Gemello digitale in Industry 4,0

Nell'era emergente di Industry 4,0, il concetto di gemello digitale assume un ruolo centrale che cambia radicalmente il modo in cui concepiamo industrie e i processi. Un gemello digitale è più di una semplice rappresentazione virtuale di un oggetto fisico; è piuttosto un'entità viva e in evoluzione che, nel mondo digitale, rispecchia in modo quasi perfetto il comportamento della sua controparte reale e può influenzare l'oggetto fisico stesso.

L'idea alla base del gemello digitale è quella di creare un ponte tra il mondo materiale e quello digitale. Immagina di poter creare una copia accurata di un macchinario o di un impianto industriale che non solo ne riproduca l'aspetto, ma che ne imiti fedelmente anche ogni interazione, movimento e parametro prestazionale. Questo duplicato digitale può essere aggiornato in tempo reale ricevendo dati da sensori, dispositivi IoT e altre fonti. Questi dati vengono utilizzati per alimentare il gemello digitale e consentirgli di riflettere il comportamento dell'oggetto reale con la massima precisione possibile.

I vantaggi del gemello digitale si estendono a diversi settori. Nella produzione, ad esempio, il gemello digitale può aiutare a ottimizzare i processi e a migliorare la qualità. Simulando le diverse condizioni operative e prevedendo potenziali problemi, i produttori possono intervenire tempestivamente per ridurre al minimo i tempi di inattività non pianificati e massimizzare la produzione.

Il gemello digitale apre anche nuove possibilità nel campo della manutenzione predittiva. Ricevendo continuamente dati dall'oggetto reale, può individuare schemi che indicano difetti o problemi imminenti. Questo consente alle aziende di eseguire interventi di manutenzione in modo mirato, prima che si verifichi un guasto effettivo. Di seguito è riportato un elenco dei settori in cui vengono utilizzati i gemelli digitali.

Produzione: simulando i processi produttivi, il gemello digitale consente di ottimizzare il funzionamento dei macchinari e di prevedere i colli di bottiglia per aumentare l'efficienza. Questa è solo una delle tante possibilità offerte dalla simulazione. Il gemello digitale (AAS/Administrative Shell) offre inoltre la possibilità di trasferire direttamente i risultati della simulazione nel mondo fisico. Se lo si desidera.

Settore sanitario: Il gemello digitale rivoluziona la medicina personalizzata creando modelli accurati di organi e sistemi biologici per sviluppare piani di trattamento individualizzati. Ad esempio, per le terapie oncologiche personalizzate, i processi di test e produzione sono molto complessi e non possono essere gestiti secondo un regime forfettario.

Settore energetico: Nel settore energetico, il gemello digitale monitora il consumo energetico, aumenta l'efficienza degli impianti e ottimizza la manutenzione delle infrastrutture.

Trasporti: prevedendo con precisione le esigenze di manutenzione, il gemello digitale Twin riduce al minimo i tempi di fermo dei veicoli e aumenta l'affidabilità nel trasporto.

Edilizia: il gemello digitale accompagna i progetti di costruzione dalla fase di pianificazione al completamento, fornendo informazioni in tempo reale sull'avanzamento dei lavori e riducendo costi e ritardi. Il gemello digitale offre una varietà di altri vantaggi nel settore delle costruzioni. Integrando diverse fonti di dati, come sensori e dispositivi IoT, consente un monitoraggio preciso e in tempo reale dell'avanzamento dei lavori. Questo permette di pianificare e gestire i progetti di costruzione in modo più efficiente, in quanto i responsabili delle decisioni acquisiscono informazioni approfondite sullo stato attuale del progetto. Attraverso la raccolta e l'analisi continua dei dati, è possibile identificare tempestivamente potenziali colli di bottiglia o ritardi e intraprendere azioni appropriate per rispettare la tempistica. Questo non solo migliora la trasparenza del progetto, ma consente anche una riduzione significativa dei costi e dei ritardi.

Inoltre, il gemello digitale consente di eseguire simulazioni e test virtuali prima dell'inizio effettivo della costruzione. Architetti, ingegneri e progettisti edili possono utilizzare il gemello digitale per simulare diversi scenari, individuare le soluzioni migliori e identificare potenziali problemi in anticipo. Questo non solo riduce il rischio di errori e rilavorazioni, ma consente anche una pianificazione e un utilizzo più efficaci delle risorse.

