Le tecnologie immersive per il Manufacturing

In pochi decenni, i processi industriali che sono stati portati all’automazione adesso vengono spinti verso il livello successivo: la dematerializzazione. Le organizzazioni infatti si trovano a intraprendere una nuova fase di transizione, meglio nota come Digital transformation, che investe completamente il business di un’organizzazione.

In quest’era il valore si crea attraverso l’acquisizione, l’interpretazione e lo sfruttamento dei dati. Nell’industria manifatturiera, la digitalizzazione segue una logica disruptive e il vantaggio competitivo dipende dalla capacità di connettere sistemi, dispositivi e operatori, generando così dati e informazioni che garantiscono un livello superiore di monitoraggio e gestione dei processi sia principali che di supporto.

Difatti, l’Industria 4.0 include un mix tecnologico che rappresenta una nuova rivoluzione nel modo di fabbricare i prodotti e di organizzare il lavoro, un cambiamento che la qualifica come la Quarta rivoluzione industriale. I modelli di business che risentono dell’innovazione digitale sono più automatizzati e interconnessi ed è possibile portare dentro e fuori dagli stabilimenti produttivi più informazione, più integrazione, più interazione e più efficienza.

La trasformazione digitale

In questo scenario giocano un ruolo chiave le tecnologie immersive, ossia Augmented Reality (AR) e Virtual Reality (VR). La loro introduzione all’interno di contesti organizzativi, contribuisce a migliorare i processi produttivi e favorisce l’evoluzione della cultura digitale, con un effetto amplificato nelle fabbriche; infatti, nell’immaginario collettivo, il principale fruitore di queste tecnologie è l’industria del gaming, ma VR e AR offrono opportunità straordinarie anche per quella manifatturiera.

Nel percorso verso la trasformazione digitale, l’industria della manifattura è a buon punto, ma la produzione negli stabilimenti è ancora largamente basata su strumenti e metodi tradizionali, soprattutto per quanto riguarda l’acquisizione e la condivisione delle informazioni. Di conseguenza, la maggior parte dei lavoratori corre il rischio di restare scollegata dal ricco set di informazioni su cui si basano le altre funzioni dell’impresa.

Le tecnologie immersive consentono di visualizzare oggetti e informazioni (come per esempio istruzioni, simboli, etichette, grafiche e sequenze animate) che abilitano agli operatori tecnici a svolgere più rapidamente i task; le tecnologie immersive si avvalgono del supporto di: visori (HMD), mobile device (HHD – telefoni cellulari e tablet), Pc, proiettori e sensori, orientati a costruire una rete capace di connettere i lavoratori, ridurre gli errori di produzione e di manutenzione, promuovere l’efficienza e democratizzare le competenze interne. In altre parole, si tratta di interfacce tecnologiche che, tramite la sovrapposizione di contenuti digitali con informazioni aggiuntive, arricchiscono la percezione sensoriale dell’uomo e migliorano l’interazione uomo-macchina (Gorecky, Khamis, Mura, 2017).

VR e AR sono tecnologie assimilabili, ma concettualmente diverse. La differenza principale è che la prima utilizza una tecnologia optical-see-through, creando un ambiente totalmente artificiale attraverso l’utilizzo di un visore; la seconda invece si affida a una tecnologia video-see-through, aumentando la propria visione con l’ausilio di un device – generalmente un tablet o uno smartphone – (Viljakainen, 2020); in questo modo l’utente ‘aumenta’ la propria percezione della realtà e dell’ambiente circostante.

Ciò implica la possibilità di interagire contemporaneamente con il mondo fisico e virtuale, di registrare e connettere oggetti da entrambi gli ambienti, integrando in tempo reale le informazioni digitali con l’ambiente in cui si muove l’operatore. Con l’integrazione di sensori di movimento e di posizione, per esempio, i dispositivi AR possono determinare l’orientamento dell’utente nello spazio e con questi dati, sono capaci di ancorare le informazioni che forniscono a un punto specifico nello spazio, una caratteristica o un oggetto.

L’introduzione di questi sistemi in azienda quindi arricchisce i sistemi di produzione intelligenti e determina un aumento della flessibilità nei sistemi cyber-fisici garantendone una migliore facilità d’utilizzo. Esistono anche integrazioni tra queste due tecnologie, che danno luogo alla cosiddetta di Mixed Reality (MR, XR), capace di rendere ancora più sottile la distinzione tra ambiente reale e virtuale. Le sezioni successive hanno l’obiettivo di fornire degli esempi in merito all’utilizzo e ai vantaggi derivanti dall’utilizzo di tecnologie immersive.

