Home / Digital Twin

Digital Twin

Oltre la simulazione per gestire la complessità

Cosa è il Digital Twin?

Comprendere il Digital Twin (“gemello digitale”) è abbastanza facile. Un modo importante per affrontare le sfide dello sviluppo di sistemi complessi è costruire una serie di modelli altamente accurati che aiutino a prevedere il comportamento del prodotto durante tutte le fasi del ciclo di vita.

Questi modelli, che sono chiamati "Digital Twin", sono disponibili in diverse scale e istanze per varie applicazioni, integrano molteplici aspetti fisici, contengono le migliori descrizioni fisiche disponibili, rispecchiano la vita del prodotto reale e il suo processo di produzione.

Il concetto è applicabile in varie fasi del ciclo di vita di un prodotto o sistema.

  • Dalla fase di ideazione, con un Digital Twin del prodotto che aiuta a definire/migliorare i progetti e analizzare le prestazioni,
  • alla fase di realizzazione, con un Digital Twin del processo produttivo,
  • fino alla fase di utilizzo, con un Digital Twin del prodotto in servizio e  durante il ritiro.

Quando le aziende integrano tutti questi Digital Twin insieme, hanno accesso a un Digital Twin Olistico che diventa la spina dorsale del loro sviluppo di prodotto, in grado di fornire una maggiore comprensione, riducendo i tempi del ciclo di sviluppo, migliorando l'efficienza, e aumentando l'agilità del mercato.

Digital Twin
Il Digital Twin è una rappresentazione virtuale che agisce come un equivalente digitale in tempo reale di un oggetto o processo fisico.

Il concetto

Apollo 13: il Primo Digital Twin

Il concetto di utilizzare modelli fisici che imitano il comportamento dei prodotti reali non è nuovo. Per esempio, il programma Apollo della NASA usava veicoli spaziali identici in modo che uno dei veicoli potesse essere usato per testare le procedure sulla terra mentre l'altro era nello spazio.

Il primo uso della frase "Digital twin" è apparso in un rapporto della NASA nel 2010 ed è definito  come segue:

“Un Digital Twin è una simulazione multifisica e multiscala integrata di un veicolo o sistema che utilizza i migliori modelli fisici disponibili, gli aggiornamenti dei sensori, la storia della flotta, ecc., per rispecchiare la vita del suo gemello volante corrispondente.”

Digital Twin - Esempi

Ci sono tre tipi di Digital Twin, ciascuno dei quali si basa e alimenta i dati alle altre versioni di se stesso:

  • Digital Twin del Prodotto
  • Digital Twin della Produzione
  • Digital Twin della Performance

 

Il Digital Twin del Prodotto nasce già nella fase di definizione e progettazione di un prodotto pianificato. Ciò consente agli ingegneri di simulare e convalidare le proprietà del prodotto a seconda dei rispettivi requisiti: per esempio, il prodotto è stabile ed è intuitivo da usare? L'elettronica funziona in modo affidabile? Che si tratti di meccanica, elettronica, software o prestazioni di sistema, il gemello digitale può essere utilizzato per testare e ottimizzare tutti questi elementi in anticipo.

Il Digital Twin della Produzione coinvolge ogni aspetto, dalle macchine e dai controllori di impianto a intere linee di produzione nell'ambiente virtuale. Di conseguenza, le fonti di errore o guasto possono essere identificate, e prevenute, prima dell'inizio del funzionamento effettivo.

Ciò consente di risparmiare tempo e gettare le basi per una produzione di massa personalizzata, perché anche percorsi di produzione molto complessi possono essere calcolati, testati e programmati con il minimo costo e sforzo, in un tempo molto breve.

Il Digital Twin della Performance è diverso. Mentre molti produttori già utilizzano quelli del prodotto e della produzione, non hanno la capacità di attivare completamente il Digital Twin della Perfomance, e creare il ciclo di feedback necessario per un Digital Twin a ciclo chiuso.

