Uguali ma virtuali, i Digital Twins o gemelli digitali stanno diventando una “realtà” per il mondo dell’industria, in numerosi settori, grazie alla possibilità di creare repliche virtuali di sistemi fisici per monitorarli, analizzarli e ottimizzarli in tempo reale.
Con i digital twins, le aziende possono migliorare i processi, ridurre i costi e anticipare i problemi, trasformando il modo di concepire la filiera di produzione, la manutenzione e la gestione di intere infrastrutture.
Cosa sono i Digital Twins?
Un digital twin è, essenzialmente, una copia digitale di un oggetto fisico, di un sistema o di un processo che utilizza dati in tempo reale per riflettere lo stato e il comportamento del suo omologo reale.
L’idea di creare una “replica” virtuale di un oggetto fisico non è nuova, ma ciò che rende i digital twins particolarmente utili oggi è la possibilità di utilizzare sensori e dati per rendere questa replica una rappresentazione dinamica e precisa.
La presenza di un gemello digitale permette di effettuare simulazioni, test e analisi che sarebbero difficili o impossibili da realizzare direttamente sull’oggetto reale in funzione, rischiando rotture o malfunzionamenti e dovendo ricorrere a ben più dispendiose repliche dello stesso rispetto a un modello virtuale, modificabile in pochi passaggi.
Modelli digitali: la base dei Digital Twins
Uno dei pilastri del concetto di digital twin è il modello digitale, ossia la rappresentazione virtuale dettagliata e fedele del prodotto o sistema fisico.
Nel settore aerospaziale, ad esempio, i modelli digitali vengono impiegati per simulare il comportamento di un motore in diverse condizioni di volo. Rolls-Royce, uno dei principali produttori di motori aeronautici, utilizza modelli digitali per monitorare costantemente lo stato dei motori montati sugli aerei: sensori opportunamente posizionati inviano dati al modello digitale, che replica lo stato del motore in tempo reale, consentendo di rilevare anomalie e ottimizzare la manutenzione.
Nel settore dell’automotive, i modelli digitali vengono ampiamente usati nelle fasi di progettazione e testing. Un esempio emblematico è il caso di Tesla, che utilizza modelli digitali delle sue auto per monitorarne le prestazioni e risolvere problemi da remoto. Questo gemello virtuale si evolve in base ai dati raccolti dai veicoli reali e può quindi fornire informazioni precise su ogni componente, dalla batteria ai freni. Grazie ai modelli digitali, Tesla è in grado di eseguire aggiornamenti software in tempo reale, migliorando le prestazioni e la sicurezza del veicolo senza interventi fisici.
I modelli digitali sono, quindi, l’elemento fondamentale su cui si costruisce un digital twin: il gemello digitale è in grado di “comprendere” e rappresentare con fedeltà la realtà fisica, costituendo una risorsa preziosa per le aziende. In vari settori, come quello energetico, della produzione o delle infrastrutture, il modello digitale è diventato un asset irrinunciabile per prevedere e ottimizzare i processi.
Simulazione virtuale: sperimentare senza rischi
Un altro vantaggio fondamentale dei digital twins è la possibilità di effettuare simulazioni virtuali.
La simulazione permette di testare varie condizioni operative e scenari ipotetici senza compromettere la sicurezza del sistema reale. Immaginiamo una grande industria manifatturiera che voglia testare un nuovo processo produttivo: la simulazione virtuale consente di anticipare eventuali problemi e di risolverli in un ambiente simulato prima di implementare il processo nel mondo reale, risparmiando tempo e riducendo il rischio di errori.
Un esempio pratico viene dall’industria dei combustibili fossili, dove i digital twins permettono di simulare l’effetto di cambiamenti operativi in ambienti complessi come le piattaforme petrolifere. Grazie alle simulazioni virtuali, è possibile prevedere l’impatto di fattori ambientali estremi, come tempeste o sbalzi di temperatura, e identificare le azioni preventive da adottare per garantire la sicurezza dell’infrastruttura e dei suoi lavoratori.
