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Un progetto di ricerca industriale e sviluppo sperimentale per dare alla produzione ceramica la capacità di comprendere, prevedere e governare il comportamento dei materiali, i processi termo-chimici e i flussi energetici.
FINANZIAMENTO
Ministero delle Imprese e del Made in Italy – Accordi per l'Innovazione (D.M. 4 settembre 2025)
CODICE PROGETTO
F/400036/01-05/X79
DURATA
Ottobre 2026 — Settembre 2029 (avvio previsto)
IL CONTESTO
Un processo che i sistemi digitali non sanno ancora leggere
Un processo che i sistemi digitali non sanno ancora leggere
La produzione ceramica è tra i processi industriali più complessi. L'interazione non lineare tra composizione dei materiali, transizioni di fase, flussi termici e condizioni operative genera fenomeni difficili da prevedere, interpretare e controllare. Una variazione minima nelle materie prime o nei parametri di cottura può propagarsi lungo la linea e manifestarsi, a valle, come difetto, instabilità energetica o perdita di qualità.
La digitalizzazione ha portato in fabbrica sensori, sistemi di monitoraggio e grandi quantità di dati. Ma raccogliere dati non significa comprenderli. I digital twin oggi disponibili replicano singoli macchinari o sotto-processi: applicazioni verticali che richiedono equivalenza strutturale e sincronizzazione perfetta tra impianto e modello, condizioni difficilmente realizzabili in sistemi complessi, non lineari e multi-materiali come quelli ceramici. Nessuno strumento, oggi, rappresenta l'intero processo e ne spiega le cause.
A tutto questo si aggiunge la pressione del quadro normativo europeo: dalla rendicontazione di sostenibilità alla regolazione dell'intelligenza artificiale, alle imprese è richiesto un livello crescente di tracciabilità, trasparenza e capacità di rendicontazione tecnica e ambientale.
Il settore ha bisogno di un salto di paradigma: passare da sistemi che descrivono il processo a sistemi che lo comprendono.
Complessità dei processi termo-chimici, non lineari e ad alta intensità energetica
Frammentazione dei digital twin, verticali e limitati a singoli macchinari o sotto-processi
Criticità rilevate solo quando si sono già manifestate
Pressione normativa crescente su energia, sostenibilità e tracciabilità
IL PROGETTO
Lo Specchio Cognitivo di Processo
Lo Specchio Cognitivo di Processo
SEMANTICA nasce per studiare, progettare e realizzare un modello di impianto cognitivo per la produzione ceramica. Al centro del progetto c'è un'idea nuova: lo Specchio Cognitivo di Processo (Cognitive Process Mirror).
Lo Specchio Cognitivo non replica la fabbrica: la riflette. Non è un duplicato digitale del processo, ma uno spazio interpretativo in cui fenomeni termo-chimici, energetici e informazionali vengono rappresentati, correlati e resi comprensibili. Dove il digital twin si fonda sulla duplicazione, lo specchio si fonda sulla relazione: non cerca identità, cerca significato; non copia, traduce; non simula tutto, riflette ciò che è rilevante per comprendere e governare il processo.
Il fondamento teorico è il modello Information–Matter–Energy (IME), in cui l'informazione non si limita a descrivere i processi ma diventa un agente attivo, capace di organizzare materia ed energia secondo vincoli semantici e obiettivi prestazionali.
Per funzionare, il progetto ha bisogno di quattro elementi fondamentali.
01
01
Un linguaggio per la materia
Un linguaggio per la materia
Rappresentare in forma semantica materie prime, transizioni di fase e flussi energetici, rendendo il comportamento dei materiali formalizzato, misurabile e interpretabile.
02
02
La capacità di prevedere
La capacità di prevedere
Simulazioni multifisiche e intelligenza artificiale neuro-simbolica per riprodurre i cicli termo-chimici, anticipare anomalie e instabilità, esplorare scenari produttivi alternativi prima di decidere.
03
03
Un prodotto con identità
Un prodotto con identità
Un passaporto semantico che trasforma la piastrella in un artefatto informazionale: origine dei materiali, trasformazioni, prestazioni energetiche e qualità diventano verificabili e tracciabili.
04
04
L'intelligenza normativa
L'intelligenza normativa
Strumenti per interpretare e simulare gli scenari regolatori, valutare in anticipo l'impatto dei requisiti energetici e ambientali, integrare la conformità nelle decisioni industriali.
Il progetto lavora su tutti questi fronti con un approccio transdisciplinare che integra scienza dei materiali, chimica delle trasformazioni, ingegneria di processo, data science, intelligenza artificiale, modellazione multifisica e valutazione della sostenibilità.
IL PERCORSO
Dalla teoria alla linea pilota
Dalla teoria alla linea pilota
SEMANTICA si sviluppa lungo un percorso triennale in cui ricerca industriale e sviluppo sperimentale si alimentano reciprocamente.
