Nel contesto della trasformazione digitale, le imprese hanno sempre più bisogno di strumenti avanzati per progettare, testare e validare i sistemi produttivi. Una delle fasi più critiche del ciclo di sviluppo delle macchine industriali è il commissioning, ovvero la messa in servizio degli impianti e la verifica delle logiche di controllo. In molti casi, i test del software industriale vengono ancora eseguiti direttamente sulle macchine reali: un processo complesso che richiede tempi lunghi, fermo impianto e costi operativi elevati.

Il progetto DAREDEVIL nasce per rispondere a questa sfida sviluppando una piattaforma open source di Virtual Commissioning basata su Digital Twin, Intelligenza Artificiale e simulazioni avanzate. L’obiettivo è consentire il test e la validazione del software dei PLC (Programmable Logic Controller) in ambienti virtuali, riducendo i tempi di sviluppo e migliorando l’affidabilità dei processi industriali.

In questo articolo analizzeremo il contesto industriale del progetto, le tecnologie abilitanti e il ruolo di BI-REX nel trasferimento tecnologico verso il sistema manifatturiero.

Digital Twin e AI per il software industriale: l’innovazione del progetto DAREDEVIL

DAREDEVIL è un progetto di ricerca industriale biennale avviato nel 2024 e finanziato dalla Regione Emilia-Romagna nell’ambito del programma FESR 2021–2027, attraverso il bando dedicato ai progetti coerenti con gli ambiti prioritari della Strategia di Specializzazione Intelligente (S3). L’iniziativa nasce per rispondere alle nuove esigenze di digitalizzazione dell’automazione industriale, introducendo modelli più avanzati per lo sviluppo e la validazione del software di controllo delle macchine.

Il progetto si sviluppa attraverso una collaborazione tra BI-REX Competence Center, università, centri di ricerca e imprese industriali. L’obiettivo è realizzare una piattaforma open source di Virtual Commissioning in grado di simulare il comportamento delle macchine e testare il software dei PLC (Programmable Logic Controller) in ambienti virtuali, riducendo la necessità di effettuare test direttamente sugli impianti produttivi.

Attraverso l’utilizzo di Digital Twin addestrati con dati reali e tecniche di Intelligenza Artificiale, il sistema replica il funzionamento dei componenti fisici e consente di collegare i controllori in modalità Hardware-in-the-Loop, permettendo la validazione delle logiche di controllo in un ambiente di simulazione avanzato.

Oltre al valore tecnologico, DAREDEVIL contribuisce a rafforzare la competitività del sistema manifatturiero regionale, rendendo più accessibili alle imprese — in particolare alle PMI — strumenti avanzati di simulazione e sviluppo software. Il progetto favorisce inoltre la diffusione di competenze legate ai Digital Twin, alla simulazione industriale e alle metodologie DevOps, sostenendo la crescita dell’ecosistema dell’innovazione in Emilia-Romagna.

Gli obiettivi 

Il progetto punta ad accelerare la digitalizzazione dei sistemi di automazione industriale introducendo nuovi strumenti per lo sviluppo e la validazione del software di controllo.

Al centro della ricerca vi è la realizzazione di una piattaforma che consente di simulare mediante utilizzo del Virtual Commissioning il comportamento delle macchine prima della loro messa in servizio. La piattaforma integra Digital Twin basati su dati reali e Intelligenza Artificiale, permettendo di riprodurre con elevata precisione il funzionamento dei componenti e delle dinamiche operative degli impianti.

All’interno di questo ambiente digitale, i controllori industriali possono essere collegati in modalità Hardware-in-the-Loop, creando un sistema di simulazione in cui componenti reali e modelli virtuali interagiscono tra loro. Questo approccio consente di testare e ottimizzare le logiche di controllo in modo più rapido e iterativo rispetto ai metodi tradizionali.

Tra gli obiettivi del progetto rientra lo sviluppo di un emulatore software del comportamento dei componenti dell’impianto , a cui collegare i PLC reali o virtuali, permettendo di eseguire test delle routine di controllo in assenza quindi della macchina fisica.

In questo modo è possibile anticipare le attività di validazione nelle prime fasi dello sviluppo, riducendo tempi, costi e rischi legati al commissioning sugli impianti reali.

Grazie alla sua architettura open source e interoperabile, la piattaforma è progettata per essere facilmente adottabile anche dalle PMI, contribuendo a diffondere tecnologie avanzate di simulazione e a supportare i percorsi di trasformazione digitale del settore manifatturiero..

Come funziona la piattaforma DAREDEVIL: tecnologie e architettura del sistema 

La piattaforma sviluppata nel progetto DAREDEVIL permette di simulare e validare il comportamento delle macchine industriali in un ambiente virtuale prima della loro implementazione sugli impianti reali. Questo approccio consente di testare il software di controllo in modo rapido e sicuro, riducendo tempi, costi e rischi legati alle fasi di commissioning.

