TECNOLOGIE DIGITALI PER PROMUOVERE L'INTEGRAZIONE DEI FATTORI UMANI NELL'INDUSTRIA 4.0

The concept of Industry 4.0 has brought a radical change in the manufacturing context, introducing a series of technologies (IoT, big data, smart devices, digital twin, ...) to obtain a new highly flexible and performing intelligent factory model. Such a revolution is characterized by a strong technological progress, so that the literature has mainly focused on the practical applications of these technologies so far, paying low attention to the implications from a human and social aspects. Although new technologies and digitization have led to a constant increase in the automation of industrial systems, human work is still essential in the modern digital factory in numerous processes, especially in precision or low-batch assembly, in maintenance of complex products and systems, and in quality control. In this context, the integration of human factors in the product and process design assumes a crucial importance, in order to achieve high production quality and workers well-being in the workplace at the same time. This research work aims to investigate how modern digital technologies can support companies in the effective integration of human factors in product and process design, and how virtual simulation can help to anticipate the needs of the so-called Operator 4.0, including physical and cognitive ergonomics and, more generally, the user experience (UX). The first part focuses on the state of the art of digital technologies and virtual simulation tools to identify the most suitable for the research purpose, defining five categories (digital human simulations, human tracking, virtual reality, augmented reality, human data monitoring) and highlighting the most common applications, their strengths and weaknesses. Moreover, a methodology to guide companies in choosing the most suitable methods and tools for the integration of human factors for product and process design was developed, based on design matrices: starting from factory requirements and operators needs, the method aims to identify the set of digital technologies that best suit the various industrial scenarios and fields of application. Finally, the previously identified digital technologies have been applied to a series of industrial case studies to validate how these technologies can actually bring advantages in the design of modern factories.

Il concetto di Industria 4.0 ha portato un cambiamento radicale nel contesto manifatturiero, introducendo una serie di tecnologie (IoT, big data, smart devices, digital twin, ...) che permettono di ottenere un nuovo modello di fabbrica intelligente altamente flessibile e performante. In questa nuova rivoluzione industriale caratterizzata da un forte progresso tecnologico, la letteratura si è concentrata principalmente sulle applicazioni pratiche di queste tecnologie, prendendo scarsamente in considerazione quelle che sono le implicazioni dal punto di vista umano e sociale. Sebbene le nuove tecnologie e la digitalizzazione hanno portato ad un costante aumento del grado di automazione dei sistemi industriali, il lavoro umano è ancora essenziale nella moderna fabbrica digitale in numerosi processi, in particolare nell'assemblaggio di precisione o di bassi volumi produttivi, nella manutenzione di prodotti e sistemi complessi e nel controllo qualità. In questo contesto, assume grande rilevanza l’integrazione dei fattori umani nei processi di progettazione di prodotto e processo, per ottenere allo stesso tempo un’elevata qualità produttiva e benessere sul luogo di lavoro. Questo lavoro di ricerca mira ad indagare come le moderne tecnologie digitali possano supportare le aziende nell’efficace integrazione dei fattori umani nella progettazione di prodotto e processo, e come la simulazione virtuale possa aiutare ad anticipare le esigenze del cosiddetto Operatore 4.0, tra cui l'ergonomia fisica e cognitiva e, più in generale, la User eXperience (UX). La prima parte si concentra sullo stato dell'arte delle tecnologie digitali e degli strumenti di simulazione virtuale per identificare le più idonee allo scopo della ricerca, definendo cinque categorie (digital human simulations, human tracking, virtual reality, augmented reality, human data monitoring) ed evidenziando le applicazioni più comuni, i loro punti di forza e di debolezza. Successivamente, è stata sviluppata una metodologia per guidare le aziende nella scelta dei metodi e degli strumenti più idonei per l'integrazione dei fattori umani nella progettazione di prodotti e processi, basata su matrici: partendo dai requisiti di fabbrica e dalle esigenze degli operatori, il metodo mira ad identificare l'insieme di tecnologie digitali che meglio si adattano ai diversi scenari industriali e campi di applicazione. Infine, le tecnologie digitali precedentemente identificate sono state applicate a una serie di casi studio industriali per dimostrare come queste tecnologie possano effettivamente portare vantaggi nella progettazione delle moderne fabbriche.