Come ha fatto Italcementi ad ottimizzare il consumo di energia elettrica per la produzione di cemento in uno dei suoi impianti più produttivi – quello di Rezzato-Mazzano (Brescia)? C’entra l’Intelligenza Artificiale degli algoritmi della piattaforma Azure di Microsoft, da un quarto di secolo la maggiore software house del mondo. Il cemento si produce macinando clinker, un materiale che viene realizzato nei forni rotanti delle cementerie. Le analisi di primo livello sul clinker vengono eseguite nei laboratori delle fabbriche, mentre le analisi più approfondite sono realizzate in laboratorio da tecnici altamente specializzati. Ora Italcementi le ha automatizzate: di notte campioni di materiale sono esaminati da un microscopio elettronico che raccoglie immagini; a loro volta queste sono vagliate dal software del colosso di Redmond. Uno degli scopi dei test è quello di verificare le dimensioni dei cristalli e la loro porosità: siccome la spesa di energia per frantumare il clinker deve essere proporzionale a questi parametri, conoscerle nel dettaglio e studiarne le variazioni ha prodotto il citato risultato.
Italcementi è un’azienda storica (nata nel 1864) con sede a Bergamo. Guidata dal Ceo Roberto Callieri, ha un organico di circa 1800 dipendenti, di cui parte impegnati in attività di supporto tecnico e di ricerca. Dal 1° luglio 2016 Italcementi fa parte di HeidelbergCement Group, un gruppo mondiale in cui lavorano 53.000 dipendenti dislocati in 3.000 siti produttivi in 50 paesi, con un fatturato di 17.6 miliardi di euro. HeidelbergCement ha una collaborazione di lunga data con Microsoft, e questo ha favorito lo sviluppo di progetti con Italcementi. Infatti la partnership tra Microsoft e Italcementi si estende anche a progetti di Realtà Mista. Da mesi, ormai, i tecnici dell’azienda italiana utilizzano gli HoloLens, veri e propri computer olografici indossabili dotati di microfoni, videocamere e sensori di profondità e movimento.
Di tutto ciò abbiamo parlato con Manuel Vitali e Roberto Cucitore, rispettivamente head Of Information Technology and Digital Transformation e head of Quality and Innovation di Italcementi; e con il direttore della Divisione Cloud & Enterprise di Microsoft Italia Roberto Filipelli.
La partnership con Microsoft per l’analisi del clinker
1) Cos’è il clinker?
Il clinker è così chiamato dal nome del forno (kiln) in cui avviene il processo di cottura. Il materiale introdotto nel forno è una miscela di calcare ed argille e il clinker finito si presenta sotto forma di sferette. Al mondo se ne producono più di 2,5 miliardi di tonnellate all’anno.
2) Le analisi “tipiche” sul clinker
Tipicamente, le analisi più approfondite sul clinker vengono realizzate con un microscopio elettronico a scansione, apparecchio costoso e delicato, il cui utilizzo è delegato a persone altamente qualificate. Il clinker viene frantumato e inglobato in cilindri di resina; la superficie viene attentamente levigata e trattata, perché su di essa sarà indirizzato un fascio di elettroni. A quel punto, inizia il lavoro di raccolta delle immagini, svolto da tecnici altamente specializzati. Questa fase, in genere dura due ore.
Dopo di che c’è l’analisi delle immagini, che è complessa e che viene svolta da tecnici con competenze in mineralogia. È la parte più interessante per l’azienda, perché differenti “composizioni e strutture” comportano proprietà meccaniche diverse. Se il clinker è conforme agli standard qualitativi definiti dall’azienda, ma è poco performante, Italcementi provvede ad interventi correttivi, ad esempio variando il dosaggio di alcuni componenti; se invece il clinker non è conforme, viene declassato e, in casi estremi, deve essere eliminato dalla produzione. Complessivamente, le fasi di preparazione del clinker, raccolta e analisi delle immagini durano cinque ore e mezza. «Ciò significa che l’analisi su una decina di campioni dura dieci giorni» – afferma Cucitore. Per questo motivo, ispezioni di questo genere avvengono di norma on demand, quando insorge uno specifico problema qualitativo che le rende necessarie.
