Riduzione dei rischi, valutazioni dei costi e delle variabili, progettazione avanzata e monitoraggio, manutenzione, collaborazione, formazione, predittività e quanto altro si può immaginare sono i vantaggi di operare in un ambiente di test, assolutamente uguale a quello reale, dove si può fare di tutto senza alcun pericolo, né fisico né economico e vedere…l’effetto che fa. Sono le opportunità offerte dai digital twin, veri e propri “gemelli digitali” del mondo reale che molte realtà, principalmente dell’industria manifatturiera ma non solo, stanno integrando, trasformando radicalmente il modo in cui si progettano e producono beni. Questi digital twin rappresentano strumenti utili per chi è coinvolto nella progettazione e costruzione di prodotti, creando repliche virtuali di oggetti fisici, integrando dati in tempo reale per offrire una visione approfondita e dinamica dei processi produttivi. Quando poi vengono combinati con le tecnologie di realtà aumentata (AR), realtà virtuale (VR) e intelligenza artificiale (AI), i digital twin diventano strumenti indispensabili per velocizzare e migliorare la progettazione, l’efficienza e l’innovazione nelle organizzazioni che ne fanno uso.
In particolare, l’AR e la VR consentono ai progettisti di immergersi nei modelli digitali, visualizzando i prodotti in 3D e interagendovi in un ambiente realistico prima ancora che vengano costruiti. L’AI, dal canto suo, analizza enormi quantità di dati generati dai digital twin per ottimizzare il design, prevedere problemi e proporre soluzioni alternative e migliorative. Questo approccio integrato non solo riduce errori e costi, ma accelera i tempi di sviluppo, facilitando la creazione di prodotti più complessi e personalizzati.
I vantaggi sono evidenti, e vanno da un miglioramento della progettazione, consentendo di testare nuove idee in un ambiente virtuale prima di applicarle al mondo reale, riducendo costi e rischi; permettono inoltre di avere un monitoraggio in tempo reale, fornendo una visione dettagliata e aggiornata delle operazioni, migliorando la capacità decisionale. A queste, si aggiunge la possibilità di impostare una manutenzione predittiva, dove attraverso l’analisi dei dati i digital twins possono prevedere quando un componente avrà bisogno di manutenzione, evitando guasti e riducendo i tempi di fermo, con il risultato, generale, di una ottimizzazione continua dei processi produttivi e dell’efficienza operativa.
Cosa sono i digital twin e come funzionano
I digital twin sono repliche digitali di oggetti, sistemi o processi fisici che vengono utilizzate per simulare, monitorare e ottimizzare le loro controparti reali. In sostanza, un digital twin è un modello virtuale che rispecchia esattamente un’entità fisica, e che viene aggiornato in tempo reale grazie ai dati raccolti tramite sensori IoT e altre fonti. Questi modelli digitali possono replicare un prodotto, una macchina, un processo produttivo o persino un intero sistema complesso, come un impianto, un’intera fabbrica o addirittura una città.
Un digital twin si basa su un flusso costante di dati che collega l’oggetto fisico, quando già esistente, al suo modello digitale grazie a sensori installati sull’oggetto in questione che raccolgono informazioni come temperatura, umidità, vibrazioni, movimento e altri parametri operativi. Questi dati vengono inviati al modello digitale, che si aggiorna costantemente per rispecchiare le condizioni attuali dell’entità fisica. In aggiunta, l’intelligenza artificiale e l’analisi dei dati possono essere utilizzate per simulare scenari, testare ipotesi o prevedere guasti futuri.
Altri gemelli digitali vengono invece creati ex novo durante le fasi di progettazione e sviluppo di un nuovo prodotto o sistema. In questo caso l’obiettivo è simulare diversi scenari, testare configurazioni e ottimizzare il design prima ancora che il prodotto esista fisicamente. In questo modo si riescono a identificare eventuali criticità o inefficienze già nelle fasi preliminari, risparmiando tempo e costi legati a modifiche successive. Utilizzati spesso nell’industria manifatturiera, permettono di iterare rapidamente le soluzioni progettuali, favorendo l’innovazione e prevedendo costi ed evoluzioni future.
Ci sono diversi digital twin utili al settore manifatturiero
I digital twin possono essere suddivisi in diverse categorie, a seconda anche del loro livello di complessità. Il digital twin di prodotto si concentra sul ciclo di vita di un singolo prodotto, dal design alla produzione e fino all’uso finale, ed è utile per il miglioramento continuo e per l’assistenza post-vendita. Il digital twin di processo rappresenta invece l’intero processo di produzione o operazione e riesce a monitorare e ottimizzare l’efficienza dei processi produttivi, riducendo i tempi di inattività e migliorando la qualità. Infine, il digital twin di sistema simula sistemi complessi composti da più componenti, come una linea di produzione, una catena di fornitura o un’infrastruttura urbana.
