Con la digitalizzazione dei processi industriali, il digital twin manufacturing è diventato per il settore manifatturiero uno strumento tecnologico strategico per rispondere alle moderne sfide di business, dal monitoraggio all’identificazione di anomalie, dalla manutenzione predittiva all’ottimizzazione del processo di manufacturing. Mediante l’uso di algoritmi di intelligenza artificiale e di machine learning, pilastri fondamentali dell’innovazione industriale 4.0 basata su connettività e digitalizzazione, il digital twin manufacturing aiuta le aziende manifatturiere ad eseguire simulazioni e ottimizzazioni del processo di produzione e a fornire insight e raccomandazioni utili a migliorare le decisioni aziendali. Big Data, software, algoritmi e Industrial Internet of Things (IIoT) sono gli ingredienti dei ‘gemelli’ virtuali destinati sempre più spesso ad affiancare la realtà fisica in molti ambiti industriali. Per digital twin manufacturing, infatti, si intende la rappresentazione virtuale di un asset fisico, continuamente aggiornata e sincronizzata in tempo reale tramite i dati di campo, acquisiti attraverso i sensori di cui sono dotati i macchinari.
Il mercato dei digital twin è in continua crescita. Nell’industria manifatturiera, oggi, si ricorre ai digital twins non solo per la loro capacità di monitorare, simulare e ottimizzare i dati di diversi dispositivi, ma anche per ridurre i costi e migliorare le operazioni della catena di approvvigionamento.
Stando a dati pubblicati dal rapporto “Digital Twin Market by Enterprise, Application, Industry and Geography – Global Forecast to 2027” della società di ricerche e consulenza MarketsandMarkets, nel 2022 il mercato globale digital twin, è valutato circa 6,9 miliardi di dollari e si prevede raggiungerà i 73,5 miliardi di dollari entro il 2027, con un CAGR (tasso di crescita annuale composto) pari al 60,6%.
Cosa s’intende con digital twin manufacturing
Come accennato, il gemello digitale è la replica virtuale di una macchina fisica, di un processo o di una organizzazione contenente tutte le informazioni, a livello meccanico, geometrico ed elettronico, fornite dai dati associati ai sensori e attuatori di cui è provvisto l’asset.
Il digital twin manufacturing è infatti sostanzialmente composto da sensori e dispositivi IIoT connessi alle macchine, alla rete ed eventualmente al cloud, che consentono l’acquisizione e lo scambio dei dati in tempo reale; da modelli matematici e software per la simulazione numerica virtuale dell’oggetto fisico; da sistemi analitici, algoritmi di AI (Artificial Intelligence) e machine learning e strumenti previsionali e di visualizzazione con i quali elaborare stime e esaminare scenari ‘what-if’ sulla base dei quali prendere decisioni sicure.
Grazie alla connessione e comunicazione costante con l’oggetto fisico e all’acquisizione continua di dati e feedback in tempo reale, il gemello digitale è in grado di monitorare lo stato e il funzionamento dell’oggetto nell’ambiente materiale.
I vantaggi del digital twin manufacturing
Grazie alla trasformazione digitale delle imprese, il digital twin manufacturing consente di acquisire, comprendere e utilizzare l'enorme quantità di dati creati, fondendo il mondo virtuale e quello fisico. Un uso intelligente dei dati permette una gestione più efficiente delle limitate risorse di cui dispone il pianeta e rende l’industria più sostenibile. Il digital twin manufacturing crea innovazione più rapidamente e in modo più affidabile.
L’adozione di modelli di digital twin manufacturing consente sia un’attività sperimentale di ideazione e perfezionamento di un prodotto, disponendo di un suo prototipo virtuale, che un’attività previsionale basata sulle prestazioni e lo stato di salute della macchina/processo, grazie alla quale prevedere in anticipo comportamenti anomali, rischi ed errori, ottimizzare le prestazioni e programmare i necessari interventi di manutenzione.
