La realtà aumentata nell’Industria 4.0

In un’industria sempre più connessa, molti processi possono essere mappati virtualmente. La “Mixed Reality” è interessante per tutti i settori della produzione industriale, dalla pianificazione degli impianti al contatto con i clienti. Pertanto, la Realtà Aumentata (AR) non è importante solo per i settori del gioco, dell’intrattenimento e delle telecomunicazioni, ma anche per l’Industria 4.0.

Realtà mista, realtà virtuale e realtà aumentata

Quando si parla di strumenti digitali per l’Industria 4.0, le applicazioni di realtà aumentata e virtuale sono regolarmente tra le possibilità menzionate. Tuttavia, rispetto a molte altre tecnologie, il loro impatto è considerato basso.

Uno sguardo ai risultati del Deloitte Insights Readiness Report 2020 mostra quali tecnologie rivestono maggiore importanza per le aziende:

• L’Internet delle cose (IoT), l’intelligenza artificiale (AI), le infrastrutture cloud e i big data o big data analytics sono considerati a livello internazionale i pilastri più importanti per l’Industria 4.0.
• Seguono le nanotecnologie, la robotica avanzata e i sensori.
• Secondo il rapporto, la realtà aumentata è tra le tecnologie meno rilevanti, insieme alla stampa in 3D, alla quantistica e all’edge computing.

Tuttavia, l’uso di strumenti virtuali offre numerose possibilità per l’intera produzione industriale.

Realtà aumentata (in ing. Augmented Reality) : cos’è?

Dopo il successo dell’app di gioco Pokémon Go, la realtà aumentata è diventata una parola familiare per la maggior parte delle persone. L’AR (Augmented Reality) è uno strumento popolare per collegare il mondo reale e le informazioni digitali ed è spesso utilizzato nei giochi per computer e video, nei filtri per foto e video delle applicazioni dei social media o nei progetti di istruzione e apprendimento.

Questo è il compito essenziale che svolge la realtà aumentata: grazie ad essa, gli ambienti reali possono essere integrati o sovrapposti con elementi digitali (visivi o sonori). Occorrono solo le apparecchiature necessarie. Trattandosi di applicazioni utilizzabili con speciali occhiali per la realtá aumentata e con dispositivi mobili come smartphone e tablet, è molto facile da usare.

I requisiti di base sono:

• la combinazione di oggetti virtuali e reali all’interno di un ambiente reale,
• il funzionamento interattivo e
• la registrazione in tempo reale di oggetti virtuali e reali tra loro.

Diversi metodi AR per la visualizzazione

I marcatori sono solitamente utilizzati per il funzionamento dei sistemi AR. Questi aiutano a valutare correttamente la posizione e l’orientamento degli oggetti virtuali nell’ambiente reale. In alternativa, esistono tecnologie che non richiedono marcatori, come il Natural Feature Tracking (NFT) o la tecnologia Simultaneous Localisation and Mapping (acronimo SLAM, ovvero “Localizzazione real-time e Mappatura dell’ambiente”).

Questi diversi sistemi vengono utilizzati per la visualizzazione:

• I display montati sulla testa ( Head Mounted Displays, HMD) sono i famosi occhiali o caschi. Sono tipicamente utilizzati per applicazioni VR con ambienti completamente virtuali, ma possono essere utilizzati anche per la realtà aumentata.
• I display mobili, ovvero smartphone e tablet, sono noti anche al di fuori del contesto industriale e alcune applicazioni sono già state menzionate all’inizio. In produzione, i dispositivi mobili aiutano a mappare prodotti o processi complessi in modo semplice.
• 33I sistemi di Realtà Aumentata Spaziale (SAR) funzionano in modo diverso perché utilizzano proiettori, i quali proiettano elementi virtuali direttamente sugli oggetti reali.

Il calcolo spaziale nel contesto delle applicazioni AR significa sovrapporre diversi strati virtuali. I dati richiesti possono essere memorizzati, ad esempio, in un cloud AR. In questo modo, la rappresentazione visiva può essere collegata a dati in tempo reale provenienti da sensori, figure chiave della produzione o informazioni provenienti da altri oggetti IoT.

Il vantaggio è che questa forma di visualizzazione consente soluzioni senza mani, il che significa che i processi di lavoro manuali possono essere eseguiti fornendo informazioni digitali o guidati da sistemi di assistenza remota.

