05.06.2024
Una fabbrica per l'apprendimento
Questo è il significato della Global Production Learning Factory presso il laboratorio di tecnologia della produzione dell'Istituto di Ingegneria della Produzione (wbk) del Karlsruhe Institute of Technology (KIT). Non è solo un luogo di apprendimento per gli studenti, ma riunisce anche scienza e industria ed è il punto di partenza per una collaborazione innovativa.
Josip Kopcic conosce bene la regione di Karlsruhe, nel sud-ovest della Germania. Il motivo è che da quasi 10 anni si occupa di quest'area per Balluff come rappresentante commerciale. Inoltre, conosce bene il laboratorio di tecnologia della produzione dell'Istituto di Ingegneria della Produzione (wbk) del Karlsruhe Institute of Technology (KIT). Qui si trova la Global Production Learning Factory, un ambiente di formazione e apprendimento di nuove tecnologie e processi nel contesto della produzione. Kopcic supporta il team della Learning Factory con le sue competenze tecniche, come membro della giuria dell'hackathon annuale e fornendo soluzioni di automazione Balluff.
Punto di partenza per una collaborazione innovativa
Il wbk Institute for Production Technology ha una lunga storia. Fondato nel 1952 dal professor Walter Schmidt, il suo sviluppo riflette il progresso tecnologico e industriale degli ultimi decenni. Come parte del Karlsruhe Institute of Technology (KIT), persegue l'obiettivo di una ricerca orientata all'applicazione di nuove tecniche di produzione e allo sviluppo di nuove tecnologie. È suddiviso in tre grandi aree di ricerca: "Sistemi di produzione", "Macchine, sistemi e automazione dei processi" e "Tecnologia di produzione e dei materiali". Quando Josip Kopcic è arrivato nel 2015, portando con sé lo standard di comunicazione IO-Link per una produzione più flessibile ed efficiente nel suo bagaglio, è stato il punto di partenza per una collaborazione innovativa.
Nella Fabbrica dell'Apprendimento, gli studenti possono sperimentare sistemi di produzione complessi e raccogliere dati per le loro ricerche.
Connettere teoria e pratica
Gisela Lanza, direttrice dell'Istituto per i sistemi di produzione della wbk, spiega così l'idea alla base della Fabbrica dell'apprendimento: "Gli studenti dovrebbero avere un luogo in cui mettere in pratica e approfondire le loro domande sulla tecnologia di produzione del futuro - una fabbrica per l'apprendimento, per così dire". Insieme ad altre aziende del settore, wbk e Balluff lavorano per trasformare queste idee in realtà.
"Inizialmente, la fabbrica dell'apprendimento era un sistema di produzione permanente composto da varie stazioni", spiega Magnus Kandler, che era già a bordo come studente quando i primi corsi di formazione e le prime postazioni di lavoro furono sviluppati e messi in funzione. All'epoca Kandler studiava ingegneria industriale a Karlsruhe e ha contribuito alla creazione della fabbrica di formazione. "È ancora più gratificante continuare, sviluppare e dare forma al progetto come assistente di ricerca", afferma Kandler, il cui lavoro attuale si concentra sulla pianificazione del sistema di produzione e sulla gestione digitale dell'officina.
Applicazione di nuove forme di produzione
La Global Production Learning Factory non apre le sue porte solo agli studenti. La wbk offre anche corsi di formazione o lezioni per aziende e altre organizzazioni. "Qui abbiamo l'opportunità di sensibilizzare l'opinione pubblica sulle nuove tendenze della produzione e di dare alle aziende la possibilità di sperimentare in prima persona nuove tecnologie o approcci come la manutenzione predittiva, l'economia circolare o la cooperazione uomo-macchina", spiega Kandler.
Modulare, mobile e autosufficiente
"Perché ciò sia possibile, la fabbrica dell'apprendimento deve essere all'avanguardia", spiega Alexander Geiser, responsabile dell'hardware della fabbrica dell'apprendimento. "All'istituto siamo sempre alla ricerca di modi per utilizzare le nuove tecnologie nella Fabbrica dell'apprendimento. Dopotutto, è anche il nostro fiore all'occhiello non solo per l'insegnamento e la formazione continua, ma anche come piattaforma per le aziende per presentare le loro soluzioni innovative".
Durante la pandemia, l'istituto si è affidato all'insegnamento online. Il team ha sfruttato questo periodo per rivedere il concetto obsoleto. Insieme a Balluff e ad altri partner, sono state sviluppate idee per l'ulteriore sviluppo della fabbrica dell'apprendimento: dovrebbe essere modulare, mobile e autosufficiente. Inoltre, la tracciabilità continua dei singoli prodotti attraverso un passaporto di prodotto e il tema dell'economia circolare giocano un ruolo importante.
