La capacità di poter riadattare il layout di fabbrica rapidamente ai processi di produzione e di utilizzare efficientemente spazi ristretti che comportano costi operativi elevati è una delle grandi sfide che devono affrontare le aziende manifatturiere per poter abilitare la resilienza e la flessibilità necessaria alla competitività dell’impresa.
La realtà mista può fornire un supporto efficiente alla pianificazione della fabbrica proprio in questo tipo di scenario, come dimostra l’esperienza dei ricercatori del Fraunhofer Institute for Manufacturing Engineering and Automation IPA.
Attraverso il software HoloLayouts, i ricercatori hanno sviluppato un’applicazione in cui più persone possono collaborare in modo interattivo alla creazione di layout di fabbrica che utilizzano lo spazio in modo efficiente.
Grazie alla realtà mista, il processo di pianificazione della fabbrica può essere vissuto in un ambiente virtuale, con modifiche apportate dal vivo e in tempo reale.
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Il bisogno di flessibilità e collaborazione nella progettazione delle linee
Oggi le fabbriche sono spesso pianificate al computer. Lo svantaggio di questo approccio è che è difficile coinvolgere gli operatori della produzione nel processo, poiché il software deve essere gestito da un esperto.
Tuttavia, il contributo degli addetti alla produzione è un elemento essenziale per creare i layout e gli spazi giusti. Anche i processi produttivi si evolvono rapidamente, richiedendo la conversione e l’ampliamento degli edifici industriali.
La produzione di batterie è un esempio importante di un’area in cui i processi stanno cambiando rapidamente a causa delle innovazioni nei prodotti e nelle tecnologie di produzione.
“Gli spazi utilizzati per la produzione di batterie hanno costi di gestione elevati a causa dei requisiti specifici che i processi comportano, come le camere bianche e le camere asciutte. Le innovazioni produttive richiedono opzioni di progettazione versatili e flessibili. La fabbrica del futuro deve essere modificabile”, spiega Christian Kaucher, ricercatore del Fraunhofer IPA.
Come la realtà mista può aiutare nello sviluppo del layout di fabbrica
Queste sfide hanno portato i ricercatori del Fraunhofer IPA a sviluppare un’applicazione per la pianificazione di fabbrica in realtà mista (MR).
HoloLayouts è nato nell’ambito del progetto DigiBattPro4.0 – BMBF (finanziato dal Ministero Federale Tedesco dell’Istruzione e della Ricerca BMBF), il cui obiettivo è quello di realizzare una completa trasformazione digitale nel settore della produzione di celle per batterie.
“Con HoloLayouts rispondiamo a questa esigenza e rendiamo possibile una pianificazione flessibile ed efficiente dal punto di vista dello spazio, che consente ai layout di adattarsi rapidamente alle nuove tecnologie di produzione e di prodotto”, aggiunge Kaucher.
Tra i vantaggi offerti dagli strumenti di realtà mista, vi è proprio quello di abilitare una collaborazione interattiva tra più soggetti nel processo di pianificazione di una fabbrica, che non è generalmente possibile negli strumenti di pianificazione 3D convenzionali basati su computer.
A differenza della realtà virtuale (VR), infatti, con la realtà mista non vi è alcuna separazione tra gli operatori e l’ambiente: accanto ai modelli virtuali, essi sono ancora in grado di vedere l’ambiente reale e possono interagire con altre persone coinvolte nel processo di pianificazione.
Lo studio del Fraunhofer IPA: progettazione collaborativa ed efficiente con HoloLayouts e Microsoft HoloLens 2
Ed è proprio quello che i ricercatori del Fraunhofer IPA sono riusciti a fare, grazie alla combinazione del software HoloLayouts e dell’hardware necessario per il suo funzionamento, Microsoft HoloLens 2.
Questo headset a realtà mista proietta l’ambiente di progettazione virtuale direttamente nel campo visivo degli utenti, che possono quindi prelevare, spostare, far scorrere, scalare e posizionare singoli oggetti, come macchine o pezzi da lavorare.
Inoltre, il programma permette di aggiungere nuovi oggetti (grazie al catalogo disponibile) e di regolare le distanze tra gli oggetti, come la larghezza dei corridoi, ad esempio.
In modalità miniatura, gli utenti possono iniziare a disegnare una serie di opzioni di layout e guardare una panoramica della pianta. I layout vengono poi visualizzati nelle loro dimensioni originali in modalità 1:1, consentendo di convalidarli sul posto.
“In questo modo è possibile individuare tempestivamente i difetti di progettazione, poiché gli operatori hanno una visione realistica dell’aspetto del progetto dell’ambiente di fabbrica”, spiega Kaucher, sottolineando i vantaggi delle due opzioni di visualizzazione.
Gli operatori possono anche lavorare in squadra in entrambe le modalità e lavorare insieme sui layout. È possibile anche avviare una sessione condivisa per aggiungere altri utenti, sia nello stesso spazio (modalità Co-Located) sia in più sedi (modalità Remote).
La modalità Co-Located visualizza il modello a tutti i partecipanti esattamente nello stesso punto dello spazio, facilitando la discussione di aspetti specifici del layout. Grazie al design intuitivo dell’applicazione, anche gli operatori che non hanno esperienza di MR possono partecipare al processo di progettazione.
I test condotti dai ricercatori del Fraunhofer IPA
HoloLayouts è già stato utilizzato dai ricercatori in test pratici nell’ambito del progetto DigiBattPro4.0. L’applicazione di realtà mista è stata utilizzata per pianificare una nuova area contenente due stazioni di fornitura di materie prime per big bag e una serie di dispositivi periferici, come i filtri antipolvere.
Il processo di pianificazione è stato condotto in collaborazione con l’azienda Varta Consumer Batteries. Dai test è emerso un forte apprezzamento da parte degli operatori della capacità dell’applicazione di fornire una buona comprensione dello spazio da progettare e la sua natura intuitiva.
HoloLayouts è stato utilizzato anche nel Centro per la produzione digitalizzata di celle per batterie (ZDB) per pianificare una linea di assemblaggio per 21.700 celle di batterie agli ioni di litio.
La produzione di celle per batterie comprende i processi di produzione delle strisce di elettrodi, l’assemblaggio delle celle con elettrodi e altri componenti e la finitura delle celle. Presso il Fraunhofer IPA è stata creata una linea di produzione per l’assemblaggio delle celle, la seconda di queste fasi.
“Siamo stati in grado di utilizzare HoloLayouts, che ci ha permesso di creare e testare layout che utilizzano lo spazio limitato disponibile in modo molto efficiente”, spiega Kaucher.