Lavorare nella realtà mista

La Realtà Aumentata fa parte della Realtà Mista. Descrive la connessione di ambienti reali con quelli virtuali; reali come i capannoni della fabbrica, le macchine e il personale e virtuali come i dati provenienti da un’ampia varietà di fonti.

Le applicazioni AR mostrano come questa connessione si presenta nella pratica. La virtualità aumentata è una sottocategoria della realtà mista. Sebbene le applicazioni e gli strumenti della Virtualità Aumentata abbiano, come la Realtà Virtuale, una maggiore attenzione al livello virtuale, sono comunque collegate all’ambiente reale.

Sono un fattore importante nella pianificazione perché, ad esempio, le nuove periferiche (come i guanti) possono aiutare a rilevare metriche di ergonomia e prestazioni per la progettazione del posto di lavoro. Mentre i campi di applicazione della Realtà Aumentata sono principalmente nel settore manifatturiero.

Punti di forza e di debolezza dell’AR nella produzione

Lo scetticismo delle aziende industriali nei confronti delle applicazioni AR nel settore manifatturiero deriva dal fatto che non è stato possibile valutarne sufficientemente l’influenza. La realtà aumentata non può essere implementata senza le attrezzature tecniche adeguate, quindi gli investimenti necessari dovrebbero mostrare effetti positivi.

Un progetto di ricerca collaborativo studia l’effetto dell’AR

L’impatto della AR sulla produzione industriale è stato studiato da un team di ricerca dell’Università Tecnica di Monaco (TUM), dell’Università del Wisconsin-Madison e dell’Ospedale di Stato di Mainz (Vedi immagini più grandi? Potenzia la produzione con l’uso della Realtà Aumentata. Produzione e Gestione delle Operazioni dei Servizi 2022) in prove congiunte sul campo. Le domande del progetto, che è stato realizzato da un’azienda tecnologica:

• Quanto velocemente i dipendenti imparano a svolgere nuovi compiti con e senza il supporto dell’AR?
• La complessità del compito gioca un ruolo importante?
• In che modo le applicazioni AR influenzano la capacità dei dipendenti di fornire suggerimenti per ottimizzare i processi?

L’impatto delle applicazioni AR sulla produttività è il più evidente. I ricercatori hanno potuto osservare che anche i compiti più complessi sono stati completati molto più velocemente con l’aiuto degli occhiali AR (risparmio di tempo del 44% in media). Anche le attività più semplici hanno richiesto circa il 15% di tempo in meno con il supporto dell’AR.

Valutare correttamente i vantaggi e gli svantaggi dell’AR

Lo svantaggio: l’assistenza tecnica riduce l’effetto di apprendimento. Le informazioni necessarie per completare il compito non vengono assorbite con la stessa profondità del lavoro analogico. Questo, a sua volta, ha un effetto sul potenziale di innovazione : secondo i risultati dello studio, il gruppo che ha lavorato senza tecnologia AR ha fornito suggerimenti più utili per il miglioramento.

Secondo i ricercatori, le applicazioni AR hanno l’impatto più positivo nelle aree in cui l’ottimizzazione dei processi è in gran parte o completamente completata. L’AR supporta anche le aree di produzione in cui è richiesto un tempo di reazione breve, aumentando così la produttività.

Tuttavia, molte aziende trovano usi molto diversi per le tecnologie AR nella produzione industriale.

Aree di applicazione della tecnologia AR nell’Industria 4.0

Sebbene le applicazioni AR siano un po’ in ritardo rispetto ad altri settori chiave dell’Industria 4.0, molti produttori stanno già sfruttando le possibilità della Realtà Aumentata. Le aree di applicazione sono molto diverse e non si limitano a rendere ancora più veloci i processi produttivi ben coordinati.

Supporto per attività di assemblaggio complesse

Come ha già dimostrato lo studio sopra citato del team di ricerca guidato dal Prof. Dr. David Wuttke, l’AR significa semplificare notevolmente compiti complessi. Questo vale anche per la catena di montaggio, poiché i prodotti e i processi diventano sempre più complessi.

Una moltitudine di componenti deve essere assemblata con estrema precisione e in tempi ristretti. La sfida rimane la stessa, indipendentemente dalle dimensioni del prodotto finito.

