Indice dei contenuti
Premesse
Abbiamo già trattato in precedenti articoli su Realtà Virtuale e l’indubbio vantaggio di utilizzare una rappresentazione virtuale di spazi e impianti per migliorare la gestione operativa sul campo. In questo articolo approfondiamo il concetto di Gemello Virtuale o Digital Twin.
Cos’è un Digital Twin
Un Digital Twin è un modello virtuale che codifica l’insieme di caratteristiche e di comportamenti di un’entità fisica. Questo modello ha la caratteristica di poter interagire con l’oggetto reale che vuole rappresentare. Il gemello digitale vuole realizzare una replica affidabile dell’entità fisica allo scopo di poterne simulare il comportamento in diverse condizioni ancor prima di aver realizzato l’oggetto stesso.
E’ quindi un ottimo strumento di prototipazione e previsione delle risposte all’ambiente nel quale lavorerà l’oggetto reale. A tal riguardo maggiori sono le informazioni sulle caratteristiche dell’oggetto, maggiore sarà la capacità del modello di prevedere il ciclo di vita in condizioni reali.
Il concetto di Digital Twin è stato formulato da Michael Grieves della University of Michigan nei primi anni 2000 in termini di replica digitale di un qualsiasi prodotto fisico. Questo modello si declina in tre aspetti:
- Conoscenza dell’oggetto fisico e del suo comportamento nel mondo reale;
- Un sistema digitale di rappresentazione dell’elemento virtualizzato e la modellazione dello spazio e del suo comportamento potenziale;
- L’insieme di informazioni che rendono possibile far comunicare il modello con la sua controparte fisica reale.
A cosa serve un Digital Twin
Il Digital Twin è in molti campi ancora un elemento di “Hype”, cioè un termine dall’elevata aspettativa. Tuttavia ha già molte applicazioni pratiche in molteplici campi. A tendere si può considerare quella del Digital Twin una tecnologia e una metodologia che aiuta l’azienda a far evolvere i processi operativi. In altre parole, questo modello vuole mettere a frutto le informazioni di un elemento che finora erano usate solo parzialmente per rendere più efficiente la gestione sul campo.
Attualmente questo approccio è utilizzato a vario titolo nei seguenti contesti:
Ingegneria
In ambito ingegneristico l’uso del Digital Twin è utile a prevedere il comportamento di parti strutturali e meccaniche. La prototipazione avanzata e la simulazione di comportamenti termofisici e meccanici permette di evitare errori che possano peggiorare o compromettere la funzionalità dell’oggetto da costruire.
Industria automobilistica
L’industria automobilistica ha ampiamente beneficiato della potenza di questa tecnologia nella progettazione dei propri modelli e nell’analisi di diverse opzioni di materiali e parti.
Manifattura
Anche l’ambito manifatturiero è un contesto in cui l’adozione del Digital Twin può portare benefici alla produzione e alla qualità dei prodotti. In particolare, come per la Logistica che vedremo nel prossimo punto, l’aspetto di maggior valore è dato dalla trasparenza di tutti i passaggi. In ottica LEAN e AGILE la conoscenza di tutti gli step di un processo produttivo porta a poter analizzare eventuali situazioni non ottimizzate e a migliorarle ancor prima che sia allestita una linea produttiva.
Questa ricchezza di informazioni e di previsioni è proprio la chiave del successo del Digital Twin.
Logistica
In ambito logistico l’uso del Digital Twin permette di migliorare l’analisi dei Sistemi complessi in quanto rende più prevedibile e controllabile l’interazione tra tutti gli elementi della catena di fornitura. Inoltre grazie alla conoscenza di fattori quali la morfologia, le dimensioni e la resistenza meccanica è possibile migliorare il packaging e garantire una minimizzazione dei danni durante il trasporto dei diversi prodotti.
Gestione cicli di vita (Life Cycle)
Uno degli contesti che maggiormente beneficiano delle potenzialità del Digital Twin è quello dell’analisi dei cicli di vita in quanto la conoscenza accurata delle caratteristiche del bene può rendere più attendibile l’analisi sulla durabilità e funzionalità dell’oggetto. In questo modo è possibile stimare con accuratezza il costo totale e la longevità dell’elemento e la sua interazione con l’ambiente. Si può così lavorare sui fattori di deterioramento e sulla valutazione dell’impatto dei fattori esterni e d’uso.
Salute (Industria farmaceutica e sanità)
Il Digital Twin nel contesto del Facility Management si sforza di fornire una rappresentazione virtualizzata dell’immobile e degli impianti che lo servono al fine di prevederne e gestire il comportamento in scenari attendibili. Il modello virtuale viene creato catturando, digitalizzando e analizzando i dati spaziali e aggiungendo le caratteristiche di tutte le apparecchiature e dei sensori e attuatori presenti. Consente di simulare come il BMS che regola gli impianti sia in grado di monitorare situazioni anomale o cambiamenti nei livelli di prestazione delle apparecchiature o dei processi.
