BIM, realtà virtuale e aumentata

Prof. Dr.-Ing. Dominik Matt è Professore Ordinario di tecnologie e sistemi di lavorazione nonché coordinatore della Macroarea di Ricerca “Industrial Engineering & Automation (IEA) presso la Facoltà di Scienze e Tecnologie della Libera Università di Bolzano. Inoltre, il prof. Matt è Direttore del centro di ricerca Fraunhofer Italia a Bolzano. Dal 2020 il Prof. Matt è anche membro della rinomata Accademia tedesca di scienze tecnologiche “acatech”.

La digitalizzazione come opportunità nella crisi

Ci può spiegare i due concetti BIM e realtà virtuale e aumentata (tecnologie AR/VR)?

Il BIM (Building Information Modeling) rappresenta l’intero processo di pianificazione, realizzazione e gestione basate su dati di un’opera edile durante tutto il suo ciclo di vita. Da tale processo deriva il Building Information Model, una rappresentazione virtuale di tutte le caratteristiche di costruzione. La metodologia BIM è considerata una rivoluzione digitale nel settore delle costruzioni consentendo un significativo incremento dell’efficienza e della qualità nei processi.

I risultati del BIM Report Alto Adige 2018 di Fraunhofer Italia ci indicano che il BIM è ancora poco utilizzato in Alto Adige. Al di là dei dati, l’esperienza maturata con gli operatori del settore mostra che il tema si sta diffondendo su tutto il territorio altoatesino.Grazie all’esempio del progetto-guida commissionatoci dalla Provincia Autonoma di Bolzano, il tema ha iniziato a generare interesse anche tra altri enti locali in tutta la provincia.

Per quanto riguarda le aziende, se fino a qualche tempo fa si parlava di BIM per lo più tra progettisti, oggi anche tra le imprese di costruzione si possono mappare delle iniziative volte all’implementazione del BIM. Una di queste è rappresentata dal progetto “Linee guida BIM”, nel quale Fraunhofer Italia ha elaborato su commissione della Camera di Commercio di Bolzano delle linee guida per i settori edilizia, infrastrutture, legno e impianti. Per portare a termine l’incarico si è resa necessaria una forte collaborazione con le principali imprese altoatesine attive in questi settori.

Oltre al BIM come metodo per l’ottimizzazione della gestione dei processi, Fraunhofer Italia supporta l’implementazione di applicazioni di realtà aumentata e virtuale (virtual and augmented reality) per il controllo della qualità e per un migliore coordinamento dei processi sia nella produzione che in cantiere. Per esempio, stiamo conducendo una ricerca su come la visualizzazione immersiva combinata con il BIM può migliorare la gestione del flusso di informazioni in cantiere, come anche la comunicazione e la collaborazione fra i diversi soggetti interessati durante l´esecuzione dei lavori. Nel progetto VISUAL– VIrtual SimUlator for Automation Laboratory, la tecnologia AR/VR viene utilizzata per sperimentare possibili ottimizzazioni dei processi produttivi.

Come si possono illustrare concretamente le tecnologie BIM e AR/VR?

Il potenziale applicativo delle tecnologie BIM e AR/VR è dimostrato dall’esempio di ristrutturazione che ho presentato al già citato TEDx Bolzano 2017, ma che a mio avviso rimane sempre molto attuale.

Nella loro casa, la famiglia Rossi ha trasformato la vecchia cameretta del figlio in una camera moderna pensata per un ragazzo adolescente. Per modificare una nicchia nel muro un po’ complicata decidono di chiamare il falegname di fiducia.

Giorno 0: il falegname arriva, guarda la nicchia, ascolta le idee della famiglia Rossi e fa qualche proposta. Il falegname poi prende le misure e se ne va.

Dopo 2 settimane: Due settimane dopo, la famiglia Rossi riceve il preventivo di spesa. Il falegname viene di persona e mostra loro dei bozzetti. Per fornire un’idea più precisa ha creato un rendering 3D del mobile. Dopo alcune richieste di modifica e una dura negoziazione sul prezzo, trovano come sempre un accordo e l’ordine viene confermato.

Dopo 8 settimane: La data di installazione viene fissata da lì a 6 settimane. Nel frattempo, l’ordine è stato inserito nel sistema e sono stati creati i programmi per le macchine CNC. Il materiale viene preso dal magazzino, trasportato alle macchine che vengono poi caricate. I pezzi finiti vengono impilati e ispezionati ai fini della qualità. Infine, l’ordine è viene preparato e impacchettato su un pallet e può essere caricato per il trasporto. Due montatori arrivano a casa della famiglia Rossi con un furgone, scaricano tutto e iniziano l’installazione. Durante il lavoro si scopre che alcune parti non vanno bene come previsto. Dopo essersi consultati con il capo e aver chiesto gentilmente scusa, i dipendenti cercando di fare un po’ di ordine come possono e lasciano la casa senza un termine preciso di ritorno.

Dopo 9 settimane: La famiglia Rossi si infastidisce quando ogni giorno inciampa nel disordine della stanza, ma poi si rassegna al suo destino e va avanti con la sua routine quotidiana. Qualche giorno più tardi chiamano il falegname e chiedono quando verrà risolto il problema. Il falegname si scusa – al momento è un gran caos a causa di un grosso ordine urgente – e assicura loro che tutto sarà finito e perfetto entro la settimana successiva.