Richiede una soluzione IoT basata su cloud in grado non solo di monitorare da remoto le risorse, ma anche di integrarsi perfettamente con le altre tecnologie utilizzate nei modelli di prodotto e nei modelli di produzione.

 

Siemens è leader nell'innovazione in questo campo. È l'unica azienda in grado di fornire completamente il Digital Twin ad anello chiuso (v. figura sotto). La  sua soluzione di IoT industriale, come  servizio, aggiunge il Digital Twin della Performance a un già robusto Digital Twin del Prodotto e un Digital Twin di Produzione. Il Digital Thread completo è gestito con software CAD, CAM, CAE, PDM e IoT integrati, che offrono trasparenza operativa e un Digital Twin a ciclo chiuso che attraversa l'azienda e l'intero ciclo di vita del prodotto. Con tutti i processi connessi e aggiornati in tempo reale, è possibile sfruttare il Digital Twin a ciclo chiuso per potenziare la manutenzione intelligente di prodotti, impianti, sistemi e macchine.

 

Il Digital Thread

Il concetto di Digital Thread è legato al concetto di Digital Twin. Il Digital Thread cattura informazioni su tutti i dati, i modelli, i processi e le risorse, dai requisiti di progettazione e ingegneria fino all'utilizzo per il Digital Twin.

E lo fa in tutte le aree funzionali e per tutte le parti interessate. Così, dove il Digital Twin può essere considerato l'entità virtuale in grado di prevedere le prestazioni, il Digital Thread traccia l'evoluzione del Digital Twin e aiuta a mantenerlo attuale e aggiornato.

digital-thread

Perché il Digital Twin sarà la spina dorsale dell'industria in futuro

I Digital Twin saranno la spina dorsale dell'innovazione del futuro, con le loro capacità di fornire rappresentazioni virtuali di prodotti, sistemi e città del mondo reale. Ecco perché.

Per esempio, il Digital Twin di un motore elettrico non solo mostra la forma, ma analizza anche le funzioni - dalla rotazione dell'albero alla conducibilità termica, ai dati dai sensori, e oltre. Inoltre, il Digital Twin si evolve continuamente grazie al flusso di dati, al feedback dell'esperienza utente e al nuovo input. Ed ha un grande impatto sullo sviluppo, la produzione e il funzionamento.

Nello sviluppo, il comportamento di un prodotto può essere simulato e testato molto prima che un prototipo fisico sia stato costruito. Siemens ha utilizzato il Digital Twin per sviluppare un motore aeronautico elettrico da record mondiale che non solo pesa 50 kg, ma è anche cinque volte più potente di motori elettrici comparabili.

Ma non finisce qui. Il Digital Twin sprigiona anche la potenza della stampa 3D. In un recente studio per i sistemi di miscelazione dei gas, le intuizioni della simulazione del comportamento di forma e flusso sono state combinate con algoritmi generativi. Il risultato? Una forma e configurazione del canale davvero unica - una significativamente più efficiente di qualsiasi altra cosa progettata in precedenza.

 

In Produzione, anche intere fabbriche fino a singole macchine possono essere simulate e testate. Ad esempio: i robot. È difficile per loro eseguire operazioni di fresatura, perché grandi forze nel processo di produzione portano a movimenti imprecisi. Ma con il Digital Twin, le forze che spingono il robot lontano dal percorso di fresatura possono essere calcolate e compensate in tempo reale, mantenendo il robot nel suo percorso.

Quando si tratta di operazioni, Digital Twin può confrontare i dati del sensore di un punto reale in tempo reale, con la simulazione del suo punto. La disponibilità del punto parallelamente alle operazioni può essere prevista in modo affidabile e le interruzioni improvvise diventano  un ricordo del passato.

Ma questo è solo l'inizio. La fusione del Digital Twin con l’intelligenza artificiale permette ai computer di progettare autonomamente prodotti avanzati.

