A fully virtual learning factory to teach digital twins in manufacturing

Industry 4.0 has driven a dramatic change inside the manufacturing industry, not only in the machines, tools and systems employed but also in how humans interact with them. In this massive digitalization, Cyber-Physical Systems and Digital Twins have proven to be key technologies in the major effectiveness and efficiency upgrade, necessary for facing the higher system complexity and the stringer requirements (both in productivity and flexibility) arising from an increasingly complex demand. Looking at the revolution underwent inside the manufacturing industry, manufacturing education needs to adapt to ensure the offered engineering curriculum is up-to-date and aligned with competences required to today engineers. Learning Factories have proven to be a unique resource to provide the essential practical experience for ensuring a whole education from the perspective of these competences demanded. Though the digitalization of Learning Factories is widely extended, there is a lack of fully virtual learning environments. Their flexibility, significantly lower cost, scalability and compatibility with current restrictions due to the coronavirus spread, argue for the suitability and usefulness of these resources. Given the above, this work, performed in collaboration with Universidad de los Andes, will propose and implement a fully virtual Learning Factory that integrates the complete functionality of a Digital Twin. With all the advantages already mentioned, this resource would represent a unique tool for acquiring competences concerning Digital Twins and other important technologies inside the Industry 4.0 paradigm, such as Cloud Manufacturing, Edge Computing or Machine Learning.

L’Industria 4.0 ha spinto un cambiamento radicale nel settore manifatturiero, non solo rispetto a macchine, strumenti e sistemi impiegati, ma anche nell’interazione fra essi e l’uomo. In questo processo di digitalizzazione, i Cyber-Physical Systems e i Digital Twins hanno dimostrato di essere tecnologie chiave nel miglioramento significativo dell’efficienza produttiva. Ciò si è reso necessario per affrontare la maggiore complessità dei sistemi e i requisiti più stringenti (sia in termini di produttività che di flessibilità) derivanti da una domanda sempre più complessa. Considerando la rivoluzione in atto nell'industria manifatturiera, la formazione in questo campo ha bisogno di adattarsi per assicurare che il percorso formativo offerto sia aggiornato e allineato alle competenze richieste agli ingegneri di oggi. Per garantire un'istruzione completa dal punto di vista delle competenze richieste, le Learning Factories hanno dimostrato di essere una risorsa chiave per fornire l'esperienza pratica necessaria. Nonostante la vasta diffusione della digitalizzazione delle Learning Factories, si riscontra la mancanza di luoghi di apprendimento completamente virtuali. La loro flessibilità, il costo significativamente inferiore, la scalabilità e la compatibilità con le attuali restrizioni dovute alla diffusione del coronavirus, giustificano l'utilità di queste risorse. Questo lavoro, svolto in collaborazione con l'Universidad de los Andes, propone ed implementa una Learning Factory completamente virtuale che integra le funzionalità di un Digital Twin. Unitamente a tutti i vantaggi già menzionati, questa risorsa rappresenta uno strumento essenziale per l'acquisizione di competenze riguardanti i Digital Twins e altre importanti tecnologie all'interno del paradigma dell'Industria 4.0, come il Cloud Manufacturing, l'Edge Computing e il Machine Learning.