I digital twin, o gemelli digitali, sono rappresentazioni virtuali in tempo reale di oggetti, processi e sistemi. Sebbene i digital twin possano rappresentare cose puramente digitali, nella maggior parte dei casi fungono da ponte tra il mondo fisico e quello digitale. Per esempio, un digital twin potrebbe fornire una visione digitale delle operazioni di una fabbrica, di una rete di comunicazione o del flusso di pacchi in un sistema logistico.

“L’implementazione di un gemello digitale è un oggetto software o un modello integrato che rispecchia in modo univoco un oggetto fisico, un processo, un’organizzazione, una persona o un’altra astrazione”, secondo la definizione di Gartner. “I dati di più gemelli digitali possono essere aggregati per una vista composita su una serie di entità del mondo reale, come una centrale elettrica o una città, e i relativi processi”.

I vantaggi dei Digital Twin

Questi cloni virtuali di operazioni fisiche possono aiutare le aziende a monitorare le operazioni ed eseguire la manutenzione predittiva. Possono anche aiutare le organizzazioni a simulare scenari che richiederebbero troppo tempo o denaro per essere testati con risorse fisiche, creare piani aziendali a lungo termine, identificare aree di innovazione, migliorare i processi e fornire informazioni per le decisioni di acquisto di capitale.

Secondo la società di ingegneria di prodotti digitali GlobalLogic i digital twin offrono cinque vantaggi chiave.

  1. Valutazione del rischio e tempi di produzione accelerati. I gemelli digitali possono aiutare le aziende a testare e convalidare i loro prodotti virtualmente prima che esistano nel mondo reale. Possono essere utilizzati dagli ingegneri per identificare gli errori di processo.
  2. Manutenzione predittiva. Le aziende possono utilizzare i gemelli digitali per monitorare in modo proattivo apparecchiature e sistemi per programmare la manutenzione prima che si guastino, migliorando l’efficienza della produzione.
  3. Monitoraggio remoto in tempo reale. Gli utenti possono monitorare e controllare i sistemi da remoto.
  4. Migliore collaborazione di squadra. GlobalLogic osserva che l’automazione dei processi e l’accesso 24×7 alle informazioni di sistema consentono ai tecnici di dedicare più tempo alla collaborazione.
  5. Migliori decisioni finanziarie. Integrando i dati finanziari, le aziende possono utilizzare i gemelli digitali per prendere decisioni migliori e più rapide sulle modifiche al budget.

Un digital twin per ogni applicazione

I gemelli digitali sono costituiti da tre elementi primari, secondo l’integratore di sistemi SL Controls.

  1. Dati storici. Dati sulle prestazioni passate di macchine, processi e sistemi.
  2. Dati in tempo reale. I gemelli digitali ricevono aggiornamenti continui dai sensori delle apparecchiature e output da piattaforme e sistemi, come apparecchiature di produzione, servizio clienti e acquisti.
  3. Dati futuri. Includono l’apprendimento automatico e gli input di ingegneri e progettisti.

I vari tipi di gemelli digitali in uso oggi si differenziano in gran parte per la loro area di applicazione. IBM identifica i seguenti tipi.

  • Gemelli di componenti/parti. Sono le unità di base dei gemelli digitali. Qui il gemello rappresenta le caratteristiche fisiche, meccaniche e/o elettriche di un componente o di una parte.
  • Gemelli di asset. Gli asset sono due o più componenti che lavorano insieme. Questi gemelli rappresentano l’interazione dei componenti per creare dati sulle prestazioni.
  • Gemelli di sistema o di unità. Questi gemelli riflettono l’interazione delle risorse che formano un sistema o un’unità.
  • Gemelli di processo. Questi gemelli rappresentano il modo in cui i sistemi funzionano insieme. Per esempio, un processo gemello potrebbe rappresentare un intero impianto di produzione.

Digital Twin vs simulazioni

I gemelli digitali possono essere visti come simulazioni di oggetti e processi fisici, ma ciò che distingue i gemelli digitali sono gli aggiornamenti in tempo reale.

L’integratore di sistemi SL Controls afferma che le simulazioni consentono agli ingegneri di eseguire test e condurre valutazioni di una risorsa fisica, ma la simulazione è statica, ed eventuali nuovi nuovi parametri vanno inseriti volutamente. I gemelli digitali ricevono aggiornamenti in tempo reale dalla risorsa fisica, dal processo o dal sistema, consentendo agli ingegneri di eseguire test, valutazioni e analisi utilizzando le condizioni fisiche rilevate in tempo reale.