I ruoli di AI, VR e AR nei gemelli digitali
L’integrazione di intelligenza artificiale, realtà aumentata e realtà virtuale nei digital twin sta quindi trasformando la progettazione, la produzione e la gestione di prodotti e di sistemi complessi. Queste tecnologie, ognuno con il suo particolare contributo, ampliano le possibilità di interazione e analisi, rendendo i digital twin strumenti sempre più potenti e versatili, offrendo opportunità in diversi settori, in particolar modo proprio nel manifatturiero.
Come l’AI potenzia i digital twin nel settore manifatturiero
L’intervento dell’AI nei digital twin per le aziende del manifatturiero, porta vantaggi che vanno dall’efficienza operativa all’ottimizzazione della produzione, fino alla riduzione dei costi e al miglioramento della qualità. Le capacità analitiche avanzate e l’automazione decisionale che l’AI aggiunge ai digital twin rendono queste tecnologie particolarmente utili in un contesto industriale sempre più competitivo e complesso.
Uno dei maggiori vantaggi dell’integrazione dell’AI nei digital twin è la capacità di eseguire analisi predittive. Nel settore manifatturiero, le linee di produzione e i macchinari sono soggetti a usura e guasti, il che può causare costosi tempi di inattività. L’AI, attraverso il machine learning, analizza i dati in tempo reale provenienti dai sensori del macchinario fisico e dal suo gemello digitale, identificando schemi e anomalie che potrebbero indicare un guasto imminente, consentendo di programmare interventi di manutenzione ancor prima che il problema si manifesti.
Un approccio proattivo di questo tipo consente di ridurre di molto i tempi di inattività imprevisti, oltre a prolungare la vita utile delle attrezzature, ottimizzandone l’utilizzo e riducendo i costi operativi, e in un contesto manifatturiero, dove anche pochi minuti di fermo macchina possono causare importanti perdite, questa capacità può trasformarsi in un vantaggio competitivo non da poco.
Un altro punto di forza dei digital twin potenziati dall’AI è l’ottimizzazione in tempo reale, possibile grazie alla sua capacità di monitorare costantemente il flusso di produzione, analizzando dati provenienti dall’intera catena di valore, dall’approvvigionamento delle materie prime fino alla distribuzione del prodotto finito. Questo consente al sistema di rilevare inefficienze, colli di bottiglia o variazioni nelle condizioni operative (come cambiamenti nella domanda, variazioni delle temperature, ecc) e di apportare immediatamente le correzioni necessarie. In una linea di produzione automatizzata, per esempio, l’AI può regolare i parametri dei macchinari in tempo reale per mantenere livelli ottimali di qualità, minimizzare gli scarti e massimizzare la produttività.
L’intelligenza artificiale è inoltre in grado di gestire autonomamente situazioni critiche o di emergenza, riducendo la necessità dell’intervento umano. In un sistema completamente automatizzato, l’AI può prendere decisioni in maniera autonoma per gestire variazioni improvvise o malfunzionamenti, assicurando una continuità operativa.
Grazie al digital twin, l’AI risponde alle possibili varianti. E decide da sola e senza danni
Nel settore manifatturiero, poi, la simulazione di scenari “what-if” è essenziale per testare nuove configurazioni, strategie di produzione o l’introduzione di nuovi prodotti.
In questo caso, l’AI, combinata con i digital twin, permette di simulare queste varianti con una altissima precisione, potendo tenere conto di un numero molto elevato di variabili. È possibile, per esempio, simulare il comportamento di una linea di produzione nel caso ci sia un aumento improvviso della domanda, oppure verificare l’impatto di un cambio di fornitore sulla qualità finale del prodotto. Tutte queste simulazioni possono essere eseguite in ambienti virtuali, eliminando il rischio e i costi associati alle prove fisiche e, una volta identificata la configurazione ottimale, tali modifiche possono essere implementate rapidamente nel sistema reale, accelerando il time-to-market e migliorando la flessibilità produttiva.
Infine, un aspetto rivoluzionario dell’integrazione AI nei digital twin è l’introduzione di capacità decisionali autonome per adattarsi ai cambiamenti. Nei sistemi più avanzati, l’AI può essere programmata per prendere decisioni in modo indipendente, basandosi sui dati provenienti sia dal digital twin che da fonti esterne (come mercati, condizioni meteorologiche, tendenze di consumo, ecc.). Questa autonomia decisionale permette al sistema di adattarsi rapidamente a cambiamenti imprevisti, rendendo l’intero processo produttivo più resiliente e agile. Ad esempio, in una fabbrica intelligente, l’AI potrebbe decidere di riorganizzare le operazioni in risposta a una modifica della domanda, ridistribuendo risorse e manodopera in modo ottimale. L’adozione di sistemi adattativi aumenta la capacità dell’azienda di rispondere rapidamente alle fluttuazioni del mercato, migliorando la competitività complessiva.
