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19.12.2022|Digitalizzazione

Che cos’è il gemello digitale?

La manifattura industriale si trova di fronte a sfide sempre nuove e crescenti. Ormai da tempo la scarsità di lavoratori qualificati è onnipresente. Per di più, i cicli di vita del prodotto sono più brevi ed esiste una maggiore diversità nelle varianti in lotti di dimensioni inferiori. Allo stesso tempo, le dinamiche di mercato e le catene di fornitura mutevoli esigono tassi di utilizzo macchina sempre più elevati, una maggiore trasparenza della produzione e la capacità da parte dei dipendenti di svolgere le loro mansioni in maniera mirata. In questo ambiente complesso, il concetto del ‘gemello digitale’ viene considerato un grande faro di speranza. Una ragione sufficiente per guardare oltre i confini della realtà e porre la domanda: “Quindi che cos’è un gemello digitale?”

Il gemello digitale: un modello digitale dell’oggetto reale

5 axis cnc machine DMU 340 Gantry
Dr.-Ing. Daniel Niederwestberg, Head of Digital Twin in front of the DMU 340 Gantry

La cosa più importante che occorre dire subito è che, se lo si misura sulla base della comprensione umana, il concetto di ‘gemello digitale’ è inadeguato da un punto di vista tecnico. È vero che si tratta perlopiù di trasformare una realtà effettiva o presunta, con tutti i suoi dettagli e proprietà, nello spazio digitale. Tuttavia, una simile replica digitale sarebbe completamente incapace di agire in autonomia e quindi risulterebbe priva di valore. 

Il gemello digitale diventa davvero prezioso solo grazie al modello digitale dell’oggetto reale e alla sua immagine digitale. I modelli digitali sono pertanto rappresentazioni 3D dinamiche di un oggetto reale che possono essere utilizzate per svolgere simulazioni e analisi. Le immagini digitali associate dei componenti reali corrispondenti rappresentano a loro volta i dati catturati o da simulare a partire da questi modelli. Solo attraverso l’inclusione di modelli digitali e ombre digitali del componente effettivo, il gemello digitale è finalmente in grado di migliorare i prodotti e i processi interessati o prevenire gli errori in un ciclo di controllo continuo di simulazione, analisi e ottimizzazione sulla base delle informazioni generate.

cnc machine - What is the Digital Twin

I vantaggi del cliente

Il valore aggiunto che si può ottenere è molteplice. La DMG MORI DIGITAL TWIN, ad esempio, distingue i vantaggi dei suoi clienti in tre categorie:

  • Aumento del numero di ore mandrino utilizzate produttivamente
    • Trasferimento delle attività non produttive come i processi di rodaggio e la programmazione nel mondo virtuale
    • Prevenzione dei tempi di inattività della macchina dovuti a collisioni
  • Riduzione dei costi per i componenti
    • Riduzione dei tempi di ciclo grazie all’ottimizzazione del processo e alla trasparenza dei fattori di costo
    • Prevenzione degli scarti tramite previa simulazione e rilevazione semplificata del difetto 
  • Responsabilizzazione dei dipendenti
    • Tasso di difetto ridotto grazie all’addestramento iniziale e, ove necessario, alla formazione continua
    • Semplificazione di mansioni lavorative complesse con l’aumento della trasparenza

Lavorazione di prova realistica e formazione

In termini concreti, è pertanto possibile utilizzare DMG MORI DIGITAL TWIN, tra le altre cose, per sviluppare in modo completo una macchina programmata nello spazio virtuale e simulare, analizzare e migliorare la sua capacità rispetto ai controlli virtuali, gli utensili, il serraggio dei dispositivi e dei pezzi fino a quando il risultato soddisfa tutte le aspettative dell’innovazione. Ogni pressione di un tasto sul controllo, ogni sostituzione utensile, ogni situazione di serraggio, ogni movimento assiale, ogni carico del mandrino: tutto può essere esaminato digitalmente e ottimizzato con e su una Digital Twin. E questo, si badi bene, ancora prima di affrontare la produzione della macchina “reale”.

Digitization - What is the Digital Twin
With DMG MORI DIGITAL TWIN, a planned machine can be developed completely in virtual space and its capability simulated, analyzed and improved with virtual controls, tools, clamping devices and workpieces.

