La realtà virtuale non è (solo) un gioco
La fabbrica digitale che cambia la produzione industriale
Originariamente sviluppata come tecnologia per il gioco e l’intrattenimento, la realtà virtuale sta rapidamente guadagnando terreno nel settore della produzione industriale. Questa tecnologia, infatti, può essere utilizzata in fabbriche e officine ai fini di migliorare, velocizzare ed aumentare la produttività.
“Ultimate screen” o schermo definitivo: negli anni 60 era questa l’idea più vicina al concetto di realtà virtuale che conosciamo oggi. Ivan Sutherland, pioniere di internet e della computer grafica, si immaginava uno schermo in grado di inviare informazioni non solo agli occhi, ma anche a mani, naso e bocca. Dovettero passare trent’anni prima che il professore universitario Fred Brooks annunciasse in un rapporto che la realtà virtuale (o virtual reality, VR) era finalmente arrivata. Allora questa tecnologia era a malapena funzionante, ma negli ultimi vent’anni le comunità industriali e quelle accademiche hanno contribuito al suo sviluppo. I progressi tecnici ottenuti consentono oggi di esplorare e interagire con contenuti virtuali in maniera sempre più immersiva.
La realtà virtuale è quindi una simulazione digitale della realtà stessa, con cui l’uomo può interagire attivamente. Si utilizzano caschi e occhiali in cui viene rappresentata graficamente la realtà virtuale e si riproducono suoni. Attraverso dei guanti, infine, possono essere simulati gli stimoli tattili.
Oltre a videogiochi e tecniche di addestramento militare, oggi, l’uso della realtà virtuale è concentrato prevalentemente nel settore dell’ingegneria, come strumento decisionale nella progettazione del prodotto.
Secondo un report di International Data Corporation (IDC), il mercato della VR contava, a fine 2017, circa 13,7 milioni di unità e dovrebbe arrivare nel 2021 a 81,2 milioni con una crescita stimata del 56,1%. In base alle ultime ricerche di IDC, il 58% delle aziende europee intervistate stanno già conducendo programmi pilota, mentre il 13% ha affermato di aver già realizzato implementazioni complete.
Industria Manifatturiera e applicazioni VR
Nell’industria manifatturiera la VR sta rivoluzionando i sistemi di produzione, creando nuovi paradigmi e sfatando le previsioni negative che vedevano questa tecnologia all’appannaggio solo di aziende di Gaming o di Entertainment.
Le aziende manifatturiere hanno bisogno di produrre prodotti innovativi a basso costo e in tempi di consegna molto brevi per tenere il passo con le esigenze di mercato. Le imprese hanno così iniziato ad impiegare processi di produzione più complessi e dinamici, che le hanno indotte a specializzarsi sull’uso di nuove tecnologie.
La realtà virtuale consente a queste aziende di immergere i progettisti e gli utenti finali in un ambiente virtuale interattivo per una simulazione realistica del mondo. Grazie alla realtà virtuale quindi è già possibile sviluppare un’idea o un progetto senza doverlo riprodurre nella realtà. Essa fornisce un ambiente di modellazione e simulazione così potente che la fabbricazione e l’assemblaggio di qualsiasi prodotto possono essere simulati dal computer.
Nel caso del settore manifatturiero, l’uso della VR si concentra essenzialmente in 3 passaggi:
a) il design del prodotto;
b) i processi di produzione;
c) la gestione delle operazioni.
A. Design e prototipazione
La tecnologia della realtà virtuale è stata applicata in due diversi campi del design: progettazione e prototipazione.
La creazione di un ambiente virtuale per designer nella fase di progettazione concettuale di un nuovo prodotto si è rivelata una soluzione indispensabile. In questa fase, il designer o progettista ha infatti la possibilità di disegnare il prodotto in 3D ed avviare sperimentazioni di tipo funzionale. In questo caso quindi le eventuali modifiche sul prodotto potranno essere apportate in uno spazio digitale, con costi ridotti.
