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La fabbrica intelligente

Virtuale o Aumentata, cambia la Realtà anche nei siti di produzione. Iniziamo da questo numero a esplorare i possibili scenari dell’industria che verrà

Tra le nuove tecnologie che vengono considerate abilitanti per l’Industria.0, la Realtà Aumentata è senza dubbio la più “misteriosa” e difficile da immaginare abbinata ai processi produttivi. Si capiscono, e si temono, i robot; ci si abitua alle macchine che dialogano tra loro e con gli operatori; ma “aumentare la realtà è più ostico da ipotizzare.

Realtà Virtuale
È più familiare, perché utilizzata finora soprattutto in ambito di intrattenimento, la “realtà virtuale”, una realtà costruita digitalmente, in cui l’utente viene “immerso” tramite strumenti sviluppati appositamente, come visori, cuffie eccetera. Attraverso l’utilizzo dei visori la vista dell’ambiente reale viene completamente isolata e l’utente viene immerso in un nuovo ambiente simulato. Alcune applicazioni di realtà virtuale possono prevedere che l’utente abbia la possibilità di muoversi fisicamente anche attraverso lo spazio, altre invece lo prevedono fermo.
La Realtà Virtuale è l’idea di costruire un ambiente inesistente che permetta all’utente di compiere azioni impossibili nella realtà ed è immersiva, ossia isola l’utente dall’ambiente esterno trasportandolo in una realtà parallela che lo assorbe completamente. La Realtà Virtuale è un’interfaccia informatica avanzata, ovvero un ambiente tridimensionale generato dal computer con cui ci si trova a osservare un mondo totalmente fittizio, costituito interamente da oggetti generati da un elaboratore elettronico, e a interagire con esso in tempo reale, attraverso molteplici canali sensoriali. L’utente, o gli utenti che ne usufruiscono, dialogano tra loro e con l’ambiente artificiale, come se si trovassero realmente al suo interno. Tale interazione avviene sia tramite interfacce tradizionali (come monitor, tastiere e mouse), sia attraverso dispositivi più sofisticati (come specifici caschi, visori e sensori di movimento), i quali consentono all’utente di raggiungere livelli di percezione e partecipazione nell’ambiente virtuale, sempre più coinvolgenti e “immersivi”.

Realtà Aumentata
Con la Realtà Aumentata (in inglese augmented reality, abbreviato “AR”) questo non avviene, in quanto non costruisce realtà parallele ma ci consente di vivere meglio, con una serie di input aggiuntivi, quello che ci circonda. La realtà è definibile come l’arricchimento della nostra percezione sensoriale del reale con informazioni aggiuntive. Questo è permesso da un processo informatico ed è fruibile attraverso un dispositivo (medium), che permette di percepire le informazioni nella realtà e interagire con esse. In poche parole, la nostra realtà fisica acquisisce informazioni in più, diventando, appunto, aumentata.
Diversamente dalla realtà virtuale, che è immersiva, la realtà aumentata aggiunge informazioni virtuali alla nostra percezione reale. Ciò avviene principalmente tramite uno schermo, che può essere il display di uno smartphone, di un tablet, un occhiale o un visore apposito.
La realtà aumentata serve per avere in tempo reale maggiori informazioni sul mondo che ci circonda; informazioni che possono essere di carattere pratico, come avere indicazioni stradali per tornare a casa, culturali come le guide virtuali dei musei o ludiche come la famosa caccia ai Pokemon GO.
Ma la Realtà Aumentata, da sola o in abbinamento con la Realtà Virtuale (e allora si parla di Realtà Mista) può trovare applicazione anche nelle operazioni industriali.
È, infatti, una delle tecnologie emergenti coinvolte nel progetto dell’Industria 4.0, ossia della fabbrica intelligente, perché ha raggiunto un livello di maturità tale da renderla pronta per l’impiego in ambienti produttivi.
Molto ampio è lo spettro degli impieghi potenziali e sono emersi dei campi di applicazione nei quali la realtà aumentata ha dato prova di migliorare le prestazioni di processi e persone e allo stesso tempo di abbattere i costi in diverse aree aziendali.

