metrologico in seno all’Italcementi Group possiamo tranquillamente asserire che il circolo virtuoso venutosi a creare nella gestione delle misure ha sempre risposto in modo eccellente sia al controllo qualità interno
sia a quello predisposto dagli organi
istituzionali preposti del settore cementizio, oltre a creare un modello di
riferimento anche da parte dei competitor.
T_M ƒ 19
▲
IL
TEMA
Filippo Trifiletti
Accredia
e il mondo delle imprese
Intervista al Direttore di Accredia
ACCREDIA AND THE WORLD OF INDUSTRIES
The Director interviews the General Director of ACCREDIA, the novel Italian
association for accreditation into which the previous entities have merged.
Dr. Filippo Trifiletti outlines the present and the future of accreditation in
Italy, in the present economic scenario for industry.
RIASSUNTO
Non poteva mancare, all’interno del tema proposto ai lettori, l’opinione del
Direttore Generale di ACCREDIA, Filippo Trifiletti, che illustra il presente e
il futuro del nuovo Ente di Accreditamento.
L’INTERVISTA
D.: Che cosa è cambiato con la
fusione tra SINCERT e SINAL in
ACCREDIA? È solo un adeguamento alla normativa comunitaria o c’è valore aggiunto nella presenza di un unico ente di
accreditamento?
R: Abbiamo impostato, nel 2009, la
fusione tra SINCERT e SINAL basandola sul principio della continuità. Volevamo, con questo, riconoscere il valore di
un cammino durato diversi lustri, con un
notevole prestigio, sia sul piano interno
sia su quello internazionale. Obiettivo
non secondario, quello di non dare a
organismi e laboratori accreditati problemi di tipo burocratico-amministrativo. A due anni di distanza da quella
scelta, rimaniamo convinti della bontà
di quella intuizione, ma dobbiamo
anche prendere atto del fatto che
ACCREDIA si distanzia sempre di più
da quella storia, pur prestigiosa. L’ente
è cresciuto nelle dimensioni (due nuovi
dipartimenti attivi, tra cui quello della
taratura) e nel “riconoscimento” da
parte dei soggetti interessati, a partire
dalle pubbliche amministrazioni. Crediamo anche di aver apportato miglioramenti gestionali che, tra l’altro, ci permettono di ridurre le tariffe prima praticate dai due enti, già dal 2011.
D.: Da un osservatorio privilegiato qual è il Suo, come giudica l’andamento delle attività di
non dimentichiamolo) va garantita sotto
ogni profilo. Il sistema della taratura
rappresenta un investimento indispensabile per la credibilità dell’impresa. E
non trascurerei i molti centri di taratura
pubblici, che certo operano in una logica no profit, ma che contribuiscono a
quel “sistema” di taratura di cui prima
parlavo. Il dibattito culturale sul sistema
produttivo italiano si è evoluto. La logica dei distretti sta cedendo il passo a
quella delle reti, un modello più complesso in cui il settore pubblico può
(direi: deve) affiancare ancora di più in
modo proficuo l’iniziativa privata.
ACCREDIA, tra l’altro, si sente a pieno
titolo un attore di questi sistemi a rete.
ACCREDIA è in grado di far
fronte tempestivamente alle
domande di accreditamento, e
se no, quali sono le possibilità
di miglioramento?
Con l’integrazione delle attività del SIT
in ACCREDIA – un’altra storia prestigiosa, come quella di SINAL e SINCERT – abbiamo dovuto, in primo
luogo, recuperare la stasi che si era
determinata per la fine dell’avventura di
COPA. Basti dire che, nel primo semestre 2010, si erano svolte solo visite “di
sorveglianza”. Forse, non tutti hanno
colto il rischio che si è corso. L’Italia è
stata ad un passo dal rimanere esclusa
dai circuiti internazionali dell’accreditamento per la taratura. Dal 1 luglio
2010, con l’avvio dell’attività del dipartimento per i laboratori di taratura,
abbiamo lavorato di buona lena;
anche i prossimi mesi verranno impiegati per colmare il gap che era stato
accumulato, incluse alcune domande di
accreditamento necessariamente istruite
con ritardo, per quelle ragioni. Già nel
taratura dei centri accreditati
negli anni di crisi?
R: La crisi del modello industriale italiano è ormai un fatto storico; un processo
non ancora compiuto, secondo me, ma
che comunque già nel secolo scorso
aveva prodotto effetti socio-economici di
rilievo. Abbiamo pagato un prezzo
pesante, specie nel settore manifatturiero; tuttavia abbiamo “tenuto” in alcuni
settori, sia produttivi, ad alto livello di
competitività, sia di servizio (terziario
avanzato, logistica, distribuzione). Non
posso affermare che il settore delle tarature industriali sia rimasto estraneo alla
crisi (bisognerebbe anche analizzare i
fatturati dei singoli centri, per avere una
risposta che, con ogni probabilità,
sarebbe articolata, con differenze significative tra settori e territori), ma posso
affermare che, nel complesso, il sistema
ha tenuto, e si presenta oggi in grado di
assolvere al compito che l’apparato produttivo italiano chiede.
D.: Le imprese tarano solo perché
ciò viene loro richiesto o perché
la giudicano una attività strategica per garantire una maggiore
affidabilità dei loro prodotti?
R: Per l’una e per l’altra ragione. L’affi- Direttore Generale Accredia
dabilità del prodotto (e del marchio, [email protected]
T_M
N.
T_M
21
1/1
1 ƒƒ 21
N. 01ƒ
; 2011
Filippo Trifiletti, laureato in Scienze Politiche e specializzato in
Materie comunitarie, è
entrato in Confagricoltura nel 1980. Tra le altre
funzioni, è stato responsabile della segreteria di presidenza e
direzione generale, e, a partire dal
1996, ha diretto l’Area Ambiente e
Qualità, come rappresentante e referente per tutte le politiche inerenti alla
qualità.
Ha poi assunto, nel 2007, la carica di
direttore generale di SINCERT. Con la
sua guida si è realizzata la fusione
con SINAL, che ha dato vita ad
ACCREDIA – l’Ente unico italiano di
accreditamento – che dirige dal
2009. Rappresenta l’ente in EA –
European Cooperation for Accredita2011 contiamo di passare a un regime anima il personale dell’INRIM, oltre alla tion, dove è membro dei comitati Horipiù efficiente. Mi conforta, in questa ben nota competenza, che abbiamo zontal Harmonization e Financial
previsione, lo spirito collaborativo che sempre ritenuto insostituibile.
Oversight.
T_M ƒ 22
▲
IL
TEMA
Giuseppe La Paglia
Calibratori multifunzione
e multimetri numerali di precisione
L’impatto sui laboratori di taratura
MULTIFUNCTION CALIBRATORS AND HIGH-PRECISION DIGITAL
MULTIMETERS: THE IMPACT ON CALIBRATION LABORATORIES
At the end of the eighties, the rapid and wide diffusion of Multifunction Calibrators and High-Precision Digital Multimeters has produced a strong
impact on the way of working in calibration laboratories. In fact, these
instruments can perform measurements with an accuracy which approaches
that of the best reference standards but in more simply, efficient and economic way.
If, on one side, the calibration of these devices may be a very difficult task
even at the level of the best calibration laboratories, on the other side their
availability enables the laboratories to use very efficient measurement
equipment that can be considered as reference and working standards for
a wide range of electrical quantities allowing a reduction in the calibration
costs.
The present paper describes the evolution process activated by this instrumental evolution, and the role played not only by the calibration laboratories, but also by measuring instrument manufacturers, national metrological
institutes and accreditation bodies.
RIASSUNTO
Il rapido diffondersi, a partire dalla fine degli anni ottanta, di calibratori
multifunzione e multimetri numerali di precisione, ha avuto un profondo
impatto sul modo di operare dei laboratori di taratura, a causa del fatto che
essi erano in grado di assicurare un’accuratezza paragonabile a quella dei
migliori strumenti campione, operando però in modo molto più semplice,
efficace e conveniente.
Se da un lato la taratura di questa tipologia di strumenti ha quindi spesso
posto, anche per i laboratori più attrezzati, problemi di non facile soluzione, dall’altro la loro disponibilità ha messo a disposizione dei laboratori
apparati in grado di svolgere la funzione di strumenti campione in un vasto
campo di misura e con un elevato grado di efficienza, consentendo di
abbattere in modo sostanziale i costi operativi.
Nell’articolo si descrive il processo evolutivo che ne è derivato e che ha
coinvolto, oltre ai laboratori di taratura, anche i costruttori degli strumenti,
gli istituti metrologici nazionali e i servizi di accreditamento.
L’AVVENTO
DELLA NUOVA GENERAZIONE
DI CALIBRATORI MULTIFUNZIONE
Nell’ultima parte degli anni ’80 comparve sul mercato una nuova generazione di strumenti elettrici di misura
costituita da calibratori multifunzione
e multimetri numerali caratterizzati da
un elevato livello di accuratezza. Già
da diversi anni erano presenti cali-
La nascita di questa nuova tipologia
di apparati può essere vista, in effetti,
come la naturale ricaduta, nel settore
delle misure elettriche, dei significativi
avanzamenti avutisi nell’elettronica
analogica e digitale. In primo luogo
ha inciso la disponibilità di componenti analogici di elevata qualità (riferimenti Zener, resistori, amplificatori a
basso rumore e a basso offset) e di
convertitori A/D e D/A di grande
linearità e risoluzione.
L’inserimento negli strumenti dei microprocessori e di memorie non volatili ha poi consentito di completare il
salto di qualità. La loro presenza ha
infatti permesso di gestire all’interno
dello strumento operazioni quali:
• Memorizzazione dei coefficienti di
correzione per tutte le portate di ogni
funzione;
• Correzione della linearità dei convertitori A/D e D/A;
• Compensazione dell’effetto della frequenza sugli stadi d’ingresso;
• Gestione di complessi processi di
autoverifica;
• Autotaratura dello strumento per
confronto con riferimenti interni.
Si è quindi realizzata una gestione
dinamica delle capacità metrologiche
dello strumento. Il risultato è stato l’ottenimento di apparati di misura elettrici di uso semplice, gestibili da calcolatore, accurati e relativamente economici. La Tab. 1 ci consente di comprendere che cosa abbia significato,
per il mondo della taratura, l’introduzione degli strumenti multifunzione di
precisione. In essa sono confrontate,
in alcuni significativi punti di misura,
la migliore incertezza di taratura riconosciuta ad un laboratorio accreditato in ambito SIT sul finire degli anni
bratori per grandezze elettriche e
misuratori numerali, ma per la prima
volta si venne a disporre di strumenti
elettrici in grado di operare in vasti
campi delle grandezze elettriche di
base (tensione continua e alternata,
corrente continua e alternata e resistenza in c.c.) con livelli di accuratezza paragonabili a quella fornita dagli
apparati campione di più elevato li- I.N.Ri.M.
[email protected]
vello.
T_M
N.
1/11 ƒ 23
N. 01ƒ
; 2011
‘80, con le specifiche a un anno di un multimetro numerale e di un calibratore multifunzione all’epoca disponibili sul mercato. Come si può rilevare non solo nessun laboratorio accreditato era in grado di verificare questi strumenti con il tipico rapporto 4:1 o 3:1 tra incertezza di
taratura e incertezza dello strumento (detto anche TUR
”Test Uncertainty Ratio”), ma, in molti punti le specifiche
sono più ristrette delle migliori incertezze di taratura disponibili. L’effetto della loro diffusione è stato quindi
“drammatico” ed ha portato a ridefinire le metodologie e
le logiche di disseminazione della riferibilità precedentemente utilizzate in questo ambito.
Il processo di adeguamento alla nuova situazione ha visto
coinvolti diversi attori: i costruttori di strumentazione elettrica, i laboratori di taratura, gli Istituti Metrologici Nazionali, e i servizi di accreditamento. Tutti hanno contribuito all’evoluzione del sistema di disseminazione, evoluzione che
solo in questi ultimi anni sta giungendo a conclusione. Da
segnalare l’assenza degli enti normatori, non in grado di
riportare a categorie omogenee un insieme di modelli di
strumenti elettronici, ognuno dotato di specifiche caratteriTabella 1 – Confronto tra specifiche degli strumenti
e accreditamenti SIT nel 1989
Grandezza
T_M ƒ 24
Punto
di misura
Migliore incertezza di accreditam. ’89 (10-6)
Specifiche di accuratezza a 1 anno
Multimetro
Calibratore
(10-6)
(10-6)
Tensione
continua
0,1 V
0,5 V
1V
5V
10 V
50 V
100 V
500 V
1000 V
20
12
3
10
3
10
10
10
10
15
6
5
4,5
4,2
6,6
6,3
8,7
16
12
7
6
3,6
3,3
6
5,5
8
7,5
Tensione
alternata
0,1 V – 1 kHz
1 V – 1 kHz
1 V – 1 MHz
10 V – 1 kHz
100 V – 1 kHz
100 V – 100 kHz
700 V – 1 kHz
700 V – 50 kHz
200
100
1000
100
100
300
300
500
90
90
10000
90
220
1220
430
3020
130
50
1900
50
60
150
129
1057
Corrente
continua
100 µA
1 mA
100 mA
1A
10 A
50
50
50
200
200
28
25
40
120
-
120
50
50
120
200
Corrente
alternata
1 mA – 400 Hz
1 mA – 5 kHz
100 mA – 400 Hz
1 A – 400 Hz
1 A – 5 kHz
10 A – 400 Hz
10 A – 5 kHz
500
500
500
500
-
500
500
500
1200
1200
-
200
300
200
400
590
530
1010
Resistenza
10 Ω
100 Ω
10 kΩ
1 MΩ
100 MΩ
20
20
5
20
200
20
17
10,5
17
510
25
9
9
25
70
N. 01ƒ
;2011
stiche e prestazioni. La prima risposta
che si può cercare di dare a una situazione di questo genere è di migliorare
le caratteristiche metrologiche degli
strumenti campione da utilizzare per
tarare i calibratori multifunzione e i
multimetri numerali di precisione. Purtroppo è stato possibile percorrere questa via solo in parte.
L’unica grandezza che ha visto lo sviluppo di nuove tipologie di campioni
di riferimento è la tensione alternata.
Al termine degli anni ’80 e all’inizio
degli anni ’90 è iniziata la produzione di nuovi modelli di strumenti caratterizzati da un’incertezza base di 2030⋅10-6 e quindi in grado di tarare i
nuovi strumenti multifunzione in modo
significativo con un TUR dell’ordine di
2:1, 3:1. Per quanto riguarda la corrente alternata si sono continuati a
utilizzare derivatori di trasferimento
c.a./c.c. che, accoppiati con i nuovi
campioni di tensione alternata, permettono di raggiungere incertezze
dell’ordine di 1⋅10-4.
Anche in tensione continua vi è stato
lo sviluppo di nuovi apparati campioni, costituiti da riferimenti di tensione
di tipo elettronico basati su diodi
Zener particolarmente selezionati.
Questi nuovi riferimenti presentano,
rispetto alle precedenti pile campione,
notevoli vantaggi sotto l’aspetto dell’affidabilità e della semplicità d’uso
ma non rappresentano un sostanziale
miglioramento delle capacità metrologiche, in quanto la loro specifica di
stabilità a un anno è dell’ordine di
2⋅10-6. Solo disponendo di gruppi di
almeno 4 riferimenti elettronici è possibile ottenere una incertezza di taratura inferiore a 1⋅10-6.
Sugli apparati resistivi non vi sono
stati particolari sviluppi, e solo un’attenta gestione dei dati provenienti
dalle tarature e dai confronti periodici
ha potuto consentire di ridurre l’incertezza relativa all’uso di resistori campione, derivatori di corrente e divisori
resistivi.
▲
IL
TEMA
tutto il processo di
adeguamento.
L’effetto più visibile della loro evoluzione è stato lo
sviluppo di nuove
strutture di riferibilità. La larga
diffusione di strumenti multifunzione, e in particolare di multimetri
numerali di diverso livello di accuratezza, ha fatto
si che le riferibilità delle misure
effettuate
nelle
grandezze tensioFigura 2 – Struttura di riferibilità di un laboratorio
ne continua, tendi taratura di livello medio-basso
sione alternata,
corrente continua,
corrente alternata e resistenza in Nella struttura di Fig. 1 i campioni di
c.c. non fossero viste in modo sepa- riferimento sono costituiti da un insierato ma nel loro insieme. I laborato- me di campioni periodicamente tarati
ri si sono suddivisi sostanzialmente tipicamente presso un Istituto Metrolotra quelli di alto livello, in grado di gico primario. Essi sono adoperati sia
tarare tutte le tipologie di strumenti per la messa in punto e la verifica
multifunzione, compresi i calibratori degli strumenti multifunzione (usati
e i multimetri di precisione, e quelli come campioni di lavoro), sia per le
di livello medio-basso, non in grado tarature al più alto livello. Il maggior
di tarare adeguatamente gli stru- numero di tarature viene comunque
effettuato dal calibratore multifunziomenti più accurati.
Le catene di riferibilità utilizzate dei ne e dal multimetro numerale di precidue tipi di laboratori sono sintetizzate sione in grado, grazie alla loro accuratezza, di effettuare direttamente la
rispettivamente in Figg. 1 e 2.
verifica della gran
parte degli strumenti di misura di
tipo elettrico.
Nello schema di
Fig. 2 un multimetro
numerale e un calibratore multifunzione sono gli strumenti campione del laboratorio. Il multimetro numerale viene tarato periodicamente presso un
laboratorio di taratura di alto livello. Il
calibratore multifunzione può essere
LE CATENE DI RIFERIBILITÀ
tarato anch’esso
Figura 1 – Struttura di riferibilità di un laboratorio
con le stesse modaI laboratori di taratura sono stati le
di taratura di alto livello
lità, o può essere
realtà più direttamente coinvolte in
T_M ƒ 25
N. 01ƒ
; 2011
tarato internamente al laboratorio per confronto con il multimetro numerale nel momento in cui esso ritorna dal laboratorio di riferimento. Le incertezze di taratura di un laboratorio che utilizza questo schema di riferibilità dipendono dalla
tipologia di calibratore utilizzato, ma sono in ogni caso
significative e consentono l’effettuazione della taratura di
quasi tutti gli strumenti di misura operanti in tensione, corrente e resistenza presenti all’interno delle aziende.
Il fatto che un Laboratorio di taratura scelga di utilizzare uno
schema di riferibilità del tipo di quello descritto in Fig. 1
o di quello descritto in Fig. 2 dipende dagli obiettivi che si
pone, e dalla sua collocazione e funzione nell’ambito
aziendale. Una catena metrologica impostata sullo schema di Fig. 1 consente di raggiungere i più elevati livelli di
precisione, ma, essendo molto onerosa in termini economici
e di personale, è sostenibile solo da un limitato numero di
Centri. Lo schema descritto in Fig. 2 è più semplice ed economico da mantenere, e può rappresentare una scelta conveniente per tutti i laboratori per i quali non è necessario
raggiungere un livello di riferibilità particolarmente spinto.
Tenendo conto del fatto che, in alcuni campi di misura, il
rapporto tra la migliore incertezza fornibile dall’Istituto
Metrologico Primario e le specifiche di accuratezza di multimetri numerali diffusamente utilizzati dalle aziende come
strumenti di lavoro non supera 10:1, i laboratori di taratura si sono trovati nella necessità di ottimizzare tutti i meccanismi con cui viene trasferita, la riferibilità delle misure. È
stato quindi necessario definire attentamente i processi di
misura utilizzati, elaborare statisticamente i risultati ottenuti
e mantenere un sistema di conferma metrologica in grado
di individuare immediatamente eventuali alterazioni delle
caratteristiche metrologiche degli strumenti campione del
laboratorio. Questa evoluzione ha costretto il personale
operante nei laboratori a un significativo aggiornamento
culturale e a un impegno rilevante per la revisione delle procedure tecniche utilizzate.
IL RUOLO DELL’I.N.Ri.M.
L’I.N.Ri.M., che svolge in Italia la funzione di Istituto Metrologico Nazionale, ha cercato di migliorare, per quanto possibile, i sistemi utilizzati per la disseminazione nelle grandezze tensione e corrente continua, tensione e corrente alternata e resistenza in c.c.. Si è cercato in primo luogo di
migliorare la taratura dei campioni di riferimento utilizzati
nei laboratori di taratura di alto livello. Sono stati sviluppati
nuovi sistemi per la taratura dei misuratori campione di tensione alternata e dei trasferitori alternata/continua, per la
taratura dei divisori resistivi in tensione continua, e per la
verifica della linearità in tensione continua. Sono stati migliorati significativamente i sistemi per la taratura dei riferimenti
elettronici allo stato solido e dei resistori, e ciò ha consentito di ridurre sensibilmente l’incertezza dichiarata sui certificati emessi. Al fine di supportare adeguatamente anche il
laboratori di taratura che utilizzavano direttamente calibratori multifunzione e multimetri numerali di precisione come
T_M ƒ 26
■
IL
TEMA
vizio, ma anche nella presentazione
di memorie nelle riunioni annuali SIT e
nei convegni del settore e nella realizzazione di specifici documenti tecnici
che possono essere liberamente consultati accedendo al sito internet del
SIT.
BIBLIOGRAFIA
Figura 3 – Struttura della stazione di misura I.N.Ri.M. per strumenti multifunzione di precisione
campioni di riferimento, è stata, inoltre,
sviluppata una specifica stazione per la
loro taratura la cui struttura è descritta
in Fig. 3.
I campioni di riferimento della stazione vengono periodicamente tarati
contro i campioni nazionali di tensione continua, resistenza in c.c. e trasferimento c.a./c.c.. A loro volta essi
provvedono alla taratura dei campioni di lavoro costituiti da calibratori
multifunzione di elevata accuratezza.
Questi ultimi svolgono la gran parte
del lavoro di disseminazione, effettuando in modo automatico la taratura dei multimetri numerali di precisione e dei trasferitori di riferibilità. Il
software utilizzato è stato sviluppato
appositamente presso l’I.N.Ri.M., e
consente la correzione degli errori,
rilevati in fase di taratura, dei campioni di lavoro. Processi automatici o
semiautomatici consentono, inoltre, di
effettuare la taratura di calibratori
multifunzione e misuratori campione
di alternata utilizzando i campioni di
riferimento della stazione. Da parte
sua il SIT, Servizio di taratura in Italia,
non è stato solo testimone di questo pro-
cesso di adeguamento ma è intervenuto supportando l’evoluzione dei laboratori mediante l’individuazione dei meccanismi e degli strumenti culturali necessari per realizzare correttamente il processo di trasferimento di riferibilità.
Questa attività, effettuata in collaborazione con il settore metrologia elettrica
dell’I.N.Ri.M., ha riguardato diversi
aspetti ed in particolare:
• Indicazioni sulle modalità di valutazione delle componenti d’incertezza
relative all’utilizzo degli strumenti multifunzione di precisione;
• Individuazione di modelli d’incertezza coerenti con quanto richiesto dal
documento dell’EA (European Accreditation) EA.4/02 GUM;
• Definizione delle operazioni di conferma metrologica da effettuare in funzione della struttura di riferibilità realizzata;
• Suggerimenti su come strutturare la
documentazione tecnica;
• Effettuazione di un intenso programma di confronti di misura per controllare le capacità di taratura dei laboratori accreditati.
Tale attività si è concretizzata non
solo nella quotidiana attività del Ser-
1. M. Angelino, S. D’Emilio, G. La
Paglia: Evaluation of the traceability
levels of high precision multifunction
electrical instruments. Actes du 6e
Congrès International de Métrologie,
pp. 37÷42, Lille, October 1993.
2. C. Cassiago, G. La Paglia, U.
Pogliano: Stability evaluation of high
precision multifunction instruments for
traceability transfer. Proc. of the 16th
IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference, pp.
1873÷1878, Venezia, May 1999.
3. G. La Paglia, G.C. Bosco, M. Lanzillotti, L: Callegaro: The effect of
adjustment on multifunction instruments for electrical metrology: case
examples. Proc. of 16th IMEKO TC4
Symposium “Exploring New Frontiers
of Instrumentation and Methods for
Electrical and Electronic Measurements” pp.128÷133. Firenze, September 2008.
Giuseppe La Paglia è
diplomato Perito in energia nucleare nel 1972 ed
è stato assunto dall’Istituto
Elettrotecnico Nazionale
Galileo Ferraris. Ha operato all’interno del settore
Metrologia Elettrica sino al 2005 partecipando allo sviluppo e al mantenimento di
diversi campioni primari nazionali. Ha
inoltre sviluppato i sistemi di misura per la
taratura degli strumenti elettrici multifunzione di precisione. Dal 1984 è Ispettore
SIT per l’accreditamento di laboratori di
taratura. Nell’ambito della struttura di
accreditamento SIT ha svolto, dal 1995,
la funzione di Segretario tecnico e, nel
2004, gli è stato assegnato il ruolo di
Responsabile dell’area elettrica. Attualmente opera all’interno del Dipartimento
laboratori di taratura di ACCREDIA.
T_M ƒ 27
GLI
ALTRI TEMI
▲
MISURE DI VIBRAZIONI E MEMS
Fabrizio La Rosa
Monitoraggio del funzionamento
di applicazioni industriali
mediante l’utilizzo dei sensori in tecnologia MEMS
HOW MEMS SENSORS CAN PREVENT CATASTROPHIC
MACHINE FAILURE
The most common failure in industrial engines, generators and equipment is
mainly due to the wear and tear of their mechanical parts. In particular, bearings, shafts or couplings are the most critical components used extensively in
a wide range of machines, and they are continuously subjected to heavy stress
during operation. Mechanical vibrations, accompanied by the emission of
acoustic vibrations, can be indicative for the identification of early problems in
the mechanical parts. Vibration monitoring is frequently used to identify faults
in machinery, to predict machine faults and avoid catastrophic failures with the
high costs associated with process line-down, to reparation plans, and to maintain machinery functioning for as long as possible without unexpected failure.
This paper describes a multi-sensorial platform designed to monitor vibrations,
both mechanical and acoustic, in a wide range of frequencies. Focus will be
on the devices, on their technical features and performances, and on the main
target application. The solution is mainly equipped with a 3-axis MEMS accelerometer, two MEMS digital microphones and a Microcontroller Unit (MCU)
that continuously collects measurements from the sensors and transmits data to
an external system that elaborates them. After data acquisition, a spectrum
analysis of main vibrations frequencies will be performed, providing a quantitative assessment of the current health of the tested systems.
RIASSUNTO
La principale causa di rottura nei motori industriali è riconducibile all’usura delle
loro parti meccaniche più critiche come cuscinetti, alberi o accoppiamenti. In
queste componenti, l’insorgenza di difetti generati dal forte stress a cui esse
sono sottoposte durante il funzionamento, può originare vibrazioni meccaniche,
accompagnate talvolta da rumore. Tali segnali possono essere indicativi per la
precoce identificazione dei problemi legati alle parti meccaniche. Il monitoraggio delle vibrazioni è spesso utilizzato per identificare preventivamente guasti
nei motori elettrici, evitando così gli alti costi associati al fermo di un processo,
ai lunghi piani di manutenzione o riparazione, o per mantenere macchinari funzionanti per più a lungo possibile senza guasti imprevisti.
Questo documento descrive una piattaforma multi-sensoriale progettata per il
monitoraggio delle vibrazioni, sia meccaniche che acustiche, in una vasta gamma
di frequenze. La soluzione è costituita da un accelerometro MEMS triassiale, due
microfoni MEMS digitali e un Microcontrollore (MCU) che raccoglie continuamente i dati dei sensori e li trasmette ad un sistema esterno per l’elaborazione.
Dopo l’acquisizione sarà effettuata l’analisi dello spettro di frequenze, fornendo
una valutazione quantitativa dello stato di funzionamento dei sistemi testati.
rottura al loro interno si manifesta attraverso vibrazioni, spesso accompagnate
da emissioni acustiche, che si ripercuotono sulle prestazioni del motore o della
macchina ospitante, e le cui frequenze
dipendono dalle loro caratteristiche
cinematiche.
Conoscere preventivamente le caratteristiche dinamiche del sistema da analizzare, le geometrie delle sue parti meccaniche e la velocità di rotazione di
queste ultime, è pertanto fondamentale
per individuare accuratamente la causa
del deterioramento delle prestazioni, e
per procedere alla sostituzione dei
pezzi difettosi. Nel caso di cuscinetti
rotanti, le frequenze fondamentali generate sono individuate da semplici formule legate alle loro caratteristiche
geometriche.
Una strategia generale in grado di prevenire rotture in un sistema meccanico
si basa sulla completa caratterizzazione armonica iniziale (ovvero in condizioni di assenza di difetti o al meglio
delle performance del sistema), e sul
continuo monitoraggio dello stato di
funzionamento. I dati del sistema operante, acquisiti e confrontati in maniera
periodica con quelli raccolti nella fase
iniziale, evidenzieranno lo scostamento
delle condizioni operative causato dall’insorgenza di difetti.
METODOLOGIA DI VALUTAZIONE
La metodologia che si propone individua le frequenze caratteristiche di un
sistema meccanico a partire dalla fusione dei dati ottenuti da due dei principali approcci sperimentali utilizzanti sensori in tecnologia MEMS. Lo studio delle
IL RUOLO DELLE VIBRAZIONI
o nelle macchine industriali può essere vibrazioni meccaniche è eseguito per
NEL MONITORAGGIO
sintomo dell’insorgenza di difetti nelle
DI MACCHINE INDUSTRIALI
loro principali componenti. Il più delle
volte la causa determinante è da riconLa comparsa di vibrazioni meccaniche durre a un’anomalia nel funzionamento ST Microelectronics
e di emissioni sonore nei motori elettrici dei cuscinetti a sfera. Un principio di [email protected]
T_M
N.
1/11 ƒ 29
mezzo di accelerometri. Le loro prestazioni e le dimensioni estremamente
ridotte permettono di rilevare il segnale
in maniera accurata, essendo facilmente posizionabili in prossimità delle parti
da monitorare. Dall’analisi dei dati ricavati si verificano le variazioni dell’ampiezza e della posizione delle armoni-
T_M ƒ 30
che fondamentali in un’ampia
finestra temporale. Per quanto
riguarda l’analisi delle emissioni acustiche, sono invece stati
utilizzati i microfoni miniaturizzati in tecnologia MEMS per
rilevare il suono emesso dalle
parti rotanti in una gamma di
frequenze estesa.
La scelta di utilizzare diverse
tipologie di sensori nasce dal
fatto che i due dispositivi permettono di distinguere con efficacia i disturbi che appaiono
nel sistema. Infatti, mentre la
sensitività dell’accelerometro
permette una chiara identificazione
delle vibrazioni meccaniche alle basse
frequenze, che in generale caratterizzano le rotture meccaniche, il microfono è maggiormente sensibile alle frequenze medio-alte, in cui sono localizzati i segnali sonori dovuti all’usura.
Al fine di dimostrare l’applicazione della
N. 01ƒ
; 2011
Tabella 1 – Frequenze caratteristiche emesse
dai cuscinetti rotanti
metodologia proposta, si è fatto uso di
due motori elettrici, fissati al banco e collegati a circuiti di controllo dedicati:
• motore brushless (BLDC), con numero
di giri massimo pari a 4 000 rpm, coppia nominale pari a 0,42 Nm (con
valore massimo pari a 1 Nm);
• motore elettrico sincrono a magnete
permanente (PMSM), con numero di
giri massimo pari a 16 000 rpm e coppia nominale pari a 0,3 Nm.
Per ciascun motore sono state eseguite
diverse misure con entrambi i metodi,
variando il regime di funzionamento.
Per ogni prova effettuata si è ricavata la
risposta del sistema nello spettro di frequenze, così da confrontare tutti i possibili risultati.
STRUTTURA DELLA PIATTAFORMA
TECNOLOGICA
La soluzione adottata comprende una
N. 01ƒ
;2011
▲
piattaforma per l’acquisizione dati e un
PC. Quest’ultimo è fornito di opportune
periferiche per la comunicazione e di
programmi per l’elaborazione dei dati
(in particolare MATLAB®).
Come specificato in precedenza, la
piattaforma integra due diverse tipologie di sensori in tecnologia MEMS,
accoppiandoli tramite un unico sistema di controllo per la gestione dei
dati. Il cuore della piattaforma è costituito da un microcontrollore a 32 bit,
un accelerometro lineare con uscita
digitale e una coppia di microfoni,
anch’essi digitali. Di seguito sono
riportate alcune caratteristiche tecniche dei principali dispositivi.
GLI
ALTRI TEMI
pari a 120 dB SPL con un rapporto
segnale-rumore pari a 58 dB, e comunica con il microcontrollore per mezzo
della seriale SPI.