Il funzionamento della piattaforma si basa sull’integrazione di diverse Key Enabling Technologies (KETs) che operano in modo coordinato: Digital Twin basati su Intelligenza Artificiale, sistemi di Virtual Commissioning, architetture Hardware-in-the-Loop, metodologie DevOps applicate all’automazione industriale e infrastrutture Edge–Cloud per la gestione distribuita dei dati e delle simulazioni.

Uno degli elementi centrali è rappresentato dai Digital Twin intelligenti, che replicano virtualmente il comportamento dei componenti fisici delle macchine industriali. A differenza dei modelli tradizionali basati esclusivamente su equazioni fisiche, nel progetto DAREDEVIL i gemelli digitali vengono addestrati utilizzando dati reali raccolti dal campo e tecniche di Intelligenza Artificiale. Questo consente di rappresentare con maggiore precisione dinamiche operative complesse, variabilità dei processi e comportamenti non lineari difficili da modellare con approcci matematici tradizionali.

Questi modelli digitali vengono integrati all’interno di una  piattaforma di Virtual Commissioning,  l’ambiente in cui è possibile simulare il funzionamento degli impianti e verificare le logiche di controllo prima della messa in servizio reale.In questo contesto entra in gioco la tecnologia Hardware-in-the-Loop (HIL), che permette di collegare fisicamente i PLC reali all’emulatore software dell’impianto attraverso protocolli di comunicazione industriale standard (come ETHERCAT, PROFINET, POWERLINK o OPC-UA). In questo modo il controllore interagisce con il gemello digitale della macchina come se fosse l’impianto fisico, consentendo di testare e ottimizzare le routine di controllo in modo iterativo e sicuro.

La piattaforma integra inoltre pipeline DevOps adattate al contesto industriale, che permettono di introdurre pratiche di sviluppo continuo, test automatico e aggiornamento iterativo anche nel software di automazione. Questi strumenti possono essere utilizzati anche in modalità as-a-service e da remoto, semplificando le attività di sviluppo, manutenzione e aggiornamento delle logiche di controllo.

Dal punto di vista infrastrutturale, il sistema si basa su un’architettura Edge–Cloud. Le operazioni che richiedono bassa latenza e tempi di risposta rapidi vengono eseguite su sistemi Edge installati in fabbrica, garantendo prestazioni compatibili con i requisiti dell’automazione industriale. Il Cloud viene invece utilizzato per l’elaborazione dei dati su larga scala e per il training dei modelli di Intelligenza Artificiale che alimentano i Digital Twin.

Grazie a questa architettura integrata, la piattaforma DAREDEVIL consente di creare un ambiente di simulazione avanzato in cui sistemi digitali e componenti reali interagiscono in modo continuo, supportando lo sviluppo di software industriale più affidabile ed efficiente.

 

Caso d’uso industriale: SACMI Imola nel progetto DAREDEVIL

Un primo caso d’uso concreto è già in corso nella Linea Pilota BI-REX e coinvolge SACMI Imola, leader mondiale nelle macchine per il packaging e per l’industria ceramica. L’obiettivo è migliorare l’efficienza delle attività di commissioning delle macchine automatiche. All’interno della Linea Pilota sono stati installati componenti reali forniti da FESTO — in particolare pinze elettropneumatiche — sui quali viene condotto l’intero ciclo di sviluppo in sinergia tra i partner: dalla raccolta dei dati operativi dal campo all’invio a una pipeline cloud per la preparazione dei dati , fino all’addestramento delle reti neurali per costruire il gemello digitale (“black box”) del componente e confrontarlo con i modelli tradizionali basati sulla fisica .

Parallelamente, il progetto sta sviluppando tre casi di studio rappresentativi delle linee di packaging: un sistema di trasporto dei contenitori, un sistema di riempimento e un sistema di chiusura. Questi sottosistemi vengono modellati e testati singolarmente e successivamente in modo integrato sotto il controllo del PLC, confrontando i risultati della piattaforma open source sviluppata nel progetto con quelli ottenuti tramite soluzioni commerciali.

Avviato a metà 2024 con una durata prevista di ventiquattro mesi, il progetto DAREDEVIL è attualmente nelle prime fasi operative e ha già prodotto i primi deliverable tecnici. L’obiettivo finale è dimostrare come un approccio data-driven basato su piattaforme aperte possa offrire prestazioni comparabili o superiori rispetto alle soluzioni proprietarie, riducendo significativamente i costi di implementazione e rendendo tecnologie avanzate come il Virtual Commissioning accessibili anche a un numero più ampio di imprese.

Progetto DAREDEVIL: i benefici per le imprese

Oltre allo sviluppo tecnologico, il progetto DAREDEVIL introduce un nuovo approccio alla gestione e alla validazione dei processi industriali, con l’obiettivo di rendere le decisioni operative più affidabili e basate su dati strutturati.

