Gli studenti all'ETH accelerano l'innovazione nell'industria

Per le aziende, le innovazioni sono il fattore decisivo per il successo di mercato a lungo termine. Allo stesso tempo, però, richiedono grandi investimenti e rappresentano un rischio elevato. "Un progetto di innovazione può costare rapidamente due milioni di franchi e possono passare facilmente due anni prima di sapere se la nuova idea può essere trasformata in un prodotto pronto per il mercato che troverà i suoi clienti", afferma Ian Roberts, Chief Technology Officer del Gruppo Bühler. Il gruppo tecnologico svizzero è uno dei principali produttori mondiali di macchine per l'industria alimentare e altri settori industriali.

Ridurre al minimo i rischi delle decisioni sull'innovazione

Mirko Meboldt, professore di sviluppo e costruzione di prodotti presso l'ETH di Zurigo, è alla ricerca di come accelerare i processi di sviluppo e innovazione e ridurre al minimo i rischi. Alla scuola universitaria dirige il Feasibility Lab, che supporta le aziende nella sperimentazione delle loro idee innovative.

In questo laboratorio reale, studenti e postdoc collaborano con i clienti per sviluppare prototipi il più possibile semplici che raffigurino le funzioni centrali dei processi industriali da modificare. Umwelt und Geomatik, quando costruiscono i loro "prototipi di funzioni critiche", tutto ciò che non è necessario per testare una particolare ipotesi o idea innovativa viene omesso. Il Feasibility Lab descrive la strategia perseguita come "lean de-risking".

L'anno scorso, il Feasibility Lab e il Gruppo Bühler hanno avviato una collaborazione, il BEXL - Bühler Exploration Lab, per testare il lean de-risking nel processo di innovazione interno del gruppo industriale. Sotto la guida di tre esperti project manager del l'ETH, un team di otto studenti sta attualmente lavorando al CUBIC, il campus di innovazione di Bühler a Uzwil. I primi risultati sono stati presentati alla direzione di Bühler alla fine del 2023.

Trasformare idee folli in prototipi

I prodotti che escono dall'estrusore, come i mangimi o i cereali, possono essere essiccati con vapore caldo anziché con aria calda? In termini di fisica, questo metodo ha il potenziale per essere più efficiente dal punto di vista energetico. Per decidere se questo concetto teorico può essere utilizzato in un prodotto, gli studenti dell'ETH hanno sviluppato un impianto di prova modulare su cui è possibile testare rapidamente vari sottosistemi.

Generano il vapore a 160 gradi utilizzando un riscaldatore a immersione, che collegano a un forno. ? fondamentale che il nastro trasportatore possa portare il materiale nel forno in modo tale da non far fuoriuscire il vapore. Questo è fondamentale perché la fuoriuscita di vapore annullerebbe il risparmio energetico. Gli studenti hanno impiegato due settimane per dimostrare che il metodo funziona davvero. Ed è stato anche economico: hanno acquistato il forno per 70 franchi su una piattaforma di seconda mano.

L'applicazione pratica è fondamentale

"Questo è un tipico esempio di come i nostri studenti trasformino idee folli in prototipi incentrati sull'acquisizione di informazioni critiche", afferma Kai von Petersdorff-Campen, uno dei tre responsabili del progetto del Laboratorio di fattibilità. "Le misurazioni ottenute dai test costituiscono la base per sviluppare ulteriormente il prototipo verso il prodotto in singoli sprint", spiega.

Mirko Meboldt è soddisfatto del fatto che i metodi del laboratorio funzionino anche nella pratica sul campo: "Per noi è fondamentale poter lavorare su progetti reali per dimostrare che i nuovi metodi hanno un impatto", ma allo stesso tempo è fondamentale, per il successo dell'implementazione dei metodi, che i ricercatori dell'industria si impegnino a fondo con loro. Questo è più efficace quando i collaboratori lavorano su progetti reali.

