Il futuro delle applicazioni di monitoraggio di processi e di Industrial IoT passa per i digital twin, un nuovo modo di concepire e realizzare sistemi distribuiti in grado di controllare e anticipare deviazioni. I digital twin sono una tecnologia emergente destinata a cambiare lo scenario di molti settori industriali e rappresentano un fattore importante nell’abilitare la trasformazione digitale.
Il gemello digitale è la rappresentazione virtuale della macchina o del processo fisico. I digital twin sono l’evoluzione dei simulatori digitali ed in quanto tali partono dal concetto di modello digitale di un’entità, fisica o virtuale, semplice o complessa, e di sistema di sistemi. Il digital twin va oltre la simulazione, perché può essere eseguito in parallelo al sistema reale, in tempo reale, e diventa un vero e proprio riferimento digitale vivente, continuamente alimentato dagli stessi dati che il sistema reale riceve e continuamente validato dagli output che produce il sistema stesso.
Leonardo, con gli elicotteri, rappresenta un esempio eccellente di utilizzo dei digital twin. Grazie alla convergenza di sensoristica, supercalcolo, cloud e banda larga, la piattaforma virtuale consente il monitoraggio e la validazione continua delle prestazioni e degli standard di sicurezza richiesti alla piattaforma reale. Questo approccio può essere replicato per studiare il comportamento di qualsiasi sistema sotto diverse condizioni di funzionamento: sia esso un aereo, un satellite, un’infrastruttura o un intero impianto industriale.
Una continuità macchina-digitale
Si crea un continuum macchina-digitale tra l’elicottero reale e la sua replica perfetta, il gemello digitale, che ne simula i comportamenti, le modifiche, le avarie e le interazioni con l’ambiente reale. Questa interconnessione è resa possibile dall’elicottero operativo, che registra fino a 3.000 diversi parametri di volo, e dal sistema delle infrastrutture digitali di Leonardo, il cui motore è l’HPC davinci-1.
I dati processati sono una miniera di informazioni che ampliano le potenzialità e le capacità dell’elicottero in ogni fase, con benefici evidenti in termini di risparmio sui tempi di progettazione e test, sui costi di produzione e sull’impatto ambientale. Inoltre, le nuove possibilità si estendono al training di piloti e manutentori, con missioni di volo simulate in ogni dettaglio, fino alla certificazione attraverso la simulazione, in cui un elicottero sarà certificato prima ancora che ne sia stato costruito un solo pezzo.
Come i digital twin cambiano il volto della smart factory
Gartner ha incluso il digital twin tra le cinque tendenze emergenti che guideranno l’innovazione tecnologica per il prossimo decennio. In effetti, consentendo alle Smart Factory di sviluppare nuove opportunità di business, il digital twin è già uno degli elementi fondamentali dell’Industria 4.0 e svolgerà un ruolo strategico anche nella transizione verso un modello di fabbrica sempre più intelligente, sostenibile e resiliente, tipico dell’Industry 5.0, che pone al centro l’approccio human centric.
Cos’è il Digital Twin
Secondo lo studio Ambrosetti, il digital twin è una “copia digitale interattiva di un oggetto o un sistema complesso, che permette di analizzarne, simularne e predirne il comportamento”. I Digital Twin, quindi, sono repliche virtuali interconnesse di sistemi fisici, in cui il continuo scambio tra oggetto digitale e reale dei dati acquisiti dai sensori, grazie ad algoritmi di Intelligenza Artificiale (AI) e Machine Learning (ML), consente di replicarne in tempo reale il comportamento e ottimizzarne il funzionamento.
La tecnologia del digital twin è abilitata dall’adozione convergente di quattro tecnologie: Internet of Things, Intelligenza Artificiale, Big Data e High Performance Computing (HPC). Queste tecnologie, unite a una connettività iper-veloce e a sistemi di User Experience Design (UX Design), permettono un facile utilizzo per l’utente finale.
La crescita dei digital twin
Una ricerca di Straits Research rivela che il mercato dei digital twin nel mondo è in continua crescita: dai 9,7 miliardi di dollari del 2022, si prevede raggiungerà i 185 miliardi di dollari entro il 2031, crescendo a un CAGR del 38,8% nel periodo 2023–2031. La quota di mercato più alta spetta al segmento automobilistico e dei trasporti, ma i digital twin trovano applicazione in molti altri settori, dall’energia all’aerospazio, dalle infrastrutture alle smart city fino al retail.
In Italia, un utilizzo sistemico dei digital twin nel settore manufatturiero genererebbe un incremento della produttività del +4,5% rispetto allo scenario attuale, contribuendo al PIL con 12 miliardi di euro (+0,7%). Inoltre, secondo lo studio “Digital Twins for the Twin Transitions” realizzato da Atos Italia, si avrebbe un taglio dei costi della bolletta energetica tra il 16 e il 33%, un accorciamento del time to market di -35%, e una diminuzione delle emissioni di gas serra di 30,4 milioni di tonnellate di CO2.
I vantaggi del digital twin per la Smart Factory
Il digital twin rivoluziona l’intero ciclo di vita degli asset fisici, dal design alla produzione, dalla vita operativa alla manutenzione, fino allo smaltimento. Consente di ridurre i costi di sviluppo, migliorare l’affidabilità dei prodotti, attivare un’assistenza per i clienti, prevedere comportamenti anomali, ridurre rischi e inefficienze, e aumentare la competitività dell’azienda.