Nella piattaforma è presente anche una
memoria SRAM da 512 kB, utilizzata
per immagazzinare i dati. Il microcontrollore, dopo aver acquisito le grandezze misurate dai sensori tramite le
sue periferiche SPI, immagazzina i dati
in SRAM per via della periferica FSMC.
Dopo averli richiamati, li rielabora ed
applica un efficace algoritmo al fine di
convertirli in un formato facilmente gestibile. Saranno successivamente inviati
al PC per mezzo della seriale RS232.
Nella Fig. 1 sono illustrati i sensori utilizzati per l’analisi e lo schema a blocIl Microcontrollore STM32F103 chi della piattaforma implementata per
Il microcontrollore ha un core ARM Cor- l’acquisizione.
tex™– M3 ad alte prestazioni, in architettura RISC a 32 bit e con velocità massima di 72 MHz. Ha due memorie interne ad alta velocità (una memoria Flash
di 128 kByte e una SRAM di 20 kByte),
e un’ampia gamma di periferiche connesse ai principali BUS APB.
L’Accelerometro LIS3DH
L’accelerometro è un sensore inerziale
lineare triassiale realizzato in tecnologia
MEMS. Ha alte prestazioni, basso consumo di potenza e uscita digitale. È
dotato di periferiche d’interfaccia seriale
SPI e I2C che permettono un’efficace
comunicazione con il microcontrollore.
L’accelerometro LIS3DH ha diversi Fondo
Scala (±2g/±4g/±8g/±16g) facilmente
selezionabili, e ha un output data rate
compreso tra 1 Hz e 5 kHz. Inoltre il sensore ha integrato un buffer a 32 livelli
gestito da una politica FIFO che permette di immagazzinare i dati o implementare particolari funzioni di media riducendo il carico di lavoro del microcontrollore.
Il Microfono MP45DT01
Il microfono ultracompatto a basso consumo è composto da due blocchi principali: l’elemento sensibile, realizzato in
tecnologia MEMS, e un ASIC realizzato
in tecnologia CMOS, che elabora i dati
del trasduttore e fornisce in uscita un
segnale in formato PDM (Pulse Density
Modulation). Il microfono MP45DT01 ha
un livello di pressione sonora massimo
te in una parola digitale codificata a
16 bit, rappresentante la misura dell’accelerazione letta. La sensibilità dell’accelerometro è di 1 mg/digit su
fondo scala di ±2 g; ciò significa che
ogni volta che il dispositivo rileva un
accelerazione di 1 mg (9,8·10-3 m/s2),
il suo valore in uscita cambia di un
digit. La frequenza di campionamento
scelta per acquisire le vibrazioni meccaniche dei due motori è stata fissata
via firmware a 5 kHz. In base a ciò e
secondo il teorema di Shannon, l’analisi spettrale permetterà di caratterizzare
le vibrazioni meccaniche nel range di
frequenze [1 Hz ÷ 2,5k Hz].
La singola acquisizione del segnale
è eseguita per un periodo di 2,5
secondi, dopo il quale i dati vengono
immagazzinati nella memoria SRAM
e quindi inviati al PC tramite
seriale
RS232 con un
baud rate di
115 200 bps.
Infine il softwaFigura 1– Foto dell’accelerometro LIS3DH (a sinistra),
re di elaboradei microfoni MP45DT01 (a destra)
zione MATLAB®
e schema a blocchi della piattaforma di analisi
rende effettivo
ANALISI DELLE VIBRAZIONI
lo studio dello spettro di frequenza del
segnale acquisito.
MECCANICHE
L’analisi vibrometrica è stata eseguita in
Nell’analisi delle vibrazioni meccaniche due differenti regimi di funzionamento
l’operazione di acquisizione del segnale per ciascun motore (a 900 rpm e
è strettamente legata al posizionamento 1 800 rpm per il motore A, a 1 000 rpm
dell’accelerometro, che deve avvenire in e 4 000 rpm per il B), variando le conprossimità della parte da monitorare in dizioni di carico; per ogni regime sono
modo che il dispositivo rilevi le vibrazio- state ricavate le vibrazioni lungo ciascun
ni causate dal motore o dalle sue com- asse dell’accelerometro. Dalle analisi
ponenti, con la minima attenuazione. L’o- eseguite sui due motori, si è dedotto che
rientamento dell’accelerometro LIS3DH è le sollecitazioni meccaniche sono princistato scelto in modo tale che l’asse x sia palmente presenti lungo gli assi x e y
longitudinale all’albero in entrambi i mentre quelle lungo l’asse z sono trascumotori. I dati sono estratti e campionati rabili ai fini dello studio.
nel dominio del tempo dal sensore iner- Dalle analisi del motore A effettuate a
ziale, quindi successivamente acquisiti
dal microcontrollore per essere infine
convertiti nel dominio della frequenza e
analizzati in MATLAB®.
L’accelerometro LIS3DH è costituito da
un trasduttore meccanico-capacitivo in
grado di rilevare uno sbilanciamento
minimo di 1 mg (con un fondo scala di
±2 g) trasformandolo in una variazione
di capacità elettrica, e un ASIC che
condiziona tale variazione e la converFigura 2 – Analisi in frequenza delle vibrazioni
del motore A, funzionamento a 900 rpm (2.a)
e 1 800 rpm (2.b) in assenza di carico
▲
GLI
ALTRI TEMI
900 rpm in assenza di carico, si è ottenuto che le frequenze principali sono
localizzate nell’intorno di 1,3 kHz, rilevate da entrambi gli assi ma con intensità maggiore sull’asse x (Fig. 3.a). Inoltre,
ulteriori sollecitazioni insistono sull’asse x
nell’intorno della frequenza di 350 Hz.
Aumentando il numero di giri a
1800 rpm, il motore diventa più stabile poiché il numero di armoniche è
notevolmente ridotto ma focalizzato.
Sull’asse x (Fig. 2.b) le frequenze
sono più nette e hanno un’intensità
maggiore rispetto al caso precedente,
mentre per l’asse y è presente uno sbilanciamento di intensità 270 mg alla
frequenza caratteristica di 600 Hz.
Di analogo interesse risultano le analisi
sul motore B (Fig. 3) a 1 000 rpm e a
4 000 rpm, applicando un carico con
coppia pari a 0,5 Nm opponente alla
rotazione dell’albero. A 1 000 rpm il
motore B presenta una grande quantità
di vibrazioni di piccola intensità, con-
T_M ƒ 32
centrata nella direzione dell’albero
(Fig. 3.a) alle frequenze 370 Hz,
630 Hz e 2 175 Hz. In particolare, una
componente a 1 300 Hz è presente su
entrambi gli assi, con maggiore intensità sull’asse y (36 mg circa).
Raddoppiando il numero di giri ma
lasciando inalterato il carico, si è riscontrato un aumento dell’intensità
delle vibrazioni, soprattutto nelle componenti a frequenze più elevate, ovvero al di sopra dei 2 kHz.
ANALISI
DELLE EMISSIONI ACUSTICHE
I segnali acustici emessi dalle parti meccaniche sono strettamente correlati alle
vibrazioni, e la presenza di frequenze
caratteristiche ne rivela i difetti. Solitamente, l’intensità di tali segnali diventa
evidente all’orecchio umano in corrispondenza di un danneggiamento irre-
Figura 3 – Analisi in frequenza delle vibrazioni
del motore B, funzionante a 1 000 rpm (a)
e 4 000 rpm (b) con carico di 0,5 Nm
versibile dei cuscinetti. In sedi sperimentali, si è riscontrato che per motori
di dimensioni medie, il range di frequenza maggiormente interessato è
[1 Hz ÷ 20 kHz], quindi tali segnali
sono facilmente rilevabili con microfoni
comuni. Dato che lo stridìo di cuscinetti
degradati può essere nettamente percepibile, il monitoraggio sonoro è senza
dubbio meno intrusivo rispetto ad altri
metodi. In tale approccio è da tenere in
considerazione lo schermaggio dei
microfoni dai rumori ambientali che
possono inficiare la misura sulla parte
interessata. A tal fine, alla presenza di
più macchine, i microfoni sono collocati in specifiche loggette annesse alle
N. 01ƒ
;2011
parti da monitorare in modo da favorire il massimo trasferimento del suono e
ridurre l’influenza di rumori ambientali.
L’utilizzo dei microfoni in tecnologia
MEMS in questo tipo di analisi è particolarmente interessante per le loro
dimensioni e la facilità di posizionamento, ma soprattutto per le prestazioni
nettamente superiori rispetto ai tradizionali microfoni a condensatore.
L’analisi effettuata sui due motori-prova è
stata eseguita per mezzo del microfono
MP45DT01. Tale dispositivo fornisce in
uscita un segnale con codifica PDM
(Pulse Density Modulation) a 1 bit ad
alta frequenza (3,25 MHz). Il segnale è
dapprima acquisito dal microcontrollore
STM32 tramite la periferica SPI, quindi
filtrato e convertito in un segnale PCM
(Pulse Code Modulation) a 16 bit con
fre-quenza pari a 32 kHz, così da
avere un segnale audio digitale con un
formato di compressione standard.
L’operazione di conversione è eseguita
per mezzo di un algoritmo implementato nel firmware dello STM32F103,
costituito da due filtri FIR con guadagno
opportuno: il segnale PDM estratto dal
microfono viene cosi elaborato in modo
da ottenere un segnale audio alla frequenza e alla risoluzione richiesta dall’applicazione. Dopo che il segnale
audio è stato acquisito per 2,5 s, viene
effettuata la conversione PCM dal
microcontrollore, quindi i dati vengono
dapprima immagazzinati all’interno
della memoria SRAM e poi inviati al PC
per mezzo della seriale RS232-USB.
Infine MATLAB® esegue le trasformate
di Fourier dei segnali acquisiti per
poterne analizzare lo spettro nel range
di frequenze [1 Hz ÷ 16 kHz].
Anche in questi test l’analisi acustica dei
due motori è stata eseguita in differenti
regimi di funzionamento e in diverse
condizioni di carico. Dai risultati ricavati dal motore A (Fig. 4), si riscontra facilmente che il cambio di regime del motore è coinciso con il cambio delle frequenze caratteristiche derivanti dalla
diversa velocità di rotazione dell’albero.
Inoltre, l’emissione di segnali ad ampiezza e frequenza più elevate può
essere interpretata come un maggiore
sforzo da parte del motore per mantenere lo stato di lavoro imposto dal controllo, quindi come un principio di sco-
stamento dalle sue condizioni iniziali.
Nella Fig. 5 sono riportati i risultati
delle analisi effettuate sul motore B
eseguite a 1 000 rpm e 4 000 rpm con
un carico opponente pari a 2,5 Nm.
Appare evidente come l’emissione di
segnali acustici è maggiormente presente ad alta frequenza, quindi riconducibile ad uno stato di funzionamento
del motore ad alti regimi e sotto sforzo
meccanico, che innesca così le premesse per un degradamento delle parti
meccaniche.
Figura 4 – Analisi dello spettro sonoro del motore A,
funzionamento a 900 rpm (a) e 1 800 rpm (b)
in assenza di carico
CONCLUSIONI
Nel presente articolo la metodologia
proposta attraverso l’integrazione delle
due tecniche sperimentali ha permesso
la caratterizzazione armonica di due
motori elettrici e lo studio dei fenomeni
dinamici in essi presenti. Un monitoraggio continuo con l’uso di queste tecniche
permetterebbe di identificare le cause
incipienti di rottura ed individuarne soluzioni atte ad eliminarle in modo rapido
ed efficace.
La potenzialità di questo tipo di approccio, applicato a processi produttivi, permetterebbe di ridurre, o eliminare, i
tempi d’inattività non programmati riducendo i costi di manutenzione ed aumentando la disponibilità dell’impianto. Infatti, una politica oculata nella gestione
delle risorse mira sempre a massimizzare la produttività mantenendo alta l’efficienza delle macchine, soprattutto oggi
che la continua variazione nella domanda di beni e la forte competitività dell’attuale mercato mondiale richiedono una
maggiore flessibilità dei processi produttivi. Da questo punto di vista, la scelta di
un’efficace strategia da adottare per la
gestione delle macchine è uno degli
aspetti più critici negli impianti di produzione, dove è necessario garantire la
continuità, la riduzione dei costi di manutenzione e la minimizzazione del rischio
di line-down.
Figura 5 – Analisi dello spettro sonoro del motore B,
funzionamento a 1 000 rpm (a) e 4 000 rpm
con carico di 2,5 Nm
new applications based on IMU
Systems”, Journal of Sensors, Hindawi, August 2010.
2. W. Zhou, T.G. Habetler and R.G.
Harley: “Bearing Condition Monitoring Methods for Electric Machines: A
General Review”, 2007 IEEE
3. S. A. McInerny and Y. Dai: “Basic
Vibration Signal Processing for Bearing Fault Detection”, IEEE Trans. On
Education 46, no. 1, 2003.
Fabrizio La Rosa si è
laureato in Ingegneria
Elettronica all’Università
di Catania nel 2004. Nel
2005, ha fatto parte del
Marketing IMS di STMicroelectronics Catania,
come specialista di Marketing Strategico nel Team di Marketing Avanzato a
supporto delle attività di R&D avanzato.
Dal 2009, è Senior Application Engineer per il Team Automazione, Robotica
BIBLIOGRAFIA
e Trasporti nel “ST-IMS Systems Lab and
Technical Marketing”. Le sue aree di
1. Abbate N., Basile A., Brigante C., attività riguardano lo sviluppo di sistemi
Faulisi A., La Rosa F.: “Modern embedded hardware e firmware, appliBreakthrough Technologies enable cazioni e algoritmi MEMS-based.
T_M ƒ 33
GLI
ALTRI TEMI
▲
MISURE A COORDINATE
Maurizio Marasso
I bracci
di misura articolati
caratteristiche e normativa per le verifiche di prestazione
ARTICULATED MEASUREMENT ARMS –
FEATURES AND PERFORMANCE VERIFICATION STANDARDS
Articulated measurement arms (AACMM) are increasingly popular and
appreciated by users. Portability, user-friendliness and the availability of
countless accessories for specific measurement applications are the
strengths of this particular type of coordinate measuring machines. For the
performance verification of AACMMs, only some local specific standards
are available: ASME B89.4.22-2004 and VDI/VDE 2617 part 9. No international standard is available, however. As a result, performance verification is often performed in accordance with procedures established by manufacturers, or conforming to existing standards which, however, are not specific for this machine type, such as the ISO 10360-2.
This article briefly explains the features of AACMMs, gives some considerations on the applicability of the ISO 10360-2, and recaps the methods of
the testing required by the specific standards currently available.
RIASSUNTO
I bracci di misura articolati (AACMM) sono sempre più diffusi ed apprezzati
dagli utilizzatori. I punti di forza di questa particolare tipologia di macchine di
misura a coordinate sono principalmente la portabilità e la facilità di utilizzo,
oltre alla disponibilità di numerosi accessori per la soluzione di specifici problemi applicativi. Per la verifica delle prestazioni di tali macchine, esistono norme specifiche locali, ASME B89.4.22-2004 e VDI/VDE 2617 parte 9, ma manca una norma internazionale, per cui le verifiche vengono spesso eseguite secondo procedure definite dai costruttori oppure ispirandosi a norme esistenti ma
non specifiche come nel caso della ISO 10360-2. L’articolo, dopo una breve
presentazione delle caratteristiche dei bracci di misura articolati ed alcune considerazioni sull’applicabilità della ISO 10360-2, riassume le modalità operative delle prove richieste dalle norme specifiche attualmente disponibili.
GLI AACMM:
UNA REALTÀ IN ESPANSIONE
Da alcuni anni stiamo assistendo a un
notevole incremento della diffusione di
una particolare tipologia di macchine
di misura a coordinate: si tratta delle
macchine di misura articolate, conosciute anche con il termine “braccetti di
misura”, “bracci articolati di misura”, o
“bracci di misura antropomorfi” per la
somiglianza all’arto umano, o ancora
con l’acronimo anglosassone AACMM
(Articulated Arm Coordinate Measuring Machines).
I numeri parlano chiaro: il mercato mondiale è quasi quadruplicato negli ultimi
cinque anni, e il 2008 ha visto la vendita di circa 3 500 unità, con un fatturato
complessivo di 170 milioni di dollari.
I bracci di misura articolati sono macchine di misura a coordinate, tipicamente a comando manuale che, a differenza delle tradizionali macchine a
coordinate cartesiane, raggiungono
punti del volume di misura attraverso
una serie di assi rotanti (Fig. 1). Costruttivamente, tali macchine sono costituite
da segmenti tubolari, normalmente in
fibra di carbonio, accoppiati tra loro
per mezzo di giunti rotanti con due
gradi di libertà ciascuno. Un ulteriore
giunto è posto all’estremità inferiore del
primo segmento e lo collega alla base
di appoggio, mentre all’estremità del
terzo segmento un quarto giunto permette il montaggio del sistema tastatore. Nel caso di utilizzo di particolari
sensori a lama laser alcuni costruttori
propongono un settimo asse rotante,
che permette di ruotare il sensore attorno al proprio asse, per una migliore
manovrabilità del sistema in presenza
di pezzi con morfologia complessa.
Ogni giunto è dotato di due encoder
angolari; l’insieme delle posizioni
angolari di tutti gli encoder, associato
alle relative lunghezze dei bracci, permette il calcolo della posizione in coordinate X, Y, Z della punta dell’elemento di contatto, che descriverà un volume di misura di forma sferica. Grazie
a tale architettura si costruiscono macchine che possono essere dotate di un
numero di gradi di libertà generalmente variabile da cinque a sette.
Figura 1 – Braccio articolato
Responsabile Centro di Taratura SIT
n° 66 presso Hexagon Metrology spa
L’autore ringrazia i colleghi Levio Valetti
ed Emanuele Ricci per la preziosa
collaborazione
[email protected]
T_M
N.
1/11 ƒ 35
Le macchine sono catalogate in base
alla dimensione del volume di misura
ed al numero dei gradi di libertà. Esse
possono essere dotate di sistema tastatore a contatto di tipo passivo o trigger,
oppure di sensori senza contatto tipo
scanner laser o altro. Per raggiungere
le prestazioni desiderate anche queste
macchine necessitano della compensazione geometrica degli errori, che generalmente non è effettuata tramite il
rilevamento dei singoli parametri cinematici ma in modo volumetrico, elaborando il risultato di misurazioni di un
campione di lunghezza collocato in
varie posizioni nel volume di misura.
Queste macchine presentano indubbi
vantaggi grazie alla loro grande versatilità di impiego. Un aspetto che le
rende particolarmente versatili è la portabilità, ovvero la possibilità di portare
la macchina in prossimità o addirittura
sul pezzo da misurare, anziché il contrario, come avviene con le macchine a
T_M ƒ 36
N. 01ƒ
; 2011
▲
GLI
ALTRI TEMI
coordinate cartesiane. I bracci di misura articolati possono infatti essere facilmente trasportati in prossimità del
pezzo da misurare e posizionati a pavimento per mezzo di treppiedi o su
piani di riscontro per mezzo di piastre
con basi magnetiche, o su superfici non
ferrose con apposite piastre forate. La
base inoltre può essere posizionata su
superfici comunque orientate, sia verticali che orizzontali, anche capovolte.
La possibilità di portare la macchina di
misura al pezzo costituisce un grande
vantaggio per la misurazione di pezzi
di grandi dimensioni, direttamente sulle
macchine utensili, o nel sito di funzionamento senza la necessità di dover smontare il componente. Trattandosi di macchine manuali, solitamente dotate di
software semplici ed intuitivi e non necessitando di programmazione, ne permettono l’utilizzo in modo rapido anche
a personale non altamente qualificato,
anche se, dal punto di vista strettamente
metrologico, l’esperienza e la sensibilità
dell’operatore possono essere significative. I software applicativi sono stati sviluppati per adattarsi alla particolare
architettura dei bracci di misura articolati e risolvere i problemi applicativi che
tale architettura ha generato.
Le accuratezze di misura ottenibili da
questi sistemi sono generalmente inferiori a quelle ottenibili con le CMM
cartesiane, ma certamente sufficienti
a soddisfare le esigenze delle applicazioni cui tipicamente si rivolge questa categoria di strumenti.
CAMPI DI UTILIZZO
La versatilità, e in particolare la portabilità dei bracci di misura articolati, rende
idoneo l’utilizzo di tali macchine anche
in settori dove le CMM cartesiane non
sono diffuse. Infatti, oltre ai classici settori quali meccanica, automotive, aero-
N. 01ƒ
;2011
SITUAZIONE NORMATIVA
Trattandosi di macchine di misura a
coordinate a tutti gli effetti, la verifica
delle prestazioni si può effettuare utilizzando l’ormai consolidata norma
UNI EN ISO 10360-2, tuttavia alcune
considerazioni di carattere sia tecnico
che formale ne limitano l’utilizzo.
Ripercorrendo la storia della ISO
10360-2, possiamo infatti osservare che
essa, nella prima versione risalente al
1994, forniva la seguente definizione di
CMM: “Dispositivo di misura, il cui basamento è in una collocazione fissa durante l’uso, progettato per effettuare misurazioni a partire da almeno tre spostamenti lineari od angolari generati dalla
CMM. Almeno uno dei tre spostamenti
deve essere lineare”. Con questa ultima
frase si rendeva non applicabile tale
norma ai bracci di misura articolati.
Nel 2000, la pubblicazione della
ISO 10360-1 “Vocabolario” (nel 2005
la versione italiana UNI EN ISO
10360-1) e la successiva eliminazione
delle definizioni dalla parte 2 videro
una modifica della definizione di
CMM e quindi dell’applicabilità della
ISO 10360-2. La nuova definizione
attualmente valida è: ”Macchina di
misura a coordinate CMM: Sistema di
misurazione in grado di spostare un
sistema tastatore e di determinare coordinate spaziali sulla superficie di un
pezzo.“ Questa definizione, decisamente più generica, non prende in
considerazione aspetti costruttivi o di
architettura delle CMM, quindi la
ISO 10360-2 risulta essere formalmente applicabile ai bracci di misura
articolati. La terza versione della
ISO 10360-2 è stata pubblicata alla
fine del 2009, e recepita come UNI nel
2010: sebbene non cambi la definizione di CMM data nella ISO 103601:2000, una nota al punto 1 Scopo e
campo di applicazione dichiara la non
esplicita applicabilità della norma alle
macchine non cartesiane salvo accordo
tra le parti.
Da un punto di vista esclusivamente tecnico occorre considerare che, a differenza delle macchine a coordinate cartesiane, dove un singolo punto è univocamente determinato dalla posizione dei
tre assi coordinati, in un braccio di misura articolato un singolo punto può essere
determinato attraverso un numero infinito
di posizioni delle articolazioni. Viene
quindi da domandarsi quanto le prove
previste dalla ISO 10360-2 ed espressamente ideate per le CMM cartesiane
siano significative per la valutazione di
macchine con un’architettura differente
come i bracci di misura articolati. A tal
scopo è iniziata nel WG10 ISO un’attività per la stesura di una nuova parte
della ISO 10360 specifica per questa
tipologia di macchine. Sono invece disponibili sul mercato altre norme per la
valutazione delle prestazioni dei bracci
di misura articolati: si tratta dell’americana ASME B89.4.22-2004 “Methods for
Performance Evaluation of Articulated
Arm Coordinate Measuring Machines” e
della tedesca VDI/VDE 2617 parte 9
“Genauigkeit von Koordinatenmessgeräten Kenngrößen und deren Prüfung
Annahme – und Bestätigungsprüfung
von Gelenkarmkoordinatenmessgeräten
(Prove di accettazione e riverifica per
macchine di misura a braccio articolato
– n.d.r.)”.
La norma ASME B89.4.22-2004
È una norma a tutti gli effetti, applicabile alle sole macchine manuali con
un massimo di 7 gradi di libertà e
dotate di sistema tastatore a contatto.
Essa prevede l’esecuzione di tre differenti prove:
▲
spaziale, essi si stanno diffondendo nell’ambito della cantieristica navale, dell’edilizia, dell’industria ferroviaria, dei trasporti e movimento terra, del recupero
dei beni artistici ed architettonici.
Numerosi accessori permettono di ampliare le possibilità applicative: non solo
una vasta gamma di sistemi tastatore
che vanno dai semplici trigger agli
scanner laser e alle forcelle per la misurazione di tubi, ma anche guide lineari
per rapidi spostamenti della macchina,
sistemi sia hardware che software per la
generazione di sistemi di riferimento su
pezzi di grandi dimensioni che permettono la ripresa delle misurazioni dopo lo
spostamento del braccio, trasmissione
dati senza fili verso il calcolatore per
una migliore manovrabilità e accessibilità ai pezzi di grandi dimensioni.
GLI
ALTRI TEMI
1. prova del diametro effettivo;
2. prova della prestazione su singolo
punto (SPAT);
3. prova della prestazione volumetrica.
La prova del diametro effettivo permette
la valutazione della capacità della macchina di misurare un diametro con minime articolazioni del braccio. Si effettua
misurando tre volte per nove punti la
sfera di riferimento, di diametro nominale compreso tra 10 e 50 mm, e valutando il massimo scostamento del diametro rispetto al valore tarato.
La prova della prestazione su singolo
punto (SPAT, Single-point articulation
performance test) permette la valutazione della capacità della macchina di
riprodurre coordinate di un punto fisso
nello spazio sfruttando il più possibile le
possibilità di articolazione del braccio.
La prova richiede l’utilizzo di una sfera
di riferimento in caso di presenza di
sistema tastatore trigger, mentre con un
sistema tastatore passivo occorre disporre di una sede fissa, conica, con
foro smussato o con tre sfere nella quale
posizionare l’elemento di contatto.
Le misurazioni si eseguono in tre differenti posizioni nel volume, in ciascuna delle quali il centro della sfera o la
posizione dell’elemento di contatto
viene misurata dieci volte con posizioni differenti (estreme) delle articolazioni. Dei dieci centri così individuati si calcolano la media e le relative distanze tridimensionali rispetto ad
essa. Per ogni posizione di prova si
valuta il massimo scostamento ed il
parametro 2SSPAT calcolato dalla seguente formula:
2sSPAT = 2
∑ δ i2
( n − 1)
Dove δ rappresenta ciascuna distanza
tridimensionale e n il numero di sfere
misurate (10). Tale parametro è indicativo del raggio della regione nella
quale hanno probabilità di trovarsi i
punti/centri.
La prova della prestazione volumetrica
si utilizza per la valutazione della capacità di misurare lunghezze nel volume
della macchina. Per l’esecuzione di tale
prova è richiesto l’utilizzo di calibri di
lunghezza tarati come barre a 2 sfere
(scelta predefinita), calibri a passi o
T_M ƒ 37
blocchetti piano paralleli di due differenti lunghezze nominali proporzionali
al diametro del volume della macchina
da verificare. La norma prescrive la
misurazione dei campioni una sola
volta in venti differenti posizioni definite
come combinazioni di lunghezza del
campione, orientamento, direzione,
inclinazione, distanza dal centro del
volume ecc. Gli errori di lunghezza così
determinati si possono raccogliere in
una tabella o grafico che riportano i tre
parametri richiesti per la valutazione:
1. deviazione massima;
2. banda delle deviazioni;
3. due volte RMS, dove:
2RMS = 2
N. 01ƒ
; 2011
▲
GLI
ALTRI TEMI
∑ Di2
n
essendo D la deviazione in ciascuna
posizione e n il numero di posizioni.
La conformità alle specifiche può
essere valutata applicando le regole
decisionali dettate dalla ISO 14253-1
o dalla ASME B89.7.3.1 – 2001
Guidelines for Decision Rules: Considering Measurement Uncertainty
Determining Conformance to Specifications.
La norma non contiene solo la procedura per la valutazione delle prestazioni metrologiche ma anche un’introduzione con glossario e terminologia, una
classificazione delle macchine, ed alcune definizioni dei requisiti ambientali e
loro procedure di verifica, oltre a numerose appendici non obbligatorie.
La VDI/VDE 2617 parte 9
È una linea guida pubblicata nel
2009, in versione bilingue tedesco e
inglese. Essa trae profonda ispirazione dalla ISO 10360-2 e dalla
ISO 10360-5, con l’intenzione di integrarle per adattarle alle macchine a
braccio articolato. La sua applicabilità è prevista per le sole macchine con
sistema tastatore a contatto.
Come nella ISO 10360-2 sono previste due prove:
1. prova del sistema tastatore;
2. prova dell’errore di indicazione per
misure di dimensione.
La prova del sistema tastatore, ispirata alla ISO 10360-5, prevede la valutazione dei parametri:
T_M ƒ 38
• MPEPS per l’errore di dimensione
(size);
• MPEPF per l’errore di forma;
• MPLPL per l’errore di posizione (location).
La prova si effettua utilizzando una sfera
di riferimento posta in tre differenti posizioni nel volume. Tali posizioni sono
determinate come combinazioni di differenti altezze, settore circolare e distanze dal centro di rotazione. In ogni posizione si misura la sfera per cinque punti,
con cinque differenti orientamenti del
sistema tastatore indicativamente lungo
X, Y e Z. Utilizzando i cinque centri
delle sfere così misurate si calcolano
tutte le possibili combinazioni di distanze per un totale di 10. La massima delle
30 distanze così ottenute fornisce il
valore dell’errore di posizione del sistema tastatore PL. I parametri relativi al
valore dell’errore di dimensione PS e
dell’errore di forma PF del sistema tastatore sono invece forniti rispettivamente
dall’errore del diametro e dallo scostamento dalla rotondità ottenuti nel calcolo della sfera utilizzando la totalità dei
25 punti tastati in ogni posizione.
Per la prova dell’errore di indicazione
per misure di dimensione, ovvero per la
valutazione del parametro MPEE, si possono utilizzare diversi tipi di campioni
di lunghezza, come blocchetti piano
paralleli, calibri a passi, barre a due
sfere o a più sfere o a fori multipli la cui
lunghezza massima deve essere almeno il 66% del diametro del volume di
misura della macchina. Analogamente
a quanto prescritto dalla ISO 10360-2
occorre misurare cinque differenti lunghezze, ripetute ognuna tre volte, in
sette differenti posizioni.
La conformità alle specifiche deve
essere valutata tenendo in considerazione l’incertezza di test secondo i criteri dettati dalla ISO 14253-1.
Nonostante la disponibilità di queste
norme, i produttori tardano a recepirle e dichiarano prestazioni metrologiche in modo non uniforme; alcuni
secondo ISO 10360-2, altri secondo
prove ispirate alla B89.4.22, altri
ancora senza citare riferimenti normativi. Questo rende difficoltosa la comparazione tra macchine di differenti
produttori e il confronto con le CMM
cartesiane qualora ci sia sovrapposi-
zione applicativa con queste.
Vista la rapida diffusione delle macchine di misura articolate, la disponibilità di una norma internazionale
sarebbe sicuramente di aiuto sia ai
costruttori sia agli utilizzatori.
BIBLIOGRAFIA
1. ASME B89.4.22-2004 Methods for
Performance Evaluation of Articulated
Arm Coordinate Measuring Machines
(CMM).
2. VDI/VDE 2617 blatt 9 – 2009 Accuracy of coordinate measuring machines –
Characteristics and their reverification –
Acceptance and reverification tests for
Articulated Arm Coordinate Measuring
Machines.
3. UNI EN ISO 10360-1:2005 “Specifiche geometriche dei prodotti (GPS) –
Prove di accettazione e prove di riverifica
per macchine per misurazione a coordinate (CMM) – Parte 1: Vocabolario”.
4. UNI EN ISO 10360-2:1998 “Metrologia a coordinate – Valutazione delle prestazioni delle macchine per misurazione a
coordinate.”
5. UNI EN ISO 10360-2:2005 “Specifiche geometriche dei prodotti (GPS) –
Prove di accettazione e prove di verifica
periodica per macchine di misura a coordinate (CMM) – Parte 2: CMM utilizzate
per misurazioni dimensionali”.
6. UNI EN ISO 10360-2:2010 “Specifiche geometriche dei prodotti (GPS) –
Prove di accettazione e prove di verifica
periodica per macchine di misura a coordinate (CMM) – Parte 2: CMM utilizzate
per misurazioni dimensionali lineari”.
Maurizio Marasso è
diplomato Perito Meccanico presso l’Istituto Tecnico
Industriale statale “A.
Avogadro” di Torino. Nel
1983 entra in DEA S.p.A.,
ora Hexagon Metrology S.p.A. dove si
occupa di collaudi e verifiche di prestazioni di macchine di misura a coordinate.
