{"id":11510,"date":"2025-11-27T02:24:00","date_gmt":"2025-11-27T02:24:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.publiteconline.it\/deformazione\/?p=11510"},"modified":"2025-12-15T11:32:20","modified_gmt":"2025-12-15T11:32:20","slug":"cnc-motion-planning-la-rivoluzione-sta-arrivando","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.publiteconline.it\/deformazione\/2025\/11\/cnc-motion-planning-la-rivoluzione-sta-arrivando\/","title":{"rendered":"CNC Motion Planning: la rivoluzione sta arrivando"},"content":{"rendered":"\n

Premiato progetto dal Ministero dell\u2019Universit\u00e0 e Ricerca, il progetto OCCAM – Optimal Control for Computer-Aided Manufacturing sta riscrivendo la pianificazione del moto nelle macchine CNC. Si tratta di una tecnologia innovativa sviluppata dall\u2019Universit\u00e0 di Pisa e che Eurosoft e XStar Motion stanno portando sul mercato delle macchine di taglio.<\/h2>\n\n\n\n

Oggi, ancor pi\u00f9 che nel recente passato, Eurosoft spa<\/strong><\/a> \u00e8 impegnata in un progetto che mira a riscrivere le regole del gioco della manifattura ripensando radicalmente la pianificazione del moto delle macchine CNC<\/strong>. Da questa visione, condivisa con il gruppo di ricerca in robotica e controllo dell\u2019Universit\u00e0 di Pisa<\/a><\/strong>, guidato dal Prof. Manolo Garabini, \u00e8 nata una tecnologia basata su ottimizzazione numerica in grado di massimizzare l\u2019efficienza del ciclo di vita delle macchine CNC e XStar Motion srl<\/strong><\/a> che, un settore applicativo dopo l\u2019altro, sta portando questa tecnologia sul mercato.<\/p>\n\n\n\n

Questa visione \u00e8 stata premiata nel 2025 dal Ministero dell\u2019Universit\u00e0 e Ricerca che – nell\u2019ambito del Fondo Italiano per le Scienze Applicate – ha finanziato il progetto OCCAM \u2013 Optimal Control for Computer-Aided Manufacturing<\/strong> per la realizzazione della prossima generazione di controlli CNC adattivi e intelligenti.<\/p>\n\n\n\n

Potenza di calcolo? S\u00ec ma non solo<\/h3>\n\n\n\n

Oggi, due fattori abilitano la possibilit\u00e0 di cambiare in modo radicale la concezione della pianificazione del moto nelle macchine CNC. Il primo \u00e8 evidente a tutti: la potenza di calcolo<\/strong> oggi disponibile a costi accessibili \u00e8 di ordini di grandezza superiore rispetto anche solo a pochi anni fa. Processori multi core, GPU e unit\u00e0 di calcolo dedicate rendono finalmente possibile eseguire a run-time operazioni che un tempo richiedevano minuti o ore.<\/p>\n\n\n\n

La seconda novit\u00e0, meno evidente ma che non sfuggir\u00e0 agli addetti ai lavori, \u00e8 la potenza degli algoritmi<\/strong> oggi disponibili. Le pi\u00f9 recenti tecniche di ottimizzazione numerica e controllo predittivo permettono di modellare e risolvere in modo deterministico problemi dinamici complessi, fino a poco tempo fa considerati intrattabili in ambito industriale.<\/p>\n\n\n\n

\u00c8 proprio dalla convergenza di – potenza computazionale e algoritmica – che pu\u00f2 nascere un nuovo paradigma<\/strong> in cui la pianificazione del moto non si basa pi\u00f9 su regole fisse o approssimazioni, ma su calcoli basati sul principio di ottimalit\u00e0<\/strong> che sfruttano fino in fondo i vantaggi dati dalle capacit\u00e0 computazionali moderne. Il risultato \u00e8 un controllo pi\u00f9 efficiente, preciso e sostenibile, capace di adattarsi in tempo reale alle condizioni operative della macchina e alle esigenze del processo produttivo.<\/p>\n\n\n\n

