Digital Twin cos’è, a cosa serve e perchè tutti cercano il gemello digitale

Digital Twin cos’è, a cosa serve e perchè tutti cercano il gemello digitale. Ecco la terza, attesa puntata di #SmartIndustry (qui la prima puntata dedicata al casco intelligente IOT e la seconda puntata dedicata ai sensori wireless IOT) la preziosa rubrica di #SergenteLorusso in collaborazione con Digitalnology.

La guida che segue è un contributo originale ed esclusivo realizzato da Giuliano Faini, Ceo & Founder di Digitalnology in collaborazione con Federico Greco, Project Manager di Digitalnology

Digital twin, gemello digitale, cos’è

Il gemello digitale o Digital Twin è una rappresentazione virtuale di entità fisiche, di spazi, di oggetti, di persone e di documenti.

Il gemello digitale è creato per una gestione intelligente di un processo o di un progetto con l’obiettivo di:

• avere una visione complessiva degli attori e delle entità coinvolte;
• avere una visione in tempo reale di ciò che accade di significativo;
• avere a disposizione dati storici per poter fare analisi approfondite;
• ridurre l’intervento dell’uomo nelle attività operative relative alla gestione delle operation, alla sicurezzae al controllo qualità.

Le tecnologie abilitanti che negli ultimi anni hanno consentito questa accelerazione digitale sono tutte quelle che afferiscono alla sfera dell’Industry 4.0 ovvero:

• sensori a bordo delle macchine o sensori ambientali;
• sistemi di automazione e PLC;
• device che consentono alle persone di registrare informazioni digitalmente (smartphone, tablet, lettori di codici a barre, ecc.);
• sistemi di tracciabilità degli oggetti e delle persone basati su tecnologie RFID, Beacon, Lora, ecc.;
• piattaforme cloud per la raccolta e la condivisione delle informazioni;
• soluzioni di monitoraggio, analytics e intelligenza artificiale a supporto dei processi decisionali.

Inoltre, i casi dove si è raggiunto il beneficio maggiore sono quelli in cui il gemello digitale ha coinvolto più attori della medesima filiera consentendo una migliore integrazione dei processi e l’interscambio di dati in tempo reale (eSupply Chain Collaboration and eSupply Chain Execution).

Avere una gestione Smart di una catena produttiva, permette di conoscere tutti i processi che intercorrono nella realizzazione di un prodotto o servizio, il quale sarà disponibile ed accessibile anche a livello virtuale per tutti gli attori o soggetti coinvolti nella filiera: dai fornitori ai clienti.

Figura 1 – Esempio di gemello digitale applicato alle gallerie

COME SI CREA UN GEMELLO DIGITALE

Le modalità di realizzazione di un gemello digitale dipendono molto dal settore e dal contesto di applicazione.

Vediamo il caso specifico relativo alla costruzione di una grande opera civile che può essere semplificata in alcune macro-fasi: la progettazione, la costruzione e la messa in servizio. Il Gemello digitale è pensato per:

• mettere a disposizione dei costruttori e delle direzioni lavori le risultanze della progettazione in un’ottica collaborativa;
• raccogliere allo stesso tempo le evidenze del processo esecutivo registrandone gli scostamenti dal progetto iniziale;
• consegnare l’opera finita insieme alla documentazione necessaria per la messa in esercizio e per la sua manutenzione (ordinaria e straordinaria) futura.

Nella seguente illustrazione sono rappresentate le macro-fasi prima citate e gli step necessari per la creazione del gemello digitale.

Figura 2 – Le Macro-fasi per la realizzazione del gemello digitale di un’opera civile

Applicando quanto visto finora alla realizzazione di una galleria si potrebbero percorrere i seguenti passi.