Dal 2000 è responsabile del centro di
taratura SIT n° 066 istitutito presso Hexagon Metrology S.p.A. ed accreditato nel
settore CMM. Parallelamente continua ad
occuparsi di strumentazione e metodologie di collaudo e verifica di prestazione
di CMM. Dal 2002 è iscritto al registro di
certificazione del personale CEPAS come
esperto senior di misurazioni con CMM
con il n° di registro 011.
GLI
ALTRI TEMI
Ingomar Schmidt
Misure multipunto
nella metrologia a coordinate
I sensori attuali consentono di acquisire completamente la geometria del pezzo
MULTIPOINT MEASUREMENTS IN COORDINATE METROLOGY
Modern coordinate measuring machines can be equipped with various
sensors. In addition to tactile sensors, optical sensors are gaining more
acceptance. Large quantities of measurement points on the material surface can be captured in a short period of time. This enables complete
analysis of shapes, dimensions, and positions. Even more extensive
potential is provided by completely capturing workpieces using computer tomography.
RIASSUNTO
Le macchine di misura a coordinate dell’ultima generazione possono
essere equipaggiate con molti sensori. Oltre ai sensori a contatto, i sensori ottici stanno ottenendo una maggiore accoglienza presso le aziende. Un elevato numero di punti sulla superficie del pezzo possono essere misurati in breve tempo. Questo consente una completa analisi di
forma, dimensione e posizione. Un potenziale ancora maggiore è fornito dall’acquisizione integrale del pezzo tramite tomografia computerizzata.
Un numero sempre maggiore di utilizzatori di macchine di misura a
coordinate richiede che i pezzi sotto
misura siano acquisiti nel modo più
completo possibile. Le ragioni di
questa richiesta sono in parte da
individuare nella crescente complessità dei componenti da sottoporre a
controllo dimensionale: ad esempio,
l’uso di superfici di forma libera
nella progettazione di componenti è
in rapido aumento.
Come risultato della moderna miniaturizzazione dei prodotti, in molti
componenti funzionali compaiono
geometrie sempre più piccole, che
devono essere misurate con risoluzioni e precisioni sempre maggiori.
In tali geometrie, le deviazioni di
forma sono spesso dello stesso ordine di grandezza delle tolleranze
dimensionali; se viene acquisito un
numero insufficiente di punti di misura, si possono avere significativi
errori nella misura stessa.
I tipici settori applicativi vanno dallo
stampaggio plastica a iniezione, ai
microcomponenti per tecnologie medicali e automobilistiche, ai compo-
nenti di sensori e, per finire, agli
utensili da taglio.
Due strade principali possono essere
seguite per ottenere un grande numero di punti di misura: macchine di
misura multi-sensore e tomografia
computerizzata.
La tecnologia di misura multi-sensore, i cui principi sono oggi ben noti,
utilizza vari sensori ottici e a contatto per consentire l’acquisizione di
punti di misura al massimo livello di
precisione. In particolare, i sensori
ottici permettono di misurare un elevato numero di punti in breve tempo;
lo stesso vale per i moderni sensori
a contatto, grazie alla tecnologia di
scansione, e per i micro tastatori a
fibra ottica.
Un metodo più recente è invece
costituito dalla tomografia computerizzata impiegata nella metrologia a
coordinate: attraverso tale metodo il
pezzo può essere completamente
digitalizzato in un tempo relativamente breve; una precisione nell’ordine di alcuni micron è ottenibile utilizzando i tomografi di ultima generazione.
SCANSIONE DI MOLTI PUNTI
SENZA CONTATTO,
USANDO SENSORI OTTICI
Il sensore ottico utilizzato nella maggior parte dei casi è l’Analisi d’Immagine: elemento tradizionalmente
centrale, peraltro, nelle macchine di
misura Werth, che godono di una
solida base di affidabilità e precisione formatasi in oltre 20 anni d’esperienza in misure ottiche. Oggi
questo tipo di sensore è molto accurato e veloce: sistemi d’illuminazione flessibili e affidabili (come Werth
Multi Ring) e software di analisi
d’immagine precisi e semplici da
usare (in grado d’identificare automaticamente geometrie regolari nel
campo visivo) rendono le misure più
facili per l’operatore.
La nuova e brevettata tecnologia
“OnTheFly”’ (misure ad analisi d’immagine con assi macchina in movimento) ha portato la combinazione di
velocità e precisione a un nuovo e più
elevato livello. Ad esempio è ora possibile la misura di decine di caratteristiche per secondo, compreso il riposizionamento dell’oggetto sotto misura (Fig. 1).
Grazie alla scansione a griglia con
tecnologia OnTheFly, un oggetto
può essere completamente digitalizzato e misurato alla massima risoluzione e con velocità prima impensabili.
Werth Messtechnik GmbH - Giessen.
I prodotti Werth sono distribuiti
in esclusiva, in Italia, dalla RUPAC srl
di Milano
www.rupac.com
Responsabile di prodotto per l’Italia
Ing. Sandro Telasi
[email protected]
T_M
N.
1/11 ƒ 39
N. 01ƒ
; 2011
misura è cruciale nella progettazione
di macchine flessibili e adatte a diverse applicazioni di misura dimensionale. L’equipaggiamento di base
comprende un sensore ad Analisi
d’Immagine, combinato eventualmente con uno o più differenti sensoFigura 1 – On the fly - Una tecnologia di controllo avanzata consente
ri di distanza.
alla macchina di misurare accuratamente mentre è in movimento
La gamma dei sensori disponibili è
completata da sensori a tastatore e
Usando gli stessi componenti hardwa- Altri sensori, che possono essere più dalla Tomografia Computerizzata.
re, è possibile misurare anche geome- adatti ad alcune caratteristiche della
trie tridimensionali. Già nel 1999 superficie del pezzo, tuttavia possoWerth aveva presentato un sistema no essere più costosi o più difficili MISURARE LE GEOMETRIE
basato sulla variazione di fuoco; gra- da utilizzare in determinate circo- PIÙ PICCOLE CON LA MASSIMA
zie al sensore Werth 3D-Patch e all’at- stanze.
PRECISIONE GRAZIE AL SENSORE
tuale tecnologia di acquisizione Ad esempio, la topografia superficia- WERTH FIBER PROBE (WFP)
immagini, è possibile rilevare simulta- le di inserti in metallo duro può essere
neamente centinaia di punti di una rilevata molto bene tramite il sensore Il principio di funzionamento della
superficie in pochi secondi: raggi e laser WLP (Fig. 2.c), completamente Werth Fiber Probe consiste nel misuplanarità, ad esempio, possono esse- integrato nell’asse ottico della macchi- rare la posizione della sfera di conna e, quindi, semplicissimo da usare; tatto tramite un sensore ottico. Questo
re misurati in un singolo passo.
Questa tecnologia è particolarmente in modalità “scansione continua” rende possibile l’utilizzo di una sfera
interessante per piccole geometrie migliaia di punti possono essere e di uno stelo piccoli a piacere, al
ma, ripetendo questo tipo di misura in acquisiti in pochi secondi.
contrario di quanto accade con i
differenti posizioni, è anche possibile Se la superficie in esame è altamente tastatori tradizionali, che non possono
generare una nuvola di punti e map- riflettente, come le superfici di compo- assumere dimensioni troppo piccole a
pare aree e geometrie del pezzo di nenti ottici, un sensore cromatico di causa della flessione dello stelo, con
maggiori dimensioni (Fig. 2.a); un distanza è sicuramente più idoneo. La la conseguente degradazione del
metodo simile è usato per la misura superficie stessa può essere digitaliz- segnale trasmesso. La Werth Fiber
zata in scansione continua con accu- Probe, grazie a sfere con diametri
dei taglienti (Fig. 2.b).
ratezze inferiori al micron.
fino a 20 micron, consente di misuraIl sensore Nano Focus Probe (NFP) re anche le più piccole geometrie preacquisisce superfici in modo simile al senti nel pezzo, come ad esempio i
sensore 3D Patch e consente l’acqui- fianchi dei denti di un microingranagsizione simultanea di molti punti in gio (Fig. 3).
una singola misura nel campo visivo La misura può essere effettuata anche
(Fig. 2.e - 2.f). L’uso di un sensore con- in scansione continua e con grande
focale fornisce una precisione ancora precisione: mantenendo la sonda in
maggiore e una minore dipendenza uno stato di leggera vibrazione (pochi
dall’inclinazione della superficie.
micron), si evita l’effetto d’incollaggio
Con questo sensore sono possibili mi- del sensore alla superficie e si garansure di planarità con precisioni nel- tisce una uniforme distribuzione dei
l’ordine di 0,1 micron.
Sostanzialmente i sensori elencati
Figura 2 – Rappresentazioni a colori
sopra forniscono precisioni di qualche
delle deviazioni di vari componenti misurati
con sensori differenti: a) micro stampo
micron o anche molto inferiori. Quanmisurato con Werth 3D Patch;
do si seleziona un sensore per la prob) tagliente di un micro utensile da taglio
pria applicazione di misura, occorre
misurato con scansione in Autofocus;
tenere presenti le proprietà della suc) topografia superficiale di inserto in metallo
perficie materiale dell’oggetto da miduro misurato con laser WLP in scansione
surare. In questi casi sono particolarcontinua; d) utensile per punzonatura misurato
mente importanti l’esperienza e la
col sensore cromatico di distanza CFP
competenza
del costruttore della macin scansione continua; e) microstampo
Figura 3 - Deviazioni del profilo
china di misura.
misurato col sensore confocale NFP;
dei denti di un microingranaggio:
La possibilità di integrare più di un
f) ugello di stampa misurato col sensore
profili acquisiti con il sensore
confocale NFP
sensore in una stessa macchina di
Werth Fiber Probe in scansione continua
T_M ƒ 40
N. 01ƒ
;2011
punti rilevati. Prove comparative tra la
Werth Fiber Probe e altri sensori di
elevata accuratezza hanno mostrato
deviazioni nell’ordine del decimo di
micron, un livello di precisione tale da
rendere questo sensore adatto alle
applicazioni con le tolleranze più ristrette, come ad esempio la misura di
iniettori diesel e benzina o di altri
componenti con micro-geometrie accurate.
La Werth Fiber Probe può anche essere usata nella taratura di componenti e campioni o per la generazione di fattori di correzione per altri sensori.
Questo sensore è stato sviluppato in
collaborazione col PTB (l’Istituto Metrologico Nazionale tedesco) ed è impiegato, tra l’altro, nella taratura di
micro-campioni.
La Werth Fiber Probe è attualmente la
micro-sonda più utilizzata al mondo.
Figura 4 – Due modelli della gamma Werth Tomo Scope: a) Tomo Scope 200;
b) Tomo Scope HV Compact
Se è richiesta una precisione ancora
maggiore per componenti meccanici,
allora la tecnologia multi-sensore può
aiutare a ridurre ulteriormente le residue deviazioni sistematiche di misura.
La tecnica di AutoCorrezione Werth
consente di identificare tali deviazioni
su componenti master e correggerle
automaticamente nelle misure di routine.
Questa tecnica raggiunge la massima
precisione combinando la tomografia
col sensore Werth Fiber Probe. Ad
esempio, misure di micro-fori in componenti d’acciaio possono essere effettuate con una precisione inferiore
al micron (Fig. 5).
MISURE COMPLETE E ACCURATE
CON LA TOMOGRAFIA
A RAGGI X
MISURE E ANALISI DEI DATI
CON UN UNICO SOFTWARE
Werth ha presentato nel 2005 la METROLOGICO
prima macchina di misura a coordinate con tomografia computerizzata, equipaggiabile opzionalmente
anche con altri sensori. Da allora in
poi è stata sviluppata una gamma di
macchine per soddisfare le richieste
dei clienti relative alla dimensione e
al materiale dei pezzi da misurare
(Fig. 4).
Queste macchine possono essere
impiegate, ad esempio, per il controllo dimensionale di componenti in
plastica con accuratezze nell’ordine
di pochi micron, acquisendo un elevato numero di punti e rilevando le
quote d’interesse. La tecnica Werth
di tomografia a griglia permette di
adattare la risoluzione utilizzata nel
ciclo di misura alla dimensione complessiva del pezzo; in questo modo è
possibile misurare con elevata precisione geometrie minute anche su
parti relativamente grandi. I dati così
ottenuti possono essere usati per correggere direttamente lo stampo d’iniezione nel processo iniziale di
campionatura.
Il software metrologico WinWerth
costituisce uno strumento semplice e
potente per gestire analisi di dati e
misure con qualunque sensore installato nella macchina di misura.
In tal modo è possibile programmare
in autoapprendimento sequenze di
misure con o senza i dati CAD
2D/3D e piani di controllo CAQ; è
anche possibile programmare la mac-
china fuori linea in modo semplice e
confrontare i dati rilevati coi modelli
CAD (Fig. 2-3-5).
SOLUZIONI OTTIMALI GRAZIE
ALLA TECNOLOGIA
MULTI-SENSORE
Le necessità di misura richieste dalle
moderne applicazioni di controllo
dimensionale non sono più soddisfatte dall’uso dei soli sensori a contatto.
Elevate densità di punti o l’acquisizione completa di un componente possono essere ottenute alle precisioni
richieste solo con l’ausilio di tecnologie ottiche o della tomografia computerizzata.
Gli esempi applicativi mostrati chiariscono che la scelta del sensore più
adatto dipende innanzitutto dalle necessità di misura, dalle proprietà dei
componenti da misurare (soprattutto
dalla finitura superficiale) e dalle tolleranze da rispettare.
La soluzione ottimale, tuttavia, consiste spesso nella combinazione di
vari sensori in una stessa macchina
di misura, selezionabili in funzione
della specifica necessità e gestibili
facilmente con un’unica interfaccia
software.
Figura 5 - Precisione sub-micron: misura dei diametri
e della forma degli ugelli d’iniezione con tomografia computerizzata
T_M ƒ 41
CAMPI E COMPATIBILITÀ
ELETTROMAGNETICA
▲
LA COMPATIBILITÀ ELETTROMAGNETICA
Carlo Carobbi*, Marco Cati**, Carlo Panconi***
Il comportamento a radiofrequenza
dei componenti circuitali passivi
Il Condensatore - Parte 2
THE RADIOFREQUENCY BEHAVIOR OF PASSIVE CIRCUIT
COMPONENTS: THE CAPACITOR – PART 2
Starting from Tutto_Misure n.4/2010 we address a basic and important topic
for those involved in Electromagnetic Compatibility (EMC) measurements and
design: the radio–frequency (RF) behavior of passive circuit components. The
discussion will be limited to linear components: resistors, capacitors, inductors
and mutually–coupled inductors. Also, in a broad sense of the term “component”, we will also include in the list the short circuit and the open circuit. At
RF it is essential to know the real behavior of components. Indeed, at RF the
real behavior is markedly different from the ideal one, and this fact may originate unexpected experimental situations. For example what was designed
does not work or does not fulfill specifications, or neither the measurement
results, nor the qualitative behavior, correspond to expectations.
This second article deals with the analysis of the real ceramic and electrolytic capacitors. In particular, we will present the equivalent lumped circuits which describe their RF behavior, and we will discuss the physical origin of each element in the equivalent model. Particular emphasis will be placed on the type of component assembly: Surface Mount Device (SMD) or
Through–Hole (TH).
RIASSUNTO
A partire dallo scorso numero di Tutto_Misure (n.4-2010) affrontiamo un
argomento di base e importante per chi si occupa di Compatibilità Elettromagnetica (CEM): il comportamento a radiofrequenza (RF) dei componenti
circuitali passivi. La discussione si limiterà ai componenti lineari: resistore,
condensatore, induttore e induttori mutuamente accoppiati e, in un’accezione ampia del termine “componente”, includeremo nella rassegna anche
il corto circuito e il circuito aperto. A RF è essenziale che chi si occupa di
progetto e misure CEM conosca il comportamento reale dei componenti. Il
comportamento reale, infatti, è diverso da quello ideale, ed è all’origine di
situazioni sperimentali inattese dagli inesperti. Ad esempio, ciò che si è progettato non funziona affatto o non funziona secondo le specifiche previste,
oppure i risultati delle misure e magari nemmeno le tendenze corrispondono con quanto atteso.
In questo secondo articolo affronteremo l’analisi del comportamento dei
condensatori ceramici ed elettrolitici reali. In particolare, presenteremo circuiti equivalenti a costanti concentrate capaci di descrivere il loro comportamento a RF, e discuteremo l’origine fisica di ciascun elemento del modello equivalente. Particolare enfasi sarà posta sulla tipologia di montaggio
dei componenti: superficiale (SMD, Surface Mount Device) oppure a foro
passante (TH, Through–Hole).
IL CONDENSATORE REALE
portamento a RF di un condensatore
sono la capacità C, l’induttanza
Per quanto descritto nell’articolo pre- parassita L e la resistenza parassita R.
cedente, ultimo paragrafo, gli ingre- Il valore dei parametri parassiti è
dienti principali per modellare il com- determinato essenzialmente da due
fattori: a) il package del componente
(dimensioni, disposizione delle armature, ecc.) e b) il montaggio sul circuito elettronico a foro passante (TH)
oppure a montaggio superficiale
(SMD).
Nei paragrafi seguenti saranno evidenziati questi aspetti per due importanti tipologie di condensatori: quelli
ceramici e quelli elettrolitici che fondamentalmente si differenziano per le
caratteristiche fisiche del dielettrico
utilizzato. Sarà fornito un circuito
equivalente capace di descriverne il
comportamento a RF e saranno evidenziati i limiti di impiego.
CONDENSATORI CERAMICI
Il dielettrico dei condensatori ceramici
è costituito generalmente da una
massa ceramica la cui permittività dielettrica relativa può variare tra 10 e
10 000 mediante opportune composizioni. I condensatori ceramici a
bassa permittività dielettrica si distinguono per la stabilità del valore capacitivo e per le perdite molto basse:
sono i preferiti per l’utilizzo nei circuiti oscillanti e per le applicazioni di
precisione. I condensatori a elevata
costante dielettrica permettono di ottenere capacità elevate con scarso ingombro. I condensatori ceramici hanno in generale piccole dimensioni, e
sono utilizzati essenzialmente nella
tecnica delle alte frequenze.
* Dip. Elettronica e Telecomunicazioni,
Università di Firenze
** Ricerca e Sviluppo, Esaote S.p.A.,
Firenze
*** Istituto Tecnico Industriale Statale
“Silvano Fedi”, Pistoia
[email protected]
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1/11 ƒ 43
N. 01ƒ
; 2011
Figura 2 – Condensatori ceramici. 2.a: Tecnologia a montaggio superficiale;
2.b: Tecnologia a foro passante
A seconda delle necessità sono disponibili in molte forme costruttive.
La forma di condensatore ceramico
più diffusamente utilizzata è quella
a montaggio superficiale (Fig. 2.a).
Un’altra forma anch’essa ancora
piuttosto diffusa è quella a disco
(Fig. 2.b), formata cioè da un dischetto di ceramica metallizzato
sulle due facce, sulle quali sono saldati i terminali. Esistono anche i
condensatori a strato (Multi Layer
Capacitor, MLC), il cui dielettrico è
costituito da strati ceramici intervallati da armature conduttive. Gli strati più interni risultano parzialmente
conduttivi, mentre quelli più esterni,
ad alta resistività, sono rivestiti con
T_M ƒ 44
una pellicola di argento. Dato che
le prestazioni dei condensatori ceramici a strato dipendono dalla tensione. Questi componenti sono
adatti per tensioni di lavoro fino a
circa 20 V.
Per tutte le tipologie esistenti di condensatori ceramici il modello circuitale che rende conto del comportamento a RF è del tipo R–L–C serie
cioè come quello rappresentato in
Fig. 3.
L’impedenza equivalente vista ai terminali del condensatore sarà quindi
data dalla relazione:
Z C = R + jωL +
1
jωC
Figura 3 – Circuito equivalente
condensatore ceramico
A partire dalla (10), si evince quindi
che: 1) per f<fr = 1/(2π√LC) il modulo
dell’impedenza vista ai capi del componente è del tipo capacitivo cioè
decresce al crescere della frequenza,
2) per f>fr il comportamento è di tipo
induttivo cioè il modulo dell’impedenza
cresce al crescere della frequenza e
infine, 3) per f=fr l’impedenza vista ai
capi del componente è puramente resistiva. La Fig. 4, che mostra l’andamento del modulo dell’impedenza misurata
ai capi dei una famiglia di condensatori SMD (Fig. 4.a) di dimensioni 0603
(10) (6x3 millesimi di pollice) e TH (Fig. 4.b),
conferma quanto qui descritto.
Figura 4 – Impedenza misurata per vari condensatori.
4.a: a montaggio superficiale; 4.b: a foro passante
Da notare che: a) fissata la tipologia
costruttiva di condensatori l’induttanza parassita è la stessa per tutti i valori di capacità e b) la resistenza parassita tende a crescere linearmente con
la frequenza.
Nella letteratura tecnica sono disponibili formule che permettono di stimare
il valore della induttanza parassita (e
quindi della frequenza di risonanza fr)
fissata la dimensione del package. In
particolare per un package SMD di
lunghezza l e larghezza b l’induttanza parassita può essere stimata con la
formula:
L = 394.727 • 1.052 • 1.317
l
l/b
[pH ] (11)
con l e b espressi in millesimi di pollice e L in pH. Nella tabella 1 vengono
riportati i valori tipici dell’induttanza
parassita per le dimensioni di package SMD più comuni:
Per quanto riguarda invece il condensatore con package con montaggio TH
l’induttanza parassita è dominata dalla
induttanza della spira formata dai reofori. Nella Fig. 5 è riportato l’andamento del modulo dell’impedenza vista
ai capi di un condensatore a foro passante al variare della lunghezza dei
reofori di collegamento al circuito stampato fissato il valore di capacità. Come
evidente al crescere della lunghezza
dei reofori il valore dell’induttanza parassita aumenta e conseguentemente la
frequenza di risonanza diminuisce.
CONDENSATORI ELETTROLITICI
Quando sono necessarie capacità
estremamente elevate (ordine del µF) si
devono utilizzare condensatori elettrolitici, poiché i tipi finora descritti assumerebbero dimensioni proibitive. I condensatori elettrolitici sono composti da
un elettrodo (anodo), sul quale è formato uno strato di ossido con elevata
costante dielettrica che funge da iso-
Tabella 2 – Valori tipici della induttanza parassita per le dimensioni di package
a montaggio superficiale più comuni
Chip Style
l/b
l
Formula (11)
[pH]
Misura
[pH]
Errore %
Formula (11)
Misura
1210
1,2
12
1010
980
3,06
1206
2,0
12
1255
1250
0,40
0805
1,6
8
920
1050
–12,38
0603
2,0
6
925
870
6,32
0612
0,5
6
615
610
0,82
0508
0,625
5
605
600
0,83
▲
CAMPI E COMPATIBILITÀ
ELETTROMAGNETICA
lante. L’altro elettrodo (catodo) è costituito da un elettrolita, un fluido elettricamente conduttore di solito formato
da una soluzione salina o acida, e da
un secondo elettrodo metallico che,
nella maggior parte dei casi, coincide
con il contenitore stesso.
In quest’ultimo caso, l’involucro metallico esterno stabilisce il collegamento
tra l’elettrolita e il terminale negativo del
condensatore. Lo spessore dello strato
di ossido varia in funzione della tensione di lavoro, e normalmente assume
valori dell’ordine degli 0,001 µm. Il
piccolo spessore dello strato, e la sua
costante dielettrica relativamente elevata, permettono di ottenere valori capacitivi molto elevati. I condensatori elettrolitici possono essere a base di ossido
di alluminio o di tantalio. Come gli altri
tipi di condensatori, gli elettrolitici possono essere di tipo SMD (Fig. 6.a) o TH
(Fig. 6.b). Una banda laterale indica la
polarità di almeno uno degli elettrodi.
Il modello circuitale che descrive il comportamento RF dei condensatori elettrolitici è molto più complesso rispetto a
quello dei condensatori ceramici. Il motivo della complicazione deriva sia dalla
tecnologia costruttiva sia dalla natura
più complessa del dielettrico.
La risposta in termini di impedenza di
ingresso è caratterizzata dal classico
andamento “a vasca” (Fig. 7) molto più
dolce rispetto a quello precedentemente descritto dei condensatori ceramici.
Proprio la presenza di questo particolare andamento richiede l’introduzione
del circuito equivalente di Fig. 8 per
descriverne l’andamento in frequenza. I
valori dei componenti parassiti di Fig. 8
non sono determinabili sulla base di
semplici equazioni; proprio per questo
motivo, generalmente, i costruttori ne
forniscono i valori. Si osservi inoltre che
tra gli elementi essenziali che caratterizzano il circuito equivalente è stato
introdotto anche un diodo D che rende
conto della polarizzazione del condensatore stesso.
Per inciso si osservi che, come nel caso
dei condensatori ceramici, il circuito
equivalente di Fig. 8 trova una interpretazione fisica nel percorso che la
corrente elettrica effettua all’interno della struttura condensatore (Fig. 9) nel
“transito” tra anodo e catodo. Maggio-
T_M ƒ 45
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; 2011
Figura 5 – Effetto della lunghezza dei reofori sull’impedenza
di condensatore a foro passante
Figura 6 – Condensatori elettrolitici. 6.a: Tecnologia a montaggio superficiale;
6.b: Tecnologia a montaggio a foro passante
Figura 9 – Tecnologia costruttiva dielettrico
di un condensatore elettrolitico.
9.a: Immagine al microscopio elettronico
9.b: modello elettrico equivalente
Carlo Carobbi si è laureato con lode in Ingegneria Elettronica nel 1994
presso l’Università di Firenze. Dal 2000 è Dottore di Ricerca in Telematica. Nel 2001 è ricercatore del Dipartimento di Elettronica e Telecomunicazioni dell’Università di Firenze
dove è docente di Misure Elettroniche e
Compatibilità Elettromagnetica.
Marco Cati si è laureato
con lode ed encomio solenne in Ingegneria Elettronica all’Università di
Firenze nel 2001. Dal
2005 è Dottore di RicerBIBLIOGRAFIA
ca in Ingegneria dell’Affi(comune alle due parti)
dabilità, Manutenzione e Logistica. Dal
1. Yun Chase, “Introduction to Choo- 2005 fa parte del reparto R&S di Esaosing MLC Capacitors. For Bypass/ te dove è responsabile delle verifiche di
Decoupling Applications”, AVX Tech- Compatibilità Elettromagnetica su dispositivi ecografici.
nical Information.
ri dettagli e approfondimenti in questa
direzione possono essere reperiti nei
riferimenti citati.
Figura 7 – Impedenza misurata per vari condensatori
elettrolitici a montaggio superficiale
2. Jeffrey Cain, “The Effects of ESR
and ESL in Digital Decoupling Applications”, AVX Technical Information,
1997.
3. Howard Johnson,
“Parasitic Inductance
of a Bypass Capacitor”, EDN, Jul 20,
2000, pg. 32.
Figura 8 – Circuito equivalente condensatore elettrolitico
T_M ƒ 46
Carlo Panconi si è laureato nel 2003 in Ingegneria Elettronica all’Università di Firenze È Dottore di Ricerca in “Controlli
non distruttivi”. Dal 1988
è insegnante di Laboratorio di Elettrotecnica e di Elettronica nel
triennio degli Istituti Tecnici e Professionali.
VISIONE
ARTIFICIALE
▲
A cura di Giovanna Sansoni ([email protected])
Vicks VapoRub,
Ferrari & Co.
Un’introduzione alla Visione Artificiale
VICKS VAPORUB, FERRARI & CO: AN INTRODUCTION
TO INDUSTRIAL VISION
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 interessati 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.
Benvenuti nella nuova rubrica di Tutto_Misure dedicata alla visione! Non
saprei con quale altra espressione iniziare questa mia prima esperienza
come responsabile di un piccolo spazio dedicato a un argomento così
vasto e “caldo” come quello riguardante le tecnologie, la strumentazione, i
metodi di misura e le applicazioni inerenti la visione. Mi occupo di visione
da quasi venticinque anni, ho iniziato quando le telecamere erano solo
analogiche, i computer avevano il Bus ISA e memorie da 250 MB, e i frame
grabber, se si voleva fare qualcosa di appena passabile, costavano dai 10
milioni di vecchie Lire in su. Dimenticavo: i sistemi di sviluppo erano composti di un insieme (piuttosto ricco, devo dire) di funzioni, rigorosamente
richiamabili da ambienti di programmazione non proprio ad alto livello, e
il cui debugging non era per niente ‘friendly’, come si usa dire adesso.
“Compatibilità” era un requisito del quale si parlava molto, e nella pratica era
sostanzialmente assente. Tuttavia la soddisfazione di vedere finalmente la telecamera inviare le immagini a un monitor, e vedere il piccolo applicativo software (sviluppato in proprio) memorizzarle, era grande. Meglio ora che allora,
visto l’enorme sviluppo che ha caratterizzato la tecnologia della visione, il cui
mercato è attualmente ricchissimo di dispositivi a diversi livelli di complessità e
costi, pensati per risolvere un’ampia gamma di problemi applicativi.
Ben mi guardo dall’oberare (per ora) il lettore con dotte dissertazioni su
dispositivi, sistemi e applicazioni. Dedicherò invece lo spazio di questo
esordio a formulare alcune considerazioni, assolutamente personali, frutto
della mia esperienza lavorativa.
VICKS VAPORUB
Quand’ero bambina, qualunque affezione delle vie respiratorie veniva
curata con il Vicks VapoRub. Era un
medicinale facilmente reperibile
senza prescrizione medica, a basso
costo e di posologia semplice. Con i
sistemi di visione, oggi sta accadendo
un fenomeno abbastanza simile. Ve
n’è un’amplissima gamma, il marketing che ne viene fatto punta sul basso
costo, sulla versatilità, sulla semplicità
di utilizzo e sul principio “installa e
dimenticatene”. Cresce il numero di
fiere dedicate alla visione con notevole successo di pubblico e di affari. Si
guarda sempre di più ai moderni
sistemi come alla panacea per ogni
specifico problema applicativo: basta
installare una telecamera e caricare
un po’ di software, e il gioco è fatto.
Non è così, purtroppo. Lo è (in una
certa misura) se il problema è di semplice soluzione, ma questa è una situazione rara (per la mia esperienza).
Quello che più spesso mi capita è che
mi venga chiesta una consulenza per
risolvere problemi in cui il sistema di
visione debba avere i seguenti requisiti: (i) la qualità della misura tipica
del particolare caso, (ii) il controllo al
100% dei pezzi, (iii) un’alta velocità,
(iv) un altissimo grado di flessibilità,
(v) una trascurabile manutenzione e
(vi) un basso costo.
Il requisito di flessibilità può concretizzarsi nell’effettuazione della misura
su pezzi di dimensioni in un intervallo
molto ampio, caratterizzati da estrema variabilità delle caratteristiche
delle superfici (i pezzi possono essere
puliti, macchiati, lucidi, opachi, colorati, neri, trasparenti). In alternativa,
vi è il requisito che il sistema di visione debba poter essere utilizzato per
controlli a temperatura ambiente e per
controlli ad alta temperatura.
La necessità di manutenere il sistema
fa insorgere nel cliente un certo grado
di sospetto, anche se in molte situazioni ambientali (sistemi posti dove
l’ambiente è quello della linea di produzione, e non quello di un laboratorio di prove e misure), è indispensabile prevedere la pulizia delle ottiche, e
un controllo periodico della taratura
del sistema. Questi requisiti aumentano significativamente la complessità
del problema di misura. L’aspetto di
costo è il più critico nel rapporto consulente/cliente, perché rappresenta
un elemento sul quale è spesso impossibile effettuare una trattativa.
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N.
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FERRARI
O UTILITARIA ACCESSORIATA?
Nessuno si stupisce del fatto che una
Ferrari costi molto di più di una qualunque automobile di serie. È uno status
symbol, soggetto alla legge della domanda e dell’offerta, si tratta di un prodotto fuori serie, fatto a mano, con costi
alla sorgente altissimi, da personale
con conoscenze specifiche. Tutti possono permettersi una Ferrari? No. Ha
senso averla? No, se costa troppo, se
non ci porta al lavoro, se non ci stanno
i sacchetti della spesa, e se per il tagliando serve fare un mutuo. Meglio
l’automobile di serie, con gli optional!
Queste considerazioni mi richiamano
alla mente quanto ho visto accadere in
un negozio specializzato, al quale mi
sono recentemente recata per acquistare un monitor per il computer di casa.
