La Realtà Virtuale Immersiva per la prototipazione di postazioni di lavoro industriali: il caso applicativo dei Low Cost Automation = Immersive Virtual Reality for prototyping of industrial workstations: the application case of Low Cost Automation

Le tecnologie di realtà virtuale (VR) hanno cambiato il modo di comunicare e di lavorare delle persone, offrendo la possibilità di creare ambienti virtuali esplorabili unendo tre componenti, strettamente correlate tra loro: interazione, immersione, presenza. Il grado di immersione dipende fortemente dalla tecnologia adottata per la simulazione virtuale: i dispositivi che offrono il maggior livello di coinvolgimento sono gli Head-Mounted Display (HMD), visori che nascondono il mondo reale all'utente e che contengono sistemi per la rilevazione dei movimenti. In questo modo i movimenti dell'utente all'interno di uno spazio fisico vuoto vengono mappati in coordinate virtuali. La VR ha notevolmente contribuito alla trasformazione digitale delle aziende, il cui obiettivo finale è quello di aumentare la produttività e la redditività, in accordo con i principi su cui si basa l'Industria 4.0, introdotti nel 2011 dal governo tedesco alla fiera di Hannover. Questo nuovo paradigma industriale influenza direttamente l'intero ciclo di vita del prodotto e modificando l'ambiente di lavoro. La VR consente di abbreviare i tempi necessari per progettare, testare e controllare la qualità dei prodotti, dall’inizio del processo di sviluppo fino alla loro commercializzazione. In passato, diversi studi hanno permesso di comprendere quanto la VR semplifichi attività industriali quali formazione e allenamento, giungendo alla conclusione che le prestazioni complessive che questi sistemi offrono risultano migliori rispetto ai metodi tradizionali grazie alla maggiore interattività e alla visualizzazione stereoscopica, partendo da un set di modelli 3D, è possibile costruire intere catene di lavorazione in digitale, adattarle alle esigenze dell’operatore ed interagire con esse: questo approccio prende il nome di Smart Product Design. Questa tesi è finalizzata alla ricerca e sviluppo di un'applicazione VR che semplifichi e velocizzi la progettazione e l'arredamento di postazioni di lavoro, al fine di valutarne l'efficienza, la produttività e l'ergonomia, utilizzando il motore grafico open source Unity3D. Nello specifico, l'applicativo affronta la sfida della prototipazione virtuale di strutture Low Cost Automation (LCA), un insieme di apparati meccanici per la movimentazione di pezzi che, sfruttando in maniera creativa forze quali gravità o attrito, permettono di minimizzare gli sforzi fisici degli operatori. Il sistema proposto permette all'utente di assemblare un LCA attingendo ad una libreria predefinita di oggetti e offrendo un sistema di aggancio magnetico tra componenti per semplificare e velocizzare la prototipazione. Tramite un visore HTC Vive Pro, l'operatore può visualizzare un ambiente virtuale in modalità immersiva e interagire con gli oggetti virtuali tramite i controller HTC Vive. Per spostare un oggetto è sufficiente afferrarlo, attivando con un tasto l'apposita funzionalità, e spostando la mano nello spazio virtuale, l'oggetto ne segue il movimento; per ingrandirlo o rimpicciolirlo è sufficiente spostare i controller, allontanando o avvicinando le mani. Per valutare l'applicativo in termini di usabilità ed efficienza sono stati svolti dei test utente, simulando la creazione di un LCA a partire da un modello virtuale. Sono stati raccolti sia dati oggettivi (tempo di esecuzione, numero di errori commessi) che soggettivi (tramite la compilazione di un questionario). L'analisi dei risultati ha permesso di valutare il sistema di proposto e di identificarne limiti e possibili sviluppi futuri.