Esempi d’uso dei Digital Twin

Ci sono aziende che hanno già utilizzato i gemelli digitali per migliorare le proprie attività. Ecco qualche esempio.

Rolls-Royce ha migliorato l’efficienza dei motori a reazione. La multinazionale aerospaziale e della difesa Rolls-Royce ha implementato la tecnologia dei gemelli digitali per monitorare i motori che produce. L’azienda può monitorare come vola ciascun motore, le condizioni in cui sta volando e come il pilota lo utilizza. Rolls-Royce utilizza i digital twin per offrire piani di servizio su misura per motori specifici.

Mars ha ottimizzato la sua supply chain. L’azienda di prodotti dolciari e alimentari Mars ha creato un gemello digitale della sua supply chain di produzione per supportare le attività. L’azienda sta utilizzando la tecnologia per migliorare la capacità e i controlli di processo, compresi l’aumento dei tempi di attività delle macchine tramite la manutenzione predittiva e la riduzione degli sprechi associati al confezionamento delle macchine con quantità di prodotto incoerenti.

TIAA ha ridotto la complessità del servizio clienti. La Teachers Insurance and Annuity Association of America-College Retirement Equities Fund (TIAA) utilizza un gemello digitale per ridurre la complessità dell’acquisizione di nuovi clienti istituzionali. Il gemello di TIAA utilizza i metadati del prodotto, i flussi operativi, le interdipendenze sovrapposte e le regole aziendali per convalidare le selezioni del piano di servizio da parte degli operatori.

Bayer Crop Science ha rimodellato la strategia con le fabbriche virtuali. Bayer Crop Science ha creato “fabbriche virtuali” per ciascuno dei suoi nove siti di produzione di semi di mais in Nord America. Le fabbriche virtuali sono rappresentazioni digitali dinamiche dell’attrezzatura, delle caratteristiche del flusso di processo e del prodotto, della distinta base e delle regole operative per ciascuno dei nove siti. Oltre a fornire una visione in tempo reale delle operazioni, le fabbriche virtuali consentono a Bayer di eseguire analisi “what-if” che l’azienda utilizza per analizzare nuove strategie, prendere decisioni su investimenti di capitale, creare piani aziendali a lungo termine e migliorare i processi.

Software per i digital twin

Le piattaforme software per i digital twin incorporano i dati dei sensori IoT e altri dati per monitorare le prestazioni delle risorse ed eseguire simulazioni. Il consulente Ian Skerrett afferma che le piattaforme per i gemelli digitali scalabili hanno sei caratteristiche chiave.

  1. Gestione del ciclo di vita del gemello digitale. Skerrett afferma che i gemelli digitali sono le istanze di “thread digitali” o “registri digitali”, ovvero i requisiti, le parti e i sistemi di controllo che costituiscono una risorsa fisica. Per esempio, Skerrett afferma che il registro digitale di un mulino a vento è costituito dai diagrammi di ingegneria, dalla distinta base, dalle versioni del software e da altri artefatti utilizzati per creare un mulino a vento. Una piattaforma digital twin per i mulini a vento deve sfruttare quel registro digitale e fornire strumenti per testare, distribuire e gestire il gemello digitale basato sul registro digitale. Questi strumenti devono essere in grado di scalare fino a centinaia di registri digitali e migliaia di gemelli digitali.
  2. Un’unica fonte di verità. Le piattaforme devono essere in grado di aggiornare e fornire lo stato esatto per ogni gemello digitale. Per esempio, la manutenzione ordinaria potrebbe portare una risorsa ad avere una parte o una versione del firmware diversa da un’altra risorsa. Una piattaforma deve essere in grado di aggiornare lo stato esatto per ogni oggetto e risorsa non appena cambia.
  3. API aperte. Come interfaccia e punto di integrazione per una soluzione IoT industriale, la piattaforma deve fornire un’API aperta che consenta a qualsiasi sistema di interagire con essa.
  4. Visualizzazione e analisi. La piattaforma deve consentire all’organizzazione di creare visualizzazioni, dashboard e analisi approfondite dei dati in tempo reale dal gemello digitale. I dati in tempo reale dovrebbero essere collegati al registro digitale.
  5. Gestione di eventi e processi. La piattaforma deve consentire agli utenti di creare eventi e processi aziendali che possono essere eseguiti in base ai dati della piattaforma.
  6. Punto di vista del cliente e dell’utente. La piattaforma deve consentire la collaborazione tra le parti interessate di un gemello digitale. Dovrebbe riflettere cosa possiede o gestisce ciascuna delle parti coinvolte e quali utenti sono autorizzati ad accedere ai dati.