La prototipazione virtuale, invece, può essere utilizzata prima di costruire il prototipo fisico per mostrare alternative di progettazione, compiere analisi, pianificare la produzione, supportare le decisioni di gestione e ottenere feedback su un nuovo prodotto da potenziali clienti.
In questo spazio virtuale la prototipazione dovrebbe includere quanto segue:
- Funzionalità: il prototipo virtuale dovrebbe essere chiaro e definito, simulato realisticamente;
- Interazione umana: l’uomo deve essere incluso nella simulazione;
- Ambiente: le simulazioni consentono l’immersione in un ambiente totalmente realistico.
B. Processi di produzione
All’interno dei processi di produzione si distinguono tre attività: la lavorazione, l’assemblaggio e l’ispezione.
La lavorazione virtuale coinvolge essenzialmente i processi di taglio come tornitura, fresatura, foratura, e molatura. Grazie alla VR quindi l’utente può montare un pezzo da lavorare sulla fresatrice, scegliere un utensile ed compiere lavorazioni dirette.
L’assemblaggio virtuale è un componente chiave, ed è definito come l’uso di strumenti informatici per prendere o supportare le decisioni ingegneristiche relative all’assemblaggio, attraverso lo svolgimento di analisi, l’implementazione di modelli predittivi, la visualizzazione e la presentazione dei dati. La realtà virtuale, in questo caso, può essere impiegata per operazioni di montaggio/smontaggio. Nel 2006, la Toyota ha utilizzato un avatar, Ergo Man, per aiutare a ridurre i carichi fisici sugli addetti all’assemblaggio. In questo caso, Ergo Man è stato usato come parte integrante di un’innovativa operazione di assemblaggio virtuale 3D in cui veniva replicato digitalmente l’intero processo di produzione dell’assemblaggio stesso.
La VR è utilizzata infine per modellare e simulare il processo di ispezione, comprendendo la rappresentazione digitale delle proprietà meccaniche e fisiche dell’attrezzatura impiegata. Così vengono studiati i metodi di ispezione e i fattori che ne influenzano l’efficacia.
C. Gestione delle operazioni
La realtà virtuale è utilizzata per gestire le operazioni di pianificazione, simulazione e formazione.
Nella pianificazione, la realtà virtuale può migliorare il sistema di produzione attraverso la creazione di un ambiente visivo a cui possono accedere tutte le persone coinvolte nel processo, ai fini, per esempio, di monitorare i fattori che possono portare a risultati inadeguati, riducendo così i tempi di avvio della produzione.
Utilizzare la realtà virtuale per compiere simulazioni aiuta invece a verificare la robustezza di un modello, nelle logiche applicate e nel suo effettivo funzionamento nel mondo reale.
Sempre più aziende utilizzano infine la formazione basata sulla realtà virtuale, per sviluppare le competenze in ambito manifatturiero dei propri dipendenti e aiutarli nella comprensione dei processi di produzione. La realtà virtuale pone infatti i partecipanti in una versione realistica della fabbrica, completa di azioni, immagini e suoni dell’impianto.
CONCLUSIONI
I layout di fabbrica e impianto sono sempre più pianificati digitalmente con strumenti 3D, con il fine di migliorare la sostenibilità della progettazione nel suo insieme. La realtà virtuale può essere uno strumento potente se usato nel modo giusto, utile a testare e valutare nuovi prodotti e idee risparmiando sui costi dello sviluppo reale.
Le sue applicazioni in ambito industriale, inoltre, consentono alle aziende di ridurre i tempi di progettazione, garantendo comunque una produzione alta qualità.
Per saperne di più:
- Virtual reality applications in manufacturing system, Nur Suraya Sahol Hamid ; Faieza Abdul Aziz ; Amir Azizi https://ieeexplore.ieee.org/document/6918317
- Industry use of virtual reality in product design and manufacturing: a survey
Leif P. Berg & Judy M. Vance https://link.springer.com/article/10.1007/s10055-016-0293-9?&utm_medium=other&utm_source=other&utm_content=4172018&utm_campaign=10_dann_ctw2018_4_econ_24