Gemelli digitali: cosa sono le "copie informatiche" che aiutano a testare prodotti e processi | Economyup

INDUSTRIA 4.0

Gemelli digitali: cosa sono le “copie informatiche” che aiutano a testare prodotti e processi



I gemelli digitali sono un modello che rispecchia le variazioni della controparte fisica a cui è connesso. Applicazioni: Industria 4.0, automotive, retail

di Roberto Artigiani

30 Dic 2020


Gemelli digitali o digital twins

In ambito tecnologico il 2021 potrebbe essere l’anno della piena affermazione dei gemelli digitali o digital twins. Per prevedere il futuro è necessario studiare il passato, ma forse il presente potrebbe essere ancora più interessante. L’IT è ormai così diffuso e potente da permettere di avere una quantità di dati enormi in tempo reale e ricostruire l’“as is” per proiettare probabili “to be”. L’esempio più clamoroso di questa tendenza è rappresentato dai “gemelli digitali” – o digital twin – un concetto nato nel mondo ingegneristico che sta trovando applicazione in un numero crescente di campi: dall’industria 4.0 alla sanità, passando per le utility, la manutenzione di edifici, la moda, arrivando alle auto a guida autonoma e agli smart assistant.

Che cosa sono i gemelli digitali

I gemelli digitali sono dei modelli dettagliatissimi di qualcosa di concreto costruiti a partire da una mole smisurata di informazioni aggiornate in tempo reale generate da quello stesso oggetto. Possono quindi essere considerati delle repliche informatiche di oggetti, luoghi, processi e perfino di intere città o di persone in carne e ossa.

I digital twin incorporano funzionalità di simulazione, IoT, Big Data, machine learning e IA per generare un modello che si aggiorna in real time per rispecchiare le variazioni della controparte fisica a cui è connesso. Quello che si realizza quindi è un circuito chiuso virtuale con un feedback continuo, grazie a sensori collegati in rete, che riportano costantemente prestazioni, condizioni operative e variazioni nel tempo.

Breve storia dei gemelli digitali

Tutto è nato con un gruppo di ingegneri della General Electric alle prese con il malfunzionamento di una turbina di un motore. Qualcuno ebbe l’idea di creare una rappresentazione digitale del pezzo invece che smontare tutto per analizzare le varie parti, individuare il componente responsabile del difetto e sostituirlo. Il concetto ingegneristico si trasformò rapidamente in un’applicazione informatica fino a diventare pura riflessione filosofica. C’è infatti chi considera i digital twin come “un ponte tra il mondo fisico e quello digitale” arrivando a parlare di una nuova ontologia nella simbiosi tra uomo e IA. Tuttavia è nell’industria 4.0 che i gemelli digitali trovano la loro maggiore applicazione, anche se non mancano esempi in moltissimi altri campi.

A cosa servono i gemelli digitali

Quelle che inizialmente erano rappresentazioni abbastanza approssimative oggi sono diventate copie fedelissime usate per ottenere informazioni con le quali migliorare i prodotti, ottimizzare le operazioni, ridurre i costi arrivando fino a rivoluzionare l’esperienza dei clienti.

In generale i digital twin consentono di dimostrare l’impatto di modifiche alla progettazione, di simulare scenari di utilizzo e condizioni ambientali applicando un infinito ventaglio di variabili. Una delle conseguenze più immediate è l’eliminazione dei prototipi, cosa che riduce notevolmente i tempi di sviluppo. Nell’industria 4.0, caratterizzata da processi fortemente dinamici, sono infatti necessarie elevata flessibilità, efficienza e qualità e, per soddisfare la domanda, risulta essenziale ridurre il più possibile il time-to-market pur mantenendo i più alti standard di sicurezza.

Industria 4.0

Un gemello digitale però può essere sfruttato anche per valutare i processi produttivi ancora prima che le attività vengano avviate. Attraverso l’analisi delle simulazioni, le aziende possono infatti ridefinire i processi per mantenere stabili i livelli di efficienza di fronte a una variegata gamma di condizioni possibili. La stessa tecnologia inoltre può essere applicata agli strumenti e ai macchinari utilizzati per evitare tempi di inattività e pianificare la manutenzione anche in via preventiva.

Esempi di applicazione dei gemelli digitali

Tesla

Diventa quindi evidente perché un’azienda innovativa come Tesla abbia adottato questa tecnologia per ogni modello di vettura prodotto. Sin dal lancio, la società di Elon Musk ha implementato nelle sue auto tool in grado di ricreare un gemello digitale per ogni macchina elettrica prodotta. In questo modo sono state messe le basi per uno scambio costante di dati – ogni giorni l’azienda riceve l’equivalente in dati di oltre 2 milioni di Km percorsi – che permette non solo di migliorare l’affidabilità del prodotto, ma anche di prevedere la necessità di qualsiasi tipo di intervento ed eventualmente anche di applicare le dovute correzioni, il tutto operando tramite software da remoto.

Boeing

I gemelli digitali possono anche destrutturare una filiera produttiva complessa come quella dell’industria aeromobile. A partire dal Boeing 777 l’azienda statunitense ha applicato il modello digitale per la realizzazione e l’assemblaggio dei vari componenti che compongno un aeromobile. Ogni soggetto della filiera riceve le specifiche, crea il bullone o flight management system in forma virtuale e lo invia alla Boeing che mette insieme il tutto, effettua i test necessari e solo quando tutte le simulazioni risultano positive, attiva la catena produttiva.