FASE 1
In corso
Le fondamenta scientifiche
Le fondamenta scientifiche
La prima fase costruisce lo strato fisico, energetico e semantico su cui poggerà lo Specchio Cognitivo: analisi dei flussi di materia ed energia dell'intero processo ceramico, definizione di indicatori energetici ed exergetici, modellazione IME delle fasi critiche, caratterizzazione delle materie prime seconde, studio della reattività dei sistemi di smaltatura e decorazione, costruzione delle ontologie chimico-funzionali.
FASE 2
Prossimi sviluppi
La costruzione dello Specchio Cognitivo
La costruzione dello Specchio Cognitivo
La seconda fase trasforma la conoscenza in architettura: progettazione dello Specchio Cognitivo di Processo e della sensoristica semantica, sviluppo dei modelli predittivi basati su deep learning e dei modelli surrogati che accelerano le simulazioni, formalizzazione logico-matematica del comportamento di processo e materiali, realizzazione della versione alpha computazionale sincronizzata con i dati reali di impianto.
FASE 3
Prossimi sviluppi
Lo sviluppo sperimentale
Lo sviluppo sperimentale
La terza fase porta il sistema in ambiente produttivo: linea pilota cognitiva e test industriali dello Specchio Cognitivo, sviluppo sperimentale dei nuovi materiali e delle loro interazioni con il processo, realizzazione del passaporto semantico del prodotto ceramico. È il passaggio dalla validazione in laboratorio alla dimostrazione in condizioni industriali reali.
I RISULTATI
Cosa produrrà il progetto
Cosa produrrà il progetto
SEMANTICA è progettato per generare risultati verificabili, misurabili e trasferibili, che insieme compongono l'infrastruttura della fabbrica cognitiva.
Comprensione
Comprensione
causale del comportamento di materiali e processo
Previsione
Previsione
di anomalie, difetti e inefficienze prima che si manifestino
Identità
Identità
informazionale del prodotto ceramico
Conformità
Conformità
normativa anticipata e verificabile
Piattaforma semantica IME
Piattaforma semantica IME
Un modello operativo della relazione tra informazione, materia ed energia lungo il processo ceramico: bilanci di massa ed energia delle fasi critiche, indicatori energetici ed exergetici, una libreria di modelli modulari per la simulazione di atomizzazione, essiccazione e cottura. Su questa base si innestano una LCA dinamica potenziata dall'intelligenza artificiale, aggiornata con i dati reali di impianto, e una Social LCA che integra la dimensione umana e organizzativa della sostenibilità.
Modelli predittivi e simulazione accelerata
Modelli predittivi e simulazione accelerata
Algoritmi di deep learning sequenziale per individuare e anticipare le deviazioni di processo prima che diventino difetti; modelli surrogati capaci di ridurre di ordini di grandezza i tempi di calcolo delle simulazioni multifisiche; un framework di co-simulazione che mette in comunicazione modelli fisici, numerici e di machine learning in un'unica pipeline predittiva, preservando interpretabilità e coerenza fisica dei risultati.
Specchio Cognitivo di Processo
Specchio Cognitivo di Processo
Il cuore del progetto: un'architettura che integra mappatura funzionale del processo, ontologie operative, analisi exergetica e termoeconomica, environmental intelligence e meccanismi di reasoning adattivo. Sincronizzato con i dati reali di impianto, lo Specchio interpreta stati, transizioni e relazioni causali del processo e supporta decisioni spiegabili, fino alla validazione su una linea pilota cognitiva.
Passaporto semantico del prodotto
Passaporto semantico del prodotto
La piastrella diventa un artefatto informazionale. Il passaporto semantico ne rappresenta l'origine dei materiali, le trasformazioni termo-chimiche, le prestazioni energetiche e i risultati di qualità, alimentato dai dati generati dallo Specchio Cognitivo. Un'anticipazione concreta del Digital Product Passport europeo, costruita sulla realtà del processo produttivo.
Materiali a ridotta impronta energetica
Materiali a ridotta impronta energetica
Il progetto sviluppa smalti ed engobbi a sinterizzazione reattiva, capaci di formare fasi vetroceramiche direttamente durante la cottura eliminando la fusione preventiva delle fritte, uno dei passaggi più energivori della filiera; formulati premacinati a secco pronti alla dispersione, che semplificano la preparazione presso il produttore ceramico; percorsi di valorizzazione delle ceneri leggere da termovalorizzazione come materie prime seconde, con immobilizzazione di CO₂ tramite carbonatazione forzata.
Strumenti di normative intelligence
Strumenti di normative intelligence
La normativa trasformata in conoscenza computabile: strumenti per interpretare i requisiti regolatori, simulare scenari normativi futuri, valutare ex ante l'impatto di vincoli energetici e ambientali sulle scelte industriali. La conformità smette di essere una verifica a posteriori e diventa una variabile di progettazione del processo e del prodotto.
