Benvenuta AI nel grande mondo dell’automazione

Dalla rivista:
Automazione Oggi

 
Pubblicato il 5 febbraio 2024

TwinCAT Chat porta ufficialmente il mondo dell’AI, in particolare quello dei Large Language Models (LLMs), nella sfera dell’automazione industriale: le funzionalità di chat direttamente integrate nell’ambiente di sviluppo agevolano l’interazione uomo-macchina e semplificano l’ingegneria del software. Anche il motion, con TwinCAT MC3, segna un nuovo traguardo, consentendo di sfruttare tutto il potenziale delle nuove architetture multicore

Quello dei Large Language Model (LLM) è un mondo davvero vasto. Per dare una definizione veloce, potremmo dire che sono modelli di intelligenza artificiale che utilizzano tecniche di deep learning per comprendere quali compiti eseguire e interagire di conseguenza. Si tratta di modelli il cui addestramento viene eseguito sulla base di enormi quantità di testi, spesso presi da Internet o da database linguistici specifici in forma di Big Data. In poche parole, e semplificando il concetto, un LLM si comporta al pari di un comune algoritmo di deep learning: in questo caso specifico, tuttavia, lo scopo è quello di riconoscere contenuti, generarne di nuovi, riassumerli o anche prevederli. Un esempio noto, forse il più famoso, di LLM è Chat GPT (Generative Pre-trained Transformer) di OpenAI, che ha dimostrato una notevole capacità nel comprendere, generare ed elaborare risposte in linguaggio naturale, aprendo nuove possibilità in settori come la ricerca, l’assistenza virtuale e anche la generazione e la documentazione di codice software. Per un’azienda innovativa come Beckhoff è subito apparso chiaro come il termine LLM, o meglio la sua ‘etichetta’ di modello linguistico di grande dimensione, sia alquanto limitante rispetto alle potenzialità che questa tecnica è in grado di esprimere in moltissimi campi, le cui applicazioni oggi stanno sconfinando con successo nel mondo dell’automazione industriale. I modelli linguistici LLM ora possono infatti essere convenientemente utilizzati nell’ambiente di ingegneria TwinCAT XAE (eXtended Automation Engineering), la piattaforma integrata di Beckhoff per lo sviluppo dei progetti di automazione, con un potenziale che può essere sfruttato per ottenere risultati incredibili in termini di supporto ed efficienza.

Con TwinCAT Chat tutta la conoscenza è a portata di mano

Ufficialmente presentato all’ultima edizione di SPS, svoltasi lo scorso novembre a Norimberga, TwinCAT Chat è stata una delle novità che hanno maggiormente suscitato l’interesse dei visitatori. Utilizzando LLM come ChatGPT di OpenAI, TwinCAT Chat ha aggiunto nuove funzionalità all’ambiente di ingegneria TwinCAT XAE di Beckhoff, ampliandone il potenziale per lo sviluppo dei progetti di automazione e dotando gli sviluppatori di strumenti che ne aumentano produttività ed efficienza. Si tratta di un grande passo in avanti, che nell’ingegneria del software, e nel caso specifico dell’automazione, potrebbe ben presto rivoluzionare il processo di sviluppo delle applicazioni, grazie alla possibilità di generare e/o completare automaticamente il codice. Oltre ad accelerare il processo di sviluppo, e quindi accorciare il time-to-market, con TwinCAT Chat è possibile creare tutorial, così come chiedere supporto per risolvere le eventuali problematiche che possono insorgere nella fase di sviluppo. Ma i vantaggi non finiscono qui: TwinCAT Chat offre infatti una serie di opportunità che permetteranno di trasformare il volto dell’ingegneria in relazione ai tempi e ai metodi attualmente utilizzati nello sviluppo delle applicazioni di automazione. Dal punto di vista della gestione aziendale, i LLM favoriscono il trasferimento delle conoscenze all’interno dell’organizzazione. Possono infatti agire come base della conoscenza centralizzata, custodendo informazioni preziose per renderle disponibili quando necessario. Uno strumento basato su LLM come TwinCAT Chat può inoltre supportare efficacemente il reparto di assistenza tecnica, alleggerendo la pressione a cui spesso gli operatori sono soggetti, agendo come primo punto di contatto per rispondere in modo idoneo e puntuale alle richieste dei clienti. TwinCAT Chat è stato sviluppato da Beckhoff con l’intento di offrire agli utenti uno strumento di lavoro quotidiano fruibile in modo ergonomico e vantaggioso, diversamente da ciò che accade in modalità web, ad esempio con ChatGPT. L’ambiente include infatti l’integrazione della funzione di chat direttamente nell’ambiente di sviluppo (IDE): ciò agevola l’interazione uomo-macchina e semplifica notevolmente il processo di sviluppo, poiché la comunicazione e la generazione del codice, svolgendosi in un unico ambiente, sono un tutt’uno.