Mentre aspettavo il mio turno, ho avuto
modo di osservare con quale impegno
il commesso del negozio si prodigasse
per spiegare al cliente che mi precedeva le caratteristiche, i vantaggi e le limitazioni di ciascuno dei modelli di monitor TV esposti. Per fare questo, il commesso utilizzava un discreto numero di
sigle, acronimi e tecnicismi. Questi non
sembravano impressionare il cliente:
egli infatti era interessato alla linea, al
colore, alla dimensione dei modelli, e
al fatto che questi avessero il digitale
terrestre, molto più che al fatto che fosse
dotato di interfaccia HDMI, o SCART, o
USB. La vendita del televisore è andata
a buon fine: il cliente è stato soddisfatto
del suo acquisto, e il commesso ha svolto il suo compito.
La prima considerazione che mi è venuta in mente riguardava il cliente: è probabile che egli abbia innalzato il suo
standard in materia di apparecchi televisivi, ma chissà se ha acquistato esattamente ciò di cui aveva bisogno. Nel caso il prodotto non avesse soddisfatto le
sue aspettative, di chi sarebbe stata la
responsabilità? La seconda considerazione riguardava il venditore: la frustrazione per non aver potuto comunicare in
maniera adeguata con il cliente era evidente. E, naturalmente, un “gliel’avevo
detto” non sarebbe servito a tranquillizzare il cliente in merito alla sua scelta.
Questo esempio si adatta bene a situa-
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VISIONE
ARTIFICIALE
zioni che si possono verificare quando
viene deciso l’acquisto di un sistema di
visione, per il quale debbano venire
investite risorse certamente più importanti rispetto a quelle necessarie per un
monitor TV, e in cui le ricadute in termini di produttività siano certo più
gravi nel caso in cui il prodotto non risolva il problema applicativo per il
quale era stato pensato.
Il messaggio che voglio veicolare è che
soprattutto in un periodo di crisi come
quello in cui troviamo l’elemento conoscenza assume un ruolo imprescindibile. Qual è il punto d’equilibrio fra costo
del sistema, complessità, affidabilità,
semplicità? Cosa fa di un sistema di visione un oggetto non sufficientemente
performante, o sovradimensionato, o eccessivamente sofisticato? Il punto focale
è, a mio parere, il problema applicativo.
Questo, e cosa comporti risolverlo, devono essere ben chiari nella mente di chi
vuole dotarsi di un sistema di visione.
Non è l’aspetto tecnologico in sé il problema, ma la capacità di individuare e
di comunicare a chi sviluppa le proprie
esigenze, nonché di recepire in modo
chiaro le soluzioni offerte. Niente è peggio di una bella soluzione tecnologica
utilizzata per risolvere un problema
diverso da quello per il quale quella tecnologia è stata acquisita.
Non a caso, sempre più aziende produttrici di sistemi di visione stanno investendo in formidabili siti web che forniscono informazioni molto utili al cliente.
Non è tempo perso leggere le pagine,
i tutorial, e le roadmap fruibili via rete,
vedere webcast tematici che forniscono
utili entry point per comprendere i vari
aspetti della materia. Lasciatemi anche
dire, da docente, che brevi seminari
erogati “alla vecchia”, nei quali sia
possibile porre domande e avere risposte, costituiscono un mezzo efficace per
consentire a ciascuno di costruirsi la
sua chiave di accesso alla tecnologia.
Anche la nostra Rivista ha ben chiaro
questo obiettivo. Non a caso in questa rubrica svilupperemo argomenti
che chiariscano concetti fondamentali, e presentino prassi efficaci per una
semplificazione dell’approccio al
mondo della visione. Chiedo l’aiuto
dei lettori, per raccogliere stimoli e
dubbi da chiarire.
NOVITÀ
2011
Per la prima volta in Italia
un focus dedicato alla
Visione Artificiale
La rivista “TUTTO_MISURE”
e l’evento
“AFFIDABILITÀ & TECNOLOGIE”
sviluppano insieme un progetto
informativo mirato a proporre
SOLUZIONI INNOVATIVE
E ATTUABILI
in grado di:
– Migliorare l’affidabilità dei prodotti con l’ispezione della produzione
– Standardizzare e ottimizzare i
processi guidando qualsiasi
processo di automazione
– Garantire la tracciabilità degli
elementi tramite l’identificazione di ciascun pezzo
Un progetto innovativo, un’occasione unica di aggiornamento che
risponde con le soluzioni e non
solo con la presentazione di tecnologie alle reali esigenze delle Industrie alla ricerca di soluzioni affidabili.
ARTICOLI E TESTIMONIANZE
CONVEGNI
SEMINARI PRATICI
CASI APPLICATIVI
ESPOSIZIONE DI SOLUZIONI
INNOVATIVE
Per conoscere in dettaglio i prossimi
appuntamenti di “TUTTO_MISURE”
dedicati alla VISIONE ARTIFICIALE:
Redazione T_M - Massimo Mortarino
Tel. 011/0266700
E-mail: [email protected]
I SERIALI
MISURE E FIDATEZZA
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MISURE E FIDATEZZA
Marcantonio Catelani1, Loredana Cristaldi2, Massimo Lazzaroni3,
Lorenzo Peretto4, Paola Rinaldi5
Le parole della Fidatezza
Guasti, avarie e stati dei sistemi
THE WORDS OF DEPENDABILITY
On the basis of the term Dependability given in a previous article1, it is
important to recall the definition of some terms currently used in this field;
this is the assumption of the title “the words of dependability”. For sake of
simplicity only a subset of terms are proposed in the paper, referring to the
standard IEC 60 050 for more details. In particular, our attention is focused
on the terms failure, fault and system state and presents in brief their classification according to the above mentioned Standard. Such classifications
are fundamental to understand the causes that lead to a failure and to
increase dependability performances of the system. A brief description of
the failure rate and the plot of its function is also proposed.
RIASSUNTO
Dopo aver introdotto la parola Fidatezza nell’articolo “Chiariamoci sul concetto di Fidatezza”1, si ritiene opportuno, attraverso questo secondo lavoro
e sempre nell’ottica di un uso appropriato dei termini, focalizzare l’attenzione su alcune “parole della Fidatezza”. Essendo tuttavia l’argomento
assai vasto e articolato, esso non può essere affrontato esaustivamente
attraverso la redazione di un solo articolo. Corre quindi l’obbligo di ricordare al Lettore l’esistenza di importanti documenti normativi (qui si farà riferimento alle norme redatte dal Comitato Tecnico CEI 56), ormai consolidati, ai quali è necessario riferirsi per eventuali approfondimenti. In questo
contesto ci limiteremo pertanto a richiamare la terminologia essenziale sui
guasti, le avarie e gli stati di sistema, terminologia ricorrente nei lavori che
seguiranno, e a proporre una loro classificazione.
In ottica di revisione progettuale, di miglioramento delle prestazioni di Fidatezza e di analisi delle condizioni di impiego – aspetto che, come noto,
condiziona fortemente le prestazioni di Fidatezza – non è tuttavia sufficiente misurare l’istante di tempo in cui si è verificato il guasto del componente o l’avaria del sitema ma occorre accertarne le cause. In tal senso il
lavoro riporta alcuni esempi di classificazione dei guasti proposti dalla normativa di settore. Infine, si ritiene opportuno soffermarsi sul termine tasso di
guasto ed il suo andamento temporale.
LE PAROLE DELLA FIDATEZZA
Richiamiamo [1] il termine di Fidatezza quale caratteristica qualitativa di
una entità (item) – sia essa un componente, un dispositivo o un apparato –
cioè quell’insieme di proprietà che
descrivono la Disponibilità all’uso di
tale entità e i fattori che la condizionano: l’Affidabilità, la Manutenibilità
e la Logistica della manutenzione.
Appare evidente che un’adeguata
valutazione delle prestazioni di Fida-
tezza non può prescindere dalla corretta individuazione e interpretazione
di un evento di guasto o di uno stato
di avaria di sistema, termini definiti
nella norma CEI 56-50 “Terminologia
sulla Fidatezza e sulla Qualità del Servizio”2 oppure, in ambito internazionale, nella norma IEC 60 050.
Rimandiamo all’articolo precedente [2]
per quanto riguarda il significato di
Fidatezza e i fattori che la condizionano: focalizzeremo invece l’attenzione
sul concetto di guasto. L’intervallo di
tempo durante il quale una entità funziona correttamente, in accordo con
quanto specificato in fase di progetto
(in termini tecnici: rispondenza alle
specifiche) si conclude nel momento in
cui, per effetto di un qualsivoglia fenomeno di degradazione, si verifica un
degrado inaccettabile delle prestazioni. Quando ciò accade cessa l’attitudine dell’elemento a eseguire la funzione
(o le funzioni) richiesta; tale evento è
denominato guasto (failure). Il guasto è pertanto il passaggio da una condizione di corretto funzionamento a
una condizione in cui l’elemento non è
più in grado di svolgere la sua funzione; per componenti funzionalmente
complessi il guasto può essere totale o
parziale.
È evidente che, in un’ottica di revisione
progettuale o di miglioramento delle
prestazioni di Fidatezza, occorre provvedere alla classificazione dei guasti;
in altri termini, non è sufficiente accertare la manifestazione del guasto ma
occorre capirne le cause e i fattori che
hanno determinato tale evento. A titolo
di esempio, una classificazione in funzione delle cause responsabili del loro
accadimento, riportata nella norma
CEI 56-502, è la seguente:
• guasto per impiego improprio
(misuse failure): è dovuto all’applicazione di sollecitazioni superiori ai
1
Dip. di Elettronica e Telecomunicazioni,
Università di Firenze
[email protected]
2 Dip. di Elettronica,
Politecnico di Milano
3 Dip. di Tecnologie dell’Informazione,
Università di Milano
4 Dip. di Ingegneria Elettrica,
Università di Bologna
5 Dip. di Elettronica, Informatica
e Sistemistica, Università di Bologna
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valori massimi sopportabili dall’entità (p. es. dispositivo, componente).
L’evento si può verificare quando, ad
esempio, un componente elettronico è
sottoposto a uno stress in potenza
oppure lavora in un ambiente operativo non idoneo per la tecnologia con
la quale è stato realizzato.
• guasto primario (primary failure): guasto la cui causa diretta o indiretta non è attribuibile al guasto di
un’altra entità. In altre parole, il componente in esame si guasta indipendentemente dal comportamento degli
altri componenti presenti nel sistema.
• guasto indotto o secondario
(secondary failure): quando è generato
dal guasto di un’altra entità. Il mancato
intervento di un sistema di protezione
potrebbe indurre al guasto del sistema
sul quale doveva svolgere la funzione.
• guasto per deficienza intrinseca (early failure): detto anche guasto
infantile o prematuro, si manifesta per
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MISURE E FIDATEZZA
lo più nel primo periodo di funzionamento ed è generalmente attribuibile a
debolezze costruttive intrinseche alla
entità, le cui cause sono normalmente
individuabili nel processo produttivo.
In ambito elettrico – elettronico esiste
la possibilità di individuare tale tipologia di guasto mediante tecniche di
setacciatura (screening) le quali, attraverso l’applicazione di determinati
livelli di sollecitazione, inducono il
guasto dei componenti intrinsecamente deboli. Se la sollecitazione applicata è una temperatura lo screening
prende il nome di burn-in.
• guasto casuale (random failure): è
il tipico guasto dovuto a fattori incontrollabili, che si verifica durante il periodo di “vita utile” dell’entità (useful life) e
presenta una probabilità di accadimento indipendente dal tempo.
• guasto per invecchiamento o
per usura (wearout failure): è generato da fenomeni chimico-fisici di degra-
dazione, invecchiamento appunto, e
ha una probabilità di accadimento che
aumenta con il passare del tempo. In
ambito elettrico – elettronico l’ampio
intervallo di vita utile dell’entità fa sì che
il guasto per invecchiamento non sia di
interesse pratico. Situazione completamente diversa è nel contesto della tecnologia meccanica.
• guasto attribuibile alla progettazione (design failure): guasto
di un’entità (componente o sistema)
dovuto a inadeguata progettazione.
Una diversa classificazione, funzione
delle conseguenze che si hanno a
seguito del manifestarsi di un guasto,
porta a definire:
• guasto critico (critical failure): è il
caso di un guasto che può causare,
con elevata probabilità, danni a persone o conseguenze materiali non
accettabili ad altre parti del sistema o
all’ambiente. Lo studio della criticità
del guasto è un aspetto di fondamen-
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rizza il manifestarsi dell’evento “guasto”.
Leggermente diversa è la definizione
di tempo al guasto (time to failure). Esso rappresenta la durata di
tempo complessiva del tempo di funzionamento dell’elemento considerato, dal momento in cui esso viene dapprima messo in uno stato di disponibilità fino al guasto, oppure dal momento in cui avviene il ripristino fino
all’apparizione del guasto successivo.
Talvolta, è bene dirlo, quando non si
hanno ambiguità le due definizioni
vengo usate come sinonimi essendo
peraltro facile dividere il primo guasto
dai successivi. Nella condizione in cui
si verificano più guasti nel tempo è
possibile definire il tempo tra guasti come la durata di tempo fra due
guasti successivi di un’entità. È del
tutto evidente che questa definizione è
applicabile in modo rigoroso solo a
dispositivi o sistemi riparabili, quando
cioè è ipotizzabile che un guasto
possa essere riparato ed il sistema rimesso in funzione (in attesa, si fa per
dire, del guasto successivo). Per quanto detto è possibile valutare anche i
valori medi, noti con i seguenti acronimi: tempo medio al primo
guasto (MTTFF, Mean Time To First
Failure), tempo medio al guasto
(MTTF, Mean Time To Failure), tempo
medio tra guasti (MTBF, Mean
Time Between Failures).
L’evidenza oggettiva del guasto prende il nome di modo di guasto (failure mode). Il manifestarsi di un circuito aperto, l’assenza di un segnale
in ingresso, la presenza di una valvola che rimane chiusa, sono esempi di
modi di guasto.
Le cause di guasto sono invece le
circostanze legate al progetto, alla
realizzazione o all’impiego di un elemento che hanno portato al guasto.
Con il termine meccanismo di
guasto si intende, infine, il processo
chimico, fisico o di altra natura che
ha generato il guasto.
Il manifestarsi di un guasto porta l’entità in uno stato di avaria (fault),
caratterizzato dall’inabilità ad eseguire una funzione richiesta; tale stato
non riguarda l’inabilità durante la
manutenzione preventiva o altre azio-
▲
tale importanza per le analisi RAMS
(Reliability, Availability, Maintainability and Safety) [3]. Ciò viene fatto,
soprattutto in ambito Sicurezza e
Manutenzione, mediante l’impiego di
tecniche di analisi dei modi e degli
effetti dei guasti (FMEA – Failure
Mode and Effect Analysis) e delle relative criticità (FMECA – Failure Mode,
Effects and Criticality Analysis). Tali
metodologie, citate in Rif. 1 e in Rif. 3,
saranno oggetto di trattazone specifica in lavori che seguiranno.
• guasto di primaria importanza:
guasto di un’entità che, pur diverso dal
precedente, può ridurre la funzionalità
del sistema del quale fa parte.
• guasto di secondaria importanza: quando la funzionalità del sistema non è ridotta.
Considerando invece l’entità del guasto anche a livello di sistema si possono individuare:
• guasti totali, quando le variazioni
delle prestazioni dell’entità sono tali
da comprometterne in maniera completa il funzionamento;
• guasti parziali, quando la variazione di una o più prestazioni non impedisce il completo funzionamento;
• guasti intermittenti, costituiti dalla
successione, generalmente casuale, di
periodi di funzionamento e periodi di
guasto (o non completo funzionamento), senza che si intervenga sull’entità
con azioni di manutenzione.
Come detto in precedenza, possiamo
considerare il guasto come un evento
a cui è associata una probabilità di
accadimento. La conoscenza di tale
probabilità consente di intervenire in
maniera adeguata sul sistema al fine
di minimizzarne l’indisponibilità. Ipotizzando che, come è normale, l’entità sia perfettamente funzionante all’istante iniziale del suo impiego, misurare il tempo di corretto funzionamento rappresenta un aspetto fondamentale. In tal senso, il tempo al
primo guasto (time to first failure)
rappresenta la durata di tempo complessiva del tempo di funzionamento
dell’elemento dall’istante in cui esso è
stato messo in servizio fino al momento in cui vi è l’insorgenza del guasto.
Il tempo al primo guasto rappresenta
così la variabile aleatoria che caratte-
I SERIALI
MISURE E FIDATEZZA
ni pianificate. È opportuno, quindi,
non confondere il concetto di guasto
inteso come evento, con il concetto di
avaria, associato ad un particolare
stato di sistema.
Analogamente a quanto fatto per i
guasti, anche le avarie possono essere classificate secondo opportuni criteri su cui per brevità non entreremo,
peraltro, nel merito in questa memoria. Sono riconoscibili quindi: avarie
critiche e non critiche, avarie maggiori e minori, avarie per impiego improprio, avarie per errata manovra, avarie per fragilità, avarie attribuibili alla
progettazione, avarie attribuibili alla
fabbricazione, avarie per invecchiamento dette anche avarie per usura,
avarie dovute al programma, avarie
dovute ai dati, avarie complete o parziali, avarie persistenti o permanenti e
intermittenti o temporanee, avarie determinate e indeterminate, avarie latenti e, infine, avarie sistematiche. Le
definizioni relative a tale terminologia
sono presenti nei riferimenti normativi
citati.
Si ritiene utile, invece, riportare il significato di alcune importanti attività
che possono essere intraprese quando una entità è in avaria. Tali attività
si diversificano a seconda delle finalità ed in particolare riguardano:
• Diagnosi di avaria (fault diagnosis): insieme delle operazioni eseguite
ai fini della rilevazione di avaria,
della localizzazione di avaria e dell’identificazione delle cause dell’avaria.
• Rilevazione di avaria (fault recognition): riconoscimento di un’avaria.
• Localizzazione di avaria (fault
localization): insieme delle operazioni
volte a identificare la o le sottoentità
in avaria, al livello di intervento appropriato. In particolare, con livello di
intervento si intende un appropriato
livello di suddivisione della entità (più
propriamente in questo caso il sistema) per quanto riguarda l’azione di
manutenzione.
• Correzione di avaria (fault correction): insieme delle operazioni eseguite dopo la localizzazione dell’avaria, intese a ristabilire l’abilità dell’entità in avaria ad eseguire la funzione
richiesta.
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• Ripristino (restoration, recovery,
restore): l’evento corrispondente al
recupero da parte dell’entità della attitudine ad eseguire la funzione richiesta, dopo un’avaria.
• Riparazione (repair): insieme di
operazioni di manutenzione correttiva, cioè eseguita a seguito della rilevazione di un’avaria, effettuate sull’entità.
Associati ai concetti di ripristino e
riparazione, i parametri “MTTR”, pur
avendo lo stesso acronimo, hanno
significati completamente diversi e su
cui occorre fare attenzione. Citiamo il
tempo medio di riparazione
(MTTR, Mean Time To Repair) ed il
tempo medio di ripristino (MTTR,
Mean Time To Restore).
Quanto detto è sempre riferibile ad
un’entità, sia essa un componente, un
sistema, un apparato anche complesso, un impianto, un software. Si intuisce, pertanto, che una entità du-
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I SERIALI
MISURE E FIDATEZZA
rante la sua vita può trovarsi in differenti situazioni anche dette stati. È
quindi possibile definire:
• Stato di funzionamento (operating state): è lo stato nel quale un’entità
esegue la o le funzioni richieste. L’intervallo di tempo durante il quale un’entità
si trova in questo stato è noto con il
nome di Tempo di funzionamento.
• Stato di non funzionamento
(non-operating state): stato in cui una
entità viene a trovarsi quando non
esegue la funzione richiesta. L’intervallo di tempo durante il quale permane uno stato di non funzionamento
è detto Tempo di non funzionamento.
• Stato di attesa (standby state):
corrisponde con lo stato di un’entità
disponibile e in stato di non-funzionamento durante un periodo richiesto.
L’intervallo di tempo durante il quale
permane lo stato d’attesa si chiama
Tempo d’attesa.
• Stato di riposo (free state): stato
di un’entità disponibile e in stato di
non-funzionamento durante un periodo non richiesto.
• Stato d’incapacità (disable
state): corrisponde con lo stato di
un’entità caratterizzato dalla sua inabilità a eseguire la funzione richiesta
per una ragione qualunque.
• Stato d’incapacità per cause
esterne (external disable state): stato
di incapacità di un’entità che è disponibile ma che manca dei mezzi esterni necessari o è resa incapace a
causa di azioni programmate diverse
dalla manutenzione. L’intervallo di
tempo durante il quale un’entità si
trova in uno stato d’incapacità è detto
Tempo di incapacità.
• Stato di disponibilità (up state):
lo stato di un’entità caratterizzato dal
fatto che essa può eseguire la funzione richiesta, assumendo che le risorse
esterne, se necessarie, siano assicura-
Figura 1 – Classificazione degli stati di una entità secondo la norma CEI 56-50
te. L’intervallo di tempo durante il
quale si ha lo stato di disponibilità è
detto Tempo di disponibilità.
• Stato di indisponibilità (down
state): lo stato di una entità caratterizzato da un’avaria o da una possibile
inabilità ad eseguire una funzione
richiesta durante la manutenzione preventiva. Anche in questo caso, e con
ovvio sinificato dei termini, viene definito un Tempo di indisponibilità.
È possibile inoltre definire il Tempo
accumulato di indisponibilità
essendo questo il tempo accumulato,
appunto, durante il quale un’entità è
in uno stato d’indisponibilità per un
dato intervallo di tempo.
• Stato di occupazione (busy
state): lo stato di un’entità nel quale
essa esegue una funzione richiesta
per un utilizzatore e perciò non è utilizzabile da altri utilizzatori.
• Stato critico (critical state): stato di
un’entità considerato suscettibile di
causare danni a persone, danni materiali ingenti o altre conseguenze non
accettabili.
La Fig. 1 riassume in forma grafica
quanto appena detto.
IL TASSO DI GUASTO λ
Concludiamo questo secondo lavoro
della serie dedicando un paragrafo al
parametro tasso di guasto (failure
rate), comunemente indicato con la
lettera λ. In termini empirici è possibile esprimere il tasso di guasto attraverso il rapporto tra gli elementi che si
sono guastati in un determinato intervallo di tempo e il numero di elementi
funzionanti all’inizio di tale intervallo.
La definizione rigorosa di tasso di
guasto istantaneo λ(t) è riportata nella
norma CEI 56-50 a cui si rimanda. In
forma semplificata esso è espresso
come rapporto tra la probabilità del
manifestarsi dell’evento di guasto e la
durata dell’intervallo di osservazione.
Appare quindi evidente che il tasso di
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I SERIALI
MISURE E FIDATEZZA
rapidamente crescente. È questo il
periodo dei guasti “per usura” delle
entità in cui il meccanismo di guasto,
cioè il processo chimico-fisico che si
innesca, porta alla condizione di guasto.
guasto è una grandezza dimensionale funzione del tempo, espressa in ore1, la cui rappresentazione grafica, BIBLIOGRAFIA
denominata “a vasca da bagno”, è
1. I. Trotta, M.Pignotti, M. Catelani,
qualitativamente riportata in Fig. 2.
L’andamento della curva consente di “Chiariamoci sul concetto di Fidatezza”, Tutto_Misure n.4/2010, pp.
evidenziare tre zone tipiche.
• La zona immediatamente seguente 293-295 (2010).
l’inizio della vita della entità, caratte- 2. Norma CEI 56-50, “Terminologia
rizzata da un elevato tasso di guasto sulla fidatezza e sulla qualità del serdecrescente rapidamente nel tempo; vizio”.
tale zona è denominata di “mortalità 3. M.Catelani, L.Cristaldi, M.Lazzaroinfantile” o “zona dei guasti prematu- ni, L.Peretto, P.Rinaldi, “L’affidabilità
ri”. La presenza di questa prima parte nella moderna progettazione: un eledella curva deriva dall’esistenza di mento competitivo che collega sicuuna frazione “debole” della popola- rezza e certificazione”, Vol. 1 Editozione di entità che manifestano guasti re: A&T, Torino, 2008, ISBN-13:
durante le prime ore di funzionamen- 9788890314902.
to. È possibile rendere evidente questa tipologia di guasti mediante le tecniche di screening di cui abbiamo accennato in precedenza.
• Alla zona di mortalità infantile
segue una parte della curva in
cui è ragionevole considerare il
tasso di guasto pressochè
costante nel tempo; il valore di
λ è determinato soprattutto dal
livello delle sollecitazioni cui è
sottoposta l’entità. Poiché, come vedremo in articoli a seguire nella serie, l’affidabilità dipende dal valore del tasso di Figura 2 – Curva a “vasca da bagno” per il tasso di guasto
guasto, tecniche che consentono di aumentare l’affidabilità
di un’entità possono basarsi sul sotMarcantonio Catelatoutilizzo (denominato anche derani si è laureato in Ingeting) della stessa. In questo caso la
gneria elettronica presso
parte centrale della curva riportata
l’Università degli Studi
in Fig. 2 si sposta verso il basso. Per
di Firenze. È attualmente
inciso, in ambito elettrico-elettronico,
docente di Affidabilità e
le banche dati mediante le quali è controllo qualità presso la Facoltà di
possibile valutare il tasso di guasto Ingegneria di Firenze e afferisce al Didi sistema assumono l’ipotesi di tasso partimento di Elettronica e Telecomunidi guasto costante, ipotesi sostenibile cazioni. L’attività di ricerca riguarda
per il fatto che in questo contesto la misure e metodi per l’affidabilità in
zona di vita utile è temporalmente ambito elettronico, tecniche di diagnomolto ampia.
si di guasto, attività sperimentali e pro• La terza zona viene denominata zo- ve di affidabilità di componenti e sistena di usura, wear-out failure period, ed mi, sistemi automatici di misura per la
è caratterizzata da un tasso di guasto gestione delle attrezzature di prova.
T_M ƒ 53
▲
I SISTEMI RFID
I SERIALI
I SISTEMI RFID
Emiliano Puddu, Luca Mari
Un’introduzione
ai sistemi RFId – 1
Principali caratteristiche tecnologiche e funzionali
RFId SYSTEMS:
AN INTRODUCTION
The paper introduces the basic technological and functional features of
the radiofrequency identification
(RFId) systems, interpreted in the perspective of the development of an
“Internet of things”.
RIASSUNTO
L’articolo introduce le principali caratteristiche tecnologiche e funzionali dei sistemi di identificazione in
radiofrequenza (RFId), interpretati
nella prospettiva dello sviluppo di
una “Internet delle cose”.
LA STORIA
La tecnologia RFId (Radio Frequency
Identification, identificazione mediante
segnali in radio-frequenza) venne introdotta durante la Seconda Guerra Mondiale, a complemento del RADAR (RAdio
Detection And Ranging), un sistema di
funzionamento piuttosto semplice. L’onda radio emessa da un’antenna si propaga nello spazio circostante alla velocità della luce c, fino a quando non
incontra un ostacolo. Se le dimensioni
dell’ostacolo sono superiori alla lunghezza d’onda λ dell’onda incidente, essa
viene diffusa in tutte le direzioni, compresa quella di provenienza, un fenomeno noto come backscattering (retrodiffusione). La componente d’onda retrodiffusa viene rilevata da un’antenna che
ruota nel tempo ed è quindi in grado di
determinare la direzione di provenienza
dell’onda retrodiffusa e quindi dell’ostacolo. Se l’onda radio impiega un tempo
t per raggiungere un ostacolo a distanza
d dall’emittente, t = d/c, allora l’onda retrodiffusa tornerà all’emittente dopo un
tempo 2d/c: un radar è quindi in grado
di determinare anche la distanza d di un
oggetto. Ci si accorse che se gli aerei
effettuavano una manovra di rollio, cioè
È un fatto oggi generalmente riconosciuto che per mantenere o incrementare la loro competitività le imprese e le organizzazioni in genere devono riuscire a sfruttare al meglio le opportunità rese disponibili dalle continue e sistematiche innovazioni nel settore delle tecnologie dell’informazione e della comunicazione. In questo quadro, un ruolo del tutto particolare è giocato dai sistemi di identificazione in radiofrequenza (RadioFrequency Identification, RFId). Risultato di un’evoluzione tecnologica di vari decenni, tali sistemi di identificazione automatica delle
“etichette” apposte agli oggetti da identificare costituiscono ormai in molte situazioni applicative, industriali e non, una valida alternativa ai tradizionali sistemi di codici a barre. La principale differenza funzionale tra RFId e barcode sta proprio nel fatto che le etichette RFId (generalmente chiamate tag o transponder) sono in grado di rispondere in modo automatico al
segnale radio inviato da un dispositivo lettore (reader), come accade per esempio nel caso dei
sistemi Telepass, e dunque senza la necessità di alcun intervento manuale da parte di operatori umani. Ciò rende possibili scenari applicativi molteplici: oggetti che vengono tracciati individualmente nel loro intero ciclo di produzione e di vita, e che, grazie alla possibilità di scrivere
e riscrivere sull’etichetta, mantengono dati anche sugli interventi di manutenzione effettuati,
oggetti identificati automaticamente quando vengono posti in uno scaffale e quindi tolti da questo, dunque nella logica della realizzazione dell’inventario automatico e “in tempo reale”, o
anche del monitoraggio degli item presi in mano dagli avventori di un negozio o, ancora, per
suggerire opportuni abbinamenti (si pensi per esempio a un capo di abbigliamento).
Benché esempi significativi di applicazioni siano ormai presenti, la tecnologia RFId è tuttora
in notevole evoluzione. In conseguenza, l’adozione di un sistema RFId rimane una scelta
spesso delicata, per le molte opzioni disponibili, per le specificità di ciascun contesto ambientale nel quale il sistema può essere implementato e per la complessità di riuscire a valutare
a priori costi e benefici delle diverse soluzioni, soprattutto quando esse non sono off-the-shelf.
In questo scenario si collocano alcuni laboratori universitari italiani, che da vari anni si interessano di RFId, ognuno con sue finalità e competenze ma tutti accomunati da una notevole
apertura alle applicazioni della tecnologia. Uno di questi laboratori è il Lab#ID, attivo da
quattro anni presso la Facoltà di Ingegneria dell’Università Cattaneo – LIUC, a Castellanza
(VA) grazie al supporto della Camera di Commercio di Varese. Ereditando l’esplicita connotazione gestionale della LIUC, stabilita da Confindustria, il laboratorio opera principalmente sviluppando studi di fattibilità organizzativa e tecnologica per aziende e organizzazioni di vario genere, private e pubbliche. L’articolo che segue è il primo di una mini-serie,
a cura dei ricercatori del Lab#ID, che mira a proporre un’introduzione ai sistemi RFId e alle
loro applicazioni, ma anche a testimoniare il modo con cui il laboratorio attua processi di
trasferimento tecnologico, mettendo in evidenza i fattori critici per conseguire gli obiettivi di
progetto e portando l’esperienza di alcuni casi concreti.
un’oscillazione intorno all’asse longitudinale dell’aereo, il segnale ricevuto era
differente da quello di un aereo in moto
stabile, e di conseguenza risultava riconoscibile: questo è il primo caso di radiofrequency identification passivo della storia. Si sviluppò anche un sistema di riconoscimento attivo, inserendo sugli aerei
un dispositivo che, ricevuto un segnale
radar, emetteva un ulteriore segnale che
permetteva di riconoscere l’aereo: un sistema RFId attivo funziona ancora in questo modo.
Negli anni successivi alla guerra, Stati
Uniti, Europa e Giappone continuarono
la ricerca sull’utilizzo delle radiofrequenze in campo civile, sviluppando in
particolare i sistemi antitaccheggio tuttora usati nei supermercati: un tag passivo
a un bit è inserito nella merce; all’uscita
dal negozio un reader interroga il tag,
leggendo il valore, 1 o 0, contenuto in
esso, e quindi l’eventuale informazione
sull’avvenuto pagamento. Negli anni
Settanta il Dipartimento dell’Energia
degli Stati Uniti usò un sistema RFId attivo per tracciare il materiale radioattivo
destinato alle centrali nucleari: sul veicolo contenente la merce era montato
un tag, mentre ogni ingresso conteneva
Università “Carlo Cattaneo”, Castellanza
[email protected]
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N.
1/11 ƒ 55
▲
NEWS
MONITORAGGIO DI PROCESSO E TESTING
DI PRODOTTO: IL NUOVO CONTROLLORE
AL MIGLIOR RAPPORTO QUALITÀ-PREZZO
Si chiama maXYmo BL 5867A il nuovo monitor XY della Kistler per il monitoraggio di
processo e il testing di prodotto, sviluppato
sull’idea di base di realizzare un controllore
XY caratterizzato dal miglior rapporto qualità-prezzo. Il nuovo monitor, estremamente
compatto, è rivolto alla visualizzazione dei
processi, al controllo qualità e alla verifica
del trend di produzione.
punti rilevanti per il controllo qualità delle
curve di misura, rilevate in base alle funzioni Y=f(X), Y=f(t), Y=f(X,t) o X=f(t). In tal modo,
maXYmo BL controlla se la curva misurata,
composta fino a un massimo di 8000 punti,
attraversa gli elementi di valutazione come
impostato. In caso affermativo produce un
risultato “conforme” (OK), in caso contrario
“non conforme” (NOK). Per ciascun programma o curva di misura è possibile impostare al massimo 4 elementi di valutazione di
tipo UNI-BOX, CURVA D’INVILUPPO, LINE o
NO-PASS.