Breve distinguo sulle differenze tra AR e VR
Prima ancora di valutare il loro contributo nel modello dei gemelli digitali nel settore iondustriale, vale la pena ricordare che AR e VR collaborano strettamente nel campo della progettazione, controllo, formazione di chi opera nel settore manifatturiero, ma si distinguono per alcune caratteristiche. La realtà aumentata sovrappone elementi digitali, come immagini, suoni o testi, schemi, al mondo reale, con la visione dell’ambiente fisico che rimane predominante seppur arricchita con informazioni digitali aggiuntive. La realtà virtuale invece crea un ambiente digitale completamente immersivo e separato dal mondo reale, accessibile attraverso un visore VR che trasporta l’utente in uno spazio virtuale che può simulare ambienti reali o immaginari.
AR e VR nei digital twin per la progettazione collaborativa e la formazione
L’integrazione di AR, VR e digital twin nel manifatturiero non solo aumenta l’efficienza e la precisione operativa, ma offre anche nuove modalità di interazione e collaborazione, rendendo i processi produttivi più adattabili, sicuri e innovativi. La possibilità di visualizzare, simulare e interagire con i gemelli digitali in ambienti immersivi trasforma, infatti, il modo in cui vengono prese decisioni strategiche, progettate le linee produttive e trasferite le competenze ai lavoratori. Assottigliando, di fatto, il confine tra il mondo digitale e fisico, presupposto per la fabbrica del futuro
L’integrazione di realtà aumentata, realtà virtuale e digital twin nel settore manifatturiero porta a un nuovo modo di intendere la progettazione, il monitoraggio e l’ottimizzazione dei prodotti e dei processi produttivi. Tecnologie nuove, o utilizzate in maniera nuova, che offrono una combinazione di visualizzazione immersiva, interazione digitale e collaborazione remota, migliorando l’efficienza e la precisione di ogni fase della produzione.
La realtà virtuale, per esempio, consente agli ingegneri e ai progettisti di immergersi in ambienti digitali tridimensionali, esplorando il digital twin in tutti i suoi dettagli come se fosse un modello fisico. Questo livello di immersione facilita l’analisi di componenti complessi, consentendo la visualizzazione dettagliata di parti e strutture che altrimenti sarebbero difficili da esaminare, come, per esempio, nel caso della progettazione di macchinari industriali, dove i progettisti possono testare varie configurazioni e identificare in anticipo eventuali criticità o inefficienze, riducendo così errori e ritardi nel ciclo di sviluppo.
La realtà aumentata consente invece di sovrapporre informazioni digitali al mondo reale, diventando uno strumento particolarmente utile per gli operatori sul campo. Un tecnico che indossa occhiali AR può, infatti, vedere dati operativi in tempo reale di una macchina, o ricevere istruzioni visive per la manutenzione, rendendo più efficiente l’intervento. L’AR trasforma così il digital twin in un’interfaccia intuitiva per l’interazione diretta con impianti e macchinari, accessibile anche a personale con limitata formazione tecnica.
AR e VR, insieme, consentono di potenziare la collaborazione remota, che per il manifatturiero, che spesso opera con una decentralizzazione delle attività produttive, significa lavorare in team senza interruzioni e indipendentemente da dove i singoli partecipanti risiedono. Grazie a AR e VR, infatti, i gruppi di lavoro possono interagire all’interno di ambienti digitali condivisi, visualizzando e modificando contemporaneamente il digital twin. Questo non solo migliora la comunicazione e il processo decisionale, ma riduce anche la necessità di spostamenti fisici, accelerando i tempi di sviluppo e la risoluzione dei problemi. Per esempio, durante una revisione progettuale, specialisti di diverse sedi possono riunirsi virtualmente, discutere modifiche e implementarle in tempo reale.
Infine, la combinazione di digital twin con AR e VR è particolarmente efficace nella formazione e nell’addestramento dei lavoratori. Gli scenari simulati offrono un ambiente sicuro e realistico per esercitarsi su operazioni complesse o pericolose senza rischi per la sicurezza. Ad esempio, i tecnici possono familiarizzare con procedure di emergenza o configurazioni di macchinari prima di eseguire tali operazioni nel mondo reale. In questo modo viene ridotto il margine di errore ma si ha anche una migliore preparazione generale del personale.