Il gemello digitale è estremamente utile anche nel campo dello smantellamento. Creando un'immagine digitale delle strutture e delle infrastrutture da smantellare, gemello digitale consente una pianificazione e un'esecuzione precise del processo di smantellamento. Utilizzando simulazioni e modelli 3D, è possibile identificare potenziali rischi e sfide per garantire uno smontaggio sicuro ed efficiente.

Le possibilità di applicazione del gemello digitale sono molteplici e spaziano dall'ottimizzazione dei processi produttivi alla rivoluzione dell'assistenza sanitaria. In ciascuna di queste aree, il gemello digitale fornisce informazioni approfondite, previsioni accurate e la capacità di adattarsi in modo efficiente alle circostanze mutevoli. Le applicazioni dei gemelli digitali si espanderanno in futuro, poiché lo sviluppo non è ancora completo e vengono costantemente generate nuove informazioni.

Un altro aspetto del gemello digitale è la sua capacità di esplorare e sperimentare virtualmente. Gli ingegneri possono utilizzare il gemello digitale per testare progetti alternativi prima che vengano fisicamente prodotti. In questo modo si risparmia non solo tempo, ma anche risorse. Negli impianti industriali complessi, il gemello digitale può anche fungere da "sandbox", per testare nuove idee e innovazioni in un ambiente virtuale sicuro prima che diventino realtà.

Ciò consente di regolare vari parametri per ottimizzare le prestazioni, l'efficienza o la sicurezza. Inoltre, i gemelli digitali possono anche prevedere e analizzare interazioni e comportamenti complessi per identificare potenziali vulnerabilità o opportunità di miglioramento. Sperimentando i gemelli digitali nell'ambiente CAD/CAE, le organizzazioni possono risparmiare tempo e denaro rendendo le iterazioni e le regolazioni più veloci ed efficienti.

La capacità di ricerca virtuale e sperimentazione digitale è un fattore cruciale per il successo del gemello digitale.

La base del gemello digitale è profondamente radicata nello sviluppo dell'intelligenza artificiale (AI) e del machine learning. Integrando gli algoritmi dell'intellignza artificiale, il gemello digitale non solo può elaborare dati storici, ma anche processarli in un formato standardizzato (inclusi metadati e semantica) per prevedere scenari futuri. Questo scenario di "simulazione" consente alle aziende di migliorare il processo decisionale e di adattarsi con flessibilità alle circostanze mutevoli.

Tuttavia, l'implementazione di un gemello digitale efficace pone anche delle sfide. L'integrazione, la convalida e la sicurezza dei dati sono fondamentali per garantire un gemello digitale accurato e affidabile. Inoltre, la creazione e la manutenzione di un gemello digitale richiedono una stretta collaborazione tra diverse discipline, tra cui ingegneri, scienziati dei dati, sviluppatori di software e professionisti del settore. L'esigenza di condividere dati oltre i confini dell'organizzazione è in costante aumento. Piattaforme per dati come Gaia-X, Catana-X e Manufacturing-X dovranno costituire il framework adeguato per questo scopo. Un formato di dati standardizzato come AAS/VWS/DT è uno dei prerequisiti tecnici.

Nel complesso, il gemello digitale rappresenta un perfetto esempio di come il progresso tecnologico si fonda con lo sviluppo industriale. Integra realtà virtuale e fisica, aprendo la strada a una maggiore efficienza, a una qualità migliorata e a una maggiore adattabilità dell'industria.

Sebbene il gemello digitale stia già generando grandi cambiamenti oggi, il futuro è pieno di potenzialità, man mano che le aziende continuano a esplorare e ampliare le sue opportunità di utilizzo e applicazione. In un'era in cui i dati stanno diventando il motore dell'innovazione, il gemello digitale dimostra di essere una tecnologia rivoluzionaria che sta trasformando il nostro modo di produrre, sviluppare e ottimizzare.

Il viaggio del gemello digitale è tutt'altro che terminato. Man mano che superiamo i confini della tecnologia, le prospettive per le sue future applicazioni sono tanto affascinanti quanto diversificate. Con ogni passo compiuto nello sviluppo e nell'implementazione del gemello digitale, vengono rivelate nuove opportunità per migliorare l'efficienza, la qualità e l'innovazione.