Il motion planning per una macchina CNC<\/h3>\n\n\n\n

Per comprendere la portata del cambiamento in corso, \u00e8 utile chiarire cosa si intende per pianificazione del moto <\/strong>in una macchina CNC a quali sono i principali indici con cui se ne valuta l\u2019efficacia. In termini semplici, si tratta del processo attraverso cui si determinano la posizione e la velocit\u00e0 a cui ciascun asse deve muoversi per eseguire una lavorazione – che si tratti di un taglio, una fresatura, una saldatura o anche solo uno spostamento dell\u2019utensile.<\/p>\n\n\n\n

Questo processo si articola in tre fasi principali<\/strong>:<\/p>\n\n\n\n

    \n
  • Generazione del percorso utensile, partendo dalla digitalizzazione del risultato da ottenere, ad esempio il modello CAD del componente;<\/li>\n\n\n\n
  • Conversione del percorso utensile nei movimenti di ciascun asse della macchina;<\/li>\n\n\n\n
  • Determinazione della legge di moto, ovvero della velocit\u00e0 con cui ogni asse deve percorrere la traiettoria assegnata.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n

    Le prime due fasi sono oggi ampiamente automatizzate e affidate ai software CAD\/CAM, che calcolano traiettorie geometricamente corrette in base alle tolleranze richieste. \u00c8 per\u00f2 nella terza fase – quella della definizione del moto effettivo – che si gioca la vera sfida tecnologica<\/strong>.<\/p>\n\n\n

    \n
    \"Un
    Un esempio di braccio robotico modulare basato su EtherCAT\u00ae integrato con l’algoritmo di pianificazione del moto XStar.<\/em><\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

    Da cosa si capisce se la pianificazione del moto \u00e8 eseguita in modo efficace? Nelle lavorazioni come in pochi altri settori il tempo \u00e8 denaro. Un\u2019ottima predizione del costo di un processo eseguito con macchine CNC \u00e8 fornita dal tempo ciclo<\/strong>. Il processo, tuttavia, non deve solo essere economico ma deve garantire anche un adeguato livello qualitativo che dipende dalla precisione e dalla fluidit\u00e0 del moto della macchina. I pi\u00f9 avanzati algoritmi di pianificazione dinamica<\/strong> rendono possibile gestire l\u2019inevitabile compromesso tra tempo e qualit\u00e0 imponendo il corretto livello qualitativo come un vincolo e ottimizzando per minimizzare il tempo ciclo.<\/p>\n\n\n\n

    Quali sono i vincoli che caratterizzano il livello qualitativo di una lavorazione? Se \u00e8 ovvio che la precisione con cui vengono approssimati gli waypoints forniti \u00e8 un chiaro indice di qualit\u00e0, pi\u00f9 sfuggente \u00e8 il concetto di fluidit\u00e0 del movimento<\/strong>. Quando una macchina si muove con accelerazioni e jerk<\/strong> – variazione dell\u2019accelerazione nel tempo – elevati insorgono fenomeni indesiderati quali l\u2019aumento di stress meccanico e l\u2019innesco di vibrazioni portando a un\u2019esecuzione della lavorazione con peggioramento della qualit\u00e0, e un incremento della frequenza di manutenzione. Una pianificazione del moto che tenda a minimizzare il tempo ciclo ma rispetti valori massimi di errore in posizione, velocit\u00e0, accelerazione, e jerk garantisce quindi la qualit\u00e0 desiderata al minor costo possibile.<\/p>\n\n\n\n

    Nel nuovo paradigma sviluppato nel progetto OCCAM e implementato industrialmente da XStar Motion, la pianificazione del moto \u00e8 formalizzata come una particolare classe di problemi di ottimizzazione – ottimizzazione convessa<\/strong> – per i quali vi \u00e8 un\u2019unica soluzione, che, per la macchina e per la lavorazione risulta quindi la migliore possibile.<\/p>\n\n\n\n

