Un gemello digitale è un modello virtuale di un oggetto o di un sistema reale, progettato per riflettere con precisione gli attributi e il ciclo di vita del soggetto.
La tecnologia del gemello digitale funziona adattando un oggetto fisico ai sensori IoT nelle sue fasi di sviluppo, produzione e funzionamento. Questi sensori sono progettati per produrre dati affidabili sull'oggetto e sulla sua funzionalità. Possono quindi essere comunicati in tempo reale a uno strumento di elaborazione separato ed essere utilizzati per creare un modello digitale estremamente preciso.
Esempi di tecnologia di gemello digitale includono:
- Ingegneria del traffico
È possibile creare gemelli digitali per interi sistemi stradali. Mappando le strade e analizzando i dati sul traffico in tempo reale, i responsabili della pianificazione possono ottenere una visione più completa del modo in cui il traffico attraversa una città, scoprire dove incontra rallentamenti e quali tipi di modifiche potrebbero essere apportate per ridurre la congestione del traffico. - Telecomunicazioni
Le società di telecomunicazioni potrebbero applicare soluzioni di gemello digitale per mappare e ottimizzare le proprie reti in base ai movimenti degli utenti che le utilizzano e alle applicazioni che sono in funzione. - Settore immobiliare
I gemelli digitali sono ampiamente utilizzati dalle società immobiliari per creare rappresentazioni virtuali degli ecosistemi edili. In questo modo i responsabili decisionali possono visualizzare in tempo reale le caratteristiche dei propri edifici, ad esempio i dati dei sistemi di gestione, quelli dei sistemi di sicurezza, quelli dei sistemi HVAC, le planimetrie degli spazi interni ed esterni, i dati di interazione con gli inquilini e molto altro ancora. - Produzione di energia
Visto l'aumento del fabbisogno energetico, il settore dell'energia utilizza la tecnologia del gemello digitale per migliorare l'efficienza delle turbine eoliche. I sensori ad esse collegati inviano in tempo reale i dati delle prestazioni ai gemelli digitali delle turbine, in modo che gli ingegneri possano apportare miglioramenti e modifiche laddove necessario per ottimizzare la produzione di energia. - Sanitario
È possibile creare gemelli digitali di sistemi viventi e inanimati. I sensori indossabili forniscono agli operatori sanitari informazioni più approfondite sulla salute dei pazienti e consentono loro di simulare trattamenti e procedure prima di applicarli nella vita reale.
Naturalmente, la tecnologia del gemello digitale non si limita a questi esempi; qualsiasi sistema rappresentato in un ambiente virtuale per la raccolta dei dati funziona insieme al proprio gemello digitale.
Poiché i gemelli digitali consentono alle aziende di raccogliere dati in tempo reale, offrono indubbiamente svariati vantaggi. Tra questi:
Il reparto Ricerca e sviluppo trae vantaggio dall'uso di gemelli digitali. Anziché attendere il completamento dei prototipi per poterne testare le prestazioni, le aziende possono servirsi dei dati accurati del gemello digitale di un prodotto per ottenere informazioni utili e apportare modifiche e miglioramenti importanti prima di metterlo in produzione.
I processi della produzione sono particolarmente adatti alle soluzioni di gemello digitale. Le aziende possono tenere traccia dei sistemi di produzione e analizzare i risultati di possibili correzioni per migliorarne l'efficienza prima di applicare tali modifiche nel mondo reale. I gemelli digitali contribuiscono a garantire che ogni perfezionamento messo in atto sia supportato da prove affidabili e che la modifica introdotta contribuisca a migliorare il sistema.
Sia che facciano riferimento a un singolo componente o a un intero set di processi, i gemelli digitali forniscono informazioni affidabili sui dati in aree dove i processi decisionali potrebbero essere meno concreti. In questo modo è possibile eliminare le inefficienze e migliorare le prestazioni.
I dati in tempo reale dei sensori IoT e la modellazione matematica avanzata offrono ai responsabili decisionali tutte le informazioni necessarie per identificare le tendenze e risolvere i problemi prima che si verifichino. L'intelligenza artificiale e le tecnologie di machine learning migliorano ulteriormente i suggerimenti predittivi resi possibili tramite un gemello digitale.