• Lo studio di progettazione consegna il modello 3D esecutivo del tunnel al costruttore e alla direzione lavori.
• Durante la realizzazione dello scavo e dei getti in calcestruzzo che compongono la volta della galleria, l’azienda costruttrice si occupa di monitorare tutti i processi esecutivi e raccogliere con strumenti digitali in modo capillare dati e documenti chiave per facilitare il project management dell’opera e per poter disporre del necessario ad arricchire il modello 3D di tutte quelle informazioni che saranno poi utili al committente dell’opera. Durante la realizzazione dell’opera si hanno tendenzialmente 3 tipi di informazioni:

  1. Produttività

     – Evidenza in tempo reale dello stato avanzamento lavori in tutte le sue parti e, nei casi più evoluti, gestione di tutti gli aspetti documentali, gestione del rischio e correlazione con gli impatti economici e finanziari della commessa e dell’azienda.

  2. Qualità

     – Tracciamento puntuale di:

     1. Materie prime utilizzate attraverso il tracciamento puntuale delle merci in modo che la distinta base venga sempre rispettata
     2. Processo produttivo/esecutivo attraverso il monitoraggio dinamico di sensori e lettura dei dati dalle macchine, oltre alla compilazione di rapporti digitali di lavoro dalle persone.

  3. Sicurezza

     – Visibilità in tempo reale di:

     1. posizione di mezzi e persone
     2. corretto utilizzo dei DPI (dispositivi di protezione individuale)

• sistemi di videosorveglianza, semafori e comunicazione di emergenza

1. sensori di salubrità dell’aria

• Mentre l’avanzamento costruttivo prosegue, si effettua l’associazione delle informazioni produttive ed esecutive di tutte le parti fisiche al disegno 3D andando a realizzare il modello “As Built” ovvero, la rappresentazione virtuale della galleria finita (secondo una logica Open BIM);
• Infine, vengono inserite tutte le informazioni relative alla gestione della manutenzione dell’intera galleria: viene creato il database delle parti d’opera, le relative schede ispettive legate all’anagrafica degli asset presenti nella galleria, un calendario di manutenzione preventiva e un sistema di misure correttive da applicare in caso di intervento.

Una volta creato il gemello digitale, esso verrà consegnato al committente per la messa in esercizio del “gemello fisico” e le informazioni che vi troverà inserite saranno il frutto del lavoro di selezione partito molti anni prima nella raccolta dei dati costruttivi sul campo che gli permetteranno anche a distanza di anni di sapere (ad esempio) chi era il produttore di ogni singola parte, quale è stata la data di installazione e la frequenza manutentiva consigliata.

I vantaggi di una integrazione digitale così spinta sono per tutti gli attori che ve ne prendono parte:

• i progettisti aumentano il loro valore aggiunto lavorando su modelli 3D;
• I costruttori hanno un maggior presidio dei processi esecutivi, automatizzano la raccolta dati e molte procedure come il riordino dei materiali a magazzino, hanno dati utili per il confronto tra differenti cantieri e dispongono di informazioni strategiche per partecipare a gare future, riducono i contenziosi con le committenze garantendo maggiore trasparenza su tutto il processo;
• I committenti possono avere informazioni immediate e certe sullo stato avanzamento lavori e sono facilitati nella messa in esercizio dell’opera grazie alla consegna di un modello BIM “as built” facilmente consultabile e completo di tutte le informazioni chiave.

Digital Twin, le competenze in ambito 4.0

Per gestire un progetto di Digital Twin è necessario sviluppare competenze specifiche in ambito 4.0 che vuol dire anzitutto: digitalizzazione, automazione, integrazione di dati e dematerializzazione.

Le aziende oggi sono ancora scoperte sotto questo aspetto, quindi i progetti si basano molto spesso sulle spalle esclusive dei fornitori, ma trattandosi al contempo di progetti strategici per le aziende non è naturale che la situazione rimanga così nel tempo.

Fondamentale saranno i piani del governo per favorire la formazione delle aziende in ambito 4.0. Purtroppo, gli incentivi stanziati nel 2019 per il piano formativo Industry 4.0 sono stati scarsamente utilizzati dalle imprese perché l’iter burocratico è risultato molte volte troppo complesso e non privo di insidie. L’augurio è quello di far tesoro dell’esperienza passata, semplificare l’accesso agli incentivi (bene il credito di imposta) e consentire al nostro Paese di attivare questo volano che altri hanno già fatto partire da tempo.