    Old but gold\u2026<\/h3>\n\n\n\n

    Per decenni, la pianificazione del moto nelle macchine CNC si \u00e8 basata su euristiche<\/strong>, ovvero su insiemi di regole empiriche che definiscono a priori come devono variare velocit\u00e0, accelerazione e jerk lungo una traiettoria. \u00c8 un approccio che nasce in un\u2019epoca in cui la potenza di calcolo era limitata e in cui, di conseguenza, la priorit\u00e0 era garantire tempi di elaborazione rapidi pi\u00f9 che prestazioni ottimali. In pratica, il percorso dell\u2019utensile viene suddiviso in tratti elementari – linee o archi – ai quali si applicano profili di velocit\u00e0 predefiniti, generalmente trapezoidali. Questi profili assicurano un compromesso accettabile tra tempo ciclo e stabilit\u00e0 meccanica, ma al prezzo di una notevole approssimazione dinamica: il moto degli assi risulta spesso discontinuo, con bruschi cambi di accelerazione e perdita di fluidit\u00e0.<\/p>\n\n\n\n

    Per compensare questi effetti, i controllori applicano un filtraggio del segnale<\/strong>, una sorta di \u201clevigatura\u201d della traiettoria prima dell\u2019esecuzione reale in macchina. Questo passaggio migliora la fluidit\u00e0, ma lo fa senza garanzie formali sul rispetto dei vincoli cinematici: la traiettoria filtrata, infatti, non corrisponde pi\u00f9 esattamente a quella pianificata, e pu\u00f2 introdurre deviazioni o imprecisioni. Il successo di questa strategia – oggi ancora dominante – deriva dal suo basso costo computazionale e dalla facilit\u00e0 di implementazione nei controlli numerici tradizionali.<\/p>\n\n\n\n

    Tuttavia, con l\u2019aumentare delle esigenze di precisione, velocit\u00e0 e affidabilit\u00e0, i suoi limiti sono sempre pi\u00f9 evidenti<\/strong>:<\/p>\n\n\n\n

      \n
    • la qualit\u00e0 della lavorazione dipende fortemente dal tuning manuale dei parametri, spesso effettuato da tecnici esperti del costruttore del CNC;<\/li>\n\n\n\n
    • ogni tipo di operazione richiede un set di parametri diverso, rendendo difficile la generalizzazione e aumentando i costi di messa a punto;<\/li>\n\n\n\n
    • soprattutto, non \u00e8 possibile garantire il rispetto rigoroso dei vincoli di velocit\u00e0, accelerazione e jerk, n\u00e9 assicurare che la macchina operi al massimo delle proprie potenzialit\u00e0.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n

      Oggi, nell\u2019era dell\u2019ottimizzazione numerica e del calcolo ad alte prestazioni, questo approccio mostra tutta la sua obsolescenza concettuale.<\/p>\n\n\n\n

      OCCAM: dall\u2019ottimizzazione numerica al controllo intelligente<\/h3>\n\n\n\n

      Il progetto OCCAM \u2013 Optimal Control for Computer-Aided Manufacturing, finanziato dal Ministero dell\u2019Universit\u00e0 e della Ricerca nell\u2019ambito del Fondo Italiano per le Scienze Applicate (FISA), nasce con un obiettivo preciso: portare nel mondo della manifattura la stessa rivoluzione che l\u2019ottimizzazione numerica e l\u2019intelligenza artificiale<\/strong> hanno gi\u00e0 prodotto in altri settori tecnologici. OCCAM adotta un approccio sistematico e rigoroso per sviluppare e validare nuove tecniche di pianificazione e controllo del moto basate su metodi di ottimizzazione matematica.<\/p>\n\n\n\n

      Lo sviluppo delle tecnologie OCCAM \u00e8 guidato da due casi d\u2019uso di grande rilevanza economica e industriale: macchine taglio lama e macchine taglio laser. In entrambi i casi, l\u2019obiettivo \u00e8 ridurre i tempi ciclo, migliorare la precisione e garantire il rispetto dei vincoli cinematici (velocit\u00e0, accelerazione e jerk), aumentando contemporaneamente sicurezza, qualit\u00e0 e durata della macchina.<\/p>\n\n\n\n

