DOGMA. Design generativo e manifattura additiva per la progettazione e produzione di protezioni da lavoro personalizzate nel panorama dell'industria 4.0

The thesis analyzes, from the prospective of a product designer, the transformation of the processes of designing and production of products within the paradigm of the Industry 4.0. The starting point is an analysis and mapping of the principal technologies of this process, with a particular attention to the threats and opportunities linked to generative design software and 3D printing. These are the technologies that the closest to the context of the product design and among the most relevant for the innovation of the traditional production. These two technologies, starting from their main aspects, have been analyzed in two ways: in their technical processes, in order to understand how they impact the processes of materialization starting from the initial concept to the final product; in the field of the standardization, to understand how these technologies relate with the systems of standardization and certification. The analysis of these two technologies is aimed to extrapolate the defining characteristics of the profile of the Industry 4.0. Sustainability, digitalization, delocalization and customization. La first phase of research has been supported by testings on the properties of generative algorithms and information requested directly to the companies involved in the development of generative design softwares, such as Autodesk. Generative design and additive manufacturing emerge as potential protagonists of the Industry 4.0, but the analysis of the various devices produced during the Covid-19 shows how the advantages offered by these processes are nullified by the lack of a proper standardization system. Consequently, the focus shifted on how the global standardization and certification systems is evolving in relation to these technologies, to evaluate if and which are the possibilities of embedding of the standards within the processes of generative design and additive manufacturing. A second research was done on the standardization of the digital manufacturing, and most of all if there’s an actual spur towards an effective standardization of such technologies. From this research emerged that exist in fact an area of opportunity in which the software houses and the industry of the manufacturing haven’t yet invested in. Is it possibile then, that generative design and the additive manufacturing are processes capable of incorporating rules and standards so that it’s possible to “generate” products that can combine compliance to the standards with the necessities of customization and the other fundamental aspects of the Industry 4.0? The individuation of the opportunity area led to a phase of verification to understand all the requirements that a product designer must develop to generate and fabricate products customizable and compliant to the standards. Inside Polifactoy, Politecnico di Milano’s makerspace, it has been possible to understand the logics and the “rules” of the generative algorithms. The last part of the thesis develops a project created from the application of said processes, based on generative design and additive manufacturing for the develop of wearable personal safety devices to prevent the insurgency of musculoskeletal disorders in the context of manual labour and constructions/scaffolding. DOGMA wearable devices shows the possibilities available for work clothing and protections companies in case they adopted the processes an principles of the Industry 4.0, to increase the level of innovation of the products and safety and comfort of the workers.

La tesi affronta, dal punto di vista del product design, il tema della trasformazione dei processi di progettazione e produzione dei prodotti manifatturieri all’interno del paradigma Industria 4.0. Il punto di partenza è un’analisi e mappatura delle principali tecnologie che caratterizzano il technology landscape dell’Industria 4.0, con una particolare attenzione alle criticità e opportunità legate all’impiego del design generativo e della stampa 3D. Si tratta delle tecnologie più “vicine” all’ambito del product design e tra le più rilevanti per l’innovazione delle produzioni manifatturiere tradizionali. Queste due tecnologie, a partire dalla loro caratteristica principale sono state analizzate da due punti di vista: tecnico-processuale, per capire come impattano sui processi di materializzazione dall’idea iniziale al prodotto finale; tecnico-normativo per capire come entrano in relazione con i sistemi della normazione e della certificazione. L’analisi di queste due tecnologie è volta ad evidenziare le nuove caratteristiche emergenti che definiscono il profilo dell’industria 4.0. Sostenibilità, digitalizzazione, delocalizzazione e personalizzazione. La prima fase di ricerca è stata supportata da sperimentazioni sulle proprietà degli algoritmi generativi e informazioni richieste direttamente alle aziende impegnate nello sviluppo di software per il design generativo come Autodesk. Design generativo e manifattura additiva emergono come dei potenziali protagonisti dell’industria 4.0, ma lo studio dei vari dispositivi prodotti per l’emergenza Covid-19 evidenziano come i vantaggi offerti da questi processi possono essere vanificati dalla mancanza di un sistema di standardizzazione. Di conseguenza è stato studiato il modo in cui il sistema globale della standardizzazione e della certificazione di queste tecnologie si stia evolvendo, per verificare se e quali sono le possibilità di embedding delle norme tecniche all’interno dei processi di design generativo e manifattura additiva. è quindi stata portata avanti una seconda ricerca riguardo lo stadio di avanzamento della standardizzazione della digital manufacturing, e soprattutto se esiste o meno una spinta verso la creazione di norme tecniche per queste tecnologie. Da questa fase di approfondimento è quindi emerso che esiste uno spazio di innovazione su cui le software house e l’industria della manifattura non hanno ancora investito. è quindi possibile che il design generativo e la manifattura additiva siano processi capaci di incorporare regole e norme tecniche tali per cui sia possibile “generare” oggetti in grado di coniugare il rispetto degli standard con le necessità di personalizzazione e gli aspetti fondamentali dell’industria 4.0? L’individuazione di questa area di opportunità ha portato ad una fase di verifica sperimentale per comprendere quali siano l’approccio e le competenze che un product designer deve sviluppare per generare e fabbricare artefatti personalizzati conformi alle norme tecniche. All’interno di Polifactory, il makerspace del Politecnico di Milano, è stato possibile comprendere le logiche e le regole degli algoritmi generativi per il funzionamento di questi processi. L’ultima parte della tesi sviluppa quindi un progetto che applica un processo di produzione basato su design generativo e manifattura additiva nello sviluppo di dispositivi di protezione indossabili per prevenire l’insorgere di disturbi muscolo-scheletrici nel settore della manovalanza e dell’edilizia. Il sistema di protezioni DOGMA prova quindi a dimostrare le possibilità che si aprono qualora aziende produttrici di abbigliamento da lavoro possano adottare questi processi base dell’Industria 4.0 all’interno dei propri processi di progettazione e produzione per accrescere il livello di innovazione dei prodotti e di sicurezza e comfort dei lavoratori.