Digital Twin: il ruolo del gemello digitale nell’industria del prodotto

Le industrie di oggi devono rapidamente adattarsi a un cambiamento in atto che prevede l’introduzione e l’adozione in tutti i comparti di strumenti digitali evoluti: la cosiddetta Digital Transformation. In un contesto segnato dall’inarrestabile ascesa delle soluzioni digitali, chi si ferma è davvero perduto. Si tratta di soluzioni rivoluzionarie che permettono alle aziende di stare al passo con i tempi, incrementando in modo significativo il livello di competitività, la produttività, il dialogo e la collaborazione e la gestione di flussi e processi, in un’ottica di sostenibilità. Il Digital Twin è una delle soluzioni digitali a disposizione dell’industria per iniziare a progettare in maniera efficace, efficiente e sostenibile, eliminando sprechi di tempo e risorse.

Il Digital Twin è una delle tecnologie abilitanti di Industry 4.0, insieme a Internet of Things (IoT), Cloud Computing, Intelligenza Artificiale (AI), Realtà Aumentata (AR), Machine Learning (ML), Robotica, Automazione e 3D Printing (AM). Tuttavia, concettualmente la sua origine va datata molto prima dell’inizio della cosiddetta ‘Quarta rivoluzione industriale’: ben prima del 2016, quando anche in Italia, con l’allora Ministro dello Sviluppo Economico Carlo Calenda è stato varato il Piano Nazionale Industria 4.0, noto anche come Piano Impresa 4.0 e prima ancora del 2012, anno in cui in Germania viene costituito per la prima volta il Gruppo di lavoro Industrie 4.0.

Digital Twin, un concetto che arriva dallo spazio

Il concetto di Digital Twin fu esposto per la prima volta nel 2003 da Michael Grieves nel corso della presentazione che tenne presso l’Università del Michigan durante un convegno sulla “Gestione del ciclo di vita del prodotto”. Alla domanda su cosa fosse il Digital Twin Grieves rispose fornendo l’idea, seppur embrionale, che un manufatto (o la sua gestione) potesse essere sostituito, in tutto e per tutto da un Gemello Digitale, in scala 1:1. Il gemello digitale è stato dunque pensato come una rappresentazione perfetta, atta a riprodurre, simulare, prevedere. La chiave di tutto? Tre elementi: spazio reale, spazio virtuale e le interconnessioni che permettono ai primi due di scambiarsi informazioni con un continuo flussi di dati.

Prima ancora di assistere alla presentazione di Grieves, esattamente negli anni ’60, la NASA aveva già pensato di utilizzare un gemello digitale come “modello vivente” delle sue missioni spaziali per la valutazione delle condizioni a bordo, per l’analisi attraverso i dati di eventuali guasti e per l’estensione e perfezionamento dei modelli fisici. Dopo mezzo secolo, la NASA, insieme ad altri esponenti della comunità aerospaziale, continua a sviluppare e utilizzare modelli digitali ad alta fedeltà di sistemi e componenti fisici, nonché degli ambienti estremi in cui operano.

Il potere dei dati e la capacità di innovare del Digital Twin

Il Digital Twin, dunque, non è altro che la rappresentazione fedele digitale di un oggetto fisico o di sistemi e processi reali anche complessi. Essendo una copia digitale, la sua essenza è costituita da dati che fluiscono incessantemente e che possono essere processati da computer potenti e analizzati da una combinazione di intelligenza umana e intelligenza artificiale, con lo scopo di conoscere, predire, valutare, progettare, senza dover mettere in campo infinite risorse, quali tempo, soldi, materiali e risorse umane, permettendo una significativa riduzione degli sprechi durante tutte le fasi dello sviluppo prodotto.

Il Digital Twin è una tecnologia oramai ampiamente utilizzata in diversi settori, in particolare quello manifatturiero, per monitorare le prestazioni, ottimizzare i progressi, simulare i risultati e prevedere i potenziali errori. Il DT svolge inoltre diversi ruoli nell’intero ciclo di vita del prodotto, dalla progettazione alla produzione, alla consegna, all’utilizzo e alla fine del ciclo di vita. Con la crescente domanda di prodotti personalizzati e l’implementazione dell’Industria 4.0, il gemello digitale può fornire una soluzione efficace per la progettazione, lo sviluppo e l’innovazione dei prodotti futuri.

Gli elementi chiave del Gemello Digitale

In sintesi, gli elementi chiave del Digital Twin sono: i modelli 3D; sensori e dati raccolti e processati real time; connessione IoT; analisi dei dati e simulazioni; un’interfaccia utente intuitiva.

• Il modello tridimensionale: il modello 3D dell’oggetto o del sistema che si intende replicare digitalmente fornisce la base visiva per comprendere la struttura e le relazioni dell’oggetto fisico con il contesto in cui è inserito.
• Sensori e dati raccolti in tempo reale: i sensori integrati nell’oggetto fisico raccolgono costantemente dati sul suo stato e
• sull’ambiente circostante. Questi dati vengono trasmessi ed elaborati in tempo reale per aggiornare il Digital Twin, garantendo una rappresentazione accurata e aggiornata.
• Connessione IoT (Internet of Things): il gemello digitale si basa sull’Internet delle cose per la raccolta e la trasmissione dei dati. La connettività IoT consente agli oggetti fisici di comunicare tra loro e con i sistemi di gestione dei dati, garantendo un flusso continuo di informazioni.
• Analisi dei dati e simulazioni: i dati raccolti dal Digital Twin conducono ad analisi dettagliate e simulazioni per comprendere il comportamento dell’oggetto fisico in varie condizioni e contesti con l’obiettivo di ottimizzare le prestazioni, prevedere guasti e identificare potenziali aree di miglioramento.
• Interfaccia Utente Intuitiva: visualizzazioni 3D, dashboard di monitoraggio e strumenti di analisi avanzati sono strumenti a disposizione del progettista per interagire con il Digital Twin in modo efficace, intuitivo e significativo.

Il mancato utilizzo del Digital Twin in progettazione potrebbe far perdere una grande opportunità alle aziende. I vantaggi legati all’impiego dei gemelli digitali sono facilmente quantificabili: si parla di una riduzione significativa degli sprechi in termini di tempo e risorse e di denaro risparmiato per la produzione di prototipi e per eventuali interventi correttivi e modifiche. Per non parlare della possibilità, fino ad ora impensabile, di progettare e simulare progetti globali complessi come, per esempio, la riorganizzazione della rete di trasporti di un’intera metropoli.

E questo è solo l’inizio.

Articolo a cura del team editoriale Promix