General Electric

Nello stesso settore quello della General Electric è un caso storico: ormai da anni per ogni turbina che produce genera un digital twin che, costantemente aggiornato attraverso i sensori presenti sulla controparte fisica, permette di controllare ogni singola parte e monitorare la necessità di manutenzione. In questo modo ogni differenza tra il comportamento reale e la simulazione innesca un processo di alert e valutazione. Questa soluzione inoltre, oltre a consentire di comprenderne l’utilizzo concreto, permette anche di affinare il prodotto in vista di futuri cambiamenti. 20 anni fa per ogni volo venivano tracciati una trentina di parametri e si generavano circa 1 kB di informazioni, oggi un aereo di ultima generazione produce 500 GB di dati a viaggio, con 5.000 parametri aggiornati ogni secondo.

Dassault Systemes

Da poco la Dassault Systèmes è stata scelta da Ball Aerospace, azienda dedita a soluzioni spaziali innovative per le previsioni meteorologiche, per accelerare il processo di trasformazione digitale e realizzare prodotti per l’industria aerospaziale e per la difesa sfruttando i digital twin. Lo scopo è di accorciare i tempi che vanno dal concept del cliente alla consegna del programma utilizzando la piattaforma di progettazione digitale 3DExperience.

Infoblu

I gemelli digitali tuttavia, possono essere utilizzati anche in ambiti più vicini alla quotidianità di tutti noi, come per il traffico. Attualmente servizi come Google Maps o Waze, per esempio, sfruttano i Big Data per prevedere l’affollamento delle strade, ma nel prossimo futuro, con la diffusione delle smart car connesse e l’avvento dei veicoli a guida autonoma ci saranno le basi per poter costruire un’immagine completa in tempo reale della situazione sulle strade. Si potrà quindi facilmente prevedere l’impatto della chiusura di una via o di una corsia autostradale oppure prevenire cosa accadrà a un veicolo a distanza di 100 o 500 metri. Tutto ciò sta alla base di My Way, l’app realizzata da Infoblu (gruppo Telepass) per segnalare in tempo reale quello che l’utente troverà lungo il viaggio.

Matera

Per quanto riguarda gli sviluppi a livello urbanistico, il CNR ha annunciato la scorsa estate che realizzerà a Matera “La Casa delle Tecnologie Emergenti”, un luogo in cui sviluppare progetti di ricerca e sperimentazione. Tra gli altri, il quinto laboratorio sarà dedicato proprio al gemello digitale della città, dei suoi processi e delle loro interazioni per la gestione urbana. Lo scopo finale dell’iniziativa è lo sviluppo di tecnologie da testare nel contesto della città, sviluppando sensoristica ed approcci innovativi che la trasformeranno in una vera e propria palestra dell’Urban Intelligence. Quello che potrebbe essere visto come una specie di “videogioco” in tempo reale dello spazio urbano sarà utilizzato per pianificare operazioni di sviluppo, innovazione e riqualificazione urbana.

inVRsion

È notizia recente l’investimento da parte di Liftt – alleanza tra la fondazione Links del Politecnico di Torino e la Compagnia di San Paolo – in inVRsion, una società specializzata in tecnologie 3D e realtà virtuale in ambito Fashion & Luxury. Grazie a un apposito software proprietario sviluppato in casa, l’azienda è in grado di proporre, attraverso la Realtà Virtuale, dei gemelli digitali in grado di garantire un’esperienza di prodotto interattiva e potenziata, tanto realistica da poter “essere esposta in negozio”. La soluzione può essere implementata anche in un sito internet e fornire all’utente una percezione fedelissima alla realtà tanto da consentire di valutare dettagli, colori, materiali e finiture.

Ecommerce

Il concetto del gemello digitale è relativamente nuovo anche nel settore dell’ecommerce dove si è appena iniziato ad esplorare il suo potenziale. Costruire il modello virtuale di un consumatore permette infatti di simulare il suo comportamento in uno store online o sui social. In questo senso va citato il progetto europeo Start 4.0 che punta a trasformare il digital twin in un’entità intelligente per analizzare diversi scenari produttivi e prendere decisioni consapevoli sull’adattabilità e la costante evoluzione degli impianti manifatturieri. L’obiettivo finale è un modello di business innovativo chiamato “Manufacturing as a Service” in cui i produttori di impianti manifatturieri sono in grado di offrire i propri prodotti in modalità “as-a-Service”.

Neon

Quello che è uno degli sviluppi più futuristici della tecnologia del gemello digitale infine è stato presentato all’ultimo CES da Samsung. Il colosso coreano ha annunciato di essere al lavoro per realizzare avatar umani realistici in 3D. Il progetto Neon mira a dare letteralmente vita a figure digitali personalizzate, pensate per essere in tutto e per tutto degli alter ego dell’utente. La loro somiglianza con le persone vere è impressionante e va al di là dell’aspetto esteriore: gli esseri virtuali sembrano e si comportano come umani, mostrando emozioni e segni di intelligenza. Al momento però ancora non si tratta di copie di persone reali, ma di creature computazionali, un po’ come dei chatbot fotorealistici.

Roberto Artigiani

Appassionato di tecnologia in tutte le sue applicazioni, implicazioni e complicazioni, ma quando non scrivo torno analogico: leggo classici, ascolto musica dei tempi andati e guardo cinema d'antan