Il settore Aerospace & Defense e i digital twin
Da un nuovo report del Capgemini Research Institute, dal titolo “Mirroring Reality: Digital Twins in Aerospace and Defense”, emerge che gli investimenti effettuati dalle organizzazioni del settore Aerospace & Defense nei digital twin hanno registrato un incremento del 40% nell’ultimo anno fiscale, pari al 2,7% del loro fatturato. Questo risultato è frutto della crescente fiducia nella capacità di questa tecnologia di offrire vantaggi oltre la fase di progettazione del prodotto e lungo tutta la catena del valore, dalla produzione alle operazioni quotidiane. Due terzi delle organizzazioni intervistate hanno anche citato i vantaggi offerti dai digital twin nel raggiungimento dei loro obiettivi di sostenibilità.
Il report evidenzia una tendenza crescente che vede le organizzazioni A&D rivolgersi ai digital twin per fare progressi nel loro percorso di trasformazione digitale, ottenere la continuità digitale e rendere intelligenti le loro attività. Partendo da una precedente ricerca del Capgemini Research Institute che analizzava l’interesse verso i digital twin in tutti i principali settori industriali, è stato rilevato che il 73% delle organizzazioni A&D attualmente dispone di una roadmap a lungo termine per tale tecnologia, rispetto al 57% registrato appena un anno fa.
I fattori trainanti e i vantaggi dei digital twin
Secondo la ricerca, i principali fattori che trainano gli investimenti nei digital twin includono il progresso tecnologico (78%), la riduzione dei costi (71%), la diminuzione del time-to-market (70%), l’aumento delle vendite (63%) e la creazione di sistemi di formazione avanzata per i dipendenti (68%).
Il settore dell’aviazione, tradizionalmente un segmento estremamente carbon intensive, ha generato da solo oltre un miliardo di tonnellate di CO2 nel 2018. Molte aziende stanno comprendendo il ruolo determinante che i digital twin possono svolgere nel ridurre l’impronta di carbonio: due organizzazioni su tre (67%) hanno infatti dichiarato che il miglioramento dell’attenzione agli aspetti legati alla sostenibilità rappresenta un fattore chiave per i loro investimenti nei Digital Twin, in aumento rispetto al 60% rilevato nel 2022.
Facendo seguito agli sforzi in atto nell’industria automobilistica, le aziende del settore dell’aviazione puntano sia sul carburante a idrogeno che sulle batterie elettriche quali mezzi per favorire la decarbonizzazione. Tuttavia, per entrambe le opzioni gli ingegneri devono valutare una serie di scenari nelle prime fasi di sviluppo.
Dalla ricerca si evince che il 75% delle organizzazioni A&D ha affermato che i digital twin possono aggiungere un valore immediato fin dalle fasi iniziali dello sviluppo del prodotto e delle operazioni: questa tecnologia consente infatti agli ingegneri di approvare virtualmente ogni fase del processo di progettazione, riducendo tempi e costi delle fasi di prototipazione e di test. In più, i digital twin possono migliorare l’efficienza dei motori esistenti al fine di ridurre notevolmente le emissioni di carbonio.
Efficienza e gestione dei dati
Quasi la metà (47%) delle organizzazioni intervistate ritiene che l’implementazione dei digital twin nella fase di progettazione contribuirà a produrre benefici nel breve termine, mentre il 39% concorda sul fatto che questa tecnologia ottimizzerebbe anche la supply chain e il 33% sostiene che supporterebbe l’ingegneria di produzione.
Le problematiche legate all’approvvigionamento hanno avuto conseguenze su tutti i settori industriali, compreso quello dell’A&D. Lo sviluppo di un virtual network environment, che consenta di modellare, simulare, monitorare e analizzare le performance e il flusso dei prodotti attraverso le catene di fornitura, offre numerosi vantaggi per contrastare future interruzioni e ottimizzare le operazioni attuali. Inoltre, il report ha rilevato che quattro intervistati su cinque (81%) ritengono che i digital twin apportino valore aggiunto in termini di incremento di disponibilità e affidabilità dei loro sistemi e apparecchiature, mentre il 73% ritiene che ottimizzino il ritmo di produzione.
Il report sottolinea che un’infrastruttura digitale intelligente e una buona gestione dei dati sono essenziali per sfruttare appieno il potenziale dei digital twin, affermazione che trova d’accordo il 78% dei produttori di apparecchiature originali (OEM) e dei supplier Tier 1 che hanno avviato iniziative in questo senso. Tuttavia, quasi il 60% delle organizzazioni cita ancora la mancanza di piattaforme dati unificate come una delle sfide per l’implementazione di questa tecnologia.
Le aziende del settore aerospaziale stanno iniziando a riconoscere che i digital twin hanno un valore maggiore rispetto alla semplice creazione di modelli 3D per prodotti e soluzioni. Il vero potenziale dei digital twin è la capacità di simulare accuratamente ogni fase del processo di creazione, dalla progettazione alla produzione, fino alle operazioni e alle applicazioni nella vita reale. I modelli 3D che molte organizzazioni utilizzano attualmente sono soltanto immagini statiche, mentre l’implementazione di un digital twin perfettamente funzionante è come un film vivente e in continua evoluzione.
Digital twin e intelligenza artificiale: che futuro ci aspetta?
Grazie agli sviluppi dell’AI e dell’apprendimento automatico, il digital twin si è evoluto da simulatore a sistema ibrido in grado di prevedere il comportamento di un indicatore e replicare contesti complessi, come un intero shopfloor, con tempi ridotti e meno spese.
In un’ottica Industry 5.0, la raccolta dati potrà essere effettuata anche tramite dispositivi e sensori portatili, rendendo l’ambiente migliore e più sicuro per il lavoratore. L’adozione delle tecnologie digital twin permetterà un uso ancora più efficiente delle risorse, riducendo gli sprechi, quantificando l’impatto ambientale della produzione e aiutando le aziende a diventare sempre più sostenibili, oltre che smart.