Un impatto che va oltre il progetto
Un impatto che va oltre il progetto
Il valore di questi risultati non si esaurisce nella durata del progetto. Lo Specchio Cognitivo di Processo è concepito come infrastruttura replicabile in altri ambiti industriali complessi, ovunque materia, energia e informazione interagiscano in modo non lineare. Il settore ceramico, responsabile in Europa di circa 19 milioni di tonnellate di CO₂ all'anno, pari a circa l'1% delle emissioni industriali regolamentate dal sistema ETS, è il banco di prova ideale: se la fabbrica cognitiva funziona qui, può funzionare in qualsiasi processo hard-to-abate.
LA PARTNERSHIP
Cinque partner, una visione comune
Cinque partner, una visione comune
SEMANTICA riunisce due imprese industriali e tre atenei in un partenariato che integra competenze manifatturiere, chimiche, energetiche, meccaniche, gestionali e di intelligenza artificiale. È la combinazione tra chi produce, chi formula i materiali e chi sviluppa i modelli a rendere possibile la costruzione di un sistema cognitivo reale, e non solo teorico.
Gruppo Ceramiche Gresmalt coordina il progetto e porta ciò che nessun laboratorio può replicare: impianti produttivi reali, dati storici di processo e la conoscenza operativa di chi produce gres porcellanato dal 1968. Gresmalt guida la progettazione dell'architettura dello Specchio Cognitivo di Processo e della sensoristica semantica, la modellazione computazionale e la sincronizzazione tra specchio e impianto, e conduce le fasi di sviluppo sperimentale: la linea pilota cognitiva, i test industriali e la realizzazione del passaporto semantico del prodotto.
DEF sviluppa il livello chimico-funzionale del sistema: ontologie dei sistemi di decorazione ceramica, regole di reattività e compatibilità materiali-processo, modelli termo-chimici per la simulazione predittiva di smalti, engobbi e inchiostri. In parallelo, l'azienda conduce la ricerca su due innovazioni di prodotto: smalti ed engobbi a sinterizzazione reattiva, che eliminano la fusione preventiva delle fritte, e formulati premacinati a secco pronti alla dispersione, destinati a semplificare i cicli applicativi della filiera.
Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia (Centro Interdipartimentale En&Tech) costruisce lo strato fisico-energetico del modello IME: analisi dei flussi di materia ed energia del processo, indicatori energetici ed exergetici, modelli per la simulazione delle fasi critiche e scenari di efficientamento e decarbonizzazione. L'Ateneo sviluppa inoltre la LCA dinamica potenziata dall'intelligenza artificiale, la Social LCA e lo studio dell'interazione tra le persone e l'impianto cognitivo.
Università degli Studi di Brescia (Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale) indaga le leve di sostenibilità del prodotto e del processo: caratterizzazione e valorizzazione delle materie prime seconde, comportamento meccanico dei manufatti multistrato, impatto delle scelte di pianificazione della produzione, scenari circolari di fine vita e prioritizzazione delle leve di decarbonizzazione. Contribuisce inoltre alla definizione dei requisiti informativi del passaporto semantico.
Sapienza Università di Roma (Dipartimento DIET, gruppo di ricerca ISPAMM) sviluppa gli strumenti di machine learning e intelligenza artificiale dello Specchio Cognitivo: algoritmi di anomaly detection basati su deep learning sequenziale, modelli surrogati che accelerano le simulazioni multifisiche, framework di co-simulazione e metodi di analisi semantica dei dati che garantiscono spiegabilità e robustezza dei modelli.
L'IMPATTO
Verso la fabbrica cognitiva
Verso la fabbrica cognitiva
Nei prossimi tre anni SEMANTICA costruirà, passo dopo passo, il primo Specchio Cognitivo di Processo del settore ceramico: dalla formalizzazione dei modelli alla versione computazionale, dalla sincronizzazione con l'impianto alla validazione su linea pilota, fino a un prodotto dotato di identità informazionale verificabile.
Ma l'ambizione va oltre il perimetro del progetto. SEMANTICA vuole portare il settore ceramico nel dominio dell'Industria 6.0 e dimostrare che un nuovo paradigma è possibile: fabbriche capaci di comprendere il comportamento dei materiali lungo il ciclo produttivo, di prevedere i fenomeni critici prima che si manifestino, di adattarsi alle variazioni operative e di integrare i vincoli normativi e di sostenibilità nelle decisioni strategiche.
Una visione in cui l'informazione non si limita più a descrivere la produzione, ma la organizza; in cui qualità, energia e conformità non si verificano a posteriori, ma si progettano. Il percorso comincia ora.
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