      Gli algoritmi sviluppati in OCCAM<\/strong> combinano due anime:<\/p>\n\n\n\n

        \n
      • Deterministica, basata su modelli fisici accurati e metodi di ottimizzazione in grado di fornire soluzioni con vincoli rispettati formalmente – una condizione indispensabile per applicazioni industriali e safety-critical;<\/li>\n\n\n\n
      • Adattiva, grazie a tecniche di machine learning capaci di apprendere dal comportamento reale della macchina, migliorandone le prestazioni e adattandosi a condizioni operative mutevoli (ad esempio variazioni termiche, usura o carichi differenti).<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n

        L\u2019obiettivo \u00e8 realizzare un framework di controllo universale<\/strong>, indipendente dal tipo di macchina, in grado di essere integrato nei moderni software CAM e di comunicare nativamente con i controlli numerici industriali attraverso linguaggi standard come il G-code. Un\u2019interfaccia grafica dedicata (GUI) render\u00e0 il sistema accessibile e facilmente utilizzabile anche da operatori non esperti di ottimizzazione. <\/p>\n\n\n\n

        Le attivit\u00e0 di OCCAM si articolano in tre fasi<\/strong>:<\/p>\n\n\n\n

          \n
        • Ricerca fondamentale, per sviluppare nuovi algoritmi di ottimizzazione deterministica e tecniche di controllo predittivo in tempo reale;<\/li>\n\n\n\n
        • Ricerca industriale, per trasformare questi algoritmi in software concreti, integrabili e personalizzabili;<\/li>\n\n\n\n
        • Sperimentazione industriale, attraverso due progetti pilota che testeranno le tecnologie prima in ambiente di laboratorio e poi in condizioni operative reali.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n

          L\u2019obiettivo finale \u00e8 raggiungere un alto livello di maturit\u00e0 tecnologica (TRL 8-9).<\/p>\n\n\n

          \n
          \"Le
          Le soluzioni XStar consentono di ottimizzare la pianificazione e il controllo del moto in una grande variet\u00e0 di scenari: quando integrate nella piattaforma xCut – Laser Automation Suite di Eurosoft S.p.A. ottimizzano i processi di taglio termico.<\/em><\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

          Applicazioni e modalit\u00e0 applicative<\/h3>\n\n\n\n

          Le possibilit\u00e0 di utilizzo di questa tecnologia sono oggi ampie e diversificate, trovando applicazione sia nel settore della robotica sia in quello dell\u2019automazione industriale. Le soluzioni XStar consentono di ottimizzare la pianificazione e il controllo del moto in una grande variet\u00e0 di scenari: dalla gestione di operazioni robotiche di pick&place, alla fresatura ad alta velocit\u00e0 su macchine CNC con elevate inerzie e accelerazioni, fino all\u2019impiego nelle tecnologie di taglio pi\u00f9 diffuse – laser, plasma e lama.<\/p>\n\n\n\n

          Integrazione nel mondo del taglio laser<\/h3>\n\n\n\n

          Un ambito di applicazione particolarmente significativo \u00e8 quello del taglio laser<\/strong>, dove la tecnologia XStar \u00e8 oggi integrata nella piattaforma xCut – Laser Automation Suite di Eurosoft S.p.A.<\/strong>, progettata per processi di taglio termico e basata sulla collaudata piattaforma Linux ECP1000. xCut rappresenta una suite completa per la gestione del processo produttivo, dal CAD\/CAM alla comunicazione con il controllo numerico, e offre un\u2019interfaccia moderna, altamente configurabile e pienamente compatibile con i requisiti dell\u2019Industria 4.0\/5.0.<\/p>\n\n\n\n

          Tra le principali caratteristiche di xCut:<\/p>\n\n\n\n

            \n
          • un micro-CAD\/CAM integrato con supporto per formati DWG\/DEF, nesting multi-pezzo e multi-piano, gestione automatica di lead-in\/lead-out e ordinamento del taglio;<\/li>\n\n\n\n
          • un\u2019interfaccia utente personalizzabile e modulare, con livelli di accesso configurabili per costruttori e operatori;<\/li>\n\n\n\n
          • un database tecnologico dinamico, aggiornabile in tempo reale, che distingue tra materiale e processo di taglio;<\/li>\n\n\n\n
          • supporto per modalit\u00e0 avanzate come il fly-cut con precisione del microsecondo (1 \u03bcm a 60 m\/min), rilevamento automatico del punto zero, e controllo in tempo reale delle collisioni mediante sensori testa laser;<\/li>\n\n\n\n
          • compatibilit\u00e0 nativa con protocolli OPC-UA e gestione diretta di I\/O EtherCATR ottimizzati.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n