Ottimizzare, documentare, completare, tutto in pochi click

Un notevole vantaggio, che TwinCAT Chat offre, è dovuto al fatto che l’inizializzazione di base del modello LLM è stata specificamente orientata al mondo TwinCAT. Ciò consente di porre le domande in modo diretto, senza dover precisare che le si sta ponendo a TwinCAT e che gli esempi di codice devono essere generati in Structured Text. Un punto di forza di TwinCAT Chat è l’immediatezza di utilizzo del codice generato in automatico dal modello. L’integrazione diretta, oltre a far risparmiare tempo agli sviluppatori, riduce i possibili errori che, immancabilmente, possono verificarsi durante le fasi di trasferimento manuale. La modalità di interazione con TwinCAT Chat è stata accuratamente progettata in modo tale da ridurre al minimo la digitazione dei comandi. A questo proposito sono disponibili una serie di richieste pre-testate selezionabili con un semplice click del mouse, pensate appositamente per migliorare il flusso di lavoro, che includono azioni come: − Ottimizza: con questa funzione TwinCAT Chat offre una serie di suggerimenti utili ad aumentare le performance o a migliorare l’efficienza del codice. − Documenta: questa funzionalità fornisce un supporto mirato per generare commenti e adeguata documentazione, in modo tale che il codice risulti più chiaro e, quindi, facilmente interpretabile da altri sviluppatori. − Completa: nel caso in cui il codice sia incompleto o manchino alcune specifiche porzioni, TwinCAT Chat è in grado di generare suggerimenti per completarlo e garantire così la sua piena e corretta funzionalità. − Refactoring: TwinCAT Chat può rielaborare il codice secondo linee guida specifiche, in modo da risultare allineato agli standard e alle prassi operative aziendali.

HMI e gestione documentale, TwinCAT Chat sta già guardando al futuro

La generazione di codice PLC non è il solo ambito dei LLM sul quale le attività di R&S di Beckhoff si stanno concentrando. In linea teorica, i modelli linguistici possono infatti essere utilizzati universalmente. Al momento, Beckhoff sta lavorando anche sulla creazione automatica di progetti TwinCAT HMI. L’obiettivo è che un utente debba solo formulare come desidera che sia strutturato l’HMI: TwinCAT genererà l’intero progetto in background. In questo modo i clienti potranno ricevere in maniera quasi immediata un riscontro dell’HMI, per analizzare l’interazione uomo-macchina e, eventualmente, suggerire azioni correttive. Il meccanismo sarà lo stesso di quello introdotto con TwinCAT Chat: la generazione dell’HMI avverrà semplicemente spiegando al sistema quali funzioni l’interfaccia deve offrire e con quali modalità di interazione, poiché, di fatto, si tratta di un altro ‘linguaggio’ che un modello LLM, se correttamente istruito, è in grado di padroneggiare facilmente. Un altro progetto in corso di realizzazione, che concerne il mondo dei LLM, riguarda un’interfaccia chatbot per l’imponente sistema documentale di Beckhoff, composto da numerosi gigabyte di conoscenza elettronica suddivisi in svariate tipologie di documenti. È una sfida che Beckhoff sta affrontando al fine di offrire ai clienti un servizio sempre più completo, veloce e preciso, avvalendosi di quanto di più logico e immediato esista per rispondere ai loro quesiti: il linguaggio naturale. Il linguaggio è il modo che gli esseri umani utilizzano per condividere le informazioni. Una persona chiede e un’altra persona comprende, generando una risposta basata sulla propria esperienza. Questo è proprio ciò che Beckhoff intende ottenere mediante l’impiego di uno specifico modello LLM. La ricerca delle informazioni non richiederà più che l’utente inserisca specifiche parole chiave, ma sarà sostituita dalla possibilità di porre domande in linguaggio naturale, alle quali il sistema fornirà la sua rapida e precisa risposta.

