Principi di Industria 4.0. Processi collaborativi uomo-macchina in ambienti produttivi aeronautici

In this thesis work some typical solutions of Industry 4.0 are analyzed in order to identify which of these are best suitable to an aeronautical production environment. In particular, the focus of this work is to identify innovative principles for structural assembly lines in order to propose requirements and guidelines for future design of automated production lines based on an high level of human-robot collaboration, real-time data collection and the use of simulation tools. In the first phase of the work the limits of the manual processes used nowdays in a typical aeronautical company are identified. After pointing out the main issues, we move on introducing technologies and concepts of Industry 4.0 that allow to improve production efficiency and simplification to the assembly processes. Through the aid of a simulation software, an innovative process has been identified for the automated assembly of a typical semi-monocoque aeronautical structure. Feasibility of such process has been demonstrated by means of experimental tests and by identifying a methodology for future validation. In a later stage, a cell model based on this process is developed. In the new designed cell, robots and operators can share the workspace and data is in real-time collected, serving as input for the digital model of the cell.

In questo lavoro di tesi vengono analizzate alcune soluzioni tipiche dell’Industria 4.0, al fine di individuare quali di queste meglio si adatti ad un ambiente produttivo aeronautico. In particolare, si vogliono identificare principi innovativi per linee di assemblaggio strutturale, così da proporre requisiti e linee guida per la progettazione di una futura linea produttiva automatizzata basata su una forte collaborazione uomo-macchina, raccolta dati in tempo reale e uso di strumenti di simulazione. In una prima fase del lavoro sono stati identificati i limiti dei processi manuali ad oggi in uso in una tipica azienda aeronautica, per poi individuare le tecnologie e i concetti dell'Industria 4.0 che permettono un miglioramento dell'efficienza produttiva e una semplificazione dei processi di assemblaggio. Mediante l'ausilio di un software di simulazione è stato individuato un processo innovativo per l'assemblaggio automatizzato di una tipica struttura aeronautica a semiguscio, processo di cui è stata dimostrata la fattibilità tramite prove sperimentali e identificando una metodologia per la futura validazione. In una fase successiva è stato sviluppato un modello di cella basata su tale processo, all'interno della quale robot e operatori possono condividere lo spazio di lavoro e i dati raccolti in tempo reale vengono usati come input per il modello digitale della cella.