L’industria moderna è in continua evoluzione, spinta da tecnologie sempre più avanzate e innovative. Tra queste, il concetto di Digital Twin sta emergendo come una delle innovazioni più promettenti e rivoluzionarie nel campo dell’automazione industriale.
Con l’aumento della complessità delle risorse e dei sistemi, anche lo sviluppo, la gestione e la manutenzione devono evolvere. Servono strumenti per affrontare le nuove realtà dei prodotti digitali e software-driven. Qui entra in gioco il gemello digitale.
Le applicazioni sono numerose: attualmente, i gemelli digitali sono usati principalmente nell’industria, ma stanno emergendo anche nei settori sanitario e retail.
In questo articolo di Robinia, esploreremo il significato, il funzionamento, le applicazioni e i vantaggi dei “gemelli digitali”, offrendo una panoramica dettagliata su come questa tecnologia stia plasmando il futuro dell’automazione.
Cosa si intende per Digital Twin?
Il termine “Digital Twin” ha un significato che fa riferimento alla rappresentazione digitale di un oggetto, sistema o processo fisico. Si tratta cioè di una replica virtuale altamente complessa di un oggetto fisico o di un sistema, aggiornata in tempo reale e che replica fedelmente il comportamento e le caratteristiche del suo gemello reale.
Si basa sull’idea che un costrutto informativo digitale relativo a un sistema fisico può essere creato come un’entità a sé stante, offrendo una visione in tempo reale dello stato dell’oggetto e consentendo analisi predittive avanzate per ottimizzare le prestazioni e le reazioni dell’oggetto a determinate condizioni.
Questa tecnologia consente alle aziende di:
- monitorare;
- simulare;
- ottimizzare le operazioni in un ambiente virtuale.
Tutto al fine di ridurre i rischi e migliorare l’efficienza. Può essere applicata a una vasta gamma di oggetti, come automobili, macchinari industriali, aerei, ponti ed edifici.
Utilizzando modelli predittivi e algoritmi di Intelligenza Artificiale (AI), i Digital Twins permettono di prevedere le prestazioni future e sperimentare miglioramenti senza testare direttamente sul prodotto fisico.
Digital Twin Technology, come funziona?
La tecnologia del Digital Twin si basa su una combinazione di:
- dati raccolti da sensori;
- modelli matematici;
- cloud;
- Internet of Things (IoT)
- algoritmi di intelligenza artificiale (AI).
I sensori installati su aree cruciali del sistema fisico raccolgono dati in tempo reale su vari aspetti delle prestazioni, come temperatura, energia utilizzata/prodotta e condizioni meteorologiche. Questi dati vengono poi inviati alla rappresentazione digitale.
L’analisi dei dati, insieme all’uso di programmi di simulazione, apprendimento automatico e algoritmi di ragionamento, permette di ottenere informazioni dettagliate sull’asset e di creare modelli predittivi delle prestazioni future e delle reazioni dell’oggetto a determinate condizioni.
Il flusso continuo di informazioni tra l’oggetto fisico e il gemello digitale replica fedelmente il comportamento del sistema reale, permettendo agli operatori di monitorare le condizioni operative, prevedere guasti e ottimizzare le performance.
Questa tecnologia consente di eseguire simulazioni avanzate per testare diverse varianti e scenari operativi senza interferire con il sistema reale. Questo approccio permette di identificare le soluzioni più efficaci e implementarle con maggiore sicurezza e rapidità.
Digital Twin, esempi e applicazioni
Con lo sviluppo dell’Industria 4.0, sempre più aziende manifatturiere adottano i gemelli digitali per ottimizzare processi e prodotti. Questi strumenti sono diventati ormai fondamentali nell’automazione industriale.
Ecco alcuni esempi di cosa può fare questa tecnologia:
- Monitoraggio delle Prestazioni: i gemelli digitali dei macchinari forniscono informazioni preziose sulle prestazioni e lo stato di salute delle macchine. Questo permette alle aziende di rilevare malfunzionamenti, ottimizzare le prestazioni e pianificare la manutenzione necessaria;
- Manutenzione predittiva: utilizzando i dati in tempo reale dai sensori, i gemelli digitali permettono di prevedere guasti e programmare interventi di manutenzione prima che si verifichino problemi, evitando fermi produttivi non pianificati;
- Ottimizzazione energetica: analizzando i dati provenienti dai macchinari, è possibile monitorare e ottimizzare il consumo energetico, riducendo gli sprechi e migliorando l’efficienza complessiva dell’impianto;
- Ciclo di vita del prodotto: i gemelli digitali seguono le prestazioni dei prodotti durante tutto il loro ciclo di vita, fornendo ai produttori dati utili per migliorare i prodotti stessi e offrire servizi post-vendita personalizzati;
- Simulazioni avanzate: questa tecnologia consente di eseguire simulazioni per testare diverse varianti operative e scenari, senza interferire con il sistema reale. Questo approccio facilita l’identificazione delle soluzioni più efficaci e sicure da implementare.