Dalla prima, discende la possibilità di stimare l’impatto complessivo che la produzione di prodotto nuovo può comportare per l’azienda. Grazie alla seconda, è possibile abilitare una manutenzione preventiva che riduce costi e tempi di guasti indesiderati, e una predittiva in grado di evitare interruzioni di produzione e fermi macchina non programmati, individuando il tempo residuo prima del guasto e prevedendone la probabilità futura grazie alla misura e all’elaborazione di uno o più parametri mediante appropriati modelli matematici e all’impiego di tecnologie 4.0. Entrambe si prefiggono l’obiettivo di mantenere in perfetta efficienza gli impianti produttivi delle aziende e di effettuare un costante controllo qualità e integrità del prodotto nelle varie fasi della produzione.
Quando eseguito in parallelo al sistema reale e mantenuto costantemente aggiornato, alimentato e validato dai dati di input e di output che il sistema riceve e produce, il digital twin evolve dalla simulazione del prototipo a vero e proprio riferimento digitale vivente dell’oggetto/prodotto o del processo.
In questo caso, dall’analisi dei dati provenienti dai macchinari dell’impianto, è inoltre possibile monitorare il consumo energetico e ottimizzare i processi produttivi che comportano sprechi di risorse, energia e di materie prime. Consentendo, infatti, di eseguire il monitoraggio delle prestazioni per tutto il suo ciclo di vita, il modello digitale del prodotto restituisce informazioni utili al produttore per migliorarne il funzionamento e la qualità o per fornire ai clienti un servizio post-vendita customizzato sui loro bisogni.
Il digital twin manufacturing non dipende esclusivamente dall’adozione di nuove tecnologie 4.0, ma richiede anche un processo di trasformazione digitale che necessita di specifiche competenze, per il quale è consigliabile avvalersi di partner dotati di capacità e comprovata esperienza. Grazie ad una sua corretta implementazione, infatti, è possibile rendere più efficienti i processi di manufacturing, ottimizzando i processi gestionali e le politiche di manutenzione degli asset industriali, conseguendo un costante miglioramento dei prodotti e servizi per gli utenti finali.
Digital twin manufacturing e realtà aumentata
Consentendo di replicare qualsiasi ambiente e processo e di rappresentare ogni aspetto del mondo reale, il digital twin costituisce il presupposto con il quale creare infiniti mondi digitali, considerati naturali estensioni per lo svolgimento delle nostre attività. In tal senso, questa tecnologia si avvicina al concetto di metaverso, un universo digitale nato nel settore dell’intrattenimento con l’intento di offrire agli utenti esperienze totalmente immersive in una realtà simulata “gemella” del mondo reale.
Frutto della combinazione di realtà virtuale e aumentata, il metaverso è caratterizzato da una struttura spazio-temporale simile a quella dell’universo fisico alla quale si accede tramite visori 3D.
Nel mondo dell’industria, il metaverso viene visto come la naturale evoluzione del digital twin manufacturing: una piattaforma in cui i dati dei gemelli digitali sono visualizzati in 3D, facilmente condivisi e liberamente esplorabili grazie alla realtà aumentata, la tecnologia in grado di far colloquiare realtà fisica e digital twins.
Così facendo, un operatore può muoversi in una fabbrica virtuale che ha esattamente le stesse caratteristiche di quella reale in quanto alimentata dalla stessa base di dati.
Quindi, grazie al metaverso, muovendosi in una riproduzione virtuale in 3D, digital twin e realtà virtuale consentono di evidenziare eventuali problemi di progettazione prima ancora di realizzare l’impianto produttivo, correggere in anticipo gli errori, verificare la raggiungibilità di tutti gli elementi di un impianto da parte degli operatori, comprese le vie di fuga, migliorando la sicurezza e risparmiando anche sui costi di realizzazione, o effettuare la manutenzione da remoto una volta entrato in funzione, superando i limiti di una rappresentazione in 2D.
In ambito industriale, quindi, il metaverso industriale non è altro se non la trasposizione in un mondo 3D di tutte le informazioni acquisite tramite sistemi IIoT e sensori vari: un digital twin 3D, in cui i dispositivi per la realtà aumentata costituiranno una delle possibili interfacce.