Le postazioni di lavoro sono costituite dalla stessa struttura di base, sulla quale vengono poi montate le singole macchine necessarie per la fase di produzione. La nuova architettura ha ridotto notevolmente i tempi di riattrezzaggio della linea.
Oggi, la fabbrica di formazione è composta da dieci stazioni di lavoro mobili, ciascuna dotata di tecnologia wireless, attuatori elettrici e batterie per garantire un funzionamento mobile e autosufficiente. Le stazioni hanno tutte lo stesso design e possono essere equipaggiate con utensili, macchine o robot diversi a seconda delle esigenze del processo produttivo.
Le dieci nuove stazioni sono integrate da due robot industriali, un robot collaborativo e tre presse pneumatiche. Questa modularità consente di mappare un'ampia varietà di scenari industriali, per offrire ai partecipanti la massima personalizzazione possibile per i loro scopi aziendali. "L'obiettivo era l'alta flessibilità, i brevi tempi di sostituzione e la semplicità di messa in servizio", spiega Geiser, descrivendo l'obiettivo.
Le stazioni sono progettate in modo tale da guidare le persone attraverso il processo di produzione. La "ricetta" per la fase di produzione è memorizzata nel sistema, il pezzo viene identificato e i display o i segnali luminosi mostrano esattamente ciò che deve essere fatto. Questo riduce la possibilità di errori e i costi di formazione.
Impulsi di valore
Nel corso del tempo, nella fabbrica di formazione sono stati installati più di 120 singoli componenti di Balluff, dai master wireless IO-Link, alle testine di lettura e scrittura RFID per il riconoscimento dei singoli pezzi, fino ai sensori di monitoraggio delle condizioni (BCM), che misurano dati ambientali come vibrazioni, temperatura o umidità oltre ai dati di processo.
"All'inizio ci siamo concentrati soprattutto sui temi della tracciabilità e del passaporto dei prodotti", spiega Geiser. "Grazie al dialogo con Josip Kopcic di Balluff, anche il monitoraggio delle condizioni è diventato più importante. Apprezziamo molto questo scambio e lo stimolo".
"Il progresso non si ferma mai", afferma Kopcic, spiegando la sua motivazione. "Ecco perché noi di Balluff cerchiamo sempre di trovare nuove soluzioni e di tradurre le tendenze in prodotti praticabili. Anche con la Learning Factory abbiamo questo stimolo".
I dati raccolti dal BCM possono essere utilizzati, ad esempio, per rilevare anomalie durante il processo di produzione e trarre conclusioni sulle condizioni del sistema. Ne derivano molti approcci per lo sviluppo di nuove soluzioni nel campo della manutenzione predittiva, ad esempio utilizzando l'intelligenza artificiale e l'apprendimento automatico. Una base ideale per gli studenti per sperimentare i vari approcci.
Un'idea brillante
Tuttavia, il coinvolgimento di Balluff non si limita solo all'hardware. Lo specialista di sensori e automazione sostiene anche l'hackathon annuale. Circa 30 studenti trascorrono 30 ore lavorando su diversi casi nella fabbrica dell'apprendimento. Le idee che ne derivano vengono presentate e valutate da una giuria di esperti del settore pratico e scientifico sulla base di vari criteri, quali l'efficacia, l'originalità e la maturità o il modello di business sottostante e il potenziale di mercato.
Il team vincitore riceve un premio di oltre 1500 euro. "Tutti danno il meglio di sé all'hackathon. È possibile percepire la motivazione e la passione nella stanza. È affascinante vedere come i team sviluppano nuove soluzioni in così poco tempo", afferma Kopcic, che è anche membro della giuria.
Magnus Kandler (a sinistra) e Alexander Geiser (a destra) sono personale accademico e dottorandi presso la wbk. Kandler fa parte del gruppo di pianificazione del sistema di produzione e svolge ricerche sulla gestione digitale dell'officina. Tiene corsi di formazione per le aziende nella Learning Factory ed è responsabile dei modelli di business. Alexander Geiser lavora nel gruppo di garanzia della qualità e si occupa della rigenerazione dei componenti delle celle a combustibile nel contesto della mobilità elettrica.
Una situazione vantaggiosa per tutti
"La ricerca nella fabbrica della formazione, i corsi di formazione e l'hackathon sono un fiore all'occhiello per noi", afferma Kandler. "Quando si entra nel nostro padiglione, le postazioni mobili sono una delle prime cose che si vedono. Questo favorisce anche il dialogo con partner, studenti e aziende". Per Balluff e wbk, il coinvolgimento è una situazione vantaggiosa per tutti: "Gli studenti entrano in contatto con le nostre soluzioni. Molti di loro creano la propria azienda dopo la laurea o trovano un posto nell'industria. Alcuni di loro poi si ricordano di noi. Questo ha già portato a numerosi progetti", afferma felice Kopcic.