Tuttavia, i nuovi prodotti rendono più difficile l’assemblaggio, ritardando così i processi. I motivi sono, tra l’altro, le nuove istruzioni di montaggio e il modo in cui sono presentate. I documenti PDF, spesso utilizzati per ottenere le informazioni necessarie, richiedono molto tempo.

Tuttavia, con il supporto dell’AR, le informazioni possono essere rese facilmente accessibili e ben visibili. L’utilizzo del supporto AR con il controllo vocale contribuisce inoltre a velocizzare il processo, in quanto gli operatori hanno le mani libere e non devono interrompere l’assemblaggio per ottenere le informazioni necessarie.

Questo modo di utilizzare l’AR non è nuovo, tuttavia il progresso tecnologico ha reso le apparecchiature necessarie e il software associato molto più economici rispetto a 20 anni fa. Di conseguenza, le applicazioni AR sono ora più diffuse. Nella tecnologia aerospaziale, ad esempio, dove l’assemblaggio avviene in dimensioni notevolmente maggiori, i proiettori vengono utilizzati per mostrare l’esatta posizione dei singoli pezzi.

Semplificazione dei processi di manutenzione

La manutenzione degli impianti di produzione è un fattore critico dal punto di vista economico. L’Industria 4.0 mira a ridurre i tempi di inattività imprevisti della produzione automatizzando gli impianti di produzione e pianificando la loro manutenzione.

Anche senza la possibilità di una manutenzione delle macchine ampiamente o completamente automatizzata, il tempo gioca un ruolo centrale. Se i risultati e gli obiettivi della manutenzione devono essere trasferiti nei manuali, i processi vengono ritardati e richiedono più tempo del necessario.

Con la tecnologia AR, il confronto tra obiettivi e risultati può avvenire in parallelo su un display AR. In questo caso, il controllo vocale aiuta anche a utilizzare facilmente il manuale con le mani libere.

La tecnologia HoloLens unisce il servizio di manutenzione, i modelli virtuali e i moderni canali di comunicazione. In questo modo, i tecnici della manutenzione hanno accesso a tutte le informazioni rilevanti (come i dati tecnici, ecc.), possono confrontarle con i modelli virtuali ed eseguire la manutenzione a mani libere.

Il supporto tecnico non deve nemmeno essere presente in loco: tutte le fasi di ispezione necessarie possono essere trasmesse a un tecnico in loco tramite HoloLens. Gli occhiali AR funzionano in due direzioni:

• Il tecnico in loco vede le istruzioni esatte per la manutenzione professionale attraverso il display e riceve istruzioni precise passo dopo passo.
• Il team di assistenza della sede centrale ha una visione diretta attraverso gli occhiali e può effettuare la manutenzione a distanza.

Insieme ai dati dei modelli, tali interventi possono essere pianificati in anticipo e completati molto più rapidamente.

Promuovere modalità di lavoro collaborative

L’applicazione HoloLens anticipa un’altra possibilità per le applicazioni AR: migliorare le soluzioni collaborative e facilitare l’accesso alle conoscenze degli esperti. In questo modo è più facile coordinare ed eseguire interventi di manutenzione e assistenza, anche in contesti produttivi più ampi.

La tecnologia AR è destinata a colmare il gap di personale che esiste in molte aziende a causa della mancanza di lavoratori qualificati. Grazie alle applicazioni AR, gli esperti possono essere chiamati da qualsiasi luogo senza dover essere sul posto. Pertanto, non è più necessario avere a disposizione le competenze richieste in casa.

I dipendenti possono essere guidati dagli esperti grazie alla telepresenza e alla trasmissione della situazione in fabbrica. Questa forma di collaborazione può essere estesa a tutti i reparti, le divisioni e gli stabilimenti. Questo trasferimento di conoscenze può essere utilizzato anche a fini formativi, come una sorta di ” apprendistato” sotto la diretta supervisione di personale tecnico qualificato.

Migliorare le relazioni con i clienti

Analogamente, i produttori possono utilizzare le applicazioni AR per supportare i clienti. Soprattutto quando si tratta di consulenze che i costruttori di macchine e impianti devono fornire per prodotti complessi.

