Industry 4.0 e digital twin, nuove frontiere per gestione smart di asset e processi di produzione

4 Marzo 2021

Industry 4.0 e digital twin, le nuove frontiere della gestione smart di asset o processi di produzione.

Nel 2002 nasce il concetto di Digital Twins, ma soltanto con l’avvento dell’Internet of Things (IoT) si delineano i presupposti tecnologici per un suo sviluppo applicativo in diversi contesti produttivi.

La definizione di Gartner è la seguente “A digital twin is a digital representation of a real-world entity or system. The implementation of a digital twin is an encapsulated software object or model that mirrors a unique physical object, process, organization, person or other abstraction. Data from multiple digital twins can be aggregated for a composite view across a number of real-world entities, such as a power plant or a city, and their related processes.”

Sostanzialmente quando si parla di gemello digitale si intende la capacità di realizzare una rappresentazione virtuale, non soltanto degli elementi fisici, ma anche delle dinamiche dei processi ad essi inerenti, ovvero del funzionamento di dispositivi interconnessi. (Internet of Things devices).

Costituisce dunque non un semplice progetto, non uno schema di funzionamento.
L’operazione verte sulla definizione del rapporto biunivoco intercorrente fra il digitale rappresentato e l’oggetto reale in pieno esercizio delle sue funzioni, che si attua grazie alla sensoristica ed al rilevamento di specifici feedback tecnico-ambientali.

Alla luce di suddette premesse è pertanto inesatto pensare al gemello digitale, come ad una mera rappresentazione virtuale.
Ci si riferisce invece, sia agli elementi fisici costituente la singola entità, che alle dinamiche (i.e. ambientali, di esercizio, etc.), che la interessano nel proprio impiego, determinanti l’usura durante l’intero ciclo di vita, consentendo una eventuale ricalibrazione dinamica, ove se ne ravvisasse la necessità.

Il concetto e la declinazione tecnologica di rappresentazione/rilevamento, sviluppo e implementazione delle piattaforme di gestione della sensoristica/interscambio dati, può interessare esemplificativamente un processo in fabbrica, mansioni robotizzate, un motore a reazione, uno scambio di un binario, ma anche un intero organismo edilizio,
In sintesi, il gemello digitale può definirsi come la rappresentazione virtuale di un oggetto o sistema fisico nel suo ciclo di vita. Utilizza dati in tempo reale e altre fonti per consentire l’apprendimento, il ragionamento e la ricalibrazione dinamica e per migliorare il processo decisionale e di nuova progettazione.

Occorre considerare il potenziale disruptive di questa articolata procedura tecnologica, anche alla luce della sua rilevante possibilità di aggregare molteplici dispositivi IoT, garantendo pertanto dati di analisi e sistemi predittivi accurati per sistemi complessi ed articolati, come cantieri, aggregati urbani, città, etc.
In linea generale, semplificando, il processo è il seguente, molteplici sensori collegati all’asset fisico, consentono di raccogliere dati mappabili sul proprio clone digitale, consentendo pertanto un monitoraggio da remoto di quanto avviene specularmente nel mondo reale. Ciò consente la comprensione approfondita del comportamento dell’asset fisico in pieno esercizio, ma anche analisi di natura predittiva, incrociando i dati raccolti dai sensori con altre fonti informative.

Chiaramente, l’insieme dei dati raccolti, consentono interventi in tempo reale di esercizio, ove necessario, ma anche di poter gestire i processi di progettazione ed ottimizzazione del prodotto, con una consapevolezza che non ha avuto eguali nei periodi passati.
L’adozione di un digital twin consente un monitoraggio da remoto real-time di un asset in esercizio, connette sistemi anche complessi e al contempo promuove la tracciabilità, rende più accurata la formulazione di ipotesi comportamentali con l’analisi predittiva e consente la risoluzione da remoto di criticità ravvisate in apparecchiatura lontane.

Costituisce un tool aziendale senza precedenti, che offre una visione olistica in esercizio di ciascun asset per l’intero ciclo di vita, e che può contemplare i processi interpretativi di dati complessi, con algoritmi di intelligenza artificiale.
L’adozione del cognitivo computing aumenta infatti considerevolmente le capacità e le declinazioni tecnologiche-scientifiche nel gemello digitale.

Grazie all’ausilio dei dati ricavati dal monitoraggio real-time del digital twin in esercizio, per l’intero ciclo di vita, i criteri progettuali divengono sempre più sofisticati e rispondenti alla specificità delle esigenze, consentendo al prodotto di rispondere sempre più accuratamente al proprio scopo, di resistere adeguatamente all’usura e di poter meglio rispondere all’ambiente di esercizio.

BIM e Digital Twin in ambito edilizio

Nei settori dell’edilizia, il digital twin si interfaccia strettamente con il building information modelling Mediante tecniche strumentali avanzate di rilevamento basate su scansione laser e nuvole di punti, si definisce la trasposizione digitale dell’organismo edilizio, che diviene interfaccia di un database comprensivo di informazioni inerenti criteri gestionali e manutentivi del manufatto stesso, costantemente integrate e/o aggiornate dai dati provenienti da un sistema di sensori preposti per poter monitorare in real-tme le condizioni di esercizio, lo stato di salute delle strutture o eventuali anomalie – rischi potenziali, al fine di garantire la massima efficienza prestazionale dei vari sistemi.

Si pensi in tal senso al monitoraggio di prestazioni di carattere energetico, ed al possibile contenimento conseguente dei costi. Allo stato dell’arte è certamente possibile, operare interconnettendo molteplici sistemi complessi e gestire pertanto in un’ottica gestionale caratteristica delle smart cities, intere aree urbane.

Image Copyright: IBM Internet of Things

Mentre il modus operandi del BIM è incentrato principalmente su criteri progettuali-costruttivi di un manufatto edilizio, al digital twin si affida la fase analitica e di modeling delle interazioni fra persone- ambiente e costruito.

In estrema sintesi, il Bim costituisce un database, pivot di riferimento per la definizione di un correlato Digital Twin, che grazie all’integrazione di diverse tecnologie capaci di garantire la connessione real-time con l’opera fisica, è in grado di fornire dati specialistici ed assolvere dunque a specifiche funzioni, volte al contenimento dei costi ed alla ottimizzazione prestazionale.

Adozione Mainstream Digital Twins

Per la loro evidente funzionalità, I gemelli digitali si apprestano ad una diffusione mainstream nel breve periodo.

Secondo quanto emerso in un rilevante sondaggio Gartner effettuato nel 2019, entro il 2022 oltre due terzi delle aziende che avevano implementato l’IoT, avrebbero successivamente implementato almeno un gemello digitale ed il 74% ai tempi totalmente sprovviste – ne avrebbero previsto un’adozione in un arco di tempo quinquennale.

A oggi, secondo i più recenti dati del 2021, l’adozione nei processi aziendali dei digita twins, è particolarmente attuale, e risulta certamente afferente ad uno dei nuovi trend emergenti definiti Intelligent composable business post-pandemici. Nuovi approcci business-oriented volti a definire innovative architetture produttive.
Architetture produttive tali da consentire un fluido accesso alle informazioni, incrementarle considerevolmente, ai fini di valutazioni sempre più pertinenti ed approfondite, e soprattutto estremamente flessibili e resilienti alle variazioni tempestive.

Certamente, dunque, anche i digital twins, assieme alla robotica, all’intelligenza artificiale, ai sistemi MR etc. con cui si interfacciano agevolmente, sono annoverabili tra le tecnologie caratterizzante l’Industry 4.0.

A cura di Tiziana Primavera Ph.D.