            Grazie alla sinergia con la tecnologia di pianificazione ottimizzata di XStar Motion<\/strong>, xCut integra modalita di controllo \u201chigh-dynamics\u201d, che consentono di sfruttare appieno la potenza computazionale disponibile per ottenere tagli estremamente rapidi, fluidi e precisi. In questo modo, i metodi di ottimizzazione numerica sviluppati nel progetto OCCAM – Optimal Control for Computer-Aided Manufacturing trovano applicazione diretta anche nel mondo del taglio laser, consentendo lavorazioni ad alte prestazioni e con ridotto stress meccanico.<\/p>\n\n\n\n

            Versatilit\u00e0 e modalit\u00e0 d\u2019impiego<\/h3>\n\n\n\n

            La tecnologia XStar pu\u00f2 gestire percorsi di lunghezza arbitraria ed essere impiegata sia in modalit\u00e0 online che offline, fornendo riferimenti ottimizzati alla frequenza del controllore. Questa versatilit\u00e0 e uno dei principali punti di forza della piattaforma, che pu\u00f2 essere integrata in applicazioni personalizzate anche su macchine con cinematiche complesse e non convenzionali.<\/p>\n\n\n\n

            Tra le principali modalit\u00e0 di implementazione<\/strong>:<\/p>\n\n\n\n

              \n
            • G-Code Optimizer: una soluzione plug-and-play compatibile con i controlli che supportano il comando G93, che non richiede modifiche alla macchina e genera direttamente file processabili dal CNC;<\/li>\n\n\n\n
            • XS-Lib: una libreria binaria che consente di integrare le funzionalita di ottimizzazione del moto all\u2019interno di applicazioni software esistenti;<\/li>\n\n\n\n
            • XS-Server: un server dedicato installabile direttamente sulla macchina CNC, che comunica tramite API con le applicazioni esterne;<\/li>\n\n\n\n
            • XS-Box: un\u2019unita computazionale Intel pronta all\u2019uso, connessa direttamente a robot o macchine CNC, che offre un\u2019integrazione immediata e scalabile.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n

              Infine, le soluzioni XStar possono essere utilizzate anche per il revamping<\/strong> di macchine esistenti, senza interventi hardware, migliorando sensibilmente la qualit\u00e0 di lavorazione e le prestazioni dinamiche della macchina stessa.<\/p>\n\n\n\n

              di Manolo Garabini \u00e8 professore associato presso l’Universit\u00e0 di Pisa, coordina il progetto FISA23 OCCAM ed \u00e8 co-fondatore di qbrobotics s.r.l. e XStar Motion s.r.l.<\/em><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

              Premiato progetto dal Ministero dell\u2019Universit\u00e0 e Ricerca, il progetto OCCAM – Optimal Control for Computer-Aided Manufacturing sta riscrivendo la pianificazione del moto nelle macchine CNC. Si tratta di una tecnologia innovativa sviluppata dall\u2019Universit\u00e0 di Pisa e che Eurosoft e XStar Motion stanno portando sul mercato delle macchine di taglio. Oggi, ancor pi\u00f9 che nel recente …<\/p>\n","protected":false},"author":3,"featured_media":11511,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"om_disable_all_campaigns":false,"inline_featured_image":false,"_uf_show_specific_survey":0,"_uf_disable_surveys":false,"footnotes":""},"categories":[3409,73],"tags":[471,3891,4241,4242,4243,4244],"class_list":["post-11510","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-in-evidenza","category-taglio","tag-cnc","tag-eurosoft","tag-motion-planning","tag-occam","tag-universita-di-pisa","tag-xstar-motion"],"aioseo_notices":[],"aioseo_head":"\n\t\t\n\t\n\t\n\t\n\t\n\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t