Digital Twin: cos’è e quali sono i vantaggi?

Cos’è il Digital Twin?

Il Digital Twin (o gemello digitale) è una replica virtuale di una risorsa fisica reale sulla quale poter eseguire test, per evitare errori che potrebbero rappresentare un costo per l’azienda e causare ritardi nella consegna.

Se parliamo di Digital Twin è necessario citare il Virtual Commissioning, ossia il concetto, l’idea di creare un ambiente virtuale (il Digital Twin, appunto) e la possibilità di interagire con esso tramite dispositivi del mondo reale.

Le potenzialità dell’utilizzo di un Digital Twin stanno diventando sempre più popolari in numerosi campi, dall’ingegneria alla sanità. A livello industriale, l’utilizzo di un Digital Twin è in grado di cambiare radicalmente progettazione, produzione, vendita e manutenzione di prodotti complessi. Infatti, un gemello digitale ha la capacità di simulare non solo il prodotto, ma anche i processi che riguardano la produzione.

Il concetto di Industria 4.0 è basato oggi sull’idea di un Digital Twin, la cui utilità è trasversale a tutte le industrie manifatturiere operanti nei diversi settori industriali.

Incorporando funzionalità di simulazione multifisica, analisi dei dati e machine learning, i Digital Twin consentono di dimostrare l’impatto di modifiche alla progettazione, scenari di utilizzo, condizioni ambientali e un’infinità di altre variabili, eliminando il ricorso ai prototipi fisici, riducendo i tempi di sviluppo e migliorando la qualità del prodotto o processo finalizzato.

Per assicurare una modellazione accurata nell’intero ciclo di vita di un prodotto o della relativa produzione, i gemelli digitali utilizzano i dati dei sensori installati negli oggetti fisici per determinare le prestazioni in tempo reale, le condizioni operative e i cambiamenti nel tempo di tali oggetti. Grazie a tali dati, il Digital Twin si evolve e si aggiorna continuamente in modo da rispecchiare le modifiche alla controparte fisica in tutto il ciclo di vita del prodotto, creando un ciclo di feedback a circuito chiuso in un ambiente virtuale, che permette alle aziende di continuare a ottimizzare prodotti, produzione e prestazioni a un costo minimo.

Le potenziali applicazioni di un gemello digitale dipendono dalla fase del ciclo di vita del prodotto che modella. In linea generale, esistono tre tipi di gemelli digitali, ovvero di prodotto, di produzione e di prestazioni, che vengono illustrati di seguito. La combinazione e l’integrazione di questi Digital Twin, a mano a mano che si evolvono insieme, prende il nome di Digital Thread (letteralmente, filo digitale). Si utilizza termine “thread” per indicare un percorso che si snoda attraverso tutte le fasi del ciclo di vita del prodotto e della produzione e ne ricava e aggrega i dati.

Gemello digitale di prodotto

Utilizzo dei gemelli digitali per la progettazione efficiente dei nuovi prodotti

È possibile utilizzare i gemelli digitali per convalidare virtualmente le prestazioni dei prodotti, mostrando al tempo stesso il comportamento effettivo dei prodotti nell’ambiente reale. Questo “gemello digitale di prodotto” fornisce una connessione tra prodotto virtuale e prodotto fisico, che consente di analizzare la prestazioni del prodotto in varie condizioni e apportare modifiche nell’ambiente virtuale per assicurare che il prodotto fisico successivo si comporterà esattamente come previsto. Per quanto complicati possano essere sistemi e materiali, i Digital Twin di prodotto permettono di destreggiarsi in tale complessità per prendere le migliori decisioni possibili. Tutto questo elimina il ricorso a più prototipi, riduce il tempo complessivo di sviluppo, migliora la qualità del prodotto finito e accelera le iterazioni in risposta al feedback del cliente.

