Il gemello digitale e la robotica collaborativa per lo sviluppo di sistemi di produzione incentrati sull’uomo
24 marzo 2022
Il laboratorio Sistemi di produzione sostenibile (SPS) del Dipartimento tecnologie innovative della SUPSI è una realtà pioniera nella creazione di sistemi di produzione in cui operatori umani e macchine integrano le rispettive capacità per ottenere migliori prestazioni e incrementare il benessere dei lavoratori.

Nonostante il crescente livello di automazione nel settore manifatturiero, le caratteristiche, le capacità, i comportamenti e le condizioni psico-fisiche dei lavoratori hanno ancora un impatto rilevante sulle prestazioni e sulle operazioni di un sistema di produzione. Ad oggi, tuttavia, la maggior parte di questi aspetti viene trascurata nella rappresentazione digitale di una fabbrica (digital twin), non permettendo di ottenere il massimo risultato in termini di prestazioni e interazioni tra uomo e macchine.

Per ottenere il massimo dalle analisi e ottimizzazioni derivate dall’uso di digital twin, i dati storici e le condizioni psicofisiche dei lavoratori devono essere disponibili e integrati a quelli della fabbrica.

A tal fine, diviene fondamentale creare una rappresentazione digitale non solo dei sistemi di produzione, ma anche dei lavoratori, considerando dati di contesto (bisogni specifici del lavoratore, età, ecc.) e dati in tempo reale provenienti da sensori (posizione, movimenti, battito cardiaco, temperatura, ecc.).

All’interno del progetto COMPLEMANT, il Laboratorio Sistemi di produzione sostenibile della SUPSI ha sviluppato una cella di lavoro collaborativa ed un digital twin per supportare l’operatore nei processi di assemblaggio e controllo qualità. L’introduzione di un cobot congiuntamente al gemello digitale della cella di lavoro era finalizzata ad incrementare l’efficienza e la qualità del processo, così come il benessere dei lavoratori. Tramite i monitoraggi dei parametri fisiologici e psicologici del lavoratore e le informazioni di contesto, il “gemello digitale” era in grado di rilevare disallineamenti potenzialmente imputabili ad un eccessivo sforzo fisico o cognitivo e che potevano implicare condizioni di minor benessere per i lavoratori, nonché minor sicurezza e prestazioni del sistema.

Le capacità del cobot diventavano un’estensione di quelle possedute dal lavoratore ed erano modulate al fine di far fronte a specifici bisogni e condizioni del lavoratore. Come dettagliato nell’articolo scientifico che presenta il caso industriale, questo ha permesso di:

  • Aumentare del 16% la produttività
  • Ridurre le non-conformità del 96%
  • Ridurre lo stress fisico e mentale dei lavoratori rispettivamente del 16% e 12%. 

Più recentemente, nel progetto H2020 STAR, grazie alla stretta collaborazione con i partner del progetto, il Laboratorio Sistemi di produzione sostenibile sta realizzando una piattaforma che supporta lo sviluppo di digital twin che consentono la rappresentazione sia degli oggetti all’interno della fabbrica, ma anche degli operatori e delle entità con cui interagiscono i lavoratori. Il primo prototipo della piattaforma è stato rilasciato e verrà usato per supportare diversi tipi di applicazione come la stima del livello di fatica percepito dai lavoratori e l’ottimizzazione del percorso degli AGV considerando le posizioni di lavoratori e oggetti.

Sei intenzionato a realizzare un’applicazione di robotica collaborativa o di gemello digitale (digital twin) per il tuo sistema di produzione? Scrivi a: andrea.bettoni@supsi.ch o michele.fiorello@supsi.ch.

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