3) La sfida
La sfida è quella di automatizzare il processo, e cioè quella di rendere routinaria un’attività di analisi che oggi, come si è detto, viene svolta in casi particolari. Al contempo, però, non si intendono abbandonare queste competenze di laboratorio. Sono preziose, servono ad altri tipi di indagine e non sempre sono standardizzabili.
4) Lo Use Case di Microsoft
«Ci siamo confrontati con Microsoft in tema di business, che ci ha illustrato il caso in ambito automotive di un’azienda che aveva dato vita ad un controllo di qualità sugli airbag, con una radiografia delle superfici e analisi dell’immagine. Uno use-case non perfettamente identico a quello che si voleva realizzare, ma assimilabile dal punto di vista del processo. È stato il punto di partenza» – afferma Vitali. Era il marzo del 2021.
5) La realizzazione della prima fase
«L’idea è stata quella di automatizzare l’acquisizione e l’analisi di primo livello delle immagini del clinker. Ora è un’operazione che viene svolta di notte: cinque o sei campioni vengono caricati la sera, e la mattina i tecnici dispongono già di risultati relativi, ad esempio, alla porosità e alle dimensioni dei cristalli che si formano nel semilavorato. Così facendo, si risparmiano oltre 20 ore per l’utilizzo del microscopio elettronico, che dalla mattina risulta libero nell’intera giornata per attività di maggior valore, svolte in modo non automatizzato» – afferma Cucitore.
In questo modo, peraltro, aumenta la capacità operativa del laboratorio, che non è più vincolato ad indagini routinarie. In pratica, la mattina gli esperti in laboratorio e nelle cementerie possono consultare su un portale on-line i risultati delle verifiche sul clinker relative ai singoli stabilimenti: attualmente compaiono le immagini del materiale e i dati di porosità. Come vedremo, ci saranno presto sviluppi.
6) Il ruolo di Microsoft
I servizi di Azure per l’intelligenza artificiale, il machine learning e gli analytics giocano un ruolo molto importante nell’automazione della prima fase: gli algoritmi della multinazionale americana servono per individuare i pattern più “positivi” in termini di porosità. L’AI è costituita da software (talora utilizzati in collaborazione con hardware) che sono in grado di percepire l’ambiente che li circonda, acquisire ed interpretare dati, e formulare decisioni basate sull’evidenza raccolta per raggiungere un obiettivo prefissato. Il machine learning, ovvero il sistema in grado di imparare dall’esperienza è in grado di svolgere ragionamenti induttivi, elaborando regole generali definite associando l’input all’output corretto. Gli analytics sono infine strumenti che consentono agli utenti di sviluppare ed eseguire analisi anche in tempo reale e anche su più flussi di dati.
Azure è il prodotto di punta di Microsoft, ed è una piattaforma di software e servizi. Ha tre dimensioni, tre diversi livelli di tecnologia, ciascuno corrispondente a soluzioni specifiche per le imprese. Anzitutto, Azure è un’infrastruttura cloud, e quindi può rimpiazzare la capacità di calcolo e di storage di computer e data center aziendali; e può realizzare questa sostituzione in modo più efficiente, anche in termini di scalabilità e costi. In pratica oltre alle risorse virtuali in remoto, vengono messe a disposizione anche quelle hardware, quali server, capacità di rete, sistemi di memoria, archivio e backup. La seconda dimensione di Azure è detta “Platform as a Service” (PaaS). È un livello più elevato: si consente ai clienti di sviluppare e gestire applicazioni senza la complessità di costruire e mantenere l’infrastruttura tipicamente associata allo sviluppo e al lancio di un’app. Per intenderci, prima di novità come quella rappresentata da Azure, un progetto tecnologico per una azienda doveva essere sviluppato, in tutto e per tutto e nei particolari, attorno al disegno del cliente. Si partiva da zero, con il supporto di decine di sviluppatori. Con Azure, invece, si può disporre di una infinità di soluzioni tecnologiche già pronte – veri e propri “mattoncini” che consentono di sviluppare il progetto dell’azienda organizzando elementi già a disposizione. Questi “mattoncini” – che hanno “dimensioni” diverse – si possono “prelevare” dal Cloud. La terza dimensione corrisponde al livello più alto, detto Software as a Service (SaaS). Si tratta di un servizio cloud grazie al quale i consumatori possono accedere ad applicazioni software via Internet.