Gemello digitale di produzione

Utilizzo dei gemelli digitali nella pianificazione di fabbricazione e produzione

Un Digital Twin di produzione consente di convalidare l’efficacia e l’efficienza di un processo di fabbricazione nel reparto produzione, prima di iniziare effettivamente la produzione. Simulando il processo tramite un gemello digitale e analizzando i motivi dei vari eventi tramite il Digital Thread, le aziende possono definire una metodologia di produzione che garantisce livelli di efficienza costanti in una vasta gamma di condizioni.

La produzione può essere ulteriormente ottimizzata creando Digital Twin di prodotto per tutte le attrezzature di fabbricazione. Utilizzando i dati dei gemelli digitali di prodotto e produzione, le aziende possono prevenire costosi tempi di inattività delle attrezzature e persino prevedere quando sarà necessaria la manutenzione preventiva. Questo flusso costante di informazioni accurate garantisce operazioni di fabbricazione più rapide, più efficienti e più affidabili.

Gemello digitale di prestazioni

Utilizzo dei Digital Twin per acquisire, analizzare e sfruttare i dati operativi

Prodotti e impianti industriali intelligenti generano enormi quantità di dati relativi all’utilizzo e all’efficienza degli stessi. Il Digital Twin di prestazioni registra tali dati dai prodotti e dagli impianti in funzione e li analizza in modo da fornire dettagli utilizzabili per un processo decisionale consapevole. Sfruttando i gemelli digitali di prestazioni, le aziende possono:

• Creare nuove opportunità di business
• Ottenere informazioni dettagliate per migliorare i modelli virtuali
• Acquisire, aggregare e analizzare i dati operativi
• Migliorare l’efficienza di prodotti e sistemi di produzione

Quali sono i vantaggi del Digital Twin nel manufacturing?

Il gemello digitale è molto utilizzato oggi in campi differenti, anche grazie ai numerosi vantaggi che offre. Infatti, attraverso il Digital Twin è possibile:

1. Simulare diversi scenari e ottimizzarne le prestazioni, portando una maggiore efficienza di processo;
2. Creare prototipi virtuali da utilizzare come test senza necessità di utilizzare prototipi fisici molto costosi;
3. Rilevare in anticipo eventuali problemi e una manutenzione proattiva, grazie alla possibilità di tracciare le prestazioni degli asset fisici in tempo reale;
4. Prendere decisioni più puntuali sugli asset grazie ad analisi e dati dettagliati;
5. Riduzione del time-to-market dei prodotti;
6. Migliore qualità del prodotto finito.

Quindi, nel caso specifico del manufacturing, il Digital Twin offre l’enorme vantaggio di poter effettuare una manutenzione predittiva, evitando stop alla produzione dovuti ad eventuali problemi e guasti nei macchinari. Un ulteriore vantaggio è dato anche dalla possibilità di poter monitorare i consumi energetici e ottimizzare i processi che richiedono consumi di energia.

Quali sono i software per costruire un Digital Twin?

Per poter realizzare un Digital Twin Siemens esistono software ad hoc sviluppati da Siemens Digital Industries Sofware. Stiamo parlando nello specifico di:

• Siemens Tecnomatix: è un portfolio completo di soluzioni per la produzione digitale, che consentono di digitalizzare l’attività manifatturiera e trasformare idee innovative o materie prime, in prodotti reali. Tra i software Tecnomatix troviamo Plant Simulation (strumento di simulazione di eventi discreti che permette di creare modelli digitali dei sistemi logistici per l’esplorazione delle caratteristiche dei sistemi e l’ottimizzazione delle loro prestazioni) e Process Simulate (che permette agli utenti di verificare la fattibilità di un processo di assemblaggio, convalidando le caratteristiche di raggiungibilità, prossimità e collisioni).
• Siemens NX MCD (Mechatronics Concept Design): si tratta di una soluzione di Siemens che comprende strumenti flessibili e altamente integrati in grado di fornire un closed-loop dalla progettazione al Virtual Commissioning.

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