Nel settore sanitario, la simulazione virtuale dei digital twins viene usata per modellare organi e sistemi del corpo umano. Philips, ad esempio, ha sviluppato modelli digitali di apparati cardiovascolari per testare terapie innovative e valutarne l’efficacia senza ricorrere subito alla sperimentazione su persone reali. Grazie a questa tecnologia, i medici possono simulare interventi chirurgici e trattamenti, migliorando le decisioni cliniche e aumentando la sicurezza dei pazienti.
Vantaggi dei Digital Twins
L’adozione dei digital twins, come abbiamo visto, offre numerosi vantaggi, cosa che li rende una risorsa strategica in molti settori industriali. Ecco i principali:
- Ottimizzazione dei processi: grazie alla replica virtuale di prodotti e processi, le aziende possono ottimizzare le operazioni, riducendo sprechi e tempi morti. Ad esempio, nel settore energetico, le turbine eoliche dotate di gemelli digitali vengono monitorate e ottimizzate per massimizzare la produzione di energia in base alle condizioni ambientali
- Manutenzione predittiva: la manutenzione predittiva è uno dei campi in cui i digital twins stanno avendo il maggiore impatto. Utilizzando i dati raccolti in tempo reale, i digital twins permettono di prevedere guasti o problemi tecnici prima che si verifichino, monitorando “lo stato di salute” delle macchine industriali, migliorando l’efficienza degli impianti e riducendo i costi di manutenzione
- Riduzione dei costi e dei tempi: la possibilità di effettuare simulazioni dettagliate e prove virtuali permette di ridurre i costi di prototipazione e testing. Nel settore edilizio, ad esempio, i digital twins aiutano a pianificare la costruzione di edifici complessi, identificando eventuali problemi prima di iniziare i lavori e garantendo che le operazioni procedano senza intoppi
- Personalizzazione: grazie ai digital twins, le aziende possono monitorare le preferenze e le abitudini d’uso dei clienti, fornendo soluzioni su misura. Nel settore della produzione di beni di consumo, ad esempio, le aziende possono raccogliere informazioni sui desideri dei clienti per migliorare e personalizzare i prodotti in base ai feedback ricevuti
- Sostenibilità: l’uso dei digital twins può anche contribuire a migliorare la sostenibilità ambientale. Attraverso l’ottimizzazione dei processi e la riduzione degli sprechi, le aziende riducono di fatto il loro impatto ambientale, migliorando l’efficienza energetica e ottimizzando l’uso delle risorse.
Sfide future e potenzialità
Sebbene i digital twins offrano notevoli vantaggi, ci sono ancora alcune sfide da affrontare. La principale è legata alla gestione e alla sicurezza dei dati, sui quali si fonda l’intera tecnologia di analisi dei digital twins: è essenziale garantire la tutela e la privacy di queste enormi quantità di informazioni per evitare che cadano nelle mani sbagliate.
Un’altra sfida è rappresentata dalla complessità di creare e mantenere un gemello digitale preciso e aggiornato. Creare modelli digitali dettagliati richiede investimenti in tecnologie avanzate, come l’intelligenza artificiale e il machine learning, e il continuo aggiornamento dei dati richiede un’infrastruttura di rete solida e affidabile. Tuttavia, la continua evoluzione delle tecnologie cloud e IoT sta rendendo sempre più accessibile l’implementazione di digital twins anche per le piccole e medie imprese.
Nonostante queste difficoltà, il futuro dei digital twins appare estremamente promettente. Grazie ai progressi nella raccolta e nell’elaborazione dei dati, il ruolo dei digital twins continuerà a crescere, diventando una componente centrale della quarta rivoluzione industriale. Aziende di ogni settore potranno sfruttare questa tecnologia per innovare e competere in un mercato sempre più globale e interconnesso.
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