Versione di maXYmo BL 5867A dotata
di adattatore per parete o banco
Lo strumento si distingue per le sue diverse
funzionalità pratiche, grazie a un menu di
concetto evoluto, a un luminoso display touch
screen da 3,5” e a numerose interfacce.
Principali aree di applicazione del maXYmo
BL 5867A sono il monitoraggio dei processi
di assemblaggio e montaggio, il controllo
del prodotto e le prove dei materiali. Nei
processi d’inserimento a pressione, ad esempio, controlla la forza in funzione dello spostamento o del tempo, mentre nei processi di
avvitatura o rotazione verifica la coppia
rispetto all’angolo di rotazione o al tempo.
maXYmo BL controlla la qualità di un prodotto o di una fase di produzione in base
all’andamento della curva misurata. Il canale Y può essere collegato a sensori piezoelettrici, piezoresistivi oppure a torsiometri,
mentre il canale X può essere collegato a
potenziometri lineari o a sensori angolari.
Utilizzando e posizionando a piacere gli elementi di valutazione maXYmo analizza i
Sensori piezoelettrici
Forza di compressione:
da 0 ... 0,1 N a 0 ... 800 kN
Forza di trazione e compressione:
da 0 ... ±0,5 N a 0 ... ±300 kN
Deformazione (misurazione indiretta
della forza): fino a 800 µ*
Momento di reazione:
da 0 ... ±0,25 N·m a 0 ... ±200 N·m
Sensori con Tecnologia Estensimetrica
Forza di compressione:
da 0 ... 20 N a 0 ... 200 kN
Forza di trazione e compressione:
da 0 ... ±20 N a 0 ... ±500 kN
Coppia in rotazione:
da 0 ... ±2 N·m a 0 ... ±1 000 N·m
Potenziometri, transmitter ±10 V*
Corsa: da 0 ... 10 mm a 0 ... 750 mm
Angolo di rotazione: 0 ... 360°
(* in preparazione)
Visualizzazione chiara di tutte le curve
di misura non conformi (NOK). Dalla forma
delle curve, l’utente può risalire alla causa
della non conformità (NOK) e al problema
valutazione possono essere impostati o
modificati inserendo valori numerici o tracciando o spostando gli elementi sui grafici;
– ogni oggetto di valutazione può essere riferito a punti di misura assoluti o dinamici;
– sono disponibili due uscite in tempo reale
attribuibili a scelta al canale X o Y e utilizzabili per semplici funzioni di controllo;
– autorizzazioni d’accesso per utenti diversi
proteggono da modifiche non autorizzate;
– possibilità di scambiare dati di misura,
valori di processo e segnali di comando tramite Ethernet TCP/IP, Profibus DP e interfacce digitali di I/O; consente anche la manutenzione remota;
– 16 programmi di misura per altrettante tipologie di pezzi;
– i dati di misura e i risultati di valutazione per
i diversi componenti possono essere esportati
tramite Ethernet o USB;
– a ogni misura effettuata può essere associato un numero di serie o da un barcode.
La versione base di maXYmo BL prevede l’integrazione su un pannello frontale. Una scatola aggiuntiva opzionale ne consente l’applicazione alla parete di una macchina o su
un banco, con orientamento regolabile in
continuo.
In modalità “semaforo” il display visualizza
a schermo intero il risultato del processo
appena analizzato – un notevole vantaggio
per le postazioni di lavoro manuali
101216Kistler offre
con il monitor una
vasta selezione di
sensori di forza, coppia, spostamento e
angolo, basati rispettivamente sui principi
di misura piezoelettrico, ponte estensimetrico e potenziometro.
maXYmo BL offre
numerose funzioni
per i compiti di
monitoraggio XY:
Per maggiori informazioni:
– tutti gli oggetti di www.maxymo.com
Grazie alla chiara struttura del menu e ai pratici tasti d’accesso alle principali
schermate informative, l’operatore ha sempre una panoramica completa
del processo e del controllo qualità
N. 01ƒ
;2011
la sua tipologia, il suo produttore, ecc. Si
può immaginare EPC come la controparte nel mondo fisico di quello che sono
gli indirizzi web per Internet: un protocollo per codificare i dati che consentono l’identificazione univoca di oggetti.
LA TECNOLOGIA
Un sistema RFId è costituito funzionalmente da due componenti: uno o più
reader (lettori) e dei tag (etichette).
– I reader sono ricetrasmittenti, dotati di
un’antenna attraverso la quale comunicano in lettura e scrittura con i tag. I reader,
che possono anche essere portatili e in tal
caso sono dotati di uno schermo che
consente all’utente di operare direttamente con i dati letti dai tag o da scrivere su
di essi, sono generalmente in grado di
connettersi in una rete di calcolatori, in
modo costituire l’anello di integrazione
tra i dati presenti nei tag e quelli nel sistema informativo dell’organizzazione.
– I tag sono dispositivi applicati agli
oggetti fisici da identificare. Un tag è un
piccolo componente elettronico costituito
da un circuito integrato e un’antenna installati su un supporto fisico, tipicamente
un film plastico o una capsula di protezione. La struttura a base elettronica dei
tag consente una notevole diversificazione delle loro caratteristiche funzionali:
possono contenere da pochi bit (in pratica solo per memorizzare un numero di
serie identificativo) a diversi Kbyte di
dati; possono essere solo leggibili o anche riscrivibili, eventualmente mediante
algoritmi crittografici per garantire la
sicurezza dell’operazione di scrittura o
lettura; possono operare energeticamente in modo passivo, essendo dunque alimentati direttamente dal segnale inviato
dal reader (dimensioni e costi industriali
di tag di questo genere possono essere
assai ridotti; il limite dei tag passivi è la
relativa limitata distanza di lettura che
consentono, nel migliore dei casi fino a
qualche metro), oppure possono essere
attivi, includendo quindi una batteria che
li rende energeticamente autonomi e in
grado di trasmettere fino a distanze dell’ordine di un centinaio di metri; possono
infine essere accoppiati a sensori di
vario genere, per attivare funzionalità
non solo di identificazione ma anche di
▲
un reader che ne registrava il passaggio
identificando il carico. Questi dispositivi
furono poi sviluppati per il passaggio
dei mezzi di trasporto su strade e ponti,
come per il Telepass in Italia.
Un’altra applicazione storica è la chiave elettronica: il tag è inserito in una
tessera, mentre un reader è collegato a
una porta: quando il reader legge il
codice del tag abilita l’apertura. Si
applicò quindi un tag ai bovini degli allevamenti per distinguere quelli già vaccinati da quelli non, ed evitare un ulteriore vaccino che avrebbe potuto generare problemi alla salute dell’animale.
Questi tag, che lavorano alla frequenza
di 125 kHz e sono incapsulati in un involucro di plastica o ceramica, sono immessi in uno degli stomaci degli animali, e sono tuttora utilizzati in quanto frequenze più alte sono schermate dall’acqua presente nei tessuti animali.
Sistemi a frequenza di 13,56 MHz si diffusero progressivamente, in quanto adatti al trasferimento di maggiori quantità di
dati e quindi utilizzabili per esempio nei
sistemi di pagamento, le smart card e i
sistemi di pedaggio stradale. Negli anni
Novanta IBM sviluppò sistemi operanti a
frequenze ancora più elevate, in banda
UHF (Ultra High Frequency), adatti al trasferimento di ancora maggiori quantità
di dati e soprattutto capaci di operare
fino a distanze di alcuni metri. Questi
ebbero successo però solo quando all’MIT si pensò di sfruttarli all’interno della
supply chain, applicando a ogni prodotto o semilavorato un tag, tramite il quale
è possibile tracciare le singole fasi di
produzione. La diffusione delle reti di calcolatori e di Internet ha poi generato l’ulteriore opzione di mantenere sul chip
associato al tag solo un codice identificativo, e quindi pochi bit di informazione, gestendo gli altri dati sull’oggetto in
un database accessibile in rete: RFId
diventa, o torna, così una tecnologia
specificamente di identificazione. Si
comprende così l’importanza dell’introduzione, tra il 1999 e il 2003 da parte
dell’Auto-ID Center, dell’EPC (Electronic
Product Code), uno schema di codifica
basato sul concetto di URI (Uniform Resource Identifier) e in grado di identificare non solo la tipologia dei prodotti,
come accade nel caso del codice a
barre, ma ogni singolo item, insieme con
I SERIALI
I SISTEMI RFID
acquisizione di dati su grandezze fisiche
varie (posizione, temperatura, pressione,
accelerazione, deformazioni, ...).
L’interazione tra reader e tag si realizza
mediante accoppiamento induttivo o
elettromagnetico.
Nel primo caso il sistema reader-tag si
comporta come un trasformatore di tensione elettrica: il circuito primario è costituito dal reader che genera un campo
magnetico modulato; questo campo induce una tensione sull’antenna del tag,
che opera come secondario. La corrente
elettrica generata dipende dall’impedenza del chip, che viene attivato da questa
stessa corrente. A questo punto, come in
un trasformatore, la corrente indotta sull’antenna del reader è modulata: il reader è in grado di leggere il messaggio
codificato in questa modulazione. I sistemi a 13,56 MHz sono un esempio di
sistemi ad accoppiamento induttivo.
I sistemi ad accoppiamento elettromagnetico operano in banda UHF o a frequenze superiori. L’onda elettromagnetica generata dal reader investe l’antenna del tag: una parte ridotta dell’energia viene assorbita dal tag e lo alimenta; una parte più consistente è invece
modulata dall’antenna e diffusa (scattered) nello spazio circostante. La componente diffusa dipende da caratteristiche
dell’antenna quali la sua impedenza,
modulata anche in questo caso dal
chip. La piccola parte di onda elettromagnetica che raggiunge l’antenna del
reader si dice dunque retrodiffusa (backscattered) e fornisce il segnale che, decodificato, contiene i dati cercati.
UN INSERTO:
LE FREQUENZE OPERATIVE
I sistemi RFId ad accoppiamento induttivo e
quelli ad accoppiamento elettromagnetico
operano su frequenze radio diverse: in particolare, i primi operano a frequenze di 125 135 kHz e 13,6 MHz, i secondi alle frequenze di 860 - 960 MHz e 2,4 GHz. Il comportamento differente delle onde elettromagnetiche incide sull’uso che si può fare dei sistemi
RFId; le onde a bassa frequenza infatti attraversano indisturbate liquidi e tessuti organici,
ma quelle a più alta frequenza possono trasferire una quantità maggiore di dati per unità
di tempo. La Tab. 1 presenta un quadro comparativo delle principali caratteristiche dei
sistemi RFId divisi per frequenza operativa.
T_M ƒ 57
N. 01ƒ
; 2011
zialmente
guidato dal
mercato: i
primi protocolli furono
definiti direttamente dalle aziende
costruttrici.
L’aumentare
della diffusione di tali
sistemi e la
progressiva
diversificazione dei loro settori di
applicazione e delle loFigura 1 – Schema logico di accoppiamento nei tag induttivi ed elettromagnetici
ro condizioni di impieGLI STANDARD
go hanno però sollecitato la creazione
di norme tecniche, in grado di garantire
Lo sviluppo dei sistemi RFId è stato ini- condizioni basilari di uniformità nello
T_M ƒ 58
sviluppo impetuoso che tuttora caratterizza questa tecnologia.
Gli elementi che possono essere oggetto di standardizzazione in un sistema RFId sono diversi. In particolare, si
possono specificare le caratteristiche
fisiche (frequenze, distanze di lettura,
...) e logiche del protocollo con cui
reader e tag comunicano (air interface protocol), ma anche la struttura e il
formato dei dati scambiati. Può essere
poi critico definire un metodo di anticollisione, in grado di evitare che nel
caso di presenza simultanea di più
tag interrogati da un unico reader i
dati giungano sovrapposti e quindi
non leggibili. Infine, gli standard possono riguardare specifiche tipologie
di tag (con o senza batteria, proximity
card, ...) o particolari ambiti applicativi (identificazione di animali, logistica, …).
Su questi elementi nell’ultimo decennio
sono stati perciò stabiliti numerosi stan-
Tabella 1 – Frequenze operative degli RFId
125 - 135 kHz
Spettro
basse frequenze alte frequenze
(LF)
(HF)
Accoppiamento
13,6 MHz
860 - 960 MHz
2,4 GHz
frequenze
ultra-alte (UHF)
microonde
induttivo
induttivo
elettromagnetico
elettromagnetico
Ordine di
grandezza della
distanza operativa
0,5 m
1m
3m
1m
Alimentazione
passivo
passivo
passivo, attivo
passivo, attivo
fino a 1 kbit/s
25 kbit/s
100 kbit/s
250 kbit/s
Bit rate
Esempi di
applicazioni
tracciamento
animali,
controllo
accessi,
container
identificazione
veicoli
smart card,
logistica: pallet e
logistica,
oggetti, controllo
bigliettazione,
smistamento
bagagli
dard, e altri sono in corso di redazione,
a cura di organizzazioni diverse, e tra
esse: ISO (International Organisation of
Standardisation) e IEC (International
Electrotechnical Commission), EPCglobal Inc, un’organizzazione no-profit
che ha assunto il ruolo inizialmente svolto dall’Auto-ID Center, ETSI (European
Telecommunications Standards Institute)
e CEN (European Committee for Standardization). L’interfaccia radio è stata
oggetto delle attività in particolare di
ISO/IEC ed EPCglobal, che, fortunatamente, stanno convergendo alla medesima normativa. In particolare, lo standard EPC Gen2 è stato adottato con
minime modifiche da ISO e IEC (nella
norma ISO/IEC 18000-6C), mettendo
ordine nella babele di protocolli che si
stava generando nel campo delle
supply chain. L’EPC stesso, citato sopra,
è un componente cruciale per lo sviluppo armonizzato della tecnologia RFId.
IL PRESENTE
E IL PROSSIMO FUTURO
Come spesso accade per le tecnologie a base elettronica, quello dell’RFId è un mondo evolutivo e dai
confini sfumati, sollecitato da molteplici fattori: le richieste del mercato e
lo sviluppo interno della tecnologia,
naturalmente, ma anche il rinnovamento della tecnologia concorrente
dei codici a barre, che con i data-
supply chain
e logistica
matrix (QR code) sono diventati bidimensionali e sono quindi in grado di
memorizzare maggiori quantità di
dati pur con un costo del tag ancora
virtualmente nullo, e l’ibridazione con
altre tecnologie, che conduce ad
accoppiare l’identificazione in radiofrequenza con altre funzionalità, per
esempio la localizzazione e il sensing.
Non è quindi facile proporre un quadro di riferimento in grado di interpretare gli scenari che si prospettano.
Ci accontentiamo di suggerire qui
alcune tra quelle che ci appaiono oggi le principali tendenze evolutive del
mondo intorno all’RFId.
Una prima, promettente, linea di sviluppo è dovuta alla tecnologia nota
come NFC (Near Field Communication), i cui sistemi operano come componenti RFId in HF, dunque a 13,6
MHz e con accoppiamento induttivo
fra reader e tag, con un bitrate dell’ordine di alcune centinaia di kbit/s e
distanza di lettura fino a dieci centimetri, dunque in condizioni di prossimità. In un sistema NFC i componenti
coinvolti nella trasmissione sono chiamati chiamati initiator (il primo dei
dispositivi a interrogare) e target. La
novità è che il protocollo NFC prevede non solo l’usuale sistema asimmetrico reader – initiator che attiva uno o
più tag – target, ma anche un Active
Communication Mode, in cui initiator
e target hanno ruoli simmetrici, e quindi, una volta che la comunicazione è
I SERIALI
I SISTEMI RFID
▲
Frequenza
operativa
stata iniziata, si alternano pariteticamente nella trasmissione. Ciò implica
che entrambi siano dispositivi attivi: è
il caso degli smartphone NFC-enabled che, mediante applicazioni appropriate, possono non solo interrogare tag RFId ma operare essi stessi in
sostituzione di smartcard, e scambiare dati in modalità peer-to-peer. Le applicazioni che possiamo aspettarci
dai sistemi NFC sono varie, dai sistemi di micropagamento, alle chiavi
elettroniche, ai poster “intelligenti”.
In molteplici situazioni di lettura non
in prossimità, risulta utile stabilire non
solo che un dato oggetto è presente,
ma anche dove esso si trovi, con un
certo grado di precisione quanto alla
sua posizione in uno spazio bi- o tridimensionale. Nonostante la sua pervasività, il sistema GPS non è sempre
adatto a questo scopo, in particolare
perché il suo segnale è schermato in
ambienti chiusi e comunque i dispositivi GPS sono relativamente costosi ed
energeticamente poco efficienti. Sono
perciò stati messi a punto diversi sistemi RTLS (Real Time Locating System),
in grado di determinare la posizione
di un oggetto all’interno di un’area
delimitata mediante tecniche varie,
per esempio il tempo impiegato dal
segnale per raggiungere il ricevitore
(Time of Arrival, usato anche nel
GPS): tra questi, gli stessi sistemi RFId
attivi, sistemi basati su reti Wi-Fi, sistemi a ultrasuoni e UWB (Ultra Wide
Band). I tag RFId possono poi essere
accoppiati a sensori per acquisire e
trasmettere, ed eventualmente memorizzare, dati su grandezze dell’ambiente in cui l’oggetto etichettato si
trova, per esempio allo scopo di garantire che l’oggetto stesso è stato
mantenuto in condizioni di temperatura o di umidità date. In questa prospettiva, l’RFId confluisce nelle WSN
(Wireless Sensor Network) e di esse
eredita caratteristiche, potenzialità e
problematiche, tra le quali in particolare la necessità dell’alimentazione
dei dispositivi, per esempio quando
occorre una funzionalità di data logging, cosa che mette in evidenza l’importanza dell’ulteriore linea di sviluppo della raccolta di energia dall’ambiente (energy harvesting).
T_M ƒ 59
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; 2011
Figura 2 – Qualche esempio di tag RFId.
a) RFID card utilizzata per controllo accessi;
frequenza operativa: 125 kHz; dimensioni:
86 mm x 54 mm x 1,8 mm.
b) tag per riconoscimento animali;
frequenza operativa: 134 kHz;
diametro maggiore: 30,5 mm.
c) tag per riconoscimento elettronico
e antitaccheggio; frequenza operativa:
13,56 MHz; diametro: 40 mm.
d) tag butterfly per pallets; frequenza operativa:
865 MHz; dimensioni: 72 mm x 72 mm.
e) sensore di vibrazioni attivo;
frequenza operativa: 2,45 GHz; dimensioni:
30 mm x 31 mm x 11 mm (fonte GAO RFID)
NEWS
▼
Lo scenario complessivo in cui questi
molteplici sviluppi possono essere
interpretati è quello dell’Internet of
Things, l’Internet delle cose: possiamo
aspettarci che un numero crescente di
+20% DI EFFICIENZA
NELL’ELABORAZIONE
E ANALISI DEI DATI
Una delle sfide che gli ingegneri che si
occupano di fatica devono affrontare è
gestire grandi volumi di dati. Sia che i dati
siano generati da acquisizioni sul campo,
da misure di laboratorio o da simulazione
numerica, non è accettabile dover poi
impiegare mesi per interpretarli. LMS TecWare ottimizza il processo consolidando i
dati acquisiti, analizzandone le specifiche
caratteristiche di fatica e li prepara a essere riutilizzati per la simulazione, per i test
su piste di prova o per le prove su banco.
Bruno Massa, vice-presidente della divisione Test di LMS International, ha commentato: “I clienti che hanno confrontato le prestazioni di LMS TecWare 3.8 con alcuni
software concorrenti hanno verificato un
aumento dell’efficienza dell’elaborazione
dei dati del 20% con un fattore di risparmio del tempo per i calcoli in frequenza di
10 volte. LMS TecWare, grazie all’elaborazione dei dati su modello dei diagrammi
di flusso, può tranquillamente gestire il processamento in totale autonomia e in modalità batch, fuori dall’orario di lavoro”.
La maggiore efficienza è garantita dal ProcessBuilder migliorato nella nuova release.
T_M ƒ 60
oggetti di uso quotidiano sarà fornito
di un tag e di conseguenza sarà in
grado di trasmettere e ricevere dati,
su se stesso ed eventualmente sul suo
ambiente circostante, a una rete locale e quindi a Internet. Si genera così
un’infrastruttura pervasiva, che estende agli oggetti del mondo fisico la
connettività globale di Internet, con
livelli diversi di sovrapposizione, secondo il concetto cosiddetto della
realtà aumentata (augmented reality).
In questa prospettiva l’RFId costituisce
un imprescindibile elemento di ponte
tra mondo fisico e mondo dell’informazione.
Emiliano Puddu ha conseguito laurea e dottorato
in Fisica Applicata presso
l’Università dell’Insubria di
Como. Ha svolto attività di
ricerca nel campo dell’ottica non lineare. Ora è ricercatore presso
l’Università Carlo Cattaneo – LIUC di
Castellanza nella quale collabora con il
laboratorio Lab#ID.
Luca Mari è professore
ordinario di scienza della
misurazione presso la
Facoltà di Ingegneria dell’Università Carlo CattaBIBLIOGRAFIA, PER APPROFONDIRE
neo – LIUC di Castellanza,
dove dirige il laboratorio Lab#ID. È, tra
1. Wikipedia su RFId: http://it.wikipedia. l’altro, rappresentante dell’IEC nel gruppo
org/wiki/Radio_Frequency_IDentification
di lavoro sul Vocabolario Internazionale
2. RFId Journal: www.rfidjournal.com
di Metrologia (VIM) del Joint Committee
3. EPCglobal: www.epcglobalinc.org
for Guides in Metrology (JCGM).
4. DiscoverRFID: www.discoverrfid.org
Ottimizzato
per
gestire
grandi
quantità di dati Lms
TecWare ProcessBuilder
è
un
ambiente grafico
dedicato a definire,
ottimizzare ed eseguire operazioni di
analisi illimitate.
Con un’interfaccia
molto intuitiva non
è necessario avere
conoscenze di programmazione ma è
sufficiente trascinare e collegare i singoli passaggi analitici. Il software, grazie ai nuovi processori
multi-core,
gestisce oggi senza
alcun problema un
sempre maggior numero di canali, campionamenti più alti, campagne di misura
più lunghe. LMS TecWare Process può compiere analisi per giornate intere senza interazioni da parte dell’utente e ciò spiega il
suo successo presso gli OEM.
Altre migliorie della nuova release includono schermate del flusso dei dati e il loro
confronto e anche un editor di formule per
compiere calcoli matematici sui canali
misurati. LMS TecWare è competamente
compatibile con Microsoft® Excel e permette di raccogliere meta-informazioni e stati-
stiche per la preparazione di report in formato Microsoft® Word e PowerPoint.
LMS TecWare 3.8 è in grado di individuare ogni minima anomalia all’interno dei
dati acquisiti. La reportistica in Microsoft®
Excel riassume tutte le possibili anomalie
dovute a black-out, picchi, compensazioni,
deviazioni e sovraccarichi. Ne consegue
che gli utenti si devono focalizzare solo un
set limitato di eventi e il processo di validazione dei dati è più veloce.
Per ulteriori informazioni:
www.lmsintl.com/test/tecware
METROLOGIA
LEGALE
▲
A cura dell’Avv. Veronica Scotti ([email protected])
Inosservanza
delle norme metrologiche
È valido il contratto?
LEGAL 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. 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. Scrivete all’Avv. Scotti o al Direttore, e verrete accontentati!
IL CONTRATTO
Tutte le attività commerciali si svolgono in
forza di contratti, ovvero in base ad accordi conclusi dalle parti, volti a regolamentare l’assetto degli interessi nell’ambito di un rapporto che viene definito dai
soggetti coinvolti, oltre che da norme stabilite da altre fonti (siano esse giuridiche
o tecniche).
Gli elementi che caratterizzano i contratti, in senso generale, sono la prestazione
(che può essere intesa come trasferimento della proprietà di un bene – mobile o
immobile che sia – fornitura di un servizio o concessione di determinati vantaggi) [1] verso il corrispettivo (che può
essere stabilito in denaro o in una controprestazione economicamente valutabile). Un principio fondamentale che
deve essere tenuto in considerazione,
almeno per quanto concerne la vigente
normativa nazionale, è la libertà delle
parti contrattuali, sia in ordine al
contenuto del contratto sia per quanto
riguarda la forma [2], fermo restando
alcuni elementi insuperabili e sottratti alla
disponibilità delle parti stesse, definiti
dalle norme generali. In particolare, si fa
riferimento ai concetti di base in materia
di diritto privato che attengono alla ne-
cessità del rispetto delle norme orientate
alla tutela dell’ordine pubblico e di beni
di elevato rango (in specie beni a rilevanza costituzionale) o di disposizioni
poste a presidio della pacifica convivenza sociale e a garanzia della correttezza e lealtà nei rapporti contrattuali (si
citi, tra molti, la nullità di patti volti a limitare o ad escludere la responsabilità contrattuale della parte in dolo).
Ciò premesso, considerato pertanto che
le parti sono libere di determinare i loro obblighi reciproci come ritengono più opportuno, pur sempre nel
rispetto delle norme inderogabili, si intende qui brevemente valutare le conseguenze, sul piano contrattuale, che possono sorgere in caso di mancata applicazione della normativa in materia
metrologica.
Preliminarmente è necessario un breve
excursus sugli elementi essenziali del
contratto che ne delineano la validità;
assume particolare rilevanza, su questo
punto, il fatto che il contratto non possa
essere contrario alla legge e, conseguentemente, diviene importante inquadrare gli effetti connessi alla violazione
di detto divieto.
Infatti, nel caso in cui ciò avvenga, è prevista, quale conseguenza, la nullità del
contratto, qualora l’oggetto principale
del contratto sia rappresentato da obblighi contrari alla legge (ovvero nel caso in
cui l’obiettivo da raggiungere tramite il
contratto non sia lecito); diversamente, nell’ipotesi in cui la clausola inserita pattiziamente e contraria alla legge sia trascurabile rispetto alla economia generale del
contratto considerato nel suo complesso e
possa, quindi, venire meno senza inficiare l’accordo, interviene un automatismo
giuridico che annulla la clausola di cui
non si tiene più conto in quanto tamquam
non esset. Nell’ipotesi in cui sia presente
nell’ordinamento una clausola di simile
contenuto a quella nulla, essa si intende
sostitutiva mentre, in caso di assenza di
norme analoghe, il contratto rimane fermo
per tutto il resto.
Le norme di riferimento che stabiliscono i
requisiti di validità del contratto sono contenute nel codice civile e sono di natura
inderogabile, senza possibilità alcuna
per le parti di prevedere disposizioni contrarie o, semplicemente, diverse.
Di particolare interesse è la norma di cui
all’art. 1418 cc che stabilisce la nullità
del contratto quando è contrario
a norme imperative, salvo che la
legge disponga diversamente. Al riguardo è opportuno però menzionare il
distinguo che la giurisprudenza opera in
relazione alle norme imperative.
Infatti, nonostante l’imperatività, una
norma di legge può, tuttavia, essere disapplicata senza dare luogo alla nullità
del contratto nel caso in cui l’interesse
tutelato dalla legge, ovvero il suo scopo,
non sia di elevato rango cioè non si tratti di un bene di rilevanza generale e di
dimensione collettiva ma possa essere
considerato di secondaria importanza in
quanto, ad esempio, relativo esclusivamente a rapporti di natura privatistica
indifferenti al legislatore.
Pertanto, alla luce dell’orientamento giurisprudenziale si pongono all’attenzione
due possibili conseguenze in dipendenza della violazione di una norma impe-
T_M
N.
1/11 ƒ 61
N. 01ƒ
; 2011
rativa in funzione della natura di quest’ultima:
a) Nel caso in cui la norma imperativa
tuteli un interesse rilevante di rango elevato il contratto in violazione di tale disciplina sarà affetto da nullità insanabile;
b) Nell’ipotesi in cui la norma imperativa protegga beni trascurabili e non sia
posta quindi a tutela di beni collettivi di
ampia portata, il contratto potrà essere
mantenuto in vigore, ferme restando
eventuali sanzioni (penali o amministrative) previste per la violazione delle disposizioni di legge.
In ragione della distinzione citata, si tratta ora di stabilire se le norme imperative
contenute nel Dlgs 22/2007 siano poste
a tutela di beni rilevanti, talché i contratti conclusi in violazione di dette disposizioni risultino nulli, oppure se si possa
attribuire validità ad accordi tra le parti,
in deroga alle disposizioni del decreto.
NATURA DELLE NORME
DEL DECRETO 22/2007
Al fine di riconoscere la validità di un
contratto che abbia per oggetto lo svolgimento di una attività di misura mediante strumenti non muniti di marcatura
metrologica supplementare, benché
ricompresi in quelli annoverati dal dlgs
22/2007, è necessario indagare sulla
natura delle norme che disciplinano i
requisiti degli apparecchi di misura e stabilirne, quindi, la loro derogabilità o
meno, ai soli fini civilistici relativi alla
materia contrattuale.
Soccorre al riguardo l’art. 1 comma 2
del decreto, relativo alla delimitazione
del campo di applicazione della normativa, che, comunque, manifesta contorni
sfumati, attesa l’ampia casistica di motivazioni, citata dal legislatore, che rendono necessaria l’apposizione della
marcatura metrologica supplementare.
Infatti la norma menzionata testualmente
recita: “Il presente decreto legislativo
definisce i requisiti cui debbono conformarsi i dispositivi e i sistemi di cui al
comma 1 ai fini della loro commercializzazione e messa in servizio per le funzioni di misura giustificate da motivi di
interesse pubblico, sanità pubblica, sicurezza pubblica, ordine
pubblico, protezione dell’ambien-
te, tutela dei consumatori, imposizione di tasse e di diritti e lealtà
delle transazioni commerciali.”
Dalla lettura delle motivazioni addotte
dal legislatore appare abbastanza evidente la difficoltà di riconoscere come
lecite fattispecie contrattuali che prevedano l’esecuzione di misure mediante
strumenti ricompresi in quelli indicati all’art. 1 comma 1 del decreto senza che
tali oggetti siano stati verificati e marcati
CE secondo le procedure di legge.
In realtà, a ben vedere, è lasciato, ad
avviso di chi scrive, un certo spazio nell’ambito di rapporti contrattuali, ferme
restando le sanzioni amministrative previste dal decreto, che consente di riconoscere validità, sul piano privatistico, ad accordi derogatori della
norma in specie per quanto concerne
l’assoggettamento alla marcatura metrologica supplementare.
Infatti, adottando una interpretazione
restrittiva dei termini utilizzati dal legislatore per individuare il campo applicativo
della norma in esame, è possibile identificare un’area esente da imposizioni normative che possano determinare il contenuto del contratto o inficiarne la validità nel caso in cui sia concordata tra le
parti una deroga consistente nella mancata apposizione della marcatura allo
strumento che, invece, sarebbe, in base
ai requisiti prescritti dal decreto, necessario sottoporre a procedura di verifica.
Nell’ambito dell’eventuale contratto concluso in deroga a quanto previsto dalla
normativa, occorre verificare che non assumano alcuna rilevanza o, comunque,
non sussista alcun collegamento, diretto
o indiretto, con gli interessi (uno o più)
per i quali il decreto legislativo in esame
predispone la tutela. Conseguentemente
nella ipotesi di misurazione effettuata, di
comune accordo, mediante uno strumento non marcato CE, nonostante
la normativa metrologica ne imponga il
debito controllo, che non coinvolga
aspetti attinenti interesse pubblico, sanità
pubblica, sicurezza pubblica, ordine
pubblico, protezione dell’ambiente, tutela dei consumatori, imposizione di tasse
e di diritti e lealtà delle transazioni commerciali il contratto sarà da ritenersi valido e pienamente applicabile [3]. In caso contrario, data l’imperatività delle norme metrologiche, il contrat-
N. 01ƒ
;2011
NULLITÀ E ANNULLABILITÀ
Il contratto può essere nullo o annullabile
in dipendenza del tipo di vizio che lo inficia o in base a normative di legge che
prevedano espressamente tali ipotesi.