TwinCAT MC3, il motion control di prossima generazione

Nel mondo dell’automazione, il motion control costituisce la disciplina tecnica dalla quale, più che da ogni altra, vengono a dipendere le prestazioni dei sistemi complessi multiasse. Il motion da sempre è un elemento essenziale del software di automazione TwinCAT, la piattaforma di sviluppo di Beckhoff che, ad oggi, vanta centinaia di migliaia di progetti realizzati con successo pressoché in tutte le industrie. Beckhoff ha recentemente rilasciato TwinCAT MC3, il nuovo modulo della famiglia TwinCAT che costituirà la prossima generazione del motion control, fatta da architetture modulari e dal supporto multi-core e multi-task delle ultime generazioni di processori. TwinCAT MC3 è pienamente compatibile con la precedente generazione TwinCAT NC2, supportandone appieno tutte le funzionalità. TwinCAT MC3 può quindi funzionare in parallelo con NC2, consentendo di accoppiare gli assi MC3 agli assi NC2 già esistenti. Ciò si traduce in un notevole vantaggio, in quanto lo sviluppo di una macchina, o il suo aggiornamento, possono essere fatti con TwinCAT MC3 senza dover adattare i componenti esistenti precedentemente sviluppati in NC2. I maggiori vantaggi di TwinCAT MC3 sono legati alla sua architettura modulare, completamente rinnovata: tra questi il supporto multi-core e multi-task, oggi indispensabili per ottenere il massimo dalle nuove generazioni di processori e sistemi operativi, e il numero illimitato di assi che è possibile gestire in un’applicazione. TwinCAT MC3 può essere distribuito su diversi CPU core, sfruttando efficacemente le risorse di calcolo disponibili per la sincronizzazione del movimento. Va rilevato che gli assi possono anche essere operati sullo stesso core con cicli temporali diversi, quindi mantenendo caratteristiche proprie, legate alla specifica velocità e alle relative funzioni che devono svolgere. Ciò fa sì che le risorse possano essere utilizzate in modo ottimale, in quanto la frequenza degli assi diviene tra loro indipendente.

TwinCAT Core Boost mette il turbo alle applicazioni

Le capacità multi-thread di TwinCAT 3 consentono di distribuire le elaborazioni su più core, al fine di sfruttare al meglio tutte le risorse di calcolo che i processori di nuova generazione offrono. Con TwinCAT Core Boost è ora possibile incrementare le prestazioni di calcolo dei singoli core fino al 50%, nelle modalità sia utente sia kernel, al fine di ottenere il massimo delle prestazioni, soprattutto in ambito di applicazioni complesse. Non è più necessario che tutti i core operino alla stessa frequenza: TwinCAT Core Boost consente infatti di configurare il clock dei singoli core individualmente in base alle specifiche esigenze. La frequenza di clock di ciascun singolo core può essere liberamente impostata sia per la trasmissione dei dati in tempo reale che per le applicazioni in modo utente. È inoltre possibile configurare i singoli core in modalità ‘turbo’, una specifica impostazione che può essere attivata in modo permanente e in tempo reale per ottenere alcuni vantaggi, tra i quali: fino al 50% in più di potenza di calcolo per uno o più core del processore e possibilità di utilizzare CPU più economiche. TwinCAT Core Boost monitora costantemente i parametri di assorbimento elettrico e temperatura di ciascun core del processore (e del sistema nel suo complesso), in modo tale da garantire sempre l’affidabilità di funzionamento anche quando si utilizza la modalità turbo. TwinCAT Core Boost può essere utilizzato con tutti i PC industriali dotati di processori Intel ‘Core i’ a partire dalla 11a generazione.

MX-System con baseplate e moduli funzionali nella taglia 3

Beckhoff offre un’alternativa flessibile e altamente efficiente al quadro elettrico sotto forma di MX-System, un toolkit di automazione modulare e collegabile. Le nuove piastre di base e i moduli della taglia 3 possono essere combinati con i moduli delle taglie 1 e 2 nel sistema abituale, ampliando così la gamma di applicazioni in cui è possibile utilizzare MX-System, sinonimo di automazione senza quadro elettrico. Compatibile con i moduli esistenti e quelli nuovi di dimensione 3, mantiene il principio del raffreddamento passivo, offrendo prestazioni superiori grazie a una maggiore superficie di raffreddamento. I primi moduli di taglia 3 includono un alimentatore a 600 V CC (40 A), un servocontrollore (28 A) e un alimentatore (fino a 63 A). Future opzioni includono moduli per la commutazione di carichi CA fino a 16 A e inverter di frequenza fino a 15 kW, con possibilità di implementare alimentazioni fino a 125 A. Questa innovazione amplia notevolmente le applicazioni di MX-System, consentendo a macchine con elevati input di potenza di essere configurate senza la necessità di un quadro elettrico separato.