Le applicazioni VR

Le applicazioni VR solitamente vengono sviluppate e utilizzate per effettuare simulazioni virtuali dei processi di produzione e operazioni di assemblaggio e smontaggio di prodotti congregati. A seconda della fase del ciclo di vita del prodotto per cui viene creata l’applicazione VR, questa può essere utilizzata per la progettazione e il collaudo del prodotto stesso, la visualizzazione dei processi di produzione o per la formazione dei dipendenti; per quest’ultimo aspetto, tali applicazioni stanno riscontrando un forte entusiasmo.

Infatti, dall’integrazione di un’apparecchiatura con un’applicazione VR, si può ottenere un ambiente di simulazione specializzato, in cui la formazione avviene in condizioni conformi alla realtà. Quella per la formazione aumentano l’efficacia del trasferimento di conoscenze delle procedure poiché è più semplice ripetere attività apprese in Virtual Reality o memorizzare situazioni indesiderate o pericolose visualizzate virtualmente.

La formazione usando la VR è scalabile, conveniente e si dimostra efficace nel trasferimento delle competenze. Si prevede che, in seguito al covid-19, la formazione erogata in VR costituirà il nuovo standard per i prossimi decenni (Condon, 2020). L’uso di sistemi VR per la formazione è già ampiamente utilizzato nell’industria automobilistica e aeronautica per i processi di assemblaggio e manutenzione delle componenti di automobili e aerovetture e nel settore sanitario per l’addestramento di medici e infermieri per le operazioni chirurgiche.

Per quanto riguarda l’implementazione di soluzioni per l’automazione e l’informatizzazione dei dati, la pratica e la formazione dei dipendenti in nuove condizioni sono di particolare importanza e i sistemi VR contribuiscono all’esecuzione di questi compiti senza interferire con i processi di produzione reali e incorrere in costi di formazione eccessivi o ingiustificati. Si stima che l’utilizzo di queste applicazioni per la formazione di personale specializzato contribuisca a una riduzione del 75% di tempo in meno, una riduzione della curva di apprendimento e che sia 34 volte meno costoso dei tradizionali metodi di formazione (Gorecky, Khamis, Mura, 2017).

Le applicazioni AR

L’AR invece copre uno spettro di applicazioni software e di dispositivi hardware che, se opportunamente combinati, forniscono agli utenti informazioni digitali sovrapposte all’ambiente circostante. Le applicazioni di AR più comuni consentono di:

• effettuare assistenza in remoto attraverso l’erogazione di work instructions in real time per una formazione on the job o la richiesta di assistenza di esperti. Le work instructions non tengono conto dell’esperienza dell’utente, ma con l’AR, le procedure da statici documenti diventano strumenti flessibili che possono essere adattati per ottenere migliori prestazioni indipendentemente dal tipo di expertise dell’operatore;

• fornire una guida step by step in una combinazione di risorse digitali 2D e 3D;

• ottenere un sistema di controllo e feedback real time del processo di produzione in modalità data driven che consente di monitorare lo stato di avanzamento del processo di assemblaggio, fornire un feedback in tempo reale e incorporare il controllo qualità;

• garantire l’accesso a disegni, work instructions e ad altri pdf ai vari operatori senza distogliere l’attenzione dal pezzo da lavorare (Lechleiter, 2018).

Adottando soluzioni AR, le organizzazioni ottengono:

• una riduzione dei tempi di consegna;

• una riduzione dei costi unitari di lavorazione;

• un’ottimizzazione delle performance degli operatori;

• un aumento della customer satisfaction;

• una maggiore garanzia della qualità;

• un aumento dei tassi di rendimento.

Infine, vale la pena considerare anche che l’AR si presta perfettamente per il trattamento dei Big data. Gli strumenti di Augmented Analytics sono destinati a diventare i principali motori della Business intelligence e della Data security, in quanto, oltre alla possibilità di monitorare più velocemente enormi dataset di dati e immagini, permettono anche di fare confronti e prendere decisioni. Questo è un mercato con un’aspettativa di crescita di 18,4 miliardi di dollari nel 2022.

L’AR quindi si configura come uno strumento potente per la manutenzione e l’assistenza tecnica. I nuovi macchinari produttivi rendono ostica l’acquisizione di ogni procedura e per questo le aziende si affidano all’AR per fornire ai tecnici informazioni sugli ordini di lavoro, il monitoraggio delle risorse e assistenza remota da parte di figure esperte.

Aurora Rimini

Dipartimento di Ingegneria dell’Innovazione, Università del Salento