La tecnologia del Digital Twin si è evoluta notevolmente. Inizialmente utilizzati per monitorare singoli dispositivi, oggi i modelli più avanzati possono collegare reti di gemelli digitali, creando repliche virtuali di intere fabbriche, catene di approvvigionamento e infrastrutture complesse.
In quali settori vengono impiegati i gemelli virtuali?
- Automotive: i sensori installati sui veicoli trasmettono dati in tempo reale, analizzati poi da algoritmi di AI per monitorare le prestazioni e programmare manutenzioni. Questo consente interventi anche da remoto, migliorando l’esperienza del cliente. Un gemello digitale può essere usato anche per simulare il processo di assemblaggio di un veicolo, identificando potenziali colli di bottiglia e migliorando l’efficienza;
- Energia: nel settore energetico, i gemelli virtuali sono impiegati per monitorare e ottimizzare le prestazioni degli impianti di produzione e distribuzione di energia. Un esempio concreto è l’uso nelle turbine eoliche, dove è possibile prevedere e prevenire guasti, ottimizzando la produzione di energia;
- Industria navale: un gemello digitale può essere impiegato per ottimizzare il processo di costruzione delle navi, riducendo i costi e migliorando l’efficienza;
- Oil & Gas: i gemelli digitali si possono utilizzare ad esempio per il parco pompe delle raffinerie, abilitando la manutenzione predittiva grazie ai dati raccolti dai dispositivi IoT wireless;
- Infrastrutture: nella gestione delle infrastrutture urbane, i Digital Twins aiutano a monitorare e mantenere ponti, strade e edifici. Ad esempio, un gemello digitale di un ponte può rilevare in anticipo eventuali segni di deterioramento strutturale, consentendo interventi tempestivi e riducendo il rischio di incidenti.
Enormi potenzialità di questa tecnologia si rilevano in altri due settori chiave come Retail e Sanità. Nel primo, i gemelli digitali migliorano l’esperienza del cliente modellando asset, magazzini e flussi logistici. Le aziende possono prevedere comportamenti dei consumatori e sviluppare strategie personalizzate;
In ambito sanitario, la creazione di gemelli digitali dei pazienti permette terapie personalizzate, offrendo una visione completa delle condizioni di salute e migliorando la qualità delle cure. Si possono usare anche per creare modelli virtuali di organi umani, permettendo ai medici di pianificare e testare interventi chirurgici complessi con maggiore precisione e sicurezza.
Vantaggi dei Digital Twins e implicazioni future
L’adozione di questa tecnologia, come è evidente, offre numerosi vantaggi per le aziende, tra cui:
- Monitoraggio continuo: consente di ottenere una visione in tempo reale delle prestazioni del prodotto;
- Simulazione e ottimizzazione: permette di eseguire simulazioni per migliorare il prodotto senza intervenire direttamente su di esso;
- Predizione delle prestazioni: utilizza modelli predittivi per anticipare comportamenti futuri e prevenire guasti;
- Manutenzione predittiva: grazie alla capacità di prevedere guasti e malfunzionamenti, è possibile effettuare interventi di manutenzione solo quando necessario, riducendo i tempi di inattività e i costi di riparazione;
- Riduzione dei rischi: migliora la gestione e la manutenzione dei prodotti, riducendo i rischi associati a guasti imprevisti;
- Efficienza operativa: ottimizza costantemente le operazioni, migliorando l’efficienza e riducendo i costi;
- Innovazione continua: facilita la sperimentazione di nuove idee e tecnologie in un ambiente virtuale sicuro;
- Analisi approfondita: fornisce dati dettagliati per analisi precise e decisioni informate;
- Miglioramento della qualità: la simulazione di processi e prodotti consente di individuare e correggere eventuali difetti prima che raggiungano il cliente finale.
Le implicazioni future della tecnologia sono enormi. La capacità di creare una replica digitale precisa di un sistema fisico offre già opportunità senza precedenti per monitorare, ottimizzare e innovare.
Con l’integrazione di ulteriori tecnologie avanzate, come l’Intelligenza Artificiale e l’Internet of Things (IoT), i gemelli digitali saranno sempre più sofisticati e capaci di gestire sistemi complessi in modo autonomo.
E mentre la tecnologia continua a evolversi, il Digital Twin diventerà sempre più cruciale per le aziende che cercano di rimanere competitive in un mercato in rapida trasformazione.
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