I gemelli digitali possono ridurre significativamente il tempo necessario per portare un'idea dal concept alla realtà. Ciò significa una riduzione del lavoro di sviluppo e un debutto più rapido. Questo vale non solo per i prodotti stessi, ma anche per altri asset e processi relativi alla produzione e alla distribuzione.
Come precisato in precedenza, i gemelli digitali hanno dimensioni che variano da piccole e specifiche a grandi e inclusive. Diverse discipline scientifiche hanno anche applicato soluzioni di gemello digitale per creare modelli comportamentali di soggetti microscopici (come le cellule umane) e sistemi macroscopici (come la struttura su larga scala dell'universo visibile). Detto questo, le aziende tendono a classificare i propri sforzi in ambito di tecnologia del gemello digitale utilizzando quattro livelli di grandezza:
- Componenti
I componenti a funzionamento singolo sono le unità di base dei gemelli digitali. I componenti possono essere ulteriormente suddivisi in parti per un approccio più granulare. - Asset
Quando il gemello digitale è costituito da più di un componente, viene classificato come asset. I gemelli degli asset recuperano i dati sulle prestazioni dai singoli componenti e dalla loro interazione. - Sistemi
I gemelli di sistema sono costituiti da due o più asset che operano in tandem per creare un sistema funzionante. - Processi
Infine, i gemelli di processo si concentrano sull'interazione di più sistemi per creare processi completi.
Spesso i termini gemello digitale e simulazione vengono utilizzati in modo intercambiabile. Effettivamente, per molti aspetti, sono molto simili. I gemelli digitali e le simulazioni utilizzano i dati del mondo reale per replicare gli oggetti in un ambiente digitale. Differiscono, invece, per l'ambito di applicazione del modello digitale
La maggior parte delle simulazioni è progettata per studiare solo singoli processi specifici. Inoltre, tendono a fare affidamento su dati differiti che conservano il valore assegnato al momento della raccolta.
I gemelli digitali possono fare molto di più. Un gemello digitale crea un ambiente digitale effettivo e funzionante in cui le aziende possono eseguire un'ampia gamma di simulazioni per testare e studiare molti processi diversi. Tutto questo è informato da dati in tempo reale che forniscono un quadro chiaro e aggiornato di ciò che accade al momento. Questi dati vengono trasferiti nel gemello digitale per garantire la precisione in tempo reale e qualsiasi informazione creata dal sistema di elaborazione può anche essere inviata al soggetto per ottimizzarlo.
In poche parole, una simulazione può offrire una panoramica dell'impatto delle modifiche apportate all'interno di un sistema. Un gemello digitale va oltre, fornendo informazioni dettagliate su ciò che succede adesso all'interno di più sistemi o processi e, a seconda della variabile che cambia, su cosa potrebbe accadere in futuro.
Quando i gemelli digitali sono preziosi? In via generale la risposta è "ogni volta che l'azienda desidera ottenere analisi in tempo reale su componenti, asset, sistemi o processi". Tuttavia, i gemelli digitali sono utili soprattutto quando vengono applicati in momenti specifici:
Prima di creare un prodotto fisico o di definire un sistema è possibile creare un prototipo di gemello digitale (DTP) che rappresenti i dati relativi ai progetti, alle analisi e ai processi che il prodotto finito dovrà incorporare. Le aziende utilizzano i DTP per testare e modificare i parametri e le condizioni operative al fine di comprendere meglio i prodotti e i sistemi in fase di sviluppo e apportare modifiche vantaggiose ai progetti prima che entrino in piena produzione
Dopo che un prodotto è stato rilasciato o che un sistema o un processo specifico sono stati distribuiti, il gemello digitale è ancora una parte essenziale della raccolta e dell'analisi dei dati. I gemelli digitali di ogni istanza (DTI) forniscono alle aziende informazioni accurate sull'oggetto o sull'entità durante tutto il suo ciclo di vita, mentre gli aggregati di gemelli digitali (DTA) riuniscono gruppi di DTI per determinare le funzionalità in varie condizioni, testare nuovi parametri operativi e offrire un quadro ancora più completo.
