Study of a human-machine interface as enabler of workers flexibility and problem solving activities

Targets: The thesis has the target of evaluating the applicability of a Human-Machine Interface in different industrial sectors, which can allow the interchangeability of non-specialized operators, and also the execution of Kaizen activities by specialized operators. Moreover, this work wants to quantify the benefits of having an interface that allows workers interchangeability in a job shop, in terms of performance improvements. Research method: Several methods have been implemented to reach our target. First of all, a questionnaire has been sent to various firms. To study more in deep and validate the results, three interviews have been done to experts, who gave relevant answers for our case in the questionnaire. To estimate the benefits of the interchangeability of operators, a simulation in Pyhton was performed. Results: More than the 58% of the firms uses a simple control panel as HMI, mostly due to economic reasons. The 92% of the respondents thinks that workers interchangeability is useful. The 41% of the firms possesses an interface that allows workers interchangeability, and the 84% of them already performs it, but only in simple tasks. In some sectors, such as the chemical, it is not a possible practice, due to the great attention to the quality of the product. Moreover, all the interviewed experts think that an intelligent HMI could allow specialized workers Kaizen, and it would also be to more efficient and effective. Finally, after 50 simulations per each case analysed, it is possible to see that applying workers flexibility substantially increases performance: for example the Shop Floor Time (SFT) can decrease of 66%, and the Workload can be reduced up to 83%. Limitations: The limitations of the work are the low number of respondents to the questionnaire, which has an impact on the statistic validity of the questionnaire results, and the lack of validation of the simulation model, due to lack of time. Implications: The results obtained will motivate firms in the adoption of an intelligent HMI that allows specialized workers problem solving and non-specialized workers interchangeability in order to increase performance. Originality: This thesis is the first complete document to map the status and the opinions of firms on HMIs, non-specialized workers interchangeability, and specialized workers Kaizen. Moreover, it is the first one to quantify non-specialized workers flexibility benefits in terms of performance improvements. Key words: Industry 4.0, Human-Machine Interface, Workers Interchangeability and Flexibility, Continuous Improvement and Problem Solving and Kaizen. Type of work: Research work.

Obiettivi: Il progetto ha l’obiettivo di valutare l’applicabilità di un Interfaccia Uomo-Macchina in diversi settori industriali, la quale permetta l’intercambiabilità degli operatori non specializzati con il fine di incrementare le performance, e lo svolgimento di attività di Kaizen da parte di operatori specializzati. Inoltre il progetto vuole quantificare i benefici apportati da un’interfaccia che permetta l’intercambiabilità degli operatori in un job shop, in termini di incremento di performance.Metodologia di ricerca: Diverse metodologie sono state implementate per raggiungere l’obiettivo. In primo luogo, è stato inviato un questionario a varie aziende. Per approfondire e validare i risultati, sono state eseguite tre interviste telefoniche ad esperti che nel questionario hanno dato delle risposte di particolare interesse al nostro caso. Per la stima dei benefici dell’intercambiabilità degli operatori, lo strumento utilizzato è stato una simulazione in Python. Risultati: Oltre il 58% delle aziende ha dichiarato che, per mancanza di fondi, l’interfaccia utilizzata è un pannello di controllo. Il 92% del campione crede che l’intercambiabilità degli operatori sia utile. Il 41% delle aziende possiede interfacce che permettono l’intercambiabilità degli operatori, e l’84% di queste sfrutta questa opportunità in mansioni semplici. In settori come quello chimico questa pratica è invece inutilizzabile, a causa di una grande attenzione alla qualità del prodotto. Tutte le aziende intervistate pensano che un’interfaccia intelligente possa permettere un’attività di Kaizen da parte degli operatori specializzati, rendendola più efficace ed efficiente. Infine, effettuando 50 simulazioni per ogni condizione analizzata, è emerso che l’intercambiabilità degli operatori incrementa le performance in modo sostanziale: ad esempio è possibile diminuire lo Shop Floor Time (SFT) fino al 66%, e ridurre il Workload fino all’83%. Limitazioni: Le limitazioni dello studio sono state il basso numero di risposte al questionario, il quale ha un certo impatto sulla validità statistica dei dati ottenuti nel questionario, e la mancanza di validazione del modello di simulazione, dovuto a mancanza di tempo. Implicazioni: I risultati ottenuti in questa tesi motiveranno le aziende nell’adozione di un interfaccia intelligente che permetta ad operatori specializzati di dedicarsi ad attività di problem solving e ad operatori non specializzati di intercambiarsi per migliorare le performance. Originalità: Questa tesi è il primo elaborato completo a fornire una mappatura dello stato e delle opinioni delle aziende su interfacce uomo macchina, intercambiabilità degli operatori non specializzati e attività di Kaizen degli operatori specializzati. Inoltre è il primo a quantificare i benefici della flessibilità degli operatori non specializzati in termini di incremento di performance. Parole chiave: Industria 4.0, Interfaccia Uomo-Macchina, Intercambiabilità e Flessibilità degli Operatori, Miglioramento Continuo e Problem Solving e Kaizen. Tipo di lavoro: Lavoro di ricerca.