Educational simulation-based toolbox for the Industry 4.0 teaching lab

In the very present moment, every fiber of the worldwide manufacturing fabric is under threat since we are in the midst of a perfect storm. This storm is the Industry 4.0 revolution that is and will be disrupting the long-establish industrial practices. The core feature that makes this industrial revolution so pervasive is the fact that it stems from a combination of nine technologies. If introduced individually, their impact is meager but when connected in the appropriate manner, their full potential is untapped. Yet, not all that comes with this new scenario are advantages, it also comes by hand with an increase of the complexity in managing and designing industrial facilities since all these newcomer technologies must be intertwined in the proper way. Therefore, stronger emphasis must be placed on how these technologies are taught in the university environment as, more than often, university graduates are the ones that bring new praxes into their labor world. Problem-based learning (PBL) mainly relies on using complex real-world problem to drive students learning and boost the knowledge transfer. When PBL is coupled with discrete event simulation (DES), synergies are created, and students are able not only tackle real-world problems but also to experiments within an immeasurable number of scenarios. Therefore, this thesis aims to investigate and propose a practical application case which can be used Politecnico di Milano’s Industrial technologies course based on simulation technologies to in-crease students’ engagement and better prepare them for the real-world. To reach such a goal, first, a literature review was undergone following a structured methodology. Second, relying upon I4.0 lab as a real system in which the case study is built upon, a five-steps methodology was used to create the application case study.

Nel momento attuale, ogni fibra del tessuto produttivo mondiale è in pericolo, poiché siamo nel bel mezzo di una tempesta perfetta. Questa tempesta è la rivoluzione dell'industria 4.0 che sta sconvolgendo le pratiche industriali di lunga data. La caratteristica principale che rende questa rivoluzione industriale così pervasiva è il fatto che deriva da una combinazione di nove tecnologie. Se introdotte singolarmente, il loro impatto è scarso, ma se collegate in modo appropriato, il loro pieno potenziale non viene sfruttato. Ma questo nuovo scenario non è solo un vantaggio, ma anche un aumento della complessità nella gestione e nella progettazione degli impianti industriali, poiché tutte queste nuove tecnologie devono essere intrecciate in modo appropriato. Pertanto, è necessario porre maggiore enfasi sul modo in cui queste tecnologie vengono insegnate nell'ambiente universitario in quanto, il più delle volte, i laureati sono quelli che portano nuove prassi nel loro mondo del lavoro. L'apprendimento basato sui problemi (PBL) si basa principalmente sull'utilizzo di complessi problemi reali per guidare l'apprendimento degli studenti e migliorare il trasferimento delle conoscenze. Quando la PBL è abbinata alla simulazione di eventi discreti (DES), si creano sinergie e gli studenti sono in grado non solo di affrontare i problemi del mondo reale, ma anche di sperimentare all'interno di un numero incommensurabile di scenari. La tesi si propone quindi di indagare e proporre un caso di applicazione pratica che può essere utilizzato nel corso di tecnologie industriali del Politecnico di Milano basato su tecnologie di simulazione per aumentare l'impegno degli studenti e prepararli al meglio al mondo reale. Per raggiungere tale obiettivo, in primo luogo, è stata effettuata una revisione della letteratura secondo una metodologia strutturata. In secondo luogo, basandosi sul laboratorio I4.0 come sistema reale su cui è costruito il caso studio, è stata utilizzata una metodologia in cinque fasi per creare il caso studio applicativo.