Inoltre, i clienti possono eseguire una lavorazione di prova realistica dei loro componenti mentre la macchina è ancora in fase di costruzione. Possono perfezionare i programmi CNC per la loro nuova macchina e formare il loro personale ancora prima che sia installata nel locale del magazzino. Una volta installata, la macchina può comunicare di continuo alla sua gemella digitale informazioni relative allo stato della macchina e alle operazioni in corso. I dati ottenuti in tal modo possono essere impiegati per migliorare costantemente i processi e prendere decisioni operative e strategiche su basi solide.

Sembra quasi che le possibilità offerte dal virtuale finiscano solo dove iniziano i limiti dell’immaginazione umana. Specialmente perché le gemelle digitali non sono delle solitarie e possono interagire e interoperare tra loro sulla base di una sintassi e una semantica comuni. Ciò che in precedenza è stato detto per la macchina si applica pertanto, in senso figurato, anche alle cellule di produzione robotizzata o ai sistemi di produzione automatica con un qualsiasi numero di macchine, pallet e utensili, nonché ai veicoli autonomi per il trasporto e ai loro tragitti all’interno del locale del magazzino.

L’unico prerequisito è che ogni elemento di un sistema e ogni proprietà di un servizio o processo sia disponibile insieme ai dati associati in quanto gemello digitale collegabile. In ogni caso, maggiori e migliori sono le informazioni disponibili provenienti dal passato e quanto più sostanziali i dati determinati dal presente, tanto più “intelligenti” diventano gli algoritmi, più precise le analisi e più accurate le risposte. Questo è vero specialmente se si parla di riconoscimento degli eventi prima ancora che avvengano nella realtà.

Digital Engineering - What is the Digital Twin
Digital Engineering by DMG MORI

Definizioni

Quello che manca a te, lettore, dopo tutte queste spiegazioni, è una definizione chiara e concisa di cosa sia un gemello digitale. Tuttavia, nemmeno la comunità scientifica è riuscita a trovare una risposta chiara e definibile. Ovviamente non vogliamo privarti di una piccola selezione delle definizioni che abbiamo scovato nel corso delle nostre ricerche:

Un ‘gemello digitale’ è la rappresentazione virtuale di un oggetto fisico o di un sistema, ma è molto più di una visuale high-tech. I gemelli digitali utilizzano i dati, l’apprendimento automatico e l’Internet of Things (IoT) per aiutare le aziende a ottimizzare, innovare e fornire nuovi servizi.

Raccomandazione Web of Things (WoT) Architecture W3C. Aprile 2020

Un ‘gemello digitale’ è una replica virtuale di un’entità fisica o di un sistema. Il gemello digitale è molto più di un’immagine, una cianografia o uno schema: si tratta di una panoramica dinamica e simulata di un prodotto fisico che viene aggiornata continuamente nel design, nella costruzione e nel ciclo di vita operativo. Il gemello digitale e l’oggetto fisico corrispondente esistono parallelamente ed evolvono insieme man mano che il prodotto fisico progredisce e matura.

Saracco, R. “Digital Twins: Bridging Physical Space and Cyberspace” (I gemelli digitali: costruire un ponte tra lo spazio fisico e lo spazio cibernetico)

Un ‘gemello digitale’ è la rappresentazione virtuale di un oggetto fisico o di un sistema nel corso del suo ciclo di vita che utilizza dati in tempo reale per poter comprendere, imparare e ragionare.

Mylonas, G.; Kalogeras, A.; Kalogeras, G.; Anagnostopoulos, C.; Alexakos, C.; Munoz, L. Digital Twins from SmartManufacturing to Smart Cities: A Survey (‘I gemelli digitali dalla manifattura smart alle città smart: uno studio’) 2021

Un ‘gemello digitale’ è una simulazione probabilistica integrata multi-fisica e multi-scala di un sistema nel suo stato “come costruito” che utilizza i migliori modelli fisici disponibili, aggiornamenti tramite sensori, cronologia di flotta, ecc. per mappare la vita del gemello (volante) corrispondente

Glaessgen, E. H., Stargel D.S., The Digital Twin Paradigm for Future NASA and U.S. Air Force Vehicles (Il paradigma del gemello digitale per i veicoli della NASA e dell’Aeronautica militare statunitense del futuro), American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2012