60% di potenza in più con gli embedded PC CX5300

Con il lancio della nuovissima serie CX5300 gli embedded PC di Beckhoff sono ancora più performanti. Equipaggiati con i processori Intel Atom della serie x6 (Elkhart Lake), i nuovi PC embedded CX5300 offrono fino al 60% in più di potenza rispetto alla precedente serie CX5200 e dispongono di ampliamenti e interfacce tra cui una DisplayPort per l’integrazione audio-video di HMI avanzati, un UPS capacitivo da 1 secondo e una unità di alimentazione UPS OCT-capable, mediante la cui funzionalità (OCT, One Cable Technology) è possibile gestire l’alimentazione e la trasmissione dei dati servendosi di un singolo cavo per ottimizzare l’efficienza di sistema e semplificare il cablaggio. La serie CX5300 è disponibile in due varianti, entrambe fanless: CX5330 con processore Intel Atom x6214RE (1,4 GHz, due core); CX5340 con processore Intel Atom x6416RE (1,7 GHz, quattro core). Nella configurazione di base, i dispositivi sono dotati di 4 o 8 GB di RAM DDR4, due interfacce Gbit Ethernet indipendenti, nonché di quattro interfacce USB 3.1 e una DisplayPort. Servendosi di un modulo di interfacciamento opzionale, la serie CX5300 può essere espansa con altre opzioni di connettività o con funzionalità gateway e a livello di I/O con terminali E-bus o K-bus. Mediante il connettore multipolare presente sul lato sinistro è inoltre possibile collegare un modulo fieldbus o di sistema della serie CX2000. L’hardware della nuova serie di CX5300 è caratterizzato da un’unità di alimentazione interna elettricamente isolata che, come abbiamo precedentemente detto, dispone di funzionalità UPS in tecnologia OCT, alla quale si affianca un’elettronica capacitiva che garantisce 1 secondo di continuità energetica, impedendo, in caso di failure o sbalzi di tensione, la perdita dei dati.

Con il nuovo C6043 l’AI è a portata di ultracompatto

Anche la serie dei PC industriali ultracompatti di Beckhoff è stata interessata da alcune novità che ne hanno ampliato il potenziale di applicazione, soprattutto alla luce delle nuove tendenze che vedono l’AI prendere sempre più piede in ambito industriale. La novità si chiama C6043 e si caratterizza per la presenza di una scheda di elaborazione grafica dotata di GPU Nvidia integrata. Con questa soluzione, il C6043 fornisce quindi la base hardware ideale per applicazioni di calcolo ad alta intensità, in particolare nel campo dell’intelligenza artificiale. Grazie allo slot configurabile per l’aggiunta di schede di elaborazione di secondo livello, il nuovissimo ultracompatto C6043, le cui dimensioni sono di soli 132 x 202 x 127 mm, può quindi diventare una piccola grande macchina, capace di affiancare ai moderni processori Intel Core di cui è dotato un’ulteriore potenza di calcolo basata sulle più avanzate tecniche di paralleling processing. Ciò amplia enormemente lo spettro di applicazione, in quanto, oltre ad essere utilizzato come unità di controllo centrale per applicazioni ad alta intensità di calcolo, ad esempio in ambito di visione ed elaborazione grafica 3D in tempo reale, il C6043 può convenientemente essere impiegato per l’esecuzione di applicazioni AI-based che, integrate in controlli veloci, necessitano di tempi ciclo minimi. Il C6043 trova un valido alleato nel software di automazione TwinCAT 3, il quale è in grado di mappare queste funzioni in modo completamente integrato nel controller, senza bisogno di ricorrere a software o interfacce aggiuntive. Lo slot addizionale PCIe, liberamente assegnabile, consente di espandere il C6043 in modo flessibile a seconda delle specifiche esigenze. Il sistema di alimentazione, nonché quello di raffreddamento, forniscono tutta la potenza necessaria per sfruttare appieno il potenziale della scheda grafica esterna e dei processori Intel di ultima generazione. È da rilevare che anche senza la scheda grafica aggiuntiva, con i processori Intel Core di 12ª e 13ª generazione il C6043 offre già di per sé un’ottima capacità di calcolo. È questa la prima volta in assoluto che i processori Intel Core i5, i7 e i9 vengono inseriti a bordo di una unità industriale in un’architettura ibrida. Core i5, Core i7 e Core i9 dispongono rispettivamente di quattro, otto e sedici core, la cui combinazione consente di implementare applicazioni su un totale di 24 core reali. Ciò consente di ottenere prestazioni eccezionali, in quanto è possibile utilizzare i core ad alte prestazioni per singoli thread che richiedono un’elevata efficienza di calcolo e utilizzare gli altri core, in tempo reale o in modalità utente, per gestire task multi-thread, configurando singolarmente la frequenza di clock di ciascun singolo core mediante le funzionalità di TwinCAT Core Boost.