Il primo elemento riguarda il miglioramento della qualità delle simulazioni. I Digital Twin sviluppati nel progetto adottano un approccio “black box” data-driven basato su reti neurali addestrate su dati reali raccolti dal campo, che può essere integrato in modo complementare con i modelli physics-based (“white box”). Questo consente di catturare comportamenti che una formula matematica fatica a rappresentare, includendo “edge case” come condizioni operative non standard, usura, variabilità dei materiali e interazioni complesse tra componenti.

Un secondo fattore riguarda l’anticipazione delle attività di test. Grazie alla piattaforma di Virtual Commissioning e all’integrazione con metodologie DevOps applicate all’automazione industriale, le routine di controllo possono essere verificate nelle fasi iniziali dello sviluppo software. I test vengono eseguiti in modo automatico e ripetibile, permettendo di simulare scenari operativi complessi e di identificare eventuali errori prima dell’avvio degli impianti reali.

Il progetto introduce inoltre una gestione più strutturata dei dati industriali, attraverso pipeline dedicate alla raccolta, alla normalizzazione e all’elaborazione delle informazioni provenienti dal campo. I dati alimentano i modelli di simulazione e permettono di ottenere insight utili per individuare inefficienze, ottimizzare le prestazioni delle linee produttive e supportare decisioni operative più informate.

Dal punto di vista industriale, questo approccio genera benefici concreti:

  • riduzione dei costi di commissioning;
  • cicli di sviluppo più rapidi;
  • maggiore affidabilità dei sistemi di controllo. 

L’utilizzo di una piattaforma open source riduce inoltre i costi di licenza e la dipendenza da fornitori specifici, favorendo una più ampia diffusione delle tecnologie di simulazione anche tra le PMI. Infine, la possibilità di testare virtualmente i sistemi produttivi contribuisce anche a obiettivi di sostenibilità e sicurezza operativa, riducendo il numero di prototipi fisici, i consumi di risorse e la necessità di interventi diretti sugli impianti.

 

Il ruolo strategico di BI-REX nel progetto DAREDEVIL

All’interno del progetto DAREDEVIL, BI-REX consolida il proprio posizionamento come hub tecnologico e Competence Center di riferimento per l’Industria 4.0 e 5.0, con un ruolo che integra coordinamento progettuale, sviluppo tecnologico e trasferimento dei risultati verso il sistema industriale. In qualità di capofila, guida le attività dell’ATS, monitora milestone e obiettivi e abilita una collaborazione efficace tra partner industriali e mondo della ricerca, assicurando coerenza tra sviluppo tecnologico e applicazione concreta.

Dal punto di vista tecnico-operativo, BI-REX contribuisce in modo diretto alla realizzazione dell’infrastruttura del progetto, coordinando l’installazione del testbed sulla Linea Pilota e gestendo l’integrazione dei componenti dell’isola di automazione. Questo ambiente, che replica fedelmente scenari produttivi reali, è ulteriormente potenziato da capacità di manifattura avanzata (stampa 3D e lavorazioni CNC) per la realizzazione di componenti custom non disponibili sul mercato. A supporto delle attività di simulazione e controllo, BI-REX ha inoltre implementato un’infrastruttura di Edge Computing basata su PC industriali, abilitando il monitoraggio in tempo reale degli I/O, la raccolta dati e la riprogrammazione dei PLC.

Elemento distintivo è l’utilizzo della Linea Pilota come testbed evoluto per Proof of Concept e validazione in logica test-before-invest: un contesto in cui convergono competenze su Digital Twin, simulazione industriale e integrazione hardware-software. In questo framework si inserisce anche lo sviluppo e l’orchestrazione di architetture Hardware-in-the-Loop, che consentono di connettere ambienti virtuali e sistemi fisici tramite protocolli industriali standard, migliorando l’accuratezza delle verifiche e riducendo tempi e rischi nelle fasi di commissioning.

Parallelamente, il Competence Center emiliano coordina le attività di disseminazione e valorizzazione dei risultati nell’ambito del Work Package dedicato, strutturando una strategia di comunicazione integrata che include asset digitali, contenuti divulgativi e iniziative di engagement rivolte agli stakeholder. La partecipazione a fiere ed eventi di riferimento e l’organizzazione di momenti di confronto con il tessuto industriale contribuiscono a rafforzare la visibilità del progetto e ad accelerarne l’adozione. A questo si affianca un’attività continuativa di scouting su opportunità di finanziamento e collaborazione, funzionale a estendere l’impatto delle soluzioni sviluppate.

Il posizionamento di BI-REX all’interno di network strategici nazionali e internazionali consente inoltre di inserire DAREDEVIL in ecosistemi avanzati di innovazione, favorendo lo sviluppo di filiere interoperabili e l’evoluzione verso modelli produttivi più flessibili e data-driven. Questo approccio è sostenuto da un impegno strutturato in termini di risorse qualificate e capacità progettuale, che permette di coniugare ricerca industriale, sviluppo sperimentale e attività di trasferimento tecnologico in un’unica traiettoria coerente, orientata all’industrializzazione e alla scalabilità dei risultati, in particolare per le PMI.