Per quanto concerne la nullità che, come
anzidetto, si verifica nel caso di violazione di norme imperative che abbiano
quale oggetto la tutela di beni di interesse collettivo oltre che in altri casi previsti
dal codice civile [4] o da leggi speciali
[5], essa determina il venir meno del contratto fin dalla sua origine in modo che
l’accordo non possa produrre alcun effetto. In ragione di ciò, le prestazioni, rispettivamente fornite da ciascuna parte
contrattuale, dovranno essere restituite in
modo da ripristinare lo status precedente
alla stipula del contratto.
La nullità è insanabile ed imprescrittibile:
il contratto non può essere convertito in
contratto valido (ferme restando eventuali eccezioni e deroghe legislative) e può
essere impugnato, da una qualunque
delle parti del contratto o anche da soggetti terzi portatori di interessi qualificati,
in ogni momento al fine di vederne
dichiarata l’invalidità in sede giudiziale.
Per quanto riguarda l’annullabilità essa si
differenzia dalla nullità, sia in quanto ad
effetti che in quanto a presupposti. Infatti
l’annullamento del contratto [6] può essere richiesto solo dalla parte nel cui interesse la legge lo ha previsto, l’azione può
essere promossa entro 5 anni, a pena di
prescrizione ed il contratto può essere
sanato mediante convalida. In specie
questa ultima caratteristica deriva dalla
natura del contratto annullabile stesso
che, contrariamente al contratto nullo,
produce tutti gli effetti di un contratto valido e, anche in caso di annullamento, le
prestazioni eseguite restano salve.
Si rende, tuttavia, opportuno precisare,
dato che la fattispecie che ci occupa
riguarda un contratto potenzialmente
nullo poiché configgente con norme imperative, che la nullità può essere di due
tipologie: integrale o parziale.
Nel caso di nullità totale, il contratto
viene integralmente travolto con gli effetti indicati sopra, mentre nell’ipotesi di
nullità parziale, che si verifica quando
una o più clausole (trascurabili nel complesso) del contratto siano nulle, il contratto rimane in vigore per la restante
parte, salvo che le condizioni nulle non
costituiscano lo scopo principale del contratto o non siano essenziali per legge o
perché ritenute tali dalle parti.
Ciò posto appare evidente che nel caso
di conclusione di un contratto che abbia
per oggetto lo svolgimento di attività di
misura mediante l’uso di uno strumento
non recante marcatura metrologica supplementare, in violazione della normativa MID, che ne impone invece il controllo, si possono configurare tre differenti
situazioni:
1) Il contratto è nullo e non produce
effetti, per violazione di norme imperative in quanto l’attività di misura coinvolge, in via diretta o indiretta, aspetti contemplati dal decreto 22/2007 all’art. 1
comma 2 nel caso in cui le parti abbiano concordemente riconosciuto come
essenziale lo svolgimento della
misura mediante strumento non
marcato;
2) Il contratto è parzialmente nullo,
per violazione di norme imperative in
quanto l’attività di misura coinvolge, in
via diretta o indiretta, aspetti contemplati dal decreto 22/2007 all’art. 1 comma
2, nella parte in cui è previsto l’utilizzo di
uno strumento non marcato nel caso in
cui le parti abbiano indicato come condizione non essenziale l’uso di
uno strumento non conforme. In
tale ipotesi il contratto resta valido per la
parte residua, purché la misura venga
effettuata con uno strumento conforme a
quanto stabilito dal decreto 22/2007.
3) Il contratto è valido nell’ipotesi di
effettuazione di misura mediante strumento non marcato, sebbene assoggettato per legge a tali controlli, nella ipotesi in cui gli interessi menzionati dal
legislatore nell’art. 1 del decreto non ri-
■
to sarà nullo con tutto ciò che da tale circostanza deriva.
Il contratto può, pertanto, essere validamente concluso tra le parti, purché
entrambe siano consapevoli della deroga alla norma, perché, diversamente, vi
sarebbe un vizio del consenso utile a
consentire l’annullamento dell’accordo
stipulato, che, benché si diversifichi, in
quanto a conseguenze, rispetto alla nullità, produce, comunque, la rimozione
del contratto nell’ordinamento giuridico.
METROLOGIA
LEGALE
sultino rilevanti nell’ambito del contratto. Ovviamente, al fine di conservare
validità, l’accordo deve essere concorde ed entrambe le parti devono essere
consapevoli della violazione della norma del decreto. In caso diverso sussisterebbe un vizio del consenso, utilizzabile dalla parte che ignorava l’inosservanza del decreto 22/2007 ai fini
dell’annullamento del contratto.
Conclusivamente si può affermare che,
sul piano privatistico, il contratto concluso in violazione delle norme poste
dal decreto 22/2007 può conservare
una propria validità, ferme restando le
sanzioni previste per le fattispecie trasgressive delle norme di legge, che deve però essere valutata caso per caso in
funzione del tipo di oggetto del contratto specifico. Non è, infatti, possibile,
allo stato fornire, una generalizzazione
idonea a garantire in assoluto tutela a
contratti posti in essere nell’ambito qui
considerato in ragione dell’ampia casistica che astrattamente potrebbe citarsi,
in ragione del vasto campo applicativo
del decreto contemplato dal legislatore.
NOTE
[1] Si tratta di una esemplificazione a mero titolo espli-
cativo delle più frequenti fattispecie contrattuali previste nel nostro ordinamento
[2] Vi sono casi in cui, contrariamente al principio
sopra esposto, il contratto, per la sua esistenza giuridica, deve rivestire una forma particolare. Tali ipotesi sono deroghe al principio generale e sono previste per legge.
[3] Il contratto, sul piano operativo, dovrà comunque
essere regolarizzato nel senso che si dovrà dare atto
della nullità ed indicare che le parti intendono darvi
esecuzione nonostante il vizio, riconoscendo espressamente in tale modo la nullità ed il suo superamento.
[4] Art. 1325 c.c. stabilisce che il contratto è nullo
quando manca: l’accordo delle parti, la causa, l’oggetto, la forma, se prescritta a pena di nullità; art.
1345 c.c. definisce nullo il contratto avente causa illecita; art. 1346 c.c. prevede la nullità di un contratto
che abbia oggetto impossibile, illecito, indeterminato
o indeterminabile.
[5] Tra gli altri, solo per citare alcuni esempi, si ricorda che la legge in materia di locazioni stabilisce la nullità di contratti non redatti per iscritto; il decreto
192/2005 stabilisce la nullità di contratti di compravendita di immobili in assenza della certificazione
energetica.
[6] Le fattispecie più ricorrenti e generali che qui si possono citare, posto che nel panorama normativo sono
numerose le ipotesi previste ex lege di annullabilità di
patti contrattuali, sono quelle contenute negli articoli
1425, 1428, 1434 e 1439 del codice civile riguardanti la capacità giuridica di una delle parti e vizi del
consenso nella stipula del contratto, quali errore, violenza e dolo di una parte in danno all’altra.
T_M ƒ 63
SPAZO ASSOCIAZIONI
UNIVERSITARIE MISURISTI
▲
Rubrica a cura di Franco Docchio, Alfredo Cigada, Anna Spalla e Stefano Agosteo
Dalle Associazioni Universitarie
di Misuristi
FROM THE ITALIAN UNIVERSITY ASSOCIATIONS FOR
MEASUREMENT
This section groups all the relevant information from the main University
associations in Measurement Science and Technology: GMEE (Electrical
and Electronic Measurement), GMMT (Mechanical and Thermal Measurements), AUTEC (Cartography and Topography), and Nuclear Measurements.
RIASSUNTO
Questa rubrica riassume i contributi e le notizie che provengono dalle maggiori Associazioni Universitarie che si occupano di scienza e tecnologia
delle misure: il GMEE (Associazione Gruppo Misure Elettriche ed Elettroniche), il GMMT (Gruppo Misure meccaniche e Termiche), l’AUTEC (Associazione Universitari di Topografia e Cartografia) e il Gruppo di Misure
Nucleari.
BEST PAPER AWARD ISPCS2010
A GRUPPO DI RICERCA
DELL’UNITÀ GMEE DI BRESCIA –
LABORATORIO DI ELETTRONICA
rimenti dell’articolo vincitore sono: De
Dominicis, C.M.; Ferrari, P.; Flammini,
A.; Sisinni, E.; Wireless sensors exploiting IEEE802.15.4a for precise timestamping, ISPCS2010, Pages: 48 –
54, ISBN 978-1-4244-4392-5, DOI:
10.1109/ISPCS.2010.5609782.
PICK & PLACE 3D DI ROBOT
IN UN VIDEO DALL’UNITÀ
DI BRESCIA – LABORATORIO
DI OPTOELETTRONICA
Durante la conferenza Internazionale
ISPCS2010 (2010 International IEEE
Symposium on Precision Clock
Synchronization for Measurement,
Control and Communication), la IEEE
Instrumentation and Measurement
Society ha conferito il premio per il
miglior lavoro a Chiara Maria De
Dominicis, Paolo Ferrari, Alessandra
Flammini ed Emiliano Sisinni. La Conferenza (www.ispcs.org) è l’evento
di riferimento mondiale per le attività di
ricerca sulla sincronizzazione, e i rife-
T_M
N.
alla pinza. Essa effettua la scansione della scena, e ne produce la nuvola di punti tridimensionale. La telecamera utilizzata dalla lama di luce
acquisisce anch’essa la scena, e mediante template matching di tipo
geometrico, riconosce posizione e
orientamento degli oggetti. Queste
informazioni sono funzionali all’interpretazione dei dati 3D. Il robot è
oggi in grado di effettuare il picking
corretto degli oggetti quando questi
siano disposti in modo non preordinato sul piano d’appoggio. È in
grado di gestire gli oggetti impilati,
parzialmente sovrapposti e parzialmente occlusi.
Il sistema fa uso dell’ambiente di sviluppo grafico LabView, delle librerie
di visione IMAQ visione e delle librerie per la manipolazione del robot sviluppate da Imaging Lab.
Guarda il video su
www.optolab-bs.it
GRUPPO MISURE ELETTRICHE
ED ELETTRONICHE (GMEE)
Notizie dal Consiglio Direttivo
del Dicembre 2010
Il Prof. Pasquale Daponte informa
il Consiglio che è stato approvato il
progetto DI.TR.IM.MIS. relativo al
bando RIDITT (Rete Italiana per la Diffusione dell’Innovazione e il Trasferimento Tecnologico alle imprese) presentato dall’Università del Sannio,
con la partecipazione del GMEE. La
durata del progetto è di due anni. Il
Consiglio si congratula con Daponte
per l’ottimo lavoro svolto. Il Consiglio
prende atto dando mandato al PresiIl Laboratorio di Optoelettronica ha dente per tutti gli adempimenti consesviluppato un’applicazione di pick & guenti all’approvazione del progetto.
place utilizzando un Robot DENSO
VS-6556G e integrando sia visione
3D sia visione 2D. Il sistema 3D è
basato su una lama di luce, solidale [email protected]
1/11 ƒ 64
N. 01ƒ
;2011
Laboratorio
di Nanotecnologie a Catania
L’Università di Catania ha reso operativo un Laboratorio di Nanotecnologie
(NanoTechLab); Responsabile Salvo
Baglio.
GRUPPO MISURE MECCANICHE
E TERMICHE (GMMT)
La chiusura di un anno difficile
per l’intera Università impatta
anche sul Gruppo di Misure Meccaniche e Termiche, che ha perso per pensionamento alcune delle colonne portanti del gruppo sin dalla sua fondazione, con speranze purtroppo scarse,
nel breve periodo, di far crescere giovani promettenti che possano degnamente proseguire le loro attività.
A fronte della riduzione di organico
segnaliamo una nota positiva con
l’entrata nel gruppo di un giovane
professore associato presso l’Università Guglielmo Marconi: si tratta di
Alberto Garinei, che speriamo possa
dare un ulteriore contributo allo sviluppo delle Misure.
In questo periodo molti nostri colleghi
(soprattutto in relazione all’esiguo
numero di componenti il gruppo)
hanno avuto incarichi importanti nelle
proprie sedi. Segnaliamo l’elezione
di Gianluca Rossi alla presidenza del
Consiglio di Intercorso di Ingegneria
Meccanica presso la Facoltà di Ingegneria dell’ Ateneo di Perugia. La elezione del collega Enrico Primo Tomasini nel Consiglio di Amministrazione
dell’Università Politecnica delle Marche e la nomina del collega Marco
Bocciolone alla guida del Polo territoriale di Lecco, con funzioni di Pro-rettore vicario. Da ultimo segnaliamo la
candidatura di Francesco Crenna per
la rappresentanza nella fascia dei
ricercatori al CUN.
A tutti i colleghi vanno i nostri migliori auguri di successo e di un mandato
proficuo e ricco di importanti traguardi.
Segnaliamo poi il secondo premio di
Antonella Gasparri dell’Università dell’Aquila, sotto la guida del collega
Giulio D’Emilia nel concorso indetto
dal CERMET, in collaborazione con
37 atenei italiani, per elaborati di
laurea riguardanti la Qualità. Il titolo
del lavoro è “La modulazione
degli strumenti valutativi dei
costi della Qualità in funzione
della progettazione nel settore
Automotive” nata dalla collaborazione tra il DIMEG della Facoltà di
Ingegneria dell’Aquila e la società
MML-Lamborghini di Bologna.
Nel corso di questo periodo forse la
novità saliente riguarda il prossimo
convegno di Misure Meccaniche e
Termiche. I colleghi di Genova, Giovan Battista Rossi e Francesco Crenna
hanno prodotto un notevole sforzo organizzativo per portare il prossimo convegno a Genova dal 12
al 14 settembre 2011. Negli stessi giorni si terrà a Genova anche il
convegno del Gruppo di Misure Elettriche ed Elettroniche, organizzato da
Paolo Pinceti e Andrea Mariscotti,
presso la sala della Borsa Valori.
La soluzione scelta permetterà di effettuare, nella giornata di martedì 13
settembre, una sessione congiunta tra
i due gruppi, che proseguirà in serata
con una suggestiva cena insieme presso l’Acquario di Genova. È il coronamento di uno sforzo durato anni e che
speriamo goda del meritato successo.
Sul piano delle novità nel mondo
della ricerca segnaliamo un interessante progetto recentemente acquisito
dal gruppo di Milano, insieme agli ex
misuristi, ora topografi, guidati da Alberto Giussani, per il monitoraggio
continuativo della Guglia Maggiore del Duomo di Milano durante
le difficili opere di restauro che impegneranno il gruppo nel corso di tre
lunghi anni, insieme a progettisti, strutturisti, esperti di conservazione dei
beni culturali, e soprattutto la Veneranda Fabbrica del Duomo che fin dal
1387 si occupa costruzione e conservazione della Cattedrale.
Le principali difficoltà sono legate allo
sforzo per far gravare il meno possibile il peso delle impalcature sulla cupola: allo scopo è stata progettata e
realizzata una speciale struttura reticolare che poggia sui muri portanti
della cattedrale e non ha alcun punto
di contatto con la guglia, per evitare
che le azioni del vento possano scaricarsi sulla struttura della guglia maggiore. Il gruppo si occuperà di mettere a punto un sistema di monitoraggio
permanente che, in una logica di fusione di sensori, statici e dinamici,
permetta un controllo continuativo
dello stato di salute della struttura per
cercare di cogliere tempestivamente
la nascita e lo sviluppo di qualche forma di danneggiamento.
T_M ƒ 65
SPAZO ASSOCIAZIONI
UNIVERSITARIE MISURISTI
▲
Alfredo Cigada, Michele Gasparetto
Le Unità del GMMT
e le loro Aree di Competenza – 2011
THE GMMT LABORATORIES AND THEIR
COMPETENCE AREAS - 2011
The fruitful collaboration between Universities and
Industry stems from a detailed knowledge of the main
areas of basic and applied research, and Technology
Transfer, of the University laboratories and Research Centers. In Tutto_Misure no. 1/2010 we published the directory of all the Research Units of the GMEE Association,
owner of the Journal, with their Areas of Interest The success of the initiative was encouraging. This number
reports the Research Units of the Group on Mechanical
and Thermal Measurements, GMMT. For a better use of
the material, the Areas of Interests of the Laboratories
have been standardized into keywords. The Laboratories
could update their technology offer in the list below.
Industries interested in a close collaboration with the
GMMT Laboratories and Research Centers can directly
contact the responsibles of each Laboratory, or send a
message to the Director at
[email protected], or to the responsible for
the data collection, the Vice Director Alfredo Cigada,
[email protected].
RIASSUNTO
La collaborazione tra Università e imprese nasce e si rafforza attraverso una più diffusa conoscenza delle attività
di ricerca di base, ricerca applicata e trasferimento tecnologico dei Laboratori Universitari e Centri di Ricerca.
Nel 2010 è stato pubblicato il Direttorio delle Unità di
Ricerca dell’Associazione GMEE con le loro attività e
Aree di Interesse. Il successo dell’iniziativa ha incoraggiato a pubblicare il Direttorio delle competenze delle
Unità di Ricerca del Gruppo Misure Meccaniche e Termiche (GMMT). Per una maggior fruibilità del materiale, le
Aree di Interesse sono state ridotte e standardizzate, e le
Unità interessate a rapporti con le imprese hanno potuto
aggiornare la propria offerta di tecnologia nell’elenco
che presentiamo.
Imprese interessate a rapporti di collaborazione con le
Unità possono rivolgersi direttamente agli indirizzi delle
stesse, o tramite la Redazione inviando una mail a
[email protected], o all’estensore del Direttorio, Vice Direttore della Rivista, Prof. Alfredo Cigada,
[email protected].
Politecnico di Milano
[email protected]
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1/11 ƒ 66
Unità di Ancona (prof. Enrico Primo Tomasini)
Dip. di Meccanica - Università Politecnica delle Marche
Via Brecce Bianche - 60131 Ancona - Tel. 071/2204487
E-mail: [email protected]
Attività: misure senza contatto, in particolare ottiche, interferometriche
e non, visione nello spettro visibile ed infrarosso, misure con ultrasuoni
ed acustiche. Studio e sviluppo di strumenti e metodi di misura e loro
applicazione in contesti innovativi. vibrometria laser, misura di forme
mediante visione 3D, vibroacustica, in particolare basata su array
microfonici, misure ottiche per la velocità di fluidi e i controlli nondistruttivi.
Aree principali d’interesse: Sistemi di visione 2D e 3D, scanner 3D.
Misure per il controllo e miglioramento della qualità. Misure e strumentazione in ambito clinico e biomedico. Misure per la conservazione dei beni
culturali. Misure di vibrazione. Misure fluidodinamiche. Misure per la
domotica e la gestione dell’energia. Misure per la diagnostica. Misure per
la caratterizzazione di materiali, componenti, sistemi e costruzioni. Misure Meccaniche e Termiche
Unità di Bari (prof. Gaetano Vacca)
Dip. Ingegneria Meccanica e Gestionale - Politecnico di Bari
Via Orabona 6 - 70125 Bari - Tel. 080/5963225
E-mail: [email protected]
Attività: Velocimetria laser doppler, vibrometria laser doppler, diagnostica industriale, misure termo-fluidodinamiche.
Aree principali d’interesse: Misure ottiche. Misure termiche e termodinamiche. Sensori e trasduttori per l’automazione industriale e il controllo qualità. Misure per l’automazione industriale. Misure per collaudi.
Sistemi per la gestione dell’energia. Misure Meccaniche e Termiche
Unità di Bologna - Polo di Forlì (prof. Raffaella Di Sante)
DIEM – Università di Bologna - Sede di Forlì
Via Fontanelle 40 - 47100 Forlì (FC
E-mail: [email protected]
Attività: Misure di velocità nei flussi turbolenti, Anemometria a filo
caldo, PIV; Structural Health Monitoring, Sensori in fibra ottica a reticolo
di Bragg; Caratterizzazione dei motori a CI, Misure elettro-ottiche su particolato.
Aree principali d’interesse: Misure ottiche. Sistemi di misura distribuiti. Sistemi di misura embedded. Sistemi di misura in tempo reale. Strumentazione per test non distruttivi. Sensori e trasduttori: elettroottici e a
fibra. Misure Meccaniche e Termiche
Unità di Brescia (prof. David Vetturi
Dip. Ingegneria Meccanica e Industriale - Università di Brescia
Via Branze 38 - 25123 Brescia - Tel. 030/3715664
E-mail: [email protected]
Attività: Sviluppo di metodi di misura, Sviluppo di metodi per la stima
dell’incertezza di misura, Progettazione e sviluppo di sistemi di misura dedicati, Elaborazione e trattamento dei segnali. Sviluppo di tecniche di diagnostica industriale.
Aree principali d’interesse: Scienza delle misure. Incertezza di misura: stima, accreditamento e decision-making. Misure neurali e logiche
fuzzy. Sistemi di elaborazione di segnali e immagini. Strumentazione di
misura virtuale. Misure per l’automazione industriale. Misure per collaudi.
Misure per l’ingegneria di precisione. Misure e strumentazione in ambito
clinico e biomedico. Misure Meccaniche e Termiche
Unità di Cagliari (prof. Rinaldo Vallascas)
Dip. Ingegneria Meccanica - Università di Cagliari
Piazza d’Armi - 09123 Cagliari - Tel. 070/6755721
E-mail: [email protected]
Attività: Sviluppo di sistemi automatici di misura indiretta della pressione arteriosa con il metodo dell’autovalidazione; Sviluppo di sistemi etilometrici; Caratterizzazione di ampolle di nebulizzazione.
Aree principali d’interesse: Nanometrologia. Misure termiche e termodinamiche. Misure neurali e logiche fuzzy. Strumentazione biomedica.
Sensori e trasduttori: chimici. Misure e strumentazione in ambito clinico e
biomedico. Misure Meccaniche e Termiche
N. 01ƒ
;2011
Unità di L’Aquila (prof. Giulio D’Emilia)
Dip. Ingegneria Meccanica, Energetica e Gestionale - Università dell’Aquila
Poggio di Roio, Campo di Pile - 67100 L’Aquila - Tel. 0862/434324
E-mail [email protected]
Attività: Sistemi e procedure di misura per la valutazione dell’accuratezza di
posizionamento di sistemi automatici ad alta velocità; valutazione dell’incertezza di misura di misure dimensionali con sistemi di visione; sistemi a fibra ottica
per la misura di concentrazioni di inquinanti in emissioni industriali.
Aree principali d’interesse: Misure per l’automazione industriale. Misure per il controllo e miglioramento della qualità. Misure di monitoraggio
ambientale e di agenti inquinanti. Misure Meccaniche e Termiche
Unità di Messina (prof. Roberto Montanini)
Dip. Chimica Industriale e Ingegneria dei Materiali Università di Messina
V.le d’Alcontres 31 - 98166 Palermo - Tel. 090/3977248
E-mail: [email protected]
Attività: Termografia ad infrarossi, sensori in fibra ottica a reticolo di Bragg,
vibrometria laser doppler, analisi sperimentale delle sollecitazioni, diagnostica industriale e monitoraggio strutturale, noise source identification, tomografia computerizzata a raggi x, ultrasuoni senza contatto, correlazione digitale di immagini.
Aree principali d’interesse: Misure ottiche. Misure termiche e termodinamiche. Strumentazione per test non distruttivi. Sensori e trasduttori: elettroottici e a fibra. Sensori e trasduttori per l’automazione industriale e il controllo qualità. Misure per collaudi. Misure per il controllo e miglioramento
della qualità. Misure Meccaniche e Termiche
Unità di Milano Politecnico (prof. Michele Gasparetto)
Dip. di Meccanica - Politecnico di Milano
Via G. La Masa 1 - 20156 Milano - Tel. 02/23998429
E-mail: [email protected]
Attività: Sviluppo di nuovi trasduttori, tecniche di misura e di analisi dei
dati. Analisi dell’incertezza. Misure per il monitoraggio e la diagnostica di
sistemi meccanici e di grandi strutture civili. Misure per l’ingegneria del
vento, per i trasporti, lo spazio, per sistemi energia per l’automazione e la
robotica, per la biomeccanica e la salute.
Aree principali d’interesse: Sistemi di elaborazione di segnali e immagini. Sistemi di visione 2D e 3D, scanner 3D. Dispositivi a film sottile e
MEMS. Sensori e trasduttori: elettroottici e a fibra. Sensori intelligenti e reti
di sensori, sensori wireless. Misure per l’automazione industriale. Misure di
vibrazione. Misure acustiche. Misure per la diagnostica. Misure Meccaniche
e Termiche
Unità di Napoli Federico II (prof. Riccardo Russo)
Dip. Meccanica ed Energetica - Università di Napoli “Federico II”
Via Claudio 21 - 80125 Napoli - Tel. 081/7683992
E-mail: [email protected]
Attività: Sviluppo di algoritmi per l’elaborazione di segnali di misura. Sviluppo di procedure automatiche per le misure finalizzate al controllo di qualità. Misure per l’identificazione dei parametri di sistemi meccanici.
Aree principali d’interesse: Misure ottiche. Misure numeriche. Misure
per il controllo e miglioramento della qualità. Misure Meccaniche e Termiche
Unità di Padova (prof. Enrico Lorenzini)
Dip. Ingegneria Meccanica - Università di Padova
Via Venezia 1 - 35131 Padova - Tel. 049/8276766
E-mail [email protected]
Attività: Misure e strumentazione per l’esplorazione spaziale, per la robotica e l’automazione, trasferimento tecnologico. Metodi e strumentazioni di
misura, strumentazione elettroottica, sistemi di visione 3D, tecniche per sensor fusion, strumentazione per la riproducibilità di gradezze termiche e meccaniche, misure per la qualità, per la certificazione dei prodotti, per il controllo di processo, per il controllo della dinamica, per la caratterizzazione di
dispositivi, componenti e materiali
Aree principali d’interesse: Misure di posizione. Misure criogeniche. Sistemi
di elaborazione di segnali e immagini. Sistemi automatici di taratura. Sistemi di
misura distribuiti. Sistemi di visione 2D e 3D, scanner 3D. Sensori e trasduttori per
l’automazione industriale e il controllo qualità. Strumentazione per lo spazio. Facilities per collaudo aerospaziale. Misure Meccaniche e Termiche
▲
Unità di Genova (prof. Giovanni Battista Rossi)
DIMEC - Università di Genova
Via dell’Opera Pia 11° - 16145 Genova - Tel. 010/3532232
E-mail: [email protected]
Attività: Teoria deterministica e probabilistica della misurazione. Progetto,
caratterizzazione e gestione dei sistemi di misura. Trattamento dei segnali ed analisi statistica dei dati. Misure di grandezze meccaniche, biomeccaniche e sensoriali. Misure per la qualità, l’ergonomia, la sicurezza e la diagnostica tecnica.
Aree principali d’interesse: Scienza delle misure. Incertezza di misura:
stima, accreditamento e decision-making. Sistemi di elaborazione di segnali
e immagini. Sensori intelligenti e reti di sensori, sensori wireless. Misure e
metodi per la valutazione della sicurezza e del rischio. Misure e strumentazione in ambito clinico e biomedico. Misure per la conservazione dei beni
culturali. Misure Meccaniche e Termiche
SPAZO ASSOCIAZIONI
UNIVERSITARIE MISURISTI
Unità di Palermo (prof. Leonardo D’Acquisto)
Dip. di Meccanica - Università di Palermo
Viale delle Scienze Ed. 8 - 90128 Palermo - Tel. 091/6657144
E-mail: [email protected]
Attività: sensori a fibra ottica con reticoli FBG per il monitoraggio strutturale. Sistemi per il rilievo di forme mediante tecniche ottiche moirè ombra ed
analisi delle immagini. Caratterizzazione di sonde di temperatura per applicazioni cliniche.
Aree principali d’interesse: Sistemi di elaborazione di segnali e immagini. Sensori e trasduttori elettroottici e a fibra. Misure e strumentazione in
ambito clinico e biomedico. Misure Meccaniche e Termiche
Unità di Perugia (prof. Gianluca Rossi)
Dip. Ingegneria Industriale - Università di Perugia
Via G. Duranti 93 - 09125 Perugia - Tel. 075/5853744
E-mail: [email protected]
Attività: tecniche di misura senza contatto, (termografiche (TSA) e ottiche
(DIC)); rilievo di campi di tensione e deformazione su organi meccanici,
misure di vibrazioni e acustiche. Sviluppo di strumenti e metodi di misura in
contesti industriali innovativi e per la meccanica, i trasporti (veicoli terrestri e
aeronautica), la diagnostica industriale.Analisi della vita a fatica, qualifica
di materiali, componenti e strutture.
Aree principali d’interesse: Misure termiche e termodinamiche. Strumentazione per test non distruttivi. Sensori e trasduttori: elettroottici e a
fibra. Misure per il controllo e miglioramento della qualità. Misure di vibrazione. Misure acustiche. Misure di deformazione mediante correlazione di
immagini (DIC). Misure senza contatto di campi di sollecitazione e deformazione. Misure Meccaniche e Termiche. Misure termografiche e termoelastiche (TSA)
Unità di Roma – La Sapienza (prof. Paolo Cappa)
Dip. Ingegneria Meccanica e Aeronautica Università di Roma “La Sapienza”
Via Eudossiana 18 - 00184 Roma - Tel. 06/44585273
E-mail: [email protected]
Attività: Sicurezza di persone e strutture. Misure per macchine e sistemi per
produzione energia (idrogeno, biomasse, celle a combustibile). Misure nella
Biomeccanica e Biomedica:, micro-trazione su campioni biologici, prove
dinamiche e di forza, potenza e fatica delle fibre muscolari. Progettazione
e realizzazione di fantocci per lo studio della Strumentazione Biomedica,
Misure di cavitazione nel campo ultrasonoro per applicazioni terapeutiche.
Sensori innovativi (livello, inerziali).
Aree principali d’interesse: Misure ottiche. Strumentazione biomedica.
Sensori e trasduttori: biosensori. Misure per collaudi. Misure per le nanotecnologie. Misure e strumentazione in ambito clinico e biomedico. Misure di
flussi energetici da fonti tradizionali e rinnovabili. Misure per la conservazione dei beni culturali. Misure Meccaniche e Termiche
Unità di Roma Tre (prof. Salvatore Andrea Sciuto)
Dip. Ingegneria Meccanica e Industriale - Università di Roma tre
Via della Vasca Navale 84 - 00146 Roma - Tel. 06/57333300
E-mail: [email protected]
Attività: misura di deformazioni, vibrazioni, viscosità e caratteristiche
reologiche dei fluidi. Misure per il benessere umano. Collaudo e verifica di
sistemi medicali (circolazione extracorporea, aiuto alla respirazione, diagnostica per immagini) Rilievo e controllo remoto di sistemi riabilitativi,
sistemi di misura biomeccanici. Analisi sperimentali di campioni biologici
e biomateriali.
Aree principali d’interesse: Misure ottiche. Misure termiche e termodinamiche. Sistemi di acquisizione dati. Sistemi di misura distribuiti. Strumentazione biomedica. Sensori e trasduttori: biosensori. Sensori e trasduttori:
elettroottici e a fibra. Misure per collaudi. Misure e strumentazione in ambito clinico e biomedico. Misure Meccaniche e Termiche
Unità di Torino e Vercelli (prof. Giulio Barbato)
DISPEA - Politecnico di Torino
C.so Duca degli Abruzzi 24 - 10129 Torino - Tel. 011/5647285
E-mail: [email protected]
Attività: Macchine di misura a coordinate, applicazione della statistica
alle attività di misura e prova, applicazioni industriali oggettive e soggettive (acustica e fotometria), gestione di outliers e di dati soggettivi, caratterizzazione metrologica di campioni di forza, dinamometria multicomponente, metrologia della durezza, misure assolute di accelerazione di
gravità locale.
Aree principali d’interesse: Metrologia primaria. Definizione, studio e
realizzazione dei campioni. Problematiche di riferibilità e di mutuo riconoscimento. Incertezza di misura: stima, accreditamento e decision-making.
Misure di lunghezza. Misure ottiche. Metrologia delle misure di forza. Metrologia delle misure di durezza. Misure Meccaniche e Termiche. Analisi statistica di valutazioni oggettive e soggettive
T_M ƒ 67
N. 01ƒ
; 2011
■
SPAZO ASSOCIAZIONI
UNIVERSITARIE MISURISTI
Unità di Università Campus Bio-Medico (prof. Sergio Silvestri)
Centro Integrato di Ricerca - Università Campus Bio-Medico
Via Alvaro del Portillo 21 - 00128 Roma RM - Tel. 06/225419604
E-mail [email protected]
Attività: diagnostica e monitoraggio clinico, sensori e metodiche innovative, misure di portata in fluidi comprimibili, di grandezze termoigrometriche
in ventilazione artificiale, dispositivi per dialisi peritoneale neonatale e misura indiretta di portata cardiaca, metodi statistici per analisi di serie storiche
lento-variabili, realizzazione di strumenti per collaudo e verifica funzionale
di strumentazione medicale.