Le simulazioni chiare e semplici basate su stime e dati differiti hanno i loro vantaggi, ma i prodotti e le aziende non esistono in mondi puramente virtuali. Per capire come funzionano realmente e dove potrebbero essere migliorati, le imprese hanno bisogno di informazioni complete e reali, presentate con coerenza in tempo reale.
Questa maggiore enfasi sui dati del mondo reale ha creato soluzioni uniche e preziose per gruppi di svariati ambiti e settori. Le soluzioni includono:
- La creazione di più varianti digitali di prodotti per facilitarne la personalizzazione
- Miglioramenti in termini di efficienza per le auto da corsa
- Test di fatica e resistenza alla corrosione per le turbine eoliche
- Condivisione facilitata dei dati dei gemelli digitali tra le varie discipline
- Miglioramenti alla produzione dei prodotti e ai processi aziendali
- Ottimizzazione dei processi per tenere traccia degli indicatori delle prestazioni della produzione
- Estensione del ciclo di vita del prodotto
- Riduzione della necessità di avere prototipi fisici nella produzione di automobili
- Miglioramento dell'esperienza del cliente attraverso i dati relativi a prodotti, prestazioni e distribuzione
- Miglioramento del workflow, del personale e delle procedure degli ospedali
- Settore manifatturiero: l'ottimizzazione del processo di produzione, la riduzione dei tempi di inattività e il miglioramento della qualità dei prodotti sono tutti possibili grazie ai gemelli digitali. Possono ad esempio simulare il comportamento di una linea di produzione per individuare colli di bottiglia e ottimizzare il workflow.
- Settore sanitario: i gemelli digitali vengono utilizzati per monitorare macchinari come la risonanza magnetica (RM) o la spedizione di vaccini/farmaci. Per identificare potenziali problemi o valutare le prestazioni con maggiore precisione. Questa tecnologia può anche essere utilizzata per creare simulazioni personalizzate di organi o sistemi presenti all'interno del corpo umano, aiutando così medici e ricercatori a comprendere meglio la progressione di una malattia e a sviluppare trattamenti mirati.
- Edilizia: attraverso la simulazione e l'ottimizzazione, i gemelli digitali possono ridurre i costi, migliorare la sicurezza e azzerare gli sprechi.
- Energia: i gemelli digitali consentono di ottimizzare la produzione di energia e i sistemi di distribuzione. Possono ad esempio simulare il comportamento di una centrale elettrica per individuare le inefficienze e migliorare le prestazioni.
- Trasporti: i gemelli digitali possono essere sfruttati per ottimizzare il flusso di traffico e la logistica. Possono ad esempio simulare il comportamento di un porto di spedizione per individuare colli di bottiglia e ottimizzare il workflow.
- Filiera: le aziende possono ottenere informazioni sul funzionamento del sistema e identificare potenziali aree di miglioramento, consentendo l'ottimizzazione della gestione dell'inventario, la riduzione degli sprechi e il miglioramento del controllo qualità. Un gemello digitale di un impianto di produzione può ad esempio essere utilizzato per simulare diversi scenari e individuare colli di bottiglia nel processo di produzione.
- Retail: la tecnologia del gemello digitale può essere utilizzata negli ambienti retail per realizzare riproduzioni virtuali di negozi fisici, consentendo alla clientela di visualizzare e acquistare prodotti in un ambiente virtuale e, al tempo stesso, offrendo al personale la possibilità di testare diverse tipologie di allestimento del negozio e di provare differenti posizionamenti dei prodotti prima di apportare modifiche.
Questo elenco include solo una minima parte dei casi in cui è possibile utilizzare la tecnologia del gemello digitale. Poiché i gemelli digitali consentono alle aziende di creare, analizzare e regolare i parametri di oggetti e processi in un ambiente completamente digitale, anche le sfide più complesse possono essere riprodotte e risolte in modo più rapido, più semplice e a un costo inferiore rispetto a quanto tradizionalmente possibile.
I dati hanno sempre svolto un ruolo chiave nel processo decisionale aziendale. Man mano che le soluzioni di gemello digitale si diffondono, affrontano la sfida di acquisire e analizzare i dati del mondo reale. Purtroppo, anche se la tecnologia è già disponibile, trovare gli strumenti e le risorse giuste per creare gemelli digitali per la tua azienda può essere difficile.
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