The Virtual Factory

Marco Sacco, Head of Division, Gruppo Enterprise Engineering and Virtual Application, Istituto di Tecnologie Industriali e Automazione, CNR, Milano

Da oltre un decennio, Realtà Virtuale e Realtà Aumentata si sono affermate in diversi settori, non ultimo nel manifatturiero, grazie alle potenzialità offerte da queste forme di visualizzazione e arricchimento dei contenuti. Combinando queste tecnologie con la simulazione e organizzando opportunamente informazioni e conoscenza dei sistemi produttivi si riesce a realizzare la “Virtual Factory” una fedele riproduzione del sistema produttivo che può essere utilizzato sia a supporto della progettazione/riconfigurazione degli impianti, della loro ottimizzazione, sia come strumento di monitoraggio e a supporto delle attività di formazione e manutenzione. Inoltre può essere un efficace strumento per la comunicazione e il marketing.

REALTÀ VIRTUALE E REALTÀ AUMENTATA. La Realtà Virtuale (VR) è una rappresentazione digitale di un “mondo” in cui l’utente si immerge, si interfaccia ed interagisce in tempo reale. Tale mondo digitale può essere riproduzione sia della realtà, sia di un ambiente di fantasia. Un ambiente VR dovrebbe fornire all’utente la resa sensoriale visiva (3D), uditiva (stereo), tattile e olfattiva (come fece Morton Heilig con il sistema Sensorama). Oggi, la resa visiva è la più avanzata, mentre la resa degli altri sensi è a uno stadio prototipale, non ancora soddisfacente o non sufficientemente usato. La Realtà Aumentata (AR) si concentra sul senso della vista ed è la percezione visiva della realtà oggettiva che è arricchita (aumentata) digitalmente e in tempo reale con elementi visivi (digitali) atti a dare delle informazioni contestualizzate (la AR non è, meramente, testo in sovraimpressione). Svariati anni addietro, la VR e AR, per quanto si presentassero cariche di fascino e di potenzialità, rimasero nell’ombra perché non si avevano tecnologie che rendessero possibile una fruizione di tipo applicativo e non solo da laboratorio. Se un tempo si usavano ingombranti monitor, visori, guanti sensorizzati ecc. a cui solo una cerchia di studiosi aveva accesso, oggi il mercato offre una ampia varietà di tecnologie (tipicamente: schede grafiche, proiettori ed occhiali per il 3D, occhialini, sistemi di tracciamento, tablet, smartphone) anche a prezzi accessibili che consentono, da un lato, al mondo industriale di poterne considerare seriamente l’adozione, dall’altro lato, al “grande pubblico” di conoscere e apprezzare le potenzialità di AR e VR.

QUESTE TECNOLOGIE DI FRONTIERA CONSENTONO QUELLA FORMA DI SIMULAZIONE CHE AIUTA A RISPONDERE ALLA DOMANDA “CHE COSA SUCCEDEREBBE SE…?”. Ad esempio: Come sarebbe se il cruscotto dell’auto fosse in mescola lucida invece che opaca? Come si potrebbe presentare un nuovo concetto/prodotto/sistema al consiglio di amministrazione? Come si potrebbe mostrare a un potenziale cliente un sistema non trasportabile? Da queste domande s’intuisce che se si potesse in qualche modo rappresentare e simulare interamente “l’oggetto” in questione si avrebbe l’enorme opportunità di provare, manipolare, sbagliare, cambiare, riconfigurare “l’oggetto” infinite volte risparmiando tempo e soldi ad ogni ciclo. In questo senso, nell’ambito della ricerca applicata e del mondo dei sistemi di produzione industriali, è nato da alcuni anni il termini “Virtual Factory” ad indicare le linee di ricerca in cui si cerca di applicare la VR e la AR, ed altre tecnologie, per effettuare una simulazione globale e complessiva dei Sistemi di Produzione. Oggi sono ormai innumerevoli le applicazioni di queste tecnologie in diversi settori che includono turismo, intrattenimento, medicina e chirurgia, manifatturiero, beni culturali, design, moda, marketing, formazione. CNR-ITIA è coinvolto attivamente in progetti nazionali e internazionali nel campo della ricerca applicata in cui VR e AR sono impiegate come strumenti a supporto della realizzazione prodotto, del sistema di produzione e anche nel campo medico della riabilitazione: è stato realizzato un ambiente di VR per la formazione alla manutenzione nel campo aeronautico (Virtual Hangar), un sistema per la prova di scarpe virtuali personalizzate in realtà aumentata (MagicMirror), un’applicazione per supportare anziani e specifiche categorie di malati nell’assunzione quotidiana di medicinali (Monitech), un sistema a supporto del controllo e della motivazione nella riabilitazione da ictus (Riprendo@Home), un software per la pianificazione e il controllo della missioni di velivoli pilotati da remoto (DroneAGE, progetto Space4Agri).

