Integrating industry 4.0 technologies into Lean education: design and evaluation of a LEGO simulation game

The thesis aims to fill a gap in Lean education: while simulation games use is spread to teach continuous improvement and waste reduction, they rarely include the contribution of Industry 4.0 technologies, despite the growing recognition of their combined potential for operational excellence. The objective of the research is to design and validate an educational tool that enables participants to experience the synergies between Lean and Industry 4.0 in a hands-on environment. Following a Design Science Research approach, the study integrates literature review of existing Lean games and iterative prototyping, through academic and industrial focus groups. The final simulation, keeping LEGO® bricks to preserve the tangible nature of traditional Lean games, evolves through successive digitalization stages, from a fully analogic baseline to a first version of a Manufacturing Execution System (MES) and finally to an RFID-enabled MES. The technologies were introduced as tools actively used by players to trace data, monitor performance and make evidence-based decisions. Simulation sessions confirmed positive results in learning outcomes of the synergistic paradigm, with participants progressively understanding how digital technologies act as enablers of Lean principles. The research therefore contributes to bridging the educational gap in current simulation games by providing a replicable and experiential framework for teaching Lean 4.0 paradigm in modern manufacturing contexts.

La tesi mira a colmare una lacuna nell’ambito di formazione Lean: se da un lato l’uso dei simulation game è diffuso per insegnare i concetti di miglioramento continuo e riduzione degli sprechi, raramente essi includono il contributo delle tecnologie dell'Industria 4.0, nonostante il crescente riconoscimento del loro potenziale combinato per l'eccellenza operativa. L'obiettivo della ricerca è quello di progettare e convalidare uno strumento didattico che consenta ai partecipanti di sperimentare le sinergie tra Lean e Industria 4.0 in un ambiente pratico. Seguendo un approccio di ricerca scientifica progettuale (Design Science Research), lo studio integra la revisione della letteratura sui giochi Lean esistenti e la prototipazione iterativa, attraverso focus group accademici e industriali. La simulazione finale, che mantiene i mattoncini LEGO® per preservare la natura tangibile dei giochi Lean tradizionali, si evolve attraverso successive fasi di digitalizzazione, da una base completamente analogica ad una prima versione di un Manufacturing Execution System (MES) ed infine ad un MES con supporto RFID. Le tecnologie sono state introdotte come strumenti utilizzati attivamente dai giocatori per tracciare i dati, monitorare le prestazioni e prendere decisioni basate sui dati. Le sessioni sperimentali hanno confermato risultati positivi nell’ apprendimento del paradigma sinergico; i partecipanti hanno progressivamente compreso come le tecnologie digitali agiscano come facilitatori dei principi Lean. La ricerca contribuisce quindi a colmare il divario formativo nei simulation game attuali, fornendo un quadro replicabile ed esperienziale per l'insegnamento del paradigma Lean 4.0 nei contesti produttivi moderni.