Come potrebbe essere utilizzata
Nei processi produttivi si possono manifestare problematiche, per le quali le operazioni diventano meno efficienti e/o più rischiose per i tecnici che lavorano sul campo.
Le criticità in ambito produttivo possono riguardare:
1. L’errore umano: anche gli operai più esperti potrebbero essere sopraffatti dal numero eccessivo di procedure da ricordare e dalla difficoltà di individuare gli esatti punti di intervento.
2. Le inefficienze: all’interno delle fabbriche non sempre la formazione ricevuta dai tecnici è adeguata, gli strumenti a volte non sono precisi o perfettamente idonei, non sempre è possibile avere accesso alle statistiche delle operazioni svolte, le operazioni di assemblaggio e manutenzione fatte con materiali di tipo tradizionale richiedono tempi di esecuzione che non sono più adatti alla sempre più incalzante richiesta di competitività. Tutto ciò provoca inefficienze all’interno delle fabbriche.
3. Costi: quanto sopra si traduce in maggiori costi del personale a causa dei tempi di esecuzione più lunghi, degli errori ricorrenti e del danneggiamento accidentale dei componenti dovuto all’esecuzione errata delle procedure.
Da alcuni studi effettuati con lo scopo di testare l’efficacia dell’AR applicata alle operazioni industriali (per esempio: “Augmented Reality Efficiency in Manufacturing Industry: A Case Study” di J. Saaski, T. Salonen, M. Liinasuo, J. Pakkanen, M. Vanhatalo, A. Riitahuhta), è emerso un incremento delle performance che arriva fino al 50% nell’esecuzione di certe attività, il che significa che l’AR permette ai tecnici di eseguire un certo compito in maniera più rapida e con minori possibilità di errore. E la riduzione dei tempi di esecuzione si riflette in molti casi in un costo del lavoro più basso.
La Realtà Aumentata può essere di supporto a quasi tutte le attività che si svolgono all’interno degli stabilimenti, dalle attività core della produzione alla manutenzione, alla formazione:
1. Produzione: qualsiasi operazione che richieda procedure da seguire step by step può trarre benefici dall’introduzione della realtà aumentata. Installazione, assemblaggio, cambio attrezzature su macchine utensili, sono solo alcuni dei processi nei quali l’AR può fare la differenza rendendo la fabbrica veramente intelligente.
2. Manutenzione e Assistenza Remota: sia essa preventiva, correttiva o in alcuni casi perfino predittiva, la manutenzione richiede sempre e comunque l’impiego e lo spostamento di importanti risorse umane e finanziarie per garantire la continuità delle operazioni ed evitare i fermo macchina. In questo contesto l’AR è estremamente efficace nel ridurre i tempi di esecuzione, nel minimizzare l’errore umano e nell’inviare statistiche rilevanti ai manager della manutenzione.
3. Training: la formazione con la realtà aumentata può essere molto efficace soprattutto per quelle aziende in cui i processi di training coinvolgono un vasto numero di tecnici da impiegare sul campo e magari dislocati geograficamente su un territorio molto ampio. I benefici sono apprezzabili sia su nuovo personale da formare che su tecnici esperti da formare su nuove operazioni.
4. Controllo qualità: con il supporto dell’AR nei processi di controllo della qualità è possibile verificare se gli oggetti prodotti rispettino o meno i migliori standard di produzione.
5. Safety management: la Realtà Aumentata rende disponibili gli strumenti necessari per la gestione dei rischi e della sicurezza degli operatori e dei beni all’interno delle fabbriche.
6. Design e visualizzazione: in questo scenario di utilizzo la realtà aumentata entra in gioco fornendo strumenti in grado di migliorare il design, la prototipazione e la visualizzazione in fase di design.
7. Logistica: strumenti AR che possono migliorare l’efficienza nella gestione dei magazzini, in particolar modo quelli di grandi dimensioni, durante le operazioni di navigazione indoor e di picking.

Come funziona?
L’applicazione della realtà aumentata prevede due fasi:
determinare lo stato attuale del mondo fisico e del mondo virtuale;
visualizzare il mondo virtuale in relazione al mondo reale in modo che l’utente percepisca gli elementi del mondo virtuale come parte integrante del mondo fisico.
I componenti principali di un sistema di realtà aumentata utili a sostenere i passi appena elencati sono tre:
1. sensori utili a determinare lo stato del mondo fisico in cui l’applicazione opera;
2. un processore per valutare i dati del sensore, per visualizzare le immagini sul display, e per simulare le leggi della fisica;
3. un display adatto a creare l’impressione che il mondo virtuale ed il mondo reale siano coesistenti.

Le tecnologie di AR mettono a disposizione delle aziende nuovi strumenti di intelligenza distribuita, e quindi informazioni e funzioni di controllo potenti su macchine, linee di produzione e processi. Per esempio grazie a visori industriali, smart glass, tablet e smartphone la realtà aumentata permette di accedere alle informazioni in modalità dinamica e sincronizzata con la macchina o il sistema di produzione.

In pratica
BMW è stata una delle prime aziende che ha sperimentato la Realtà Aumentata per migliorare i processi produttivi, come i processi di saldatura; anche Volkswagen ha introdotto la Realtà Aumentata per pianificare le linee di produzione e per verificare varie parti e componenti delle automobili.
Un vantaggio che l’AR può portare nel campo dell’assemblaggio e della costruzione è la possibilità di monitorare e tenere traccia dei singoli progressi, in modo da gestire progetti complessi in maniera efficiente. Un altro caso di utilizzo è quello proposto da S.K. Feiner – professore di Computer Science alla Columbia University – dove il sistema crea una visione panoramica del sito di costruzione mentre i lavoratori utilizzano dei HMD (Head Mounted Display) per analizzare quale pezzo della struttura deve essere montato e in quale posizione.

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