7) Consistenti vantaggi a Rezzato – Mazzano
Si accennava alla riduzione della spesa energetica nello stabilimento di Rezzato -Mazzano. Se si considera che un impianto come questo può produrre 1,3 milioni di tonnellate, l’energia risparmiata ogni anno è notevole e si associa inoltre al risparmio di emissione di anidride carbonica. Insieme al beneficio ambientale ce n’è anche uno economico, dal momento che Italcementi ha anche ottenuto un aumento della produttività. Come è stato possibile?
«Abbiamo fatto alcune analisi per capire ciò che aumentava la spesa di energia nella macinazione del clinker. Abbiamo scoperto che la porosità si era ridotta mentre i cristalli più duri si erano sensibilmente ingranditie quindi occorreva più energia per la frantumazione rispetto a quelli con cristalli piccoli. Dunque era fondamentale analizzare questo aspetto, per poter utilizzare solo la forza necessaria e risparmiare. Grazie alle analisi delle immagini del clinker, ciò è stato possibile; e si sono evitati inutili sprechi» – afferma Cucitore.
8) Il giudizio di Microsoft sulla collaborazione con Italcementi
Secondo Roberto Filipelli, direttore della Divisione Cloud & Enterprise della multinazionale americana, «il progetto portato avanti con il team di Italcementi si è dimostrato molto stimolante e siamo orgogliosi di come la nostra collaborazione sia stata funzionale per innovare un settore strategico e chiave per il tessuto industriale del Paese come quello del cemento. Lo spirito avanguardistico dell’azienda, combinata con le potenzialità del Cloud e le soluzioni di analisi dati e AI di Microsoft si sono rivelate una formula vincente per rivoluzionare non solo i processi di una catena produttiva estremamente laboriosa nonché delicata, finora gestita attraverso delle competenze lavorative ad alto valore aggiunto, ma anche la produzione stessa. Durante la collaborazione, abbiamo infatti potuto constatare ancora una volta come la tecnologia fosse un supporto alla realizzazione di un prodotto migliore, permettendo all’azienda di produrre una migliore miscela per la composizione del prodotto finito, il cemento. Il progetto è ancora in fase di implementazione e siamo curiosi di vedere i futuri sviluppi della nostra collaborazione. In linea generale possiamo dire che è interessante vedere i benefici che tutto il settore industriale può trarre dall’innovazione tecnologica, facendo leva sulle proprie peculiarità e punti di forza non solo per ridurre o efficientare i costi di produzione – punto sicuramente di grande valore per le aziende – ma soprattutto per riuscire a innovare e migliorare i loro prodotti e servizi con le tecnologie digitali messe a disposizione».
9) La seconda fase
La seconda fase del progetto sarà completata nell’anno in corso. «Si tratta di automatizzare le indagini mineralogiche, quelle più complesse. Servono a scoprire la composizione chimica dei materiali, ed attualmente vengono svolte dai tecnici. Sono importanti, perché la struttura, la combinazione di cristalli ed elementi comportano performance diverse» – afferma Cucitore.