Dopo 10 settimane: I montatori arrivano questa volta con i pezzi giusti, finiscono tutto correttamente, riordinano e lasciano la casa a puntino come promesso.

Il tempo totale trascorso dal contatto iniziale al completamento dei lavori è stato di 10 settimane. In questo calcolo non sono considerati i tempi per la fatturazione e la ricezione del pagamento.

Ora vediamo quanto di quel tempo si è rivelato un “valore aggiunto” dal punto di vista del cliente e ha effettivamente contribuito al completamento dell’ordine:

• incontro di consultazione di circa 15 minuti su un’ora,
• tempo effettivo di produzione dei componenti dell’armadio: circa 1 ora e 15 minuti,
• tempo effettivo di montaggio 2 ore.
• tempo totale di valore aggiunto 3,5 ore sull’arco di 10 settimane, ovvero circa l’1%. Il restante 99% è composto da tempi di trasporto, giacenza, attesa, manipolazione, risoluzione dei problemi, documentazione e altri tempi non produttivi.

Si sarebbe potuto fare lo stesso lavoro in meno tempo e in modo più efficiente?

Una domanda che la nostra società illuminata da “google” e le generazioni a venire si porranno sempre più spesso. Sarebbe bene avere un concetto adatto a portata di mano. Ed è proprio qui che la digitalizzazione può aiutarci!

Allora prendiamo coraggio e diamo uno sguardo al futuro. Come sarebbe andata dopo il completamento di un processo di trasformazione digitale?

Cerchiamo di avvicinarci sistematicamente a questo concetto in tre fasi e dal punto di vista del falegname:

(1) Misurazione e formulazione digitale dell’offerta

Il falegname è dotato di un dispositivo per la misurazione digitale. Basta che avvii il dispositivo e quello misura autonomamente l’area di installazione, mentre lui può dedicarsi ad ascoltare le esigenze del cliente. Il falegname seleziona già i primi moduli standard per un armadio a muro nella sua app di progettazione sul tablet. Sempre con tablet alla mano discute la disposizione degli scomparti e dei cassetti, il tipo di legno e i colori del laminato, le maniglie e la ferramenta con il suo cliente. Nel frattempo, il dispositivo di misurazione ha completato il suo lavoro e invia i dati al tablet, dove la scelta degli elementi veine ora inserita nello spazio di installazione misurato, generando così un rendering realistico. Il falegname mostra prima al suo cliente il rendering sul tablet e fa alcune modifiche. Poi consegna al suo cliente gli occhiali AR e il suo cliente può ora vedere il suo futuro armadio in realtà aumentata. Il cliente è entusiasta e vuole sapere quanto costerà. Il sistema ha calcolato automaticamente un prezzo in base ai dati memorizzati. Il cliente negozia un po’ prima di arrivare ad un accordo. Il falegname può anche rispondere immediatamente e in maniera precisa alla domanda sulla data di completamento dei lavori: deve solo simulare la produzione nell’app in base al carico di lavoro attuale e alle scorte disponibili con questo ordine aggiuntivo e riceve il feedback che l’ordine potrebbe essere già completato entro la fine della settimana. Con questa prospettiva il cliente è soddisfatto. Il falegname fa firmare digitalmente il suo cliente sul tablet per confermare l’ordine. L’applicazione invia automaticamente al cliente un’e-mail di conferma dell’ordine e allo stesso tempo viene avviata la produzione nella falegnameria. Questo può essere fatto facilmente e rapidamente perché tutte le dimensioni sono corrette, la lista dei pezzi e il programma CNC sono stati creati automaticamente e inviati al magazzino e alla macchina. Invece di una settimana e un sacco di sforzi e costi per la creazione di disegni, calcoli, rendering e trasferte, l’ordine viene confermato e messo in produzione nel giro di un’ora. Inoltre, il falegname può consegnare al suo cliente un file contenente un’immagine digitale della stanza misurata con precisione che rimane poi a disposizione per lavori simili. Arricchito con ulteriori meta-dati, come materiali, modello e data di installazione, il cliente possiede ora un gemello digitale della cameretta.

(2) Produzione

Nel nostro nuovo mondo digitale, la produzione è già stata avviata mentre il falegname incontra altri clienti. Una distinta dei materiali e i programmi di lavorazione per le macchine sono stati creati automaticamente dai dati misurati e dal modello 3D generato da essi. Ogni macchina conosce esattamente il suo stato attuale e il compito che sta svolgendo, e lo riferisce in tempo reale al computer centrale di pianificazione. Il programma di magazzino avvia il recupero automatico delle plance di legno e degli accessori necessari, e un robot li impila nella sequenza corretta su un sistema di trasporto a guida autonoma. Questo distribuisce i componenti alle singole macchine, che autonomamente iniziano ad elaborare gli ordini passo dopo passo secondo la pianificazione. I falegnami controllano la produzione, intervengono solo in caso di problemi e controllano la qualità. Altrimenti, si dedicano a perfezionare ulteriormente i modelli di mobili e i moduli memorizzati digitalmente nel database, e a sviluppare concetti del tutto nuovi di mobili. Dopo tre giorni lavorativi, la produzione è completata, un robot assembla la consegna, la imballa e la mette a disposizione della squadra di montaggio nel reparto spedizioni.