Per lo sviluppo, la produzione e il funzionamento, il Digital Twin rompe con i paradigmi tradizionali e apre straordinarie possibilità. Ecco perché i Digital Twin sono la spina dorsale dell'innovazione del futuro.

 

I benefici di un approccio Digital Twin

Ridurre i rischi e migliorare le performance

Digital Twin

Il Digital Twin include tutte le informazioni necessarie per prevedere continuamente le prestazioni e la salute del prodotto, la vita utile rimanente, o, per alcune applicazioni, anche la probabilità di successo della missione. Può anche prevedere la risposta del sistema agli eventi critici per la sicurezza e scoprire problemi precedentemente sconosciuti prima che diventino critici, confrontando le risposte previste e reali.

In definitiva, se disponibili al  massimo delle loro capacità, i sistemi a bordo del Digital Twin potrebbero essere in grado di mitigare danni o il degrado. Potrebbero attivare meccanismi di auto-guarigione o raccomandare cambiamenti in un profilo di missione per diminuire i carichi, e quindi aumentare sia la durata della vita che la probabilità di successo della missione. Oppure potrebbero suggerire aggiornamenti dei sistemi intelligenti per migliorare le prestazioni del prodotto e ridurre il consumo di carburante.

Ridurre i costi di operazione e di prodotto

digital twin of a tractor

Tradizionalmente l'approccio è stato quello di assumere condizioni adeguatamente severe durante la progettazione e il successivo monitoraggio dell'uso, nonché fattori di sicurezza piuttosto grandi per tenere conto del processo di produzione. Un tale approccio è molto conservativo e porta a prodotti che possono essere più pesanti di quanto dovrebbero essere e richiedono ispezioni più frequenti del necessario.

Grazie alla precisione dei suoi modelli, l'utilizzo di un Digital Twin può ridurre le tolleranze di progettazione, tenendo conto delle incertezze di fabbricazione e della variabilità stocastica delle proprietà dei materiali e dell'utilizzo del prodotto. Ciò si tradurrà in un'enorme riduzione dei costi sotto ogni aspetto, compreso l'uso di materiali durante la produzione, il consumo di carburante e un migliore piano di ispezione e manutenzione.

Ridurre tempi di sviluppo e costi di produzione

Digital Twin of a car

Fornendo una visione integrata dei vari aspetti fisici e comportamentali del prodotto, il Digital Twin consentirà il bilanciamento simultaneo di tutti i requisiti di prestazioni funzionali durante l'intero ciclo di sviluppo, dalla concezione iniziale, all'ingegneria dettagliata e alla convalida finale.

Il Digital Twin può anche fornire informazioni sempre più dettagliate su come i sistemi interagiscono e sulle loro potenziali modalità di guasto. Questo eviterà diversi cicli di prova e riparazione e ridurrà notevolmente il tempo necessario per avere un prodotto finito per la produzione.

Promuovere l'innovazione

L'uso sistematico di Digital Twin per esplorare a fondo lo spazio di progettazione, integrare i dati IoT e comprendere meglio le interazioni di diversi sistemi genererà enormi nuove intuizioni per i team di sviluppo dei prodotti. Queste intuizioni a loro volta stimoleranno una più rapida innovazione, man mano che emergono nuove idee che non erano mai state considerate prima.

White Paper

Maturing simulation and test capabilities for the Digital Twin

Questo white paper di Siemens spiega cos'è un Digital Twin, il suo valore, e come le aziende dovrebbero maturare le loro capacità di simulazione e test per sfruttare un futuro con i Digital Twins. Il portfolio Simcenter viene introdotto a conclusione del paper.

Entra nell'ecosistema
dell'Industria Elettronica

Scopri come ottenere il massimo dalla tua partnership con Cadlog e Siemens

Entra nell'ecosistema
dell'Industria Elettronica

Scopri come ottenere il massimo dalla tua partnership con Cadlog e Siemens

Vuoi saperne di più su questo progetto?

Vuoi saperne di più su questo progetto?

Torna su