Secondo Gartner il digital twin, ovvero il “gemello digitale”, inteso come replica digitale di un sistema fisico o di un prodotto, è una delle cinque tendenze emergenti che guideranno l’innovazione tecnologica per il prossimo decennio. Di fatto, il digital twin è già uno degli elementi fondamentali dell’Industria 4.0. Grazie ad esso, infatti, è possibile sviluppare nuove opportunità di business per le Smart Factories. Essendo in grado di restituire una fotografia dello stato del prodotto o del sistema in tempo reale, il digital twin consente di prevedere prestazioni future dell’asset fisico e di sperimentare miglioramenti sulle repliche virtuali, grazie alle quali è possibile abbattere tempi e costi di manutenzione, ridurre i rischi e aumentare la competitività dell’azienda.
Le potenzialità dei digital twins sono moltissime, così come numerosi sono i campi d’applicazione di questa tecnologia. Oggi i digital twins vengono principalmente applicati nel manufacturing, per l’ottimizzazione dei processi aziendali e della produzione, ma si stanno affermando in misura sempre maggiore anche in campo sanitario, nel retail, nel settore del building e delle smart city.
In ambito Healthcare, ad esempio, i gemelli digitali vengono impiegati per restituire una rappresentazione fedele del corpo umano tramite la quale visualizzare, sperimentare, comprendere e prevedere ciò che non può essere visto prima di intervenire sul paziente – dall’effetto dei farmaci su una malattia agli esiti chirurgici di un intervento complesso – o del nostro stato di salute sulla base di una serie di dati eterogenei e condivisi, da quelli clinici a quelli omici, di imaging e individuali, inclusi i dati raccolti tramite dispositivi indossabili e la sensoristica IoMT (Internet of Medical Things).
La conoscenza dei dati, la capacità di analizzarli ed elaborarli anche in chiave predittiva, rappresentano uno strumento fondamentale per affrontare alcune delle sfide più impegnative del nostro tempo che incidono sulla dimensione urbana, a partire da quella per l’ambiente e la salute delle persone. I gemelli digitali vengono anche implementati per sostenere lo sviluppo delle smart cities, con particolare riferimento ai temi della mobilità, della distribuzione dell’energia e del controllo dell’inquinamento.
In tal senso, il digital twin ricopre un ruolo di primo piano anche nella cosiddetta transizione verde. Nel Piano d’Azione per l’Economia Circolare adottato dalla Comunità Europea nell’ambito del Green Deal – l’insieme di iniziative volte a raggiungere la neutralità climatica entro il 2050 – l’implementazione del digital twin diventa fondamentale per migliorare il tessuto produttivo del futuro, inteso come ecosistema intelligente e sostenibile.
Che cos’è e come funziona il digital twin
L’invenzione del concetto di digital twin viene attribuita a Michael Grieves, oggi Chief Scientist for Advanced Manufacturing and Innovative Design (CAMID) presso il Florida Institute of Technology a Melbourne, negli USA, che, nel 2001, durante un corso di Product Lifecycle Management (PLM) presso l’Università del Michigan, lo descriveva come l’equivalente virtuale di un prodotto fisico: “una rappresentazione virtuale che contiene tutte le informazioni di un prodotto o di un sistema fisico, collegata ad esso per l'intero ciclo di vita”. Aggiornato in tempo reale attraverso i dati acquisiti da sensori posizionati sul sistema fisico, grazie all’interazione con tecnologie quali Internet of Things (IoT), Intelligenza Artificiale (AI), Machine Learning e Big Data Analytics, il digital twin consente di effettuare una serie di misure e simulazioni predittive in relazione alle prestazioni comportamentali future di un sistema/prodotto quando a soggetto a determinate condizioni al contorno, determinanti per la sua progettazione, produzione e manutenzione. In pratica, il digital twin viene utilizzato per testare, in ambiente virtuale, il comportamento dell’oggetto al fine di ottimizzarne il processo di produzione aziendale, evidenziando e correggendo eventuali problematiche prestazionali e risparmiando notevoli risorse economiche, fino a qualche anno fa destinate alla realizzazione di un modello 3D fisico.
I vantaggi del digital twin
Grazie allo sviluppo delle tecnologie dell’Industria 4.0, è costantemente in crescita il numero di aziende manifatturiere che utilizzano i digital twins per ottimizzare processi e prodotti. Questo perché il gemello digitale di un macchinario può fornire informazioni utili per una gestione evoluta di un processo o di un prodotto in base alla quale migliorare non solo la sua qualità e ottimizzarne la produzione, ma anche seguire le prestazioni del prodotto per tutto il suo ciclo di vita e, quindi, fornire al cliente servizi post-vendita customizzati sui suoi bisogni, fino a migliorare prodotti, operazioni e servizi esistenti sulla base di sue specifiche esigenze.
In particolare, questo aspetto ha contribuito a rivoluzionare l’idea stessa di prodotto, che da oggetto destinato al solo utilizzo da parte dell’acquirente, diventa il mezzo per fornire informazioni al produttore utili per migliorare la produzione all’interno dell’azienda e anche la relazione tra i diversi attori della filiera, compreso l’utente finale, che può usufruire della manutenzione come servizio integrato del prodotto stesso.
In quest’ottica, il digital twin offre uno spazio anche a PMI e start up, potenzialmente in grado di fornire servizi sviluppati sulla base dei gemelli digitali del prodotto, aprendo la strada alla creazione di un ecosistema che arricchisce il prodotto stesso.
Le informazioni acquisite sulle prestazioni e lo stato di salute della macchina consentono inoltre di rilevare malfunzionamenti, prevenire anomalie, fermi macchina e inefficienze, e abilitare una manutenzione predittiva, evitando così stop di produzione dovuti al guasto dei macchinari.
Inoltre, sulla base dell’analisi dei dati provenienti dai macchinari presenti in un impianto, è anche possibile monitorare il consumo energetico e limitare gli sprechi di energia dei processi meno efficienti.
Più recentemente, grazie alle innovazioni introdotte dall’Intelligenza Artificiale, collegando diversi digital twins tra loro e creando delle vere e proprie reti di digital twins, si sta passando dalla modellazione del singolo prodotto o servizio, a quella virtuale di intere fabbriche, cicli di vita dei prodotti, catene di approvvigionamento, città, ecc. Una tendenza che si rivelerà decisiva per le aziende che implementano l’IoT e che porterà i propri digital twins a servire diversi gruppi all’interno e all’esterno dell’impresa stessa.