La partnership con Microsoft per la realtà mista
In Italcementi, i primi test di valutazione sulla Realtà Mista hanno avuto inizio un po’ prima della pandemia; ma è stato appunto con la diffusione del virus e con il lockdown che si è sentita maggiormente l’esigenza di realizzare attività di controllo, manutenzione, ispezione, e assistenza tecnica da remoto. In particolare, da una parte la produzione di cemento era stata inserita tra le attività industriali strategiche che non andavano sospese; dall’altra i cementifici sono soggetti a periodici controlli da parte di autorità terze: ad esempio, quelli dell’Itc-Cnr (Istituto per le tecnologie della costruzione del Consiglio nazionale delle ricerche) che svolge valutazioni sul prodotto ai fini della concessione del marchio Ce, senza il quale il cemento non può essere commercializzato.
«In regime di pandemia– afferma Cucitore – i controlli e le verifiche ispettive per le certificazioni di sistema avvengono in videochiamata, con modalità predefinite: un tecnico interno inquadra con la telecamera un collega che effettuava il prelievo o svolge altre operazioni su richiesta di un auditor che controlla da remoto. Non è la soluzione ideale. Un po’ perché coinvolgeva più persone nel sito, e un po’ perché una di esse non ha le mani libere». Così, si è deciso di sperimentare il visore olografico HoloLens di Microsoft. «È stato tutto più semplice – continua Cucitore -: una persona sola li indossa, e una controlla da remoto. In questo modo abbiamo svolto anche un audit nell’ambito di una certificazione Iso 9001». HoloLens è un display che si monta sul capo grazie ad una banda morbida (e regolabile): consente di unire ad ambienti fisici con contenuti digitali e ologrammi. Si parla perciò di Realtà Mista.
Il futuro della partnership tra Microsoft e Italcementi
Come si diceva, Microsoft è partner tecnologico di HeidelbergCement. Così, spiega Vitali, «in quanto parte del colosso tedesco, Italcementi utilizza le piattaforme tecnologiche di Microsoft, soprattutto per il workplace e per il Crm, usufruendo dei tool di intelligenza artificiale e di quelli per migliorare la qualità dei prodotti. Platform scalabili, facili da utilizzare e adattabili: per sviluppare soluzioni non occorrono personalizzazioni. Sono state definite, per tutte le filiali del gruppo, le modalità per accedere e per scaricare i dati». Quanto al futuro, «benché non ci sia nulla di stabilito, è chiaro che Microsoft è un riferimento naturale, per noi, in tutti i casi in cui gli use-case della multinazionale americana e le nostre esigenze si incontrano. Pertanto, ritengo che la collaborazione con il colosso di Redmond continuerà per diversi anni» – termina Vitali.
Italcementi, un gruppo fortemente integrato leader nei materiali per le costruzioni
La rete produttiva di Italcementi, ben articolata, è costituita da 9 impianti a ciclo completo dislocati lungo tutto il territorio nazionale. A Calusco d’Adda (BG), Rezzato-Mazzano (BS), Colleferro (RM), Guardiaregia (CB), Matera, Isola delle Femmine (PA) e Samatzai (CA) si sono aggiunti, nel 2018, Tavernola Bergamasca (BG) e Cagnano Amiterno (AQ) che operano con il brand Italsacci, la nuova Società nata dall’acquisizione da parte di Italcementi delle attività italiane di Cementir. Completano la rete produttiva 7 centri di macinazione del cemento, 15 cave per gli aggregati e 116 impianti per la produzione di calcestruzzo. La rete industriale dell’Azienda è integrata da Calcestruzzi SpA attraverso la quale Italcementi può contare su una presenza di assoluto valore nel settore del calcestruzzo e degli aggregati, e da Concrete Italia, fondata il 1° dicembre 2017 per offrire, in modo rapido e puntuale, soluzioni e applicazioni nel settore dei materiali per le costruzioni nell’ambito territoriale bresciano e mantovano, con l’obiettivo di favorire e alimentare il dialogo con il territorio rappresentato da imprese, clientela privata, professionisti della progettazione e prescrittori.