Servomotori AM8300 ad alte prestazioni con raffreddamento integrato ad acqua

Dedicati alle applicazioni di motion più demanding, i servomotori AM8300 ampliano il portfolio di Beckhoff, introducendo una nuova famiglia di unità ad alte prestazioni raffreddate ad acqua. L’efficiente smaltimento del calore, ottenuto mediante un circuito di raffreddamento integrato nel motore, permette di raggiungere una densità di potenza senza eguali. Rispetto a un’analoga soluzione tradizionale a raffreddamento convettivo, sfruttando spazi di installazione molto contenuti è possibile raggiungere potenze nominali fino a 40 kW con una coppia di stallo tre volte superiore. Dal punto di vista architetturale, la serie AM8300 sfrutta tutti i punti di forza della collaudata serie AM8000, in particolare la modularità e l’ampia gamma di opzioni. La dinamica è ottima, con valori di coppia che, grazie al raffreddamento, si mantengono elevatissimi, a differenza del momento d’inerzia del rotore che rimane costante. Ciò rende i nuovi AM8300 particolarmente adatti per applicazioni gravose che necessitano di prestazioni elevate in velocità e, soprattutto, coppia. Cinque codici flangia, ciascuno caratterizzato da tre lunghezze diverse, con coppie di stallo da 5,1 a 274 Nm, consentono di coprire un’ampia gamma di applicazioni. I motori AM8300 possono essere opzionalmente equipaggiati con un freno permanente senza gioco, con collegamento a chiavetta e guarnizione di tenuta. A seconda delle taglie, gli AM8300 sono disponibili con vari sistemi di feedback, che includono resolver ed encoder ‘no-battery’ a singolo giro o multigiro con tecnologia One Cable (OCT) o Hiperface. L’efficiente sistema di raffreddamento ad acqua e l’elevato grado di protezione (IP65) rendono l’AM8300 adatto all’impiego in condizioni ambientali impegnative, in particolare in presenza di temperature elevate. A seconda delle taglie, per il collegamento del circuito di raffreddamento l’AM8300 dispone di attacchi filettati da 1/8’’ o 1/4’’.

XPlanar è ancora più flessibile ed efficiente

Da quando è stato introdotto nel 2018, il sistema di movimentazione a levitazione magnetica XPlanar ha costantemente subito miglioramenti e aggiornamenti da parte di Beckhoff. Il concetto unico e fondamentale su cui si basa XPlanar è la gestione indipendente di ‘n’ mover, lo stesso del celeberrimo sistema di movimentazione a carrelli indipendenti XTS, ma in questo caso eliminando completamente il contatto fisico con guide e rotaie, ovvero permettendo ai mover di fluttuare. XPlanar si avvale di una serie di piastrelle elettroniche interconnesse su un piano XY di riferimento, un pavimento che attraverso un campo di forze elettromagnetiche è in grado di sostenere i pallet porta-oggetti consentendo loro di spostarsi senza attriti. Le performance del rivoluzionario sistema XPlanar sono state potenziate grazie alla recente introduzione di due nuove piastrelle di dimensioni maggiorate, APS4244 e APS4242, la prima delle quali consente di gestire il routing contemporaneo di due mover. Grazie a ciò è possibile ridurre lo spazio richiesto, nonché i costi, fino al 50%, soprattutto in applicazioni con masse da movimentare comprese tra 800 e 3000 g. Disponibili anche nelle varianti con funzionalità STO (Safe Torque Off), le nuove piastrelle XPlanar aprono a nuove applicazioni grazie alla maggiore precisione, dinamicità e densità di mover. Le nuove APS4244 e APS4242 presentano dimensioni rispettivamente di 320 x 320 mm e 320 x 160 mm. In particolare, le piastrelle APS4244 consentono di gestire contemporaneamente l’instradamento di due mover APM43x0, il che offre più flessibilità di percorso, maggiore densità di mover, quindi più efficienza ed economie di costi. Dotati di alimentazione integrata, le nuove APS4244 e APS4242 sono la soluzione perfetta per realizzare postazioni di lavoro manuali, grazie alla disponibilità di varianti che offrono la funzionalità STO (Safety Torque Off).

Beckhoff Automation – www.beckhoff.com/it-it

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