La tecnologia AR consente una visualizzazione decisamente migliore – dei prodotti stessi, dei singoli componenti o dell’integrazione delle macchine e dei sistemi nelle operazioni. Pertanto, i clienti non solo si fanno un’idea del funzionamento di un prodotto, ma anche delle sue dimensioni spaziali nel luogo previsto.

Inoltre, le richieste di modifica possono essere discusse direttamente con il cliente e trasferite ai modelli virtuali.

Aiuto nel controllo qualità

I modelli virtuali di prodotti e componenti possono essere utilizzati anche per il controllo qualità insieme ai dispositivi AR. I display possono essere utilizzati per confrontare l’originale e il modello tramite sovrapposizione. Se ci sono deviazioni dalle specifiche del produttore, queste possono essere segnalate direttamente nel rivestimento.

Questo vale anche per i progetti più grandi. In Airbus, ad esempio, le applicazioni di Mixed Reality vengono utilizzate per fornire ai tecnici modelli e schizzi digitali completi, in modo che possano controllare i supporti strutturali durante la produzione. Ciò consente di abbreviare notevolmente l’ispezione di fino a 80.000 staffe.

Migliore pianificazione delle aree di produzione

Grazie alla tecnologia AR, è possibile proiettare sull’ambiente reale modelli di aree di produzione o di interi stabilimenti. In questo modo, è possibile verificare la pianificazione di macchine, aree di stoccaggio, vie di trasporto e di fuga prima della messa in funzione, e ottimizzarla nel caso in cui si rendano necessari successivi miglioramenti in loco.

Esempi di applicazione per l’AR: approfondimenti pratici

Le aree di applicazione della tecnologia AR descritte sopra non sono più considerazioni teoriche per molte aziende. Di fatto, sono già considerati una parte integrante della vita lavorativa quotidiana.

Installazione di nuove linee di produzione presso Toyota Motor Corporation

Toyota Motor Corporation sta utilizzando applicazioni AR per semplificare la manutenzione e l’installazione di linee di produzione ed edifici di fabbrica nuovi ed esistenti nelle sue sedi globali. La tecnologia aiuta a diversi livelli.

Sfide

• Presenza di esperti: del lavoro, risoluzione di problemi potenzialmente pericolosi, esecuzione di lavori elaborati come la misurazione di macchine di grandi dimensioni: molti di questi processi richiedono di solito la presenza di esperti e/o tecnici abilitati che devono recarsi nei siti internazionali appositamente per questo scopo.
• Linee guida rigorose per la comunicazione: In tutte le attività di Toyota, dalla sede centrale alle filiali locali, si applicano regole rigorose per la gestione dei dati riservati. Questo include anche software, telecamere e altri dispositivi finali che aprono possibili falle nella sicurezza. Questo rende più difficile la comunicazione tra località distanti.

Soluzioni

• Strumenti sicuri: Per migliorare la comunicazione e il flusso di informazioni, Toyota si affida a strumenti sicuri. Tra questi, ad esempio, Vuforia Chalk (di PTC) per l’assistenza remota.

Lo strumento è dotato di una serie di funzioni quali video e audio in diretta e la possibilità di aggiungere osservazioni digitali alla visualizzazione in tempo reale. Per garantire la sicurezza, lo strumento è stato personalizzato per Toyota e preinstallato sui dispositivi mobili disponibili in prestito nelle aziende.

• Esperti a distanza via AR: L’uso della tecnologia AR alla Toyota è un classico esempio di come possa essere utilizzata per rendere disponibile a grandi distanze la conoscenza di esperti per un problema specifico. Tutte le fasi di lavoro durante l’installazione e la manutenzione possono quindi essere accompagnate direttamente a distanza tramite telefono cellulare o tablet. Il tecnico in loco è supportato da istruzioni precise.

In questo modo non solo si riduce la quantità di spostamenti, ma anche il tempo che altrimenti sarebbe necessario per le misurazioni della macchina. Inoltre, con questa procedura è possibile evitare errori di implementazione.

La realtà aumentata per la formazione nel BMW Group

Contrariamente ai risultati dello studio TUM sulle applicazioni significative dell’AR, il BMW Group ha trovato un approccio all’utilizzo della tecnologia per la formazione dei dipendenti. In effetti, a parte il coordinamento delle operazioni di prelievo nella logistica e nel controllo qualità (come nel reparto verniciatura), è l’uso più importante per le applicazioni AR.