Aree principali d’interesse: Misure termiche e termodinamiche. Strumentazione biomedica. Sensori e trasduttori: elettroottici e a fibra. Misure per
collaudi. Misure e strumentazione in ambito clinico e biomedico. Misure
Meccaniche e Termiche
Unità di Trieste (prof. Ermanno Annovi)
Dip. Ingegneria Meccanica - Università di Trieste
Via A. Valerio 10 - 34127 Trieste - Tel. 040 5583800
E-mail: [email protected]
Attività: Prospezioni tecnologiche e tecniche di supporto alle decisioni come
promotori d’innovazione. Ricerca applicata, sviluppo di dimostratori e prototipi
a supporto di aziende. Percezione artificiale. Diagnostica ambientale. Metodi
per la misura e il miglioramento della qualita’ delle immagini digitali.
Aree principali d’interesse: Misure di monitoraggio ambientale e di
agenti inquinanti. Misure Meccaniche e Termiche
Unità di Tutto_Misure (prof. Franco Docchio)
Riviste “Tutto_Misure” e “T_M News”
A&T sas - Via Palmieri 63 - 10138 Torino
Tel. 011/0266700
E-mail: [email protected]
Attività: Divulgazione, informazione, formazione.
Aree principali d’interesse: Scienza delle misure. Valorizzazione, diffusione e trasferimento di conoscenze nella scienza delle misure e nella ricerca su materiali. Editoria e formazione nell’ambito delle misure
NEWS
▼
Unità di Trento (prof. Mariolino De Cecco)
DIMS - Università di Trento
Via Mesiano 77 - 38100 Trento - Tel. 0461/282512
E-mail: [email protected]
Attività: misura e controllo per robot mobili. Collaudo per payload spaziali e conduzione delle prove. Sistemi di visione artificiale per la diagnostica
industriale e per la ricostruzione di forma in 3D. Metodi per la stima dell’incertezza di misura. Progetto e sviluppo di strumentazione virtuale dedicata.
Diagnosi e controllo di sistemi industriali.
Aree principali d’interesse: Sistemi di elaborazione di segnali e immagini. Sistemi di acquisizione dati. Sistemi di visione 2D e 3D, scanner 3D.
Strumentazione di misura virtuale. Misure per collaudi. Sistemi di posizionamento indoor. Strumentazione per lo spazio. Facilities per collaudo aerospaziale. Misure Meccaniche e Termiche
LASER SCANNER
PER MISURA DINAMICA
DI FORME E PROFILI
Il Laser Scanner scanCONTROL
LLT2700 è un sistema completo hardware e software per il controllo in
linea di forme e profili. Diversamente
dai comuni sensori laser a triangolazione, che inviano sul bersaglio un
singolo raggio, qui un sistema ottico
genera e proietta una linea laser
sulla superficie del bersaglio. La
riflessione diffusa di questa linea
viene captata attraverso un sistema
ottico da una matrice CMOS e analizzata nelle due dimensioni con il
metodo di intersezione. Si acquisisce
in questo modo, oltre all’informazione della distanza sull’asse Z, anche
l’esatta posizione di ogni punto della
linea laser sull’asse X. Nel caso di
moto trasversale tra oggetto e sensore (secondo l’asse Y), il sistema è in
grado di operare una ricostruzione
dinamica dell’immagine e fornirne
una rappresentazione 3-D.
Secondo l’asse X sono disponibili 3
campi di misura, 27, 56 e 112 mm
con una risoluzione di 640 punti per
profilo. Sull’asse Z i campi di misura
sono rispettivamente di 25, 50 e 100
mm, ma possono essere estesi a 40,
T_M ƒ 68
100 e 300 mm. I segnali elaborati
sono disponibili su interfaccia Firewire. La disponibilità di un segnale
d’ingresso di sincronizzazione consente di far funzionare più Laser
Scanner simultaneamente. Questo
Laser Scanner, a differenza di altri
scanner presenti sul mercato, non ha
controller esterno bensì integrato
nella testa del sensore: dunque un
design compatto e di facile integrazione su macchine e robot per applicazioni di alta precisione dove
anche l’ingombro è importante.
Sono applicazioni tipiche dello strumento: misura della posizione di
oggetti; misura di profili di guarnizioni e cordoni di saldatura o di
adesivi/sigillanti; misura di angoli;
controllo dell’allineamento e del
gioco di porte e superfici; controllo
della larghezza e profondità di scanalature di pneumatici; misure di
planarità; applicazioni robotiche in
generale.
Per ulteriori informazioni:
www.luchsinger.it
METROLOGIA
PER CAPILLARITÀ
■
A cura di Giorgio Miglio ([email protected])
Sulla verifica
della conformità metrologica
degli strumenti
Soddisfare il cliente o... l’auditor?!
METROLOGY FOR EVERYONE
This section is open to questions and curiosity by all the
measurement operators, both in industry and in calibration
analysis and test laboratories, who do not have the time to
search for answers in the Standards. The section gives
answers and tips in a simple language, yet complete and
worth adequate reference to rigorous metrological criteria.
RIASSUNTO
Questa rubrica è aperta alle domande e ai dubbi formulati da chi si occupa di processi di misurazione o di affidabilità e qualità delle misure sia in azienda sia nei
laboratori di taratura, di prova o d’analisi e che non ha il tempo o l’opportunità di
cercare spiegazioni nella normativa. La rubrica offre risposte e delucidazioni con
un linguaggio che può peccare di eccessiva semplicità, ma non di disallineamento dai criteri metrologici ortodossi.
DOMANDA È da tempo che, nell’azienda di lavorazioni meccaniche di cui sono
dipendente, ho la responsabilità di gestire
la strumentazione di misura e di verificarne
lo stato di manutenzione e taratura. Sono
meticoloso per carattere e, salvo qualche
osservazione da parte di auditor esterni
succedutisi negli anni, non ho mai avuto
grossi problemi. Ora però un cliente venuto in azienda per seguire un controllo su di
una fornitura a lui destinata mi sta contestando di non aver verificato la “conformità metrologica” della strumentazione utilizzata per quello specifico ordine. In buona
fede, gli ho mostrato i rapporti di taratura
dei 3 strumenti coinvolti in quel controllo e
dimostrato che gli scostamenti sui vari punti
di taratura rientravano nell’errore massimo
specificato dal costruttore.
Per non mettermi in crisi il cliente non ha
insistito, ma ho capito che non è rimasto
persuaso. Il mio capo, cui ho riferito l’incidente, non è stato in grado di darmi spiegazioni in proposito: d’altronde per lui la
taratura è già una perdita di tempo. Le
giro quindi il quesito: “Uno strumento
di misura di cui si è in grado di
dare evidenza del corretto stato di
manutenzione e di taratura può
non superare la verifica della sua
conformità metrologica?”.
te è pienamente condivisibile e questa
sua percezione del rischio gioca pienamente a favore della sua coscienza professionale. L’orientamento più recente
della qualità è verso la soddisfazione del
cliente e il rispetto delle norme cogenti:
eppure la stragrande maggioranza degli
auditor non si addentra più di tanto nelle
problematiche connesse alla gestione
metrologica aziendale, già per lo più
inglobata e oscurata da programmi informatici più o meno rispondenti ai requisiti
delle norme applicabili.
Ed è sorprendente come, proprio laddove
la normativa chiede di trasformare i requisiti di misurazione “espressi dal cliente” in
requisiti metrologici e di confermare le
apparecchiature per misurazione (nel
senso del dare l’evidenza che le loro
caratteristiche siano in grado di soddisfarli), l’audit si alleggerisca o addirittura
si fermi. Questa prassi purtroppo procura
un danno non trascurabile alle aziende
che, per effetto di una progressiva riduzione dei costi (fra cui quelli dedicati alla
formazione metrologica), per lo più tendono a correggere e a migliorare il proprio sistema qualità solo a fronte delle
non conformità rilevate in fase di audit.
Le difficoltà ad attuare o a valutare un
processo di “conferma metrologica”
sono imputabili alla insufficiente conoRISPOSTA La sua perplessità sulla con- scenza del ruolo che le varie caratteristiduzione dell’audit da parte del consulen- che metrologiche della strumentazione
hanno nelle decisioni di idoneità al suo
uso (campi di misura, di sicurezza, di
magazzino, soglie di sensibilità, risoluzione, errore massimo ammesso, isteresi,
derive, incertezze accumulate, ecc.): l’attenzione si è storicamente concentrata sul
processo di taratura, che è però solo un
sottoassieme di quello di conferma metrologica. Inoltre i risultati del processo di
taratura vengono, di prassi, confrontati
con i limiti dichiarati dal costruttore dell’apparecchiatura, ma ciò non comporta
che l’apparecchiatura risponda automaticamente anche ai requisiti dell’impiego
cui è destinata.
È chiaro quindi che la sua perplessità è
sacrosanta: l’audit deve arrivare a verificare in dettaglio come le caratteristiche
metrologiche delle apparecchiature
(CMA) abbiano soddisfatto i requisiti
metrologici del cliente (RMC) e se ne abbia l’evidenza. Tale verifica, come tipicamente avviene per l’attività di audit, va
esercitata a campionamento scegliendo
una normale linea di prodotto o una fornitura critica.
RIFERIMENTI A NORME E GUIDE
Il requisito della conferma metrologica era
esplicitamente richiamato già nel titolo di
una norma europea pubblicata come UNI
nel 1994, la 30012-1 “Sistemi di conferma
metrologica di apparecchi per misurazione”.
I contenuti di questa norma, abrogata nel
2004, sono confluiti nella UNI CEI EN
ISO/IEC 10012: 2004 “Requisiti per i processi e le apparecchiature di misurazione”
assieme a quelli della UNI ISO 30012-2
“Linee guida per il controllo dei processi di
misurazione”, anch’essa abrogata nello stesso anno. Anche la UNI CEI EN ISO/IEC
17025 al punto 5.5.5 richiede di effettuare
verifiche (registrandone i risultati) di conformità delle apparecchiature alle specifiche
relative alle prove o alle tarature. Il concetto
di sottrarre da un limite di accettazione l’incertezza estesa è riscontrabile nella norma
UNI EN ISO 14253-1 “Verifica mediante
misurazione dei pezzi e delle apparecchiature per misurazioni. Regole decisionali per
provare la conformità o non conformità
rispetto alle specifiche”.
T_M
N.
1/11 ƒ 69
MANIFESTAZIONI
EVENTI E FORMAZIONE
■
2011
eventi in breve
2011
6 - 8 APRILE
Parigi, Francia
IMEKO 2011 - Metrological traceability in the globalisation age
www.imeko.org
12 - 14 APRILE
Londra, UK
The 13th International Conference on Metrology and Properties of Engineering
Surfaces at the National Physical Laboratory
http://conferences.npl.co.uk/met_prop
13 - 15 APRILE
Torino, Italia
VII° Congresso Italiano Metrologia e Qualità
www.affidabilita.eu
13 - 14 APRILE
Torino, Italia
Affidabilità & Tecnologie, Va edizione - Mostra Convegno di Metodi, Soluzioni, Tecnologie per
l’Innovazione Competitiva
www.affidabilita.eu
13 - 15 APRILE
Las Palmas, Spagna
International Conference on Renewable Energies and Power Quality (ICREPQ’11)
www.icrepq.com
13 - 15 APRILE
Firenze, Italia
AIPnD 10th International Conference on non-destructive investigations and microanalysis for
the diagnostics and conservation of cultural and environmental
www.aipnd.it/art2011
18 - 20 APRILE
Praga, Rep. Ceca
SPIE Microtechnologies: VLSI Circuits and Systems, Nanotechnology, Smart Sensors and
MEMS e altre
www.spie.org
20 - 21 APRILE
Milano, Italia
IAPR Computational Color Imaging Workshop
www.iapr.org
27 - 29 APRILE
Lisbona, Portugal
EUROCON2011 e CONFTELE2011
www.eurocon2011.it.pt
2 - 4 MAGGIO
Dana Point, CA, USA
IEEE VLSI Test Symposium (VTS) 2011
www.tttc-vts.org
2 - 5 MAGGIO
New York City, USA
International Symposium on Olfaction and Electronic Nose (ISOEN 2011)
www.engconfintl.org/11asabstract.html
9 - 11 MAGGIO
Genova, Italia
Fotonica 2011
www.fotonica2011.it
15 - 18 MAGGIO
Rio de Janeiro, Brasile
ISCAS 2011 - The 44th IEEE International Symposium on Circuits and Systems
www.iscas2011.org
19 - 21 MAGGIO
Yokohama, Giappone
4th
www.imechatro.org/hsi2011
22 - 26 MAGGIO
Muenchen, Germania
SPIE Optical Metrology
http://spie.org/x6506.xml
23 - 25 MAGGIO
Muenchen, Germany
2nd EOS Conference on Manufacturing of Optical Components
www.myeos.org/events/eosmoc2011
23 - 27 MAGGIO
Como, Italia
11th EUSPEN Conference
http://como2011.euspen.eu
29 MAGGIO - 2 GIUGNO
Orlando, FL, USA
2011 International Congress on Advances in Measurements, Testing and Instrumentation
(ICAMTI)
http://users.encs.concordia.ca/~icamti11
30 - 31 MAGGIO
Bari, Italia
IEEE 6th International Symposium on Medical Measurement and Applications (MeMeA 2011)
http://memea2011.ieee-ims.org
5 - 9 GIUGNO
Baden Baden, Germany
2011 IEEE Intelligent Vehicles Symposium
www.mrt.uni-karlsruhe.de/iv2011
18 - 23 GIUGNO
Trento, Italia
International Measurement University (IMU)
http://imu.ieee-ims.org
18 - 24 GIUGNO
Hamilton, Canada
3rd International Conference on Radioecology and Environmental Radioactivity (ICRER-2011)
www.icrer.org
19 - 24 GIUGNO
Hamilton, Canada
International Conference on Radioecology and Environmental Radioactivity
www.ecorad2011.net
28 - 29 GIUGNO
Savelletri di Fasano (BA), Italia
IEEE IWASI 2011
iwasi2011.poliba.it
28 - 30 GIUGNO
Porto, Portugal
16th International Conference on Composite Structures (ICCS16)
paginas.fe.up.pt/~iccs16
29 GIUGNO - 1 LUGLIO
Vienna, Austria
IEEE Forum on Sustainable Transport Systems (FISTS)
ieee-fists.org
30 GIUGNO -1 LUGLIO
Orvieto (TR), Italia
Orvieto (TR), Italia
IEEE-IMEKO International Workshop on ADC Modelling and Testing
www.iwadc2010.diei.unipg.it
19 - 22 LUGLIO
Orlando, FL, USA
15th World Multi-Conference on Systemics, Cybernetics and Informatics: WMSCI 2011
www.2011iiisconferences.org/wmsci
28 - 31 LUGLIO
Noordwijkerhout, Olanda
8th International Conference on Informatics in Control, Automation and Robotics - ICINCO
2011
www.icinco.org
29 - 31 AGOSTO
Linkoeping, Svezia
European Conference on Circuits Theory and Design (ECCTD) 2011
http://ecctd2011.org
5 - 8 SETTEMBRE
Bologna, Italia
8th IEEE Int’l Symposium on Diagnostics for Electrical Machines, Power Electronics and Drivers
(SDEMPED 2011)
www.sdemped11.ing.unibo.it
12 - 14 SETTEMBRE
Braunschweig, Germania
10th Symposium LMPMI 2011 (Laser Metrology for Precision Measurement and Inspection in
Industry)
www.lasermetrology2011.com
13 - 15 SETTEMBRE
Bologna, Italia
CIGRE’ Int’l Symp. The electric power system of the future
www.cigre.it
12 - 14 OTTOBRE
Olhao, Portugal
VIPIMAGE: III Eccomas Thematic Conference on Computational Vision and Medical Image Processing
http://paginas.fe.up.pt/~vipimage/index.html
T_M
N.
International Conference on Human System Interaction (HSI 2011)
1/11 ƒ 70
▲
LO SPAZIO
DEGLI IMP
Maria Luisa Rastello
La metrologia per l’industria
delle comunicazioni quantistiche
Riferimenti per dispositivi a singolo fotone
METROLOGY FOR INDUSTRIAL QUANTUM COMMUNICATION
Metrology aims at fostering industrial quantum communication developments by
pulling expertise and resources together from across the European NMIs to provide the entire measurement framework needed. Facilities and standards will be
developed to operate at telecom wavelengths. This is technically challenging as
no standards currently exist for photon counting telecom detectors, and some of
the parameters and required uncertainties have yet to be defined within a quantum framework.
RIASSUNTO
La Metrologia europea si propone di sostenere lo sviluppo della nascente industria
della comunicazione quantistica coordinando competenze e risorse a livello europeo per creare la necessaria infrastruttura di misura e sviluppare il quadro normativo. L’obiettivo è molto impegnativo, perché non esistono riferimenti preesistenti
per dispositivi operanti al livello di singolo fotone in regime di conteggio di fotoni.
NUOVO IMPULSO ALLA
COMUNICAZIONE QUANTISTICA
L’industria della comunicazione quantistica è attualmente nella sua fase nascente. Il revival della meccanica quantistica attraverso le tecniche ottiche è culminato in una serie di esperimenti che
hanno consentito ai ricercatori non solo
di dimostrare per la prima volta alcune
leggi fondamentali della fisica ma anche di utilizzarne i principi per la realizzazione di nuovi dispositivi. Di conseguenza, un certo numero di importanti imprese ad alta tecnologia ha
creato al proprio interno un gruppo di
ricerca quantistica e con il meccanismo
dello spin-off sono nate una serie di
società in tutto il mondo. Nell’insieme
esse formano una nebula comunemente
indicata come industria quantistica.
La tecnologia più matura in termini di
offerta di mercato è sicuramente la
comunicazione quantistica, in quanto
tecnologia in grado di rispondere alle
pressanti richieste di segretezza dei dati
e di sicurezza del loro trasferimento.
Segretezza e sicurezza possono essere
garantite soltanto dalla conoscenza
delle proprietà dei singoli dispositivi. Il
settore richiede quindi lo sviluppo di
riferimenti metrologici specifici e con
incertezze mai raggiunte in precedenza. L’obiettivo è di dichiarare questi dispositivi quantistici conformi a norme
ben definite e accettate dagli operatori.
Attualmente non esiste una soluzione al
problema in ambito europeo, nonostante la posizione di leader nel settore.
La Comunità Europea ha recentemente
finanziato un progetto di ricerca che ha
l’ambizioso obiettivo di sviluppare la
struttura metrologica necessaria a favorire la diffusione sul mercato delle tecnologie caratteristiche della comunicazione
quantistica e, in particolare, quelle per la
distribuzione di chiavi quantistiche
(QKD, Quantum Key Distribution).
Inoltre, i campioni e i metodi di misura
sviluppati nel progetto aiuteranno l’industria della QKD a migliorare i propri
prodotti, ponendo le basi per un’industria quantistica robusta in grado di servire il cambiamento prevedibile nel settore della comunicazione e della gestione di dati sensibili.
LA QUANTUM KEY DISTRIBUTION
collegate da un canale classico. La
QKD non è stata inventata come soluzione a una domanda urgente, ma piuttosto da speculazioni teoriche sulla
potenza che si aggiunge alla teoria dell’informazione attraverso l’uso di sistemi
basati sulla meccanica quantistica.
Nel corso del tempo, la QKD si è rivelata una tecnologia dirompente nel settore di gestione delle informazioni. Con
la sua forte prospettiva di sicurezza a
lungo termine, la QKD sta diventando
una componente importante nelle reti
per la comunicazione affidabile e sicura, con il potenziale quindi di aumentare l’usabilità e l’accettazione dei servizi
tipici della società dell’informazione di
oggi e nel prossimo futuro.
Da un lato quindi, la QKD è un driver
per il successo di una serie di servizi nei
campi dell’e-government, dell’e-commerce e dell’e-health, ma lo è anche per
lo sviluppo di nuovi rivelatori e sorgenti,
generando nuovi dispositivi come i ripetitori quantistici, utilizzati nella QKD di
prossima generazione.
È un dato di fatto che alcune industrie
europee di dimensioni piccole o medie
abbiano scelto il loro modello di business sulla distribuzione di chiavi quantistiche, investendo molte risorse in progetti di ricerca e sviluppo nell’ambito
dei Programmi Quadro VI e VII dell’Unione Europea. Ciò determina un interesse crescente in termini di standardizzazione per la QKD, esistendo già da
ora una massa critica di soggetti interessati in Europa.
Dal punto di vista delle prospettive del
mercato, secondo fonti indipendenti il
mercato collegato alle tecniche di QKD
arriverà a $ 300 milioni entro il 2015
(Fonte: International Data Corporation,
2005, USA). Più recentemente, una
relazione degli analisti di ricerca Glo-
La QKD è essenzialmente la generazione di una chiave crittografica in modo
compiutamente casuale che permetta lo II.N.Ri.M.
scambio di dati tra due parti che sono [email protected]
T_M
N.
1/11 ƒ 71
dizioni reali all’interno di una rete QKD
a Vienna nell’autunno del 2008, fornendo alle applicazioni a livello utente
le chiavi crittografiche.
Altri collegamenti crittografici operati in
ambiente reale sono istallati in USA,
Giappone e Cina. Prodotti commerciali
per QKD da punto a punto sono disponibili da numerose piccole imprese startup, attive in quello che al momento è
ancora un mercato di nicchia. Inoltre
grandi aziende a livello mondiale,
come ad esempio Toshiba, IBM, ecc,
stanno svolgendo attività di ricerca sull’informazione quantistica, in generale,
e su QKD, in particolare.
Tutti gli operatori del settore riconoscono che la mancanza di validazione e
standardizzazione resta un ostacolo
per la commercializzazione dei dispositivi QKD, e questo problema ricade
naturalmente nella competenza degli
Istituti Nazionali di Metrologia. Attualmente, l’unica iniziativa per la standardizzazione di sistemi QKD attiva nel
mondo è quella dello European Telecommunication Standards Institute –
Industry Specification Group (ETSI-ISG).
Dal punto di vista degli istituti metrologici, il NIST (USA) ha un’attività di ricerca ben avviata con un banco di prova
dedicato alla QKD mentre, in Europa,
solo I.N.Ri.M. e NPL hanno avuto alcuni piccoli progetti finanziati, che solo in
parte hanno fornito la caratterizzazione
metrologica dei componenti di un sistema QKD, per esempio i rivelatori in
regime di conteggio di fotoni e le sorgenti di fotoni che operano a lunghezze
d’onda Telecom. È quindi necessario
uno sforzo coordinato a livello europeo
per sviluppare l’infrastruttura metrologica necessaria al sostegno delle industrie
QKD e affini.
IL PROGETTO MIQC –
METROLOGY FOR INDUSTRIAL
QUANTUM COMMUNICATION
In collaborazione con ETSI è stato proposto all’Unione Europea il finanziamento di un progetto di ricerca che ha come
scopo la caratterizzazione metrologica
delle proprietà ottiche dei componenti
dei sistemi industriali per la QKD.
L’obiettivo generale è quello di favorire
lo sviluppo a livello industriale di nuove
tecnologie quantistiche per la comunicazione volte a raggiungere il massimo
impatto per l’industria europea in questo settore. Il successo nello sviluppo di
tali nuove tecnologie e prodotti richiede
la soluzione di una serie di sfide metrologiche che non sono stati sufficientemente affrontati finora.
NEWS
▼
bal porta quel valore a $ 842 milioni
entro il 2015, mentre un’indagine condotta da Price-Waterhouse-Coopers
sullo stato globale delle informazioni
(febbraio 2010) indica che il terziario e
i consumatori sono restii a tagliare i
costi in materia di segretezza, ritenendo
la protezione dei dati un fattore chiave
durante questa crisi economica.
In risposta a queste esigenze la Commissione Europea ha chiesto di adottare
tutte le misure necessarie a prevenire
l’accesso non autorizzato alle comunicazioni al fine di tutelarne la riservatezza, compreso il loro contenuto, o qualsiasi dato sia trasferito. Ciò è dimostrato dal forte sostegno alla standardizzazione delle tecnologie dell’informazione
quando afferma che “il fornitore di un
pubblico servizio di comunicazione elettronica deve prendere appropriate
misure tecniche e organizzative per salvaguardare la sicurezza dei suoi servizi, se necessario in collaborazione con
il fornitore della rete pubblica di comunicazione per quanto riguarda la sicurezza della rete. Visto lo stato dell’arte e
dei loro costi di realizzazione, dette
misure devono garantire un livello di
sicurezza adeguato al rischio esistente.” La Commissione ritiene inoltre che
le proprietà di privacy estremamente
forti della QKD debbano essere utilizzate per migliorare la privacy (PET – Privacy Enhancing Technology) nella tutela
dei dati personali.
Per quanto riguarda gli aspetti collegati
alla nomativa va citata un’iniziativa che
ha avuto origine nel contesto del progetto SECOQC del VI programma quadro (FP6) dell’Unione Europea. Nell’ambito della European Telecommunications Standards Institute (ETSI) è stato
creato uno specifico Industry Group
(ISG), cioè un gruppo interdisciplinare
che unisce esperti di vari settori scientifici, come la fisica quantistica e la metrologia, la crittografia e la teoria dell’informazione provenienti dal mondo
accademico, da centri di ricerca e dall’industria di tutto il mondo.
Negli ultimi dieci anni i progressi nella
ricerca QKD sono stati così rapidi da
rendere disponibili sul mercato il prodotto finito. Nel già citato progetto
SECOQC, sei sistemi tecnologicamente
differenti sono stati visti operare in con-
T_M ƒ 72
N. 01ƒ
; 2011
▲
LO SPAZIO
DEGLI IMP
TRASMISSIONE VELOCE
DEI DATI CON IL
NUOVO
ANALIZZATORE
DI POTENZA ELETTRICA
L’analizzatore di potenza elettrica monofase e trifase Infratek 106A (distribuito da
burster Italia), ad alta precisione, è stato
recentemente migliorato, grazie alla
nuova versione Z con banda passante
di 1 MHz. In questa nuova versione sono
stati implementati sia la velocità di misura
(quantità elettriche misurate entro 60
msec) sia il trasferimento dei dati via
interfaccia (72 valori al secondo). Per
esempio, in un sistema trifase, è possibile
trasferire in un secondo 6 correnti, 6 tensioni e 6 potenze di ciascuna fase 1,2,3
+ altri 18 valori a scelta. Qualora i valori da trasferire saranno inferiori a 72, il
tempo di trasferimento diminuirà in modo
proporzionale. L’Analizzatore di potenza
rappresenta lo stato dell’arte per quanto
riguarda le misure e l’analisi della potenza elettrica. Ideale per la misura di potenza di transitori in veicoli elettrici come
start-up del motore, cambiamento di carico e decelerazione del motore. Con questa versione è inoltre possibile sopprimere
il rumore. Display a zero per valori inferiori all’1%. La tecnologia consolidata e
l’ottimo rapporto prestazioni/prezzo rendono questo analizzatore estremamente
competitivo a parità di prestazioni.
Per ulteriori informazioni:
www.burster.it
Tutte le attività saranno
svolte anche
Infatti, indipendentemente dalle scelte sulla base di discussioni con l’indutecnologiche di progetto, nella maggior stria sotto la guida di ETSI-ISG.
parte dei sistemi QKD compaiono tre
tipologie di dispositivi quantistici: la sorgente di singolo fotone, il canale di tra- LE SFIDE SCIENTIFICHE E TECNICHE
smissione e i rivelatori operanti in regime
di conteggio di fotone. Le caratteristiche Le sfide principali sono l’individuazione
di questi componenti ottici quantistici delle risorse peculiari della comunicasono cruciali per l’analisi della sicurezza zione quantistica, distinte da, ma comdel sistema QKD nel suo complesso.
plementari a quelle classiche nelle coPer quanto riguarda il ruolo nel proget- municazioni, e lo sviluppo di riferimenti
to degli Istituti Metrologici Primari, il pro- di misura adeguati alla quantificazione
getto sviluppa nuovi campioni di misura di tali risorse. Le risorse delle tecnologie
a livelli di segnale molto più deboli di quantistiche sono quasi del tutto inequelli della radiometria convenzionale. splorate dal punto di vista metrologico.
Una volta convalidati, I nuovi metodi di Talvolta persino l’identificazione chiara
misura sviluppati permetteranno ai e univoca di tali risorse è un compito
partner industriali di ottimizzare i pro- non del tutto completato. La caratterizdotti QKD per garantire un funziona- zazione delle risorse per la comunicamento affidabile e stabile. L’indipenden- zione classica è un compito ben definiza degli NMI dalle esigenze del mer- to dal punto di vista metrologico. Tuttacato è fondamentale per ottenere la via, la comunicazione quantistica
fiducia degli utenti nella validazione e rende necessario un ulteriore sviluppo
standardizzazione delle apparecchiatu- di queste “classiche” tecniche di misure e dei componenti QKD. Inoltre si pre- razione per analizzare parametri che
vede, nel lungo termine, la necessità di sono al di là degli scopi della comunifornire servizi di taratura specifici di cazione classica. Un esempio è la miquesto settore ma del tutto simili a quel- sura dell’efficienza di rivelazioni di dili già offerti in ambiti più tradizionali.
spositivi capaci di risolvere il numero
In sintesi, il progetto svilupperà nuovi di fotoni incidenti, a livello di singolo
standard e metodologie che consenti- fotone.
ranno di migliorare l’incertezza di un Gli obiettivi scientifici e tecnici per confattore da 2 a 10 in tutte le attività di sentire all’Europa di progredire verso
ricerca proposte. Alcune delle attività nuove applicazioni industriali sono:
consentiranno caratterizzazioni e riferi- – caratterizzazione di sorgenti di singobilità impossibili finora, oppure prive di lo fotone, in termini di numero medio di
una reale valutazione dell’incertezza.
fotoni per impulso e di probabilità di
Questi obiettivi saranno raggiunti attra- emissione di un dato numero di fotoni
verso il coordinamento di risorse e com- per impulso;
petenze già parzialmente esistenti pres- – tomografia quantistica dello stato
so i partner del progetto, evitando inuti- quantico prodotto dalla sorgente;
li duplicazioni di sforzi. Il carattere alta- – realizzazione di sorgenti di singoli
mente specializzato della ricerca svolta fotoni ottimizzate come riferimenti di
fa sì che il progetto si avvalga di com- misura per la caratterizzazione degli
petenze al di fuori della tradizionale emettitori di segnale;
comunità metrologia.
– caratterizzazione del canali quantistiIn particolare, un sistema QKD è com- ca per i sistemi di comunicazione in
posto da dispositivi quantistici (sorgenti, fibra ottica, inclusa la quantificazione
canali di trasmissione, e rivelatori) che della de-coerenza, e la tomografia
sono utilizzati nell’ambito della tecnolo- quantistica legata alla propagazione
gia dell’informazione classica. La sfida dello stato quantico all’interno della
sta nella caratterizzazione metrologica fibra ottica;
dei componenti ottici del sistema QKD – caratterizzazione di rivelatori comcome rappresentato in Fig. 1.
merciali di singolo fotone, compresa
Figura 1 – Tipico schema di un sistema QKD
■
LO SPAZIO
DEGLI IMP
l’efficienza di rivelazione, jitter, il tempo
morto di risposta, l’after-pulsing, i conteggi di buio e la saturazione;
– identificazione e standardizzazione
delle definizioni specifiche della rivelazione quantistica a livello di singoli fotoni;
– determinazione delle proprietà dei rivelatori a risoluzione del numero di fotoni in grado di osservare più di un fotone in un impulso.
Il progetto completa il processo iniziato
nel 2008 con un finanziamento europeo, che ha come scopo lo sviluppo di
campioni per la metrologia fotonica dal
livello di segnale (1013-1014 fotoni/s)
dei campioni radiometrici già esistenti
(10-100 microwatt) sino al livello del
singolo fotone. MIQC estende i risultati
già ottenuti nel visibile alle radiazioni
con lunghezze d’onda TELECOM e alla
propagazione in fibra ottica.
In conclusione, l’uso diffuso e generalizzato di sistemi di QKD richiede che questi siano considerati affidabili dagli utenti. Ciò comporta la definizione di una
complessa procedura di garanzia che
definisca le specifiche di sicurezza, valutazione e certificazione secondo una
metodologia standardizzata.
MIQC fornirà i fondamenti metrologici necessari alla standardizzazione
del QKD, garantendo agli utenti finali
la conformità agli standard dei prodotti QKD promuovendone così la diffusione sul mercato della tecnologia
e, in ultima analisi, rivoluzionando la
sicurezza dei dati nel settore dell’ICT.