Fornitori di piattaforme per digital twin

Molte aziende stanno costruendo i propri gemelli digitali, ma sono disponibili piattaforme offerte da provider consolidati. Ecco le più utilizzate, in ordine alfabetico:

Il mercato dei digital twin

Il mercato dei gemelli digitali sta crescendo rapidamente. La società di ricerca MarketsandMarkets ha stimato un volume di 3,1 miliardi di dollari per il mercato globale dei gemelli digitali nel 2020 e prevede che raggiungerà i 63,5 miliardi di dollari entro il 2027. La società indica i digital twin una componente chiave della quarta rivoluzione industriale.

“Dello scenario dell’Industria 4.0 il gemello digitale integra le tecniche di produzione con tecnologie avanzate come l’IoT, aiutando a sviluppare sistemi di produzione interconnessi”, afferma MarketsandMarkets nel suo report. “Pertanto, la tecnologia dei gemelli digitali sembra essere una soluzione ideale che facilita le aziende nella realizzazione degli standard di Industria 4.0”.

La società indica i settori automotive e dei trasporti, dell’energia, aerospaziale e della difesa come i principali utenti finali della tecnologia dei gemelli digitali.

Gemelli Digitali vs Gemelli Predittivi

Deepak Puri, collaboratore di Network Workd, ha recentemente delineato un esempio realizzato su uno strumento di Oracle che offre agli utenti due opzioni: un gemello digitale e un gemello predittivo.

Il gemello digitale “può includere una descrizione dei dispositivi, un rendering 3D e dettagli su tutti i sensori del dispositivo. Genera continuamente letture del sensore che simulano le opzioni di vita reale”.

Il gemello predittivo “modella lo stato futuro e il comportamento del dispositivo”, scrive Puri. “Questo si basa sui dati storici provenienti da altri dispositivi, che possono simulare guasti e altre situazioni che richiedono una particolare attenzione”.

Rischi e benefici dei digital twins

I gemelli digitali offrono uno sguardo in tempo reale su ciò che sta accadendo alle risorse fisiche, che possono semplificare e ridurre radicalmente gli oneri di manutenzione. Chevron sta implementando la tecnologia del digital twin per i suoi giacimenti petroliferi e raffinerie, si prevede un risparmio di milioni di dollari in costi di manutenzione. Siemens afferma che l’utilizzo di gemelli digitali per modellare e prototipare oggetti che non sono stati ancora prodotti può ridurre le non conformità di prodotto e ridurre il time-to-market.

Gartner avverte che i gemelli digitali non sono sempre indispensabili e possono aumentare inutilmente la complessità. “Potrebbero portare a un eccesso di tecnologia per un particolare problema aziendale. Ci sono anche preoccupazioni per i costi, la sicurezza, la privacy e l’integrazione”.

Nell’ambito dell’iniziativa sul gemello digitale, Microsoft sta prendendo questo concetto e lo sta applicando non solo ai prodotti fisici ma anche ai processi. In un white paper, Microsoft propone la sua idea del digital process twin:

“Il Process Digital Twin è il livello successivo della trasformazione digitale, che unisce i vantaggi del Product Digital Twin in tutta la fabbrica e nella catena di approvvigionamento”, afferma Microsoft. Il whitepaper mette in evidenza alcuni scenari di produzione avanzati che i digital twin di prodotto non supportano, ma che i digital twin di processo farebbero.

Competenze necessarie

Interessati a diventare specialisti dei gemelli digitali? I set di competenze sono impegnativi e richiedono conoscenze specializzate in machine learning, intelligenza artificiale, analisi predittiva e altre capacità di data science. Questo è uno dei motivi per cui le grandi aziende potrebbero trovare più ragionevole assumere un team di consulenti piuttosto che migliorare i propri team interni.

Gemelli digitali: notizie