VIRTUAL FACTORY: LA FABBRICA DEL FUTURO. Lo sviluppo della Virtual Factory all’interno di CNR-ITIA è iniziato circa 15 anni fa con lo sviluppo di un prototipo all’interno del progetto EUREKA! ManuFuturing. Il sistema realizzato era un ambiente virtuale nel quale era possibile navigare ed interagire con i gesti della mano, indossando guanti sensorizzati, occhiali stereoscopici e osservando un grande schermo. Le funzionalità realizzate consentivano la disposizione di macchine e risorse produttive su un piano di lavoro e l’interazione con un simulatore di processo per valutare le prestazioni del layout progettato. Nel successivo progetto di ricerca MPA fu implementato un prototipo utilizzando un casco sensorizzato per permettere all’utente di muoversi liberamente nell’ambiente virtuale esplorandolo a 360 gradi e interagendo in modo naturale con gli oggetti virtuali.

QUESTI PRIMI PROTOTIPI SI BASAVANO SU SOFTWARE COMMERCIALE E SU COSTOSE WORKSTATION GRAFICHE CON SISTEMA OPERATIVO UNIX, ma con l’avvento dei PC dotati di potenza grafica crescente CNR-ITIA ha iniziato lo sviluppo di software basato su piattaforma Windows/PC e sulla libreria grafica OpenGL. I primi risultati furono nel 2004 all’interno del progetto EUROShoE, in cui fu realizzato il laboratorio dell’istituto per la produzione personalizzata di calzature. Si trattava di una fabbrica virtuale, dove era possibile configurare il processo produttivo e visualizzare lo svolgimento della produzione grazie al collegamento con un simulatore esterno. Sviluppi successivi portarono alla creazione di una libreria software (GIOVE) usata ad esempio nel progetto per la creazione di un ambiente a supporto della progettazione di fabbriche basato su Windows. Il successivo progetto VFF ha consentito lo sviluppo di una nuova versione di GIOVE-VF che ha permesso d’interoperare con altri applicativi, in particolare simulatori. Infatti, VFF può essere definito come un ambiente integrato collaborativo finalizzato alla condivisione di informazioni e conoscenza relative alla fabbrica per supportare le attività di progettazione, gestione e monitoraggio anche grazie all’utilizzo di un repository semantico. Il progetto di fabbrica definito nell’ambiente virtuale può essere usato per la generazione di un modello di simulazione, mentre l’output della simulazione in termini di log di eventi può essere elaborato per creare un’animazione dinamica degli oggetti all’interno di GIOVE-VF.

CONCLUSIONI. Le fabbriche virtuali stanno diventando un ottimo strumento a supporto della progettazione e ottimizzazione degli impianti produttivi. Grazie ad esse tutti gli esperti possono ritrovarsi in modo collaborativo difronte a una rappresentazione realistica della fabbrica che rende più comprensibili i contributi dei vari domini e in cui è possibile compiere analisi sul “cosa succederebbe se”.

Per informazioni e approfondimenti contattare l’autore, Dottor Marco Sacco, Marco.Sacco@itia.cnr.it, e partecipare alla conferenza dell’associazione Europea di VR e AR : 15-16 Ottobre, Lecco http://www.eurovr-association.org/conference2015/