I vantaggi di un Digital Twin
È possibile utilizzare il Digital Twin come strumento di supporto alla gestione efficace per immobili e impianti. Il Digital Twin a riguardo offre una serie di vantaggi, tra cui la conoscenza dettagliata del patrimonio: grazie alla ricchezza informativa del modello digitale è possibile sapere tutti gli elementi che concorrono al funzionamento dell’edificio e le prestazioni degli impianti inseriti nel fabbricato. Il Digital Twin fornisce anche un miglioramento dei livelli di performance: il Digital Twin consente di monitorare gli impianti e prevedere l’effetto degli interventi che si devono eseguire. Il Digital Twin infatti è in grado di prevedere l’effetto dei cambiamenti apportati simulandone le conseguenze per i periodi a seguire (su scala di settimane e mesi).
L’aggiornamento del Digital Twin può essere realizzato collegando l’ambiente digitale di simulazione con i dati dal campo (sia in tempo reale che con dati previsionali). Grazie alla possibilità di fare simulazioni, le aziende possono prevedere eventuali situazioni critiche con anticipo e agire con precisione per mitigare eventuali emergenze o danni importanti alle strutture o agli impianti.
Ostacoli all’implementazione di un Digital Twin
Abbiamo parlato ampiamente dei vantaggi dei Digital Twin, ma come ogni cosa c’è sempre il rovescio della medaglia. Anche i Digital Twin portano con sé delle sfide da affrontare e risolvere. Per ottenere i vantaggi citati nell’articolo , i Digital Twin devono superare i seguenti ostacoli:
Acquisizione accurata delle caratteristiche
I Digital Twin devono essere modellati sia come oggetti dalle proprietà semplici (come le parti di un automezzo, le caratteristiche aerodinamiche di un aereo, le proprietà termiche di un edificio o morfologia e sesso di un essere umano) che come entità dotate di relazioni complesse con gli altri elementi con cui devono interagire (ad esempio, costi e logiche di approvvigionamento dei rispettivi materiali di realizzazione, ambiente circostante all’oggetto simulato, etc.).
Tutto questo può aiutare a prevedere il comportamento a spese di una raccolta accurata (quindi costosa) delle loro proprietà e comportamenti.
Aggiornamento automatico in tempo reale
Il Digital Twin per poter essere un efficace strumento di analisi e azione deve essere costantemente aggiornato rispetto ai cambiamenti di funzionalità dell’oggetto fisico che rappresenta. Tale adattamento è preferibile che avvenga in tempo reale se il modello del Digital Twin viene usato anche in contesto di produzione. Altrimenti si rischia di non poter più beneficiare dell’attendibilità del modello usato.
Anche questi cambiamenti nel tempo e la loro frequenza vanno gestiti e conosciuti in anticipo per una adeguata analisi costi benefici.
Rilevamento e risoluzione dei conflitti
Se lo scopo del Digital Twin è quello di assistere nelle decisioni (e non solo permettere una ottimizzazione iniziale del prototipo di produzione) allora come avviene per il BIM deve essere in grado di rilevare e reagire ai cambiamenti nelle condizioni di progetto in tempo per evitare possibili incongruenze.
Ad esempio se si tratta di una parte meccanica collocata in un contenitore la cui forma cambia, è necessario verificare che il suo alloggiamento sia ancora adeguato all’uso e che le attività manutentive successive siano ancora realizzabili.
Se si guarda infatti alle realizzazioni di elementi complessi è frequente che cambi dell’ultimo minuto rendano parti interne particolarmente difficili da gestire per problemi inizialmente non previsti o a seguito di cambiamenti che hanno ridotto le dimensioni dell’oggetto o del contenitore.
Fare previsioni sul comportamento di edifici e impianti attraverso i Digital Twin
L’identificazione di una prospettiva è sempre un compito impegnativo e incerto. In un’organizzazione efficiente, il Digital Twin consente ai manager di prevedere come il contesto reale potrà reagire ad eventi e situazioni ancora non accadute. Come discusso nell’articolo sull’ESG e sulla sostenibilità, poter prevedere la resilienza del patrimonio e la sua capacità di mitigare il carbon footprint garantisce di agire prima e in forma più efficace.
I Digital Twin aiutano l’azienda a comprendere i fattori che influenzano il successo degli investimenti economici, come ad esempio:
– L’impatto sulla sostenibilità
– Gestione della qualità
– Ottimizzazione delle risorse
– Flessibilità della progettazione
Conclusioni
Approfittare della tecnologia dei Digital Twin nel settore della gestione patrimoniale va fatto con una particolare attenzione alle caratteristiche del progetto. Se applicato durante la fase di progettazione e prototipazione dell’immobile (in ottica BIM) questa modellazione permette di massimizzare i vantaggi del Digital Twin. Se vuoi affrontare un progetto di innovazione progettuale e operativa puoi contattarmi qui.