Il successo di questa operazione metterà in moto altre applicazioni industriali basate sulla meccanica quantistica, ma l’impatto maggiore è atteso
nei settori dell’ambiente, del sociale e
delle finanze.
Maria Luisa Rastello è Dirigente di
Ricerca e Responsabile della divisione di
Ottica presso l’Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (I.N.Ri.M.) di Torino, si occupa di studi e ricerche nell’ambito della
Fotometria e dell’Ottica quantistica, con
particolare attenzione alle tecniche di misura. È coordinatore europeo del progetto
MIQC e autore di numerose pubblicazioni scientifiche e libri sull’argomento della
QKD.
T_M ƒ 73
COMMENTI
ALLE NORME
▲
LA 17025
A cura di Nicola Dell’Arena ([email protected])
Assicurazione della Qualità
Parte 2a
COMMENTS ON STANDARDS: UNI CEI EN ISO/IEC 17025
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).
PROVE VALUTATIVE INTERNE
Le prove valutative interne possono essere fatte
con l’utilizzo di
materiali di riferimento certificati,
o secondari o
con l’utilizzo di
campioni civetta. Nei primi
due casi il risultato ottenuto deve essere uguale a quello conosciuto
mentre il terzo caso durante la prova
deve essere riscontrato l’errore. Nel settore della taratura la prova deve essere
effettuata con un campione primario
interno o con in campione degli Istituti
Metrologici Primari.
RIPETIZIONE
DI PROVE E TARATURE
La norma prevede due tipi di ripetizione: con metodi identici e con metodi differenti. Per molte tarature esiste
T_M
N.
ture ed effettuazione di nuove prove/tarature, per me è la stessa cosa se
fatta sullo stesso campione. Per questo
metodo mi devo allargare moltissimo
per definirlo una procedura di controllo
della qualità.
CORRELAZIONE DEI RISULTATI
Questo metodo, sia per le caratteristiche diverse dello stesso oggetto che per
le stesse caratteristiche di diversi oggetti, è semplice da adottare e non costa
tanto. Tuttavia mi chiedo quanto è applicabile per le tarature o per la prova
a compressione dei provini di cemento.
Naturalmente l’elenco delle prove o
delle tarature nella quale si misura una
sola caratteristica si può allungare e
un solo metodo e quindi questo requi- quindi il metodo si applica solo per
sito non si applica. La ripetizione pochi casi.
della taratura con lo stesso metodo
può essere fatto solo prima della riconsegna dello strumento (e vi lascio VERIFICA PRIMA
immaginare il risultato ottenuto a bre- DELLA PROVA/TARATURA
ve distanza di tempo), oppure riportando lo strumento al Centro in tempi Questo metodo non esiste nella letteratura ma nel corso degli audit che ho
diversi facendo aumentare i costi.
Solo poche prove (ad esempio durez- effettuato ho constatato presso un laboza) possono essere effettuate con ratorio la bontà di questo metodo.
metodi differenti. La ripetizione delle Prima di iniziare la taratura l’operatore
prove con metodi identici diventa di da alla macchina l’input di effettuare le
difficile applicazione per gli oggetti verifiche sulla bontà dei risultati che si
che si devono restituire o per quelli ottengono e alla fine la macchina stamfacilmente deperibili. Per questo argo- pa un rapporto e solo con esito positivo
mento nasce il problema dei costi ele- che appare dal rapporto si inizia la
vati per la conservazione e l’imma- taratura.
gazzinamento (penso ai laboratori di
analisi cliniche con centinaia di clienti al giorno per ogni prova e con og- PIANIFICAZIONE
getti tipo urina e sangue). Nonostante
queste mie perplessità, dove possibi- La 17025 prescrive che il monitoraggio
le, il laboratorio deve richiedere al sia pianificato e riesaminato. Per quancliente l’oggetto della prova in quanti- to riguarda la pianificazione, il laboratà sufficiente per permetterne la ripeti- torio deve per prima cosa scegliere il
metodo da adottare e/o la procedura
zione.
Non sono riuscito a capire la differenza di controllo da applicare, dopo deve
che esiste tra ripetizione di prove/tara- emettere e applicare un documento di
1/11 ƒ 74
N. 01ƒ
;2011
pianificazione (sinceramente nella letteratura non esiste un nome e neanche la
norma parla di documento, si potrebbe
chiamarlo Piano di Monitoraggio o
Piano di Controllo della Qualità).
Il documento può essere redatto in forma
tabellare o in forma descrittiva. Il documento in forma tabellare è semplice da
capire e facile da applicare: in esso si
può riportare il metodo o la procedura di
controllo, la frequenza, la responsabilità
(interna o esterna) con i nomi del personale interno, i controlli da eseguire, le
registrazioni da utilizzare e se si vuole lo
spazio per la firma di avvenuta azione.
La scelta della frequenza dipende dalla
tipologia del metodo o dei controlli e dal
volume delle prove/tarature effettuate
nel corso dell’anno.
Il laboratorio può preparare due documenti di pianificazione: il primo solo per
le azioni di controllo della qualità e il
secondo solo per i metodi, oppure può
preparare un solo documento che contenga controlli e metodi. Nel caso che
contenga solo i controlli il documento
può essere emesso con frequenza
annuale mentre negli altri due casi può
essere emesso con frequenza maggiore,
visto che i confronti interlaboratori hanno
una frequenza maggiore dell’anno. Ci
sono dei documenti di pianificazione
ancora più semplici, preparati per ogni
singola apparecchiatura/attrezzatura
dove su un format stardard si riportano i
controlli, la frequenza, la data di effettuazione e la firma dell’operatore.
Per quanto riguarda il riesame del
monitoraggio si può rivedere controlli,
metodi e frequenza (anche se per un
laboratorio accreditato è difficile cambiare metodi e controlli) e il documento
di pianificazione deve essere riemesso.
La frequenza dei controlli della qualità
e dei metodi deve essere riesaminata in
base alle esigenze, ai costi e ai risultati
ottenuti (se positivi si può aumentare, se
negativi si può diminuire).
AZIONI DA INTRAPRENDERE
Il paragrafo 5.9.1 prescrive che: “I dati
risultanti devono essere registrati in
modo che le tendenze siano rilevabili e,
quando fattibile, devono essere applicate tecniche statistiche per riesaminare
i risultati” mentre il 5.9.2 prescrive che
“I dati di tenuta sotto controllo della qualità devono essere analizzati e, qualora
si dimostrino al di fuori dei criteri predefiniti, devono essere adottate azioni pianificate per correggere il problema e
per prevenire che siano riportati risultati
non corretti”. I due paragrafi sono legati (e secondo me i normatori potevano
farne uno unico per non confondere le
idee) poiché entrambi dicono cosa fare
a seguito del monitoraggio e precisamente il laboratorio deve:
(i) registrare i dati risultanti, in modo
che le tendenze siano rilevabili; (ii)
applicare tecniche statistiche, se fattibili, per riesaminare i risultati; (iii) analizzare i dati; (iv) adottare azioni pianificate.
Sulle registrazioni da utilizzare non suggerisco niente. Esse sono diverse se
applicate per il controllo della qualità o
se applicate per i metodi. Per ogni controllo esistono molti format validi ed
applicati e inoltre a un laboratorio che
utilizza una registrazione da anni è preferibile non farla cambiare. Per gli interconfronti esistono format applicati a
livello di BIPM. L’unico suggerimento
che posso dare per rispettare tutta la
ISO 17025 è di riportare sulla registrazione almeno i seguenti: i dati risultanti, la firma di chi ha effettuato l’azione, la data e un codice di identificazione della registrazione. Volendo si
può riportare un giudizio sull’esito dell’azione effettuata.
Con i risultati ottenuti si esprime un giudizio sulla bontà del laboratorio, se l’esito è positivo si procede con le prove/tarature, se l’esito è negativo si bloccano le prove/tarature. A volte con i
dati precedenti si può valutare se la
prova/taratura sia ancora in grado di
dare risultati buoni oppure si può valutare fino a quando si può continuare ad
effettuare prove/tarature senza intervenire sul processo (acquisto di nuove
apparecchiature).
La frase “applicate tecniche statistiche
per riesaminare i risultati” è abbastanza equivoca per l’utilizzo del termine
“riesaminare”. Questo termine mi piace
poco, per la cattiva traduzione dal termine inglese “review” (che comprende
esame e riesame). Per prima cosa i
risultati non si “riesaminano”: in italiano
conda parte del requisito “e, qualora si
dimostrino al di fuori dei criteri predefiniti, devono essere adottate azioni
pianificate per correggere il problema
e per prevenire che siano riportati risultati non corretti”. Le azioni da effettuare devono raggiungere due scopi: (i)
correggere il problema, (ii) evitare che
siano riportati risultati non corretti.
Questo requisito mi ricorda la prima
norma sul “quality assurance” dove
l’obiettivo primario delle azioni correttive era proprio quello di eliminare ed
evitare che si ripresentasse una non
conformità.
La norma richiede con una frase generica azioni pianificate. Secondo le
norme vigenti, si doveva parlare di
azione correttiva e introdurre un documento di pianificazione. Il mio suggerimento è di usare due strumenti a seconda delle dimensioni e dei costi dell’azione correttiva da effettuare. Nei casi
semplici si può utilizzare il modulo sulle
▼
“riesaminare” significa “fare una seconda volta l’esame”. La frase potrebbe
portare a due azioni: (i) esaminare con
tecniche statistiche i risultati ottenuti per
esprimere un giudizio; (ii) riesaminare
tutti i risultati di precedenti controlli, con
tecniche statistiche, per valutare la
bontà delle prove già effettuate e quelle da effettuare. Secondo me il normatore voleva solamente introdurre l’utilizzo delle tecniche statistiche per esaminare i risultati.
La frase “I dati di tenuta sotto controllo
della qualità devono essere analizzati”
è chiarissima e precisa. Non ha bisogno di suggerimenti poiché per ogni
singolo controllo si applicano singole
tecniche conosciute da tutti i laboratori.
Con questo requisito due sono gli
aspetti da precisare: (i) esso è doppio
rispetto al 5.9.1; (ii) il 5.9.1 è inappropriato oppure prescrive il riesame
dei controlli precedenti.
La “polpa” più significativa è nella se-
NEWS
N. 01ƒ
; 2011
■
COMMENTI
ALLE NORME
CAM2 CELEBRA IL SUO
30° ANNIVERSARIO
CON UN CUSTOM
CHOPPER REALIZZATO
DA PAUL JR. DESIGNS
CAM2 (Gruppo FARO Technologies, Inc. NASDAQ: FARO), fornitore leader a livello
mondiale di soluzioni portatili di misura e di
imaging, ha recentemente festeggiato il suo
30° anniversario: tre decenni di innovazione
e supporto ai clienti per rendere i loro prodotti
e processi i migliori al mondo. CAM2 ha
celebrato questo traguardo con un chopper
personalizzato, realizzato da uno dei suoi
stimati clienti, Paul Jr. Designs. La costruzione
della motocicletta CAM2 è stata presentata
nel gennaio scorso all’interno della famosa
serie televisiva “American Chopper: Senior
vs. Junior”, in onda su Discovery Channel.
Per Paul Jr. Designs è importante creare
capolavori unici in modo rapido ed efficiente. Alcuni elementi, quali il serbatoio,
la sella e il rivestimento del display principale, sono i veri pezzi artigianali che
caratterizzano ogni modello. Si tratta di
componenti con forme e profili complessi,
difficili da acquisire o ricreare a mano:
grazie al braccio di misura CAM2 Arm è
possibile digitalizzare la forma e la posi-
T_M ƒ 76
zione esatta dei componenti, eliminando in
pratica la necessità di disegnare e realizzare dei modelli in cartone. I dati raccolti
con il braccio di misura possono poi essere immediatamente importati nella macchina CNC o utilizzati per il taglio a getto
d’acqua per realizzare pezzi precisi, perfetti fin da subito, riducendo così gli scarti,
risparmiando tempo e incrementando l’efficacia dell’intero processo.
A 30 anni dal suo ingresso sul mercato,
CAM2 vanta tra i suoi prodotti non solo i
bracci di misurazione più venduti al mondo,
ma anche il sistema di misurazione laser di
maggior successo a livello globale - il Laser
Tracker e il Focus3D, un rivoluzionario laser
azioni correttive già predisposto dal
laboratorio, nei complessi si può preparare un documento di pianificazione,
in forma descrittiva, in cui riportare tutto
quello che necessita, quali azioni da
effettuare, costi, responsabilità interne
ed esterne, tempi di attuazione, acquisti o installazione di nuove apparecchiature o attrezzature, controlli da eseguire registrazioni da emettere, ecc., e
si può riportare anche più azioni correttive se sono necessarie per raggiungere lo scopo.
La norma parla di “al di fuori dei criteri predefiniti”. In base alla norma il
laboratorio deve stabilire criteri per
valutare se la prova/taratura dà risultati validi. In questa scelta il laboratorio è
aiutato dalle norme sulla singola prova/taratura, dalla letteratura scientifica
e dalle istruzioni delle case costruttrici,
e qualora questi criteri non esistessero li
stabilisce e li riesamina in base alle proprie esigenze.
scanner 3D per
misurazioni e documentazioni dettagliate con un intuitivo controllo touch
screen.
La storia dell’azienda inizia nel
1981,
quando
Simon Raab e
Greg Fraser fondano la società
Res-Tech a Montreal, in Canada
(nel 1990 la sede
aziendale verrà
spostata in Florida, negli Stati
Uniti). Due anni
dopo cambiano il
nome dell’azienda e iniziano a sviluppare
tecnologie, compresi software, per operazioni complesse e procedure diagnostiche.
Nel 1991 i due fondatori individuano
parallelismi tra la diagnostica medica 3D e
i processi per la realizzazione di componenti con l’ausilio di CAD da utilizzare nel
settore industriale della produzione. Da
quel momento in poi CAM2 segue una
nuova direzione e diventa leader nei sistemi portatili di misura tridimensionale, stabilendo da allora un record consolidato di
costante innovazione tecnologica.
Per maggiori informazioni:
www.cam2.it
STORIA E
CURIOSITÀ
Emilio Borchi1, Renzo Macii2, Riccardo Nicoletti3, Alberto Nobili4
La collezione degli antichi
strumenti di Ottica dell’Osservatorio
Valerio di Pesaro
Parte I – Introduzione
THE COLLECTION OF ANCIENT MEASUREMENT INSTRUMENTS OF
THE “VALERIO” OBSERVATORY IN PESARO
Starting from this issue the authors describe the rich collection of ancient instruments conserved in the Valerio Observatory of Pesaro, including instruments for
meteorology, astronomy, geodesy and geomagnetism.
RIASSUNTO
Inizia in questo numero la descrizione della ricca collezione di strumenti di
misura conservata presso l’Osservatorio meteorologico e sismologico Valerio
del Comune di Pesaro, che annovera strumenti di meteorologia, di astronomia,
di geodesia, di geomagnetismo e di sismologia.
L’OSSERVATORIO
VALERIO DI PESARO
L’Osservatorio meteorologico e sismologico Valerio del Comune di Pesaro conserva una ricca collezione di strumenti
di meteorologia, di astronomia, di geodesia, di geomagnetismo e di sismologia provenienti dalla prima dotazione
strumentale dell’Osservatorio stesso,
fondato in Pesaro nel 1861 a opera del
prof. Luigi Guidi (Fig. 1).
Recentemente il Comune di Pesaro ha
fatto restaurare buona parte della collezione di strumenti. Il controllo dei vecchi
inventari ha mostrato che molti strumenti
sono andati perduti nel corso degli anni,
tuttavia il materiale rimasto è di valore
tale da meritare di essere conosciuto ed
apprezzato tanto per la rarità che per
l’importanza di alcuni esemplari.
La ricchezza e l’originalità della strumentazione sta ad indicare anche la
lunga attività di ricerca svolta fin dalla
seconda metà dell’Ottocento. Tale ricer-
Figura 1 – Il
professor
Luigi Guidi
(1824-1883)
fondatore
e primo
direttore
dell’Osservatorio
Valerio
ca continua anche oggi specialmente
nel settore della meteorologia dove
l’Osservatorio Valerio possiede serie
storiche di 150 anni e dove viene svolta attività di ricerca sulla radiazione solare nella regione dell’ultravioletto.
Di seguito verrà data una breve presentazione dell’origine della collezione
e verrà fornita una scheda descrittiva
dei principali strumenti attualmente presenti, accennando talvolta anche all’attività di misura svolta con essi presso
l’Osservatorio.
LA STORIA
misure meteorologiche.
Sempre a quegli anni risale l’idea di
costruire un osservatorio meteorologico.
In esso trovano idealmente spazio quegli strumenti di osservazione magnetica
(declinometro, bifilare e inclinometro) e
di analisi spettroscopica e fotometrica
della radiazione solare che il Guidi possedeva ed utilizzava già prima della
fondazione dell’Osservatorio Valerio.
Tra il 1859 ed il 1860 gli avvenimenti
bellici e politici cambiarono l’assetto
politico della nazione e già l’11 settembre 1860 le porte di Pesaro si aprirono
ai soldati del generale Cialdini. Il 9 gennaio 1861 Lorenzo Valerio, regio commissario generale straordinario per la
provincia delle Marche, avendo accolto
la richiesta di Luigi Guidi [2], assegnò
in nome di Vittorio Emanuele II un sussidio straordinario di 20 000 Lire al
Municipio di Pesaro per la costruzione
di un osservatorio meteorologico e per
l’acquisto di strumenti scientifici.
Subito dopo l’approvazione del finanziamento il Guidi preparò un progetto
per la costruzione del nuovo osservatorio e lo presentò alle competenti autorità. Il piano di costruzione dell’Osservatorio fu approvato nel giugno 1861,
mentre il sussidio di 20 000 lire fu
pagato al Municipio di Pesaro soltanto
nel mese di marzo 1863. Per superare
le ultime difficoltà il Guidi si impegnò in
un’obbligazione firmata con il Municipio il 7 agosto 1863 di provvedere interamente a sue spese alla manutenzione
degli strumenti.
Per più di venti anni il Guidi raccolse
strumentazione e si aggiornò sulle tecniche di misura nell’ambito della meteo-
Le osservazioni meteorologiche a Pesaro hanno una tradizione antica, che
risale al Settecento, ma solo nella seconda metà dell’Ottocento esse acquistano
una caratteristica di continuità per merito del prof. Luigi Guidi (S. Angelo in Lizzola 1824 – Pesaro 1883), naturalista
e agronomo di grande valore, giustamente considerato l’iniziatore di misure
sistematiche di meteorologia nella città
[1]. La prima attività del Guidi nel settore risale al 1853. Egli iniziò le pratiche
di osservazione nella cittadina natale,
S. Angelo in Lizzola, dove si trovava in 1 Università di Firenze e
soggiorno obbligato. Le osservazioni Osservatorio Ximeniano di Firenze
proseguirono per alcuni anni, non solo 2 Osservatorio Ximeniano di Firenze
a Pesaro ma anche in alcune località di 3 CSO Srl, Badia a Settimo, Firenze
campagna dove il Guidi, su incarico [email protected]
dell’Accademia Agraria, coordinava le 4 Osservatorio Valerio, Comune di Pesaro
T_M
N.
1/11 ƒ 77
rologia e della sismologia. Nel 1867 il
Guidi cominciò una serie regolare di
osservazioni meteorologiche e magnetiche che, dal 1871 in poi, furono riportate su appositi registri. Nel 1875 comparve anche il bollettino dell’Osservatorio, prima in forma completa, poi in
forma più semplice a causa delle ingenti spese di stampa.
Le difficoltà economiche restarono sempre pressanti e a poco valsero gli sforzi
del Guidi di avere contributi dalla Stazione Agraria di Pesaro, di cui egli era
Direttore. Nel 1879 l’Osservatorio Valerio entrò finalmente nella rete meteorologica nazionale, ma solo dal
1882 venne sussidiato dal governo con
300 Lire all’anno.
Al momento della morte di Luigi Guidi,
avvenuta il 6 marzo 1883, l’Osservatorio sembrava sul punto di dover chiudere. Il nuovo direttore, l’ing. Pio Calvori
(Fig. 2), agì con tempestività riuscendo
a trovare i finanziamenti per la ristrutturazione, e riqualificando l’osservatorio
sul piano nazionale e internazionale
[3]: riordinò la biblioteca, e conservò
con cura la ricca strumentazione acquistata dal Guidi. Si deve alla sua azione
energica e tempestiva il salvataggio
della struttura. Sotto la sua lunga guida,
ordinata e meticolosa, l’Osservatorio
Valerio divenne “uno dei migliori del
regno”.
I direttori che seguirono, Gino Pampana
(1931-1935), Tito Alippi (1935-1959),
Alessandro Procacci (1962-1971) e
Brunello Bedosti (1971-1992), si mossero sempre nel solco tracciato dal Calvori. Con la direzione Alippi si ebbe un
notevole potenziamento strumentale del
settore sismologico. Nel 1983 presso
l’Osservatorio fu istituito un museo scientifico, intitolato a Luigi Guidi, che raccoglie la strumentazione scientifica ed
altre collezioni di interesse storico. Dal
1992 il Comune di Pesaro attraverso il
servizio Ambiente gestisce il rilevamento dei dati e l’archivio corrente, mentre
attraverso il servizio Musei gestisce la
struttura museale e la biblioteca storica.
re dagli strumenti ottici, e, a seguire, gli
altri strumenti della collezione, ordinati
secondo le categorie:
a) Strumenti astronomici e geodetici:
essi sono, insieme ai magnetometri, i
più antichi della collezione Uno degli
ultimi strumenti astronomici, acquistato dal Guidi verso il 1870, fu il cannocchiale dei passaggi di Negretti e
Zambra.
b) Strumenti di geomagnetismo: alcuni
degli strumenti magnetici facevano
parte della primitiva strumentazione del
Guidi degli anni 1856-58. Il declinometro, l’inclinometro ed il bifilare erano
stati acquistati nel 1864. Il teodolite
magnetico tipo Brunner del Tecnomasio
Italiano fu acquistato verso il 1880.
c) Strumenti di meteorologia: dei moltissimi strumenti di meteorologia quelli di interesse ottico riguardano l’ottica
meteorologica. Il Guidi accenna ad
alcuni apparecchi nell’avvertenza del
“Bullettino Mensile” del luglio 1875:
“…il colore dell’atmosfera è determinato col polarimetro di Arago, il
quale serve anche per lo studio della
polarizzazione atmosferica, la temperatura solare è misurata coll’eliometro
del Secchi. L’intensità chimica della
luce si determina col metodo di
Roscoe”. Rientrano in questo settore
anche i nefoscopi di cui l’osservatorio
Valerio conserva un pregevole esemplare.
Riguardo agli strumenti sismologici, il
Calvori commenta: “Quando l’osservatorio venne fondato non possedeva che
A SEGUIRE…
un semplice pendolo Cavalleri. Nel
Nei prossimi numeri verranno descritte 1876 (gennaio) fu impiantato il tromole diverse tipologie di strumenti, a parti- metro normale col quale si fecero osser-
T_M ƒ 78
Figura 2 – Pio Calvori
(1854 - 1931), ingegnere,
nato a Senigallia, successe
al Guidi alla direzione
dell’Osservatorio
N. 01ƒ
; 2011
■
STORIA E
CURIOSITÀ
vazioni abbastanza regolari fin dal
momento della sistemazione. Nel gennaio 1877 si impiantò il sismografo a
carte affumicate del Cecchi, completo.
Nel 1879 venne acquistato il microsismografo De Rossi che però non fu mai
posto in completo stato d’azione”. Altri
strumenti vennero acquistati dai direttori successivi dell’Osservatorio. Attualmente, a parte il cannocchiale di osservazione del tromometro, non ci sono
altri strumenti di ottica nel settore della
sismologia.
NOTE
[1] Luigi Guidi nacque in S.Angelo in
Lizzola presso Pesaro l’11 maggio
1824. Studiò Storia, Filosofia e Lettere
nel ‘41 e ‘42 a Firenze, nel ‘43 e ‘44
in Urbino. Tornato a Pesaro, nel 46,
prese parte alle sommosse liberali delle
Romagne e delle Marche. Fu presente
alla presa di Roma da parte dei francesi. Il 29 settembre 1849 veniva proscritto e doveva fuggire S. Marino. Dopo un
mese poteva rimpatriare ma veniva
costantemente controllato.
[2] Luigi Guidi, 1860, “Istanza del Professor Luigi Guidi al R. Commissario
Generale Straordinario delle Marche
per un sussidio al fine di erigere un
Osservatorio Meteorologico in Pesaro”,
“Estratto dalle Esercitazioni dell’Accademia Agraria”. La stampa è conservata nell’archivio storico dell’Osservatorio
Valerio.
[3] G. H. Boehmer, Report on Astronomical Observationes for 1886, Smithsonian Institute, Washington, 1889.
Figura 3 – Piccolo teodolite di Ertel
■
NEWS
ACCELEROMETRI:
L’IMPORTANZA DEL
CERTIFICATO DI TARATURA
E LA STRUMENTAZIONE
NECESSARIA
PER OTTENERLO
La gestione in Qualità di un laboratorio
richiede una corretta documentazione a corredo dei sensori utilizzati. Generalmente
viene fornito il “Calibration Certificate”, la
cui validità in termini di Qualità dipende dal
reale documento che ci si trova ad analizzare. Infatti, tale termine si presta a molteplici
traduzioni. Le due principali sono: Certificato di Taratura e Rapporto di Prova, che però
celano sottili ma fondamentali differenze.
Il Certificato di Taratura è un documento
emesso da laboratori accreditati che ha
valenza ufficiale. È il risultato di un manuale
di qualità, di procedure tecniche e gestionali che vengono periodicamente approvate e
supervisionate dall’Ente di accreditamento
che ne garantisce la qualità del contenuto.
Tali caratteristiche gli attribuiscono un valore
legale e universale. Questo tipo di documento è riconoscibile dal logo SIT per l’Italia, A2LA per gli Stati Uniti, DKD per la Germania e analoghi per le altre Nazioni.
Il Rapporto di Prova è invece un semplice certificato, con o senza riferibilità all’Ente
primario, o solamente una prova funzionale
di prodotto. Può essere emesso da qualunque laboratorio senza accreditamento. Pertanto, il contenuto qualitativo dipende dalla
preparazione tecnica e professionale del
laboratorio. Questo documento non riporta
logo SIT, A2LA o equivalenti.
Dalle differenze sopra elencate emerge che
il Certificato di Taratura è un documento di maggior valore rispetto al
Rapporto di Prova.
Nel panorama suddetto la PCB ha sempre
scelto di fornire insieme ai sensori il relativo
Certificato di Taratura A2LA così da garantire al cliente la totale conformità agli standard consentendogli così di avvalersi di tutte
quelle caratteristiche (universalità, valore
legale, qualità tecnica della prova) che rendono unico il Certificato di Taratura.
Inoltre, l’esperienza (più 40 anni) della PCB
nella fabbricazione degli accelerometri ha
portato alla commercializzazione di un’ampia gamma di prodotti, dal semplice calibratore al sistema completo per la taratura.
Ad esempio:
– Il Model 394C06 è un calibratore portatile mono-frequenza e mono-ampiezza adatto
alla verifica (anche in loco) della catena di
misura e rappresenta una scelta entry-level
dal costo contenuto. Chi invece desidera
accedere a un livello superiore può scegliere
il Model 9100 che consente di calibrare nell’intervallo 10Hz-10kHz fino a un massimo
TORSIOMETRI A FLANGIA
CON APPROVAZIONE ATEX
di 10G in conformità alla ISO 17025.
Inserire NewsPCB_fig2- Per aziende più esigenti sono disponibili sistemi completi di taratura quali la workstation Model 9155. Si tratta di un sistema di taratura completo “chiavi in
mano” conforme alla norma ISO 1606321/22:2005. Questo prodotto possiede le
specifiche idonee a consentire un accreditamento SIT. È quindi uno strumento adatto a tutti
i Centri SIT o a quei laboratori che intendono
diventarlo; ma rappresenta anche una soluzione professionale per tutte quelle aziende che
possiedono un ampio parco di accelerometri
da tarare periodicamente.
– Per chi invece, è già dotato di un banco di
taratura proprio, l’air bearing shaker Model
K394A30/31 è la soluzione ideale e rappresenta l’attuale stato dell’arte in campo di
shaker. Infatti, è l’unico modello sul mercato
a garantire i limiti imposti dalla norma ISO
16063-21/22:2005 in termini di vibrazioni
trasversali. Grazie a un sistema ad aria compressa e all’accelerometro di riferimento
inserito all’interno dello shaker stesso, è in
grado di ridurre al minimo tali vibrazioni
aumentando notevolmente la ripetibilità e
ripetitività della misura.
Per ulteriori informazioni:
www.modalshop.com.
Per determinare in modo esatto le prestazioni
di una macchina si impiega un torsiometro,
che viene integrato tra il meccanismo di trasmissione e la macchina stessa, direttamente
nel gruppo propulsore. HBM, specialista in
tecnica di misurazione, offre tali trasduttori ad
esempio con i suoi torsiometri a flangia del
tipo T10FH, disponibili di serie con coppie
nominali fino a 300 kNm. L’elettronica è stata
rielaborata e adattata per poter impiegare il
trasduttore anche in ambienti a rischio di
esplosione. La versione speciale del trasduttore T10FH è disponibile con l’approvazione
ATEX ll 2G EEx d e q IIC T4 per campi di
misura nominali fino a 150 kNm. La versione
in categoria II2G può quindi essere impiegata in Zona 1. La trasmissione dei dati tra rotore e statore è di tipo digitale, quindi anche in
condizioni ambientali difficoltose, ad esempio in presenza di disturbi elettromagnetici o
temperature variabili, è possibile garantire
una registrazione e trasmissione di valori
misurati sicura e senza errori.
Un impiego tipico del torsiometro T10FHATEX è il comando di motori a gas per sistemi a compressore a gas. Questi vengono
impiegati, ad esempio, nelle stazioni compressore dei gasdotti oppure nelle caverne
sotterranee di gas. Siccome la pressione
nelle condutture oscilla spesso, è necessaria
una regolazione rapida e precisa, che reagisca al mutare dei parametri di funzionamento. In questo modo la trasmissione può
essere efficacemente protetta dai danneggiamenti e, al contempo, è possibile ridurre il
consumo di carburante. Grazie all’elevata
precisione della misurazione della coppia è
anche possibile trasmettere i dati di stato del
sistema, che consentono l’ottimizzazione
degli intervalli di manutenzione nell’ambito
di un “Condition Based Monitoring” (monitoraggio in base alle condizioni).
Per ulteriori informazioni:
www.hbm-italia.it
T_M ƒ 79
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Anno XIII - n. 1 - Marzo 2011
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Il livello di successo di un portale aziendale è direttamente correlato alla sua qualità
e questa, a sua volta, dipende in ultima analisi dalla capacità di governo del progetto.
La finalità del libro è di offrire un modello di riferimento e un insieme di regole di comportamento concrete ed efficaci a chi si trova nella posizione, spesso entusiasmante
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realizzare un portale di successo certamente non garantisce il risultato, ma può essere d’aiuto per raggiungerlo, nelle grandi aziende, nella pubblica amministrazione,
nelle organizzazioni non profit, nelle piccole e medie imprese.
L’AUTORE
Giovanni Guida è professore ordinario presso la Facoltà di Ingegneria dell’Università degli Studi di Brescia. Svolge attività di ricerca in diverse aree di frontiera dell’ingegneria informatica. È attivo come libero professionista nell’ambito
delle strategie di sviluppo dei sistemi informativi aziendali, della gestione delle
conoscenze, del progetto di portali. Fellow e Tutor in antropologia al Keble College, Oxford. Esperto di Archeologia Paleolitica, è coordinatore di numerosi testi
quali Becoming human: Innovation and Prehistoric Material and Spiritual Culture.
LE AZIENDE INSERZIONISTE DI QUESTO NUMERO
AEP Transducers
p. 02
ATEQ
p. 10
Bocchi
p. 06
Burster
p. 72
CAM 2
p. 76
Carl Zeiss
p. 54
CCIAA di Prato
p. 12
Cibe
p. 18
Coop. Bilanciai
p. 41
Crioclima
p. 50
Delta Ohm
p. 20
DGTS
p. 44
F.lli Galli
p. 75
Fluke
4a di cop.
HBM Italia
p. 52, 79
Hexagon Metrology
p. 34
1/11 ƒ 80
Kistler Italia
p.
IC&M
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LTF
LTTS
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p. 24,
PCB Piezotronics
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56, 58
p. 22
p. 1
p. 36
p. 32
28, 60
p. 30
p. 16
26, 68
p. 79
p. 62
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