Curiosità e domande come fattori trainanti

Gli studenti di Uzwil non ricevono le loro domande dai responsabili del progetto o dal professore. Sono le 24 unità aziendali della Bühler che si rivolgono a loro con i loro progetti e le loro idee di innovazione. Finora sono stati presentati 60 progetti, sia semplici che complessi. Gli studenti sono molto liberi di stabilire le priorità: i fattori decisivi sono la curiosità e la giusta competenza.

Quando sviluppano le loro soluzioni, gli studenti lavorano a stretto contatto con gli ingegneri Bühler. In primo luogo, li tormentano con domande finché tutti i partecipanti non hanno la stessa comprensione del problema alla base dell'idea innovativa originale. A seconda della sua complessità, l'idea passa attraverso diversi formati, da un workshop di un'ora a un progetto di una settimana.

Riconoscere i fattori critici

Una delle prime unità aziendali a rivolgersi agli studenti è stata quella dei cereali e dei legumi. L'obiettivo: Sviluppare un dispositivo che permettesse alle aziende molitorie di determinare la qualità dell'avena al momento della consegna, al fine di stabilire il prezzo adeguato.

La prima domanda che gli studenti si sono posti è stata cosa dovesse misurare un dispositivo di prova di questo tipo. Oltre al rapporto tra chicchi e pula, la decorticabilità dei chicchi determina la qualità dell'avena, in quanto determina l'efficienza della procedura di lavorazione. L'obiettivo era quindi quello di trasferire le funzioni essenziali che determinano il processo di lavorazione sulle grandi macchine a un piccolo dispositivo di prova.

"Abbiamo identificato l'accelerazione del grano come una funzione critica", hanno spiegato von Hopffgarten e Verzaroli alla presentazione del primo prototipo, realizzato in cartone e azionato dalla pressione dell'aria. Dopo aver superato con successo i test, hanno costruito un secondo prototipo per replicare il processo di decorticazione. Per questo hanno utilizzato il materiale del negozio di bricolage. Infine, è stato realizzato un terzo prototipo più complesso, i cui risultati di pelatura possono essere confrontati con quelli delle macchine industriali.

Il Lean de-risking dimostra la sua validità

"L'approccio graduale è un esempio di ciò che intendiamo per lean de-risking", afferma von Petershoff-Campen. L'impegno richiesto per un test dovrebbe essere proporzionato al livello di conoscenza attuale. "Noi la chiamiamo Smart Zone", spiega il ricercatore.

Gli studenti hanno impiegato solo 18 ore di lavoro per realizzare il primo prototipo, lavorando con il cartone. Il secondo prototipo è stato pronto dopo 40 ore di lavoro e solo allora hanno affrontato il terzo, per il quale hanno investito circa 400 ore di lavoro. A ogni iterazione, le incertezze si sono ridotte e questo ha giustificato un investimento leggermente maggiore nel prototipo successivo.

"Sono entusiasta di come gli studenti dell'ETH si siano ambientati qui alla Bühler e sono profondamente colpito dalla rapidità con cui riescono a rispondere a domande fondamentali con i prototipi", afferma Ian Roberts, elogiando il lavoro svolto. "Con i nostri metodi di sviluppo consolidati, un progetto come quello della decorticatrice per l'avena avrebbe sicuramente richiesto due anni invece di due mesi, e avrebbe consumato molte più risorse finanziarie", spiega. Sulla base dei risultati dei test con il prototipo, la business unit sta ora sviluppando un prodotto che sarà presentato ai primi clienti in primavera.

Aprire la collaborazione ad altre aziende

Il CTO di Bühler è convinto che anche le aziende più piccole dell'industria meccanica svizzera potrebbero trarre vantaggio da una simile collaborazione. "Stiamo valutando l'idea di aprire il nostro CUBIC alle aziende partner di Swissmem, ad esempio, per consentire loro di collaborare con l'ETH qui a Uzwil", afferma a.

L'ETH è anche aperto ad ampliare la collaborazione. "Siamo estremamente soddisfatti che il nostro approccio si sia dimostrato valido anche nella pratica e che possiamo utilizzarlo per sostenere le aziende industriali svizzere", afferma Meboldt. Allo stesso tempo, gli studenti sono entusiasti e hanno tratto enormi benefici da questa visione pratica.