Con l’aiuto di video e istruzioni sovrapposte all’ambiente reale dell’officina, si devono trasmettere le numerose fasi di assemblaggio. I video possono essere adattati al rispettivo dipendente e possono essere mandati avanti e indietro a piacere.

Un istruttore accompagna gli esercizi in condizioni reali. Possono rispondere a domande specifiche che vanno oltre il video e il contenuto didattico. La tecnologia AR consente di formare più dipendenti contemporaneamente.

Secondo l’azienda, l’offerta formativa è ben accolta. Nel complesso, i video di formazione garantiscono il raggiungimento più rapido degli obiettivi di apprendimento desiderati. La valutazione è diversa per l’assemblaggio: In questo caso, il BMW Group non vede alcun valore aggiunto per le applicazioni AR, anche se ci sono certamente possibilità di applicazione. Tuttavia, l’attenzione in quest’area si concentra anche sui processi snelli.

Progetto pilota HoloLens alla Škoda

Nel 2021 è stato avviato un progetto pilota presso Škoda per testare i vari usi possibili degli occhiali AR. Le aree di applicazione includono, ma non si limitano a:

• La manutenzione può essere ottimizzata grazie alla proiezione immediata di manuali, liste di controllo di manutenzione e documenti simili, mentre le mani dei tecnici rimangono libere;
• I corsi di formazione che possono essere integrati da videoconferenze parallele, ad esempio.

Anche gli obiettivi del progetto AR sono diversi. Si va da una maggiore sicurezza sul lavoro (ad esempio grazie a un tasso di errore più basso) a una migliore comunicazione tra i reparti e le sedi, fino a processi di manutenzione più brevi.

Gli elementi della gamification dovrebbero servire anche come incentivo per i dipendenti più giovani e facilitare l’accesso alle professioni tecniche.

AR per la fidelizzazione dei dipendenti del Gruppo Volvo

Come Toyota Motor Corporation, anche Volvo Group si affida allo strumento Vuforia di PTC per le sue applicazioni AR. La tecnologia viene utilizzata in diverse aree dell’azienda. Un obiettivo importante è posizionare Volvo come un datore di lavoro attraente e innovativo.

La Realtà Aumentata svolge un ruolo importante in questo senso perché, secondo l’azienda, può interessare diversi gruppi di dipendenti e candidati:

• I dipendenti esistenti sono coinvolti attivamente nei nuovi processi e contribuiscono così al trasferimento di conoscenze. Soprattutto per quanto riguarda il controllo e la garanzia di qualità dei motori, ciò consente di raccogliere il know-how degli esperti di lunga data e di prepararlo in modo moderno per il personale giovane.
• Le tecnologie AR sono generalmente di grande interesse per i richiedenti. Utilizzando strumenti adeguati, il Gruppo Volvo trae vantaggio in due modi.

Da un lato, rafforzano il marchio come azienda tecnologica moderna e quindi la sua attrattiva come datore di lavoro. D’altra parte, le applicazioni AR facilitano e abbreviano notevolmente la formazione necessaria ai nuovi dipendenti.

Nel complesso, la realtà aumentata mira a ridurre il carico cognitivo dei dipendenti, promuovendo al contempo la capacità di apprendimento. Le tecnologie AR sono quindi sempre più utilizzate in aree che non possono essere automatizzate e che si basano su competenze e analisi umane.

Cassetta degli attrezzi versatile

Le tecnologie AR sono utilizzate in molti settori commerciali e produttivi. Vengono utilizzati come supporto per ottenere miglioramenti in termini di qualità, costi e tempi.

A tal fine, tuttavia, è necessario adattare le applicazioni ai rispettivi requisiti delle diverse aree. Allo stesso tempo, va notato che la Realtà Aumentata non può fornire l’ottimizzazione desiderata per ogni processo produttivo.

Tuttavia, i casi di studio mostrano la forza delle applicazioni AR, soprattutto per la manutenzione, l’assistenza, l’assemblaggio, il controllo qualità e la formazione. A ciò si aggiungono vantaggi generali come il miglioramento della comunicazione all’interno delle aziende e con i clienti e i partner in tutto il mondo, 24 ore su 24, 7 giorni su 7. In questo senso, l’AR offre un’ampia gamma di possibili applicazioni che si traducono in un valore aggiunto per la produzione industriale.