Gli ostacoli all’uso dei digital twin
Ma nonostante i tanti effetti positivi e le opportunità prospettate, non si può negare che l’adozione dei digital twin nel settore manifatturiero incontri ancora diversi ostacoli che possono rallentarne l’implementazione. Innanzitutto il costo iniziale elevato, che comprende investimenti in infrastrutture IT, software avanzati e competenze tecniche specializzate che, soprattutto per le PMI, possono risultare particolarmente onerosi. Inoltre, anche la gestione della complessità tecnologica diventa una barriera importante: integrare digital twin con sistemi esistenti e con altre tecnologie come l’AI e l’IoT richiede competenze avanzate e una gestione particolarmente accurata dei dati.
Dati che poi devono essere trattati con un’attenzione particolare agli aspetti della privacy e della sicurezza, dal momento che l’utilizzo dei digital twin implica una raccolta e analisi di grandi quantità di dati sensibili, esponendo le aziende a rischi di cybersecurity. Anche la resistenza al cambiamento può frenare l’adozione di questi modelli, con il personale dell’azienda che potrebbe mostrarsi riluttante ad adattarsi alle nuove tecnologie, con il timore che queste possano impattare negativamente sulle proprie competenze e abitudini lavorative. Infine, l’integrazione e l’interoperabilità con sistemi esistenti, che non devono essere date per scontate, richiedendo una verifica che i digital twin possano comunicare con le diverse piattaforme e dispositivi già presenti in azienda.
I gemelli digitali nella realtà della manifattura
Esistono diversi esempi di come le aziende manifatturiere stiano sfruttando le potenzialità dei digital twin, ormai veri e propri terreni di sperimentazione e prototipazione per le proprie attività, anche complesse.
I digital twin Comau per una simulazione realistica nella progettazione di nuove produzioni
La torinese Comau, nata come COnsorzio MAcchine Utensili, nasce da diverse piccole aziende con sede a Torino che fornivano macchinari al Gruppo Fiat e oggi è affermata a livello internazionale sua focalizzazione nell’automazione industriale, con specializzazione nella robotica e nelle soluzioni di produzione avanzate. Nel corso degli ultimi anni, Comau ha integrato il concetto di digital twin potenziato dall’intelligenza artificiale, realtà aumentata e realtà virtuale all’interno delle sue linee di produzione e nei suoi servizi e a oggi il suo digital twin rappresenta una replica digitale precisa delle sue linee di produzione e dei suoi macchinari industriali, facilitando l’azienda in diversi aspetti. A partire dalla progettazione e simulazione dei nuovi sistemi produttivi, consentendo ai suoi ingegneri di testare le performance delle linee produttive e dei robot, verificando in anticipo eventuali problemi o inefficienze. Una volta implementato il sistema fisico, il digital twin permette poi di monitorare continuamente il funzionamento della linea di produzione grazie ai dati in tempo reale raccolti dai sensori, consentendo all’AI di analizzare i processi produttivi e identificare eventuali anomalie, suggerendo in maniera autonoma miglioramenti e ottimizzazioni.
L’intelligenza artificiale è il cuore dell’ecosistema digital twin di Comau, con sistemi in grado di analizzare grandi quantità di dati provenienti dai sensori integrati nei macchinari e nelle linee produttive, permettendo a Comau di godere di funzionalità di manutenzione predittiva, grazie all’analisi dei dati storici e in tempo reale, per prevedere quando una componente si sta avvicinando al limite della sua durata operativa, riducendo i tempi di inattività e ottimizzando la manutenzione. Oltre a questo, l’AI è in grado di suggerire e applicare miglioramenti ai parametri operativi in base alle condizioni attuali, come la velocità di produzione, riducendo sprechi e migliorando l’efficienza complessiva.
La realtà aumentata viene invece utilizzata da Comau per potenziare le attività di manutenzione e assistenza remota. I tecnici possono, infatti, indossare visori AR per ricevere istruzioni dettagliate su come eseguire riparazioni o interventi di manutenzione direttamente sul campo, vedendo le informazioni sovrapposte in tempo reale sull’ambiente fisico, come schemi tecnici o dati operativi. Metodo utile anche per la formazione dei nuovi operatori, che possono utilizzare applicazioni AR che li guidano passo per passo nelle operazioni in maniera autonoma, senza bisogno di una supervisione continua.
La realtà virtuale è impiegata da Comau per migliorare la progettazione e l’addestramento, consentendo un’immersione totale nei modelli digitali e la visualizzazione di ogni dettaglio della linea produttiva, facilitando la collaborazione tra team e migliorando l’identificazione di criticità progettuali. Infine, anche qui, il contributo della VR si vede nella formazione del personale, che indossando adeguati visori impara a gestire i robot e le macchine in un ambiente sicuro e controllato, riducendo il rischio di errori durante la fase di training.
