Nell’era dell’Industria 4.0, l’industria manifatturiera si affida a una varietà di tecnologie per operare in modo efficiente e senza interruzioni, configurando ciò che è conosciuto come smart manufacturing. È imperativo che le aziende integrino tecnologie come i gemelli digitali, l’intelligenza artificiale (AI), l’apprendimento automatico e altre ancora per mantenersi competitive in un settore in continua evoluzione. In questo articolo esploreremo i gemelli digitali, illustrando cosa sono, come vengono utilizzati e perché rivestono un’importanza cruciale sia oggi che in futuro. Secondo Fortune Business Insights, il mercato globale dei gemelli digitali è destinato a crescere da 17,73 miliardi di dollari nel 2024 a 259,32 miliardi di dollari entro il 2032, con un tasso di crescita annuale composto (CAGR) previsto del 39,8%.
Che cos’è un gemello digitale?
Un gemello digitale è un modello virtuale altamente dettagliato che replica un oggetto, un sistema o un processo fisico. Questa concezione è fondamentale per l’innovazione e la tecnologia moderna, specialmente nei settori della produzione, dell’urbanistica, della sanità e altri ancora. Utilizzando i dati provenienti dai sensori degli oggetti fisici, i gemelli digitali sono in grado di riflettere le dinamiche, le condizioni e le prestazioni del mondo reale all’interno di uno spazio virtuale.
Il monitoraggio, l’analisi e la simulazione in tempo reale sono resi possibili da questo flusso costante di dati tra il mondo reale e quello virtuale. Ciò aiuta le parti interessate a prendere decisioni più informate, prevedere eventi futuri, ottimizzare i processi e aumentare l’efficienza complessiva. La capacità di fornire un’immagine approfondita e realistica delle controparti fisiche – un aspetto che consente la verifica degli scenari senza i costi o i rischi della sperimentazione reale – è ciò in cui i gemelli digitali si distinguono davvero.
Architettura del gemello digitale
L’architettura di un gemello digitale può essere vista come un sistema integrato composto da tre livelli:
- Livello dei dati: Si riferisce all’infrastruttura per la raccolta, l’archiviazione e la gestione dei dati e alle fonti di dati, come sensori e dispositivi IoT.
- Livello del modello: È il luogo in cui viene memorizzato il modello virtuale del prodotto. Replica e prevede i comportamenti del prodotto fisico utilizzando le informazioni del livello dati.
- Livello di servizio: Il livello di servizio è quello in cui l’utente interagisce con il gemello digitale attraverso l’interfaccia utente e le applicazioni. Come viene utilizzato un gemello digitale nella produzione?
Come viene utilizzato un gemello digitale nella produzione?
Nel settore manifatturiero, un gemello digitale funge da replica virtuale di una linea di produzione, di un macchinario o di un prodotto. Questo strumento innovativo simula situazioni reali in un ambiente virtuale, integrando dati provenienti da sensori, registrazioni di prestazioni storiche e altre fonti. I gemelli digitali vengono utilizzati dai produttori per monitorare i sistemi in tempo reale, prevedere le prestazioni future e individuare tempestivamente eventuali problemi. Questa strategia di manutenzione proattiva aumenta la longevità delle apparecchiature e riduce i tempi di fermo.
I gemelli digitali sono anche essenziali per ottimizzare i processi industriali. Le aziende possono valutare le conseguenze di modifiche al layout, ai materiali o agli ingranaggi senza interferire con le operazioni in corso, modellando vari scenari di produzione. Questa capacità non solo riduce le spese e aumenta l’efficienza, ma aiuta anche a creare nuovi prodotti. I test virtuali e il perfezionamento della progettazione consentono agli ingegneri di ridurre drasticamente la necessità di prototipi reali, accelerando il time-to-market.
6 modi in cui i gemelli digitali rivoluzioneranno la produzione nel 2024
I gemelli digitali stanno diventando sempre più preziosi per le aziende manifatturiere, trasformando e ottimizzando completamente il settore in vari modi, tra cui promuovendo l’efficienza e l’innovazione, snellendo i processi, riducendo i costi e migliorando la sostenibilità. Di seguito sono illustrati sei modi in cui il settore può trarre vantaggio dai gemelli digitali:
- Manutenzione predittiva: I gemelli digitali consentono ai produttori di prevedere con precisione l’usura di macchinari e attrezzature, permettendo loro di pianificare la manutenzione solo quando è assolutamente necessaria. Questo approccio alla manutenzione consente di risparmiare notevoli somme di denaro e di aumentare l’efficienza della produzione, riducendo al minimo i tempi di fermo non programmato, massimizzando le prestazioni dei macchinari e prolungando la durata di vita degli asset. L’intelligenza artificiale gioca un ruolo fondamentale in questo contesto insieme ai gemelli digitali.
- Monitoraggio in tempo reale: I gemelli digitali permettono il monitoraggio e il controllo in tempo reale creando repliche virtuali delle apparecchiature e dei processi di produzione. Questo consente ai produttori di garantire le massime prestazioni e di ridurre gli sprechi identificando rapidamente le anomalie, valutando gli effetti dei cambiamenti e apportando le modifiche necessarie.
- Miglioramento della progettazione e dello sviluppo dei prodotti: Prima della creazione di prototipi fisici, i gemelli digitali consentono di testare e analizzare a fondo i nuovi concetti in un ambiente virtuale, rivoluzionando il processo di creazione dei prodotti. Questo facilita la ricerca di soluzioni progettuali più complesse e sostenibili, accelerando il processo di innovazione e riducendo le spese di sviluppo.
- Ottimizzazione della catena di approvvigionamento: Quest’anno, i gemelli digitali si estenderanno oltre la produzione all’intera catena di fornitura, offrendo una visione olistica delle reti di fornitori, dei livelli di inventario e della logistica. Con questo livello di conoscenza approfondita, i produttori possono prevedere meglio le interruzioni, ottimizzare i processi e reagire rapidamente alle richieste del mercato, aumentando così la resilienza e l’efficienza della catena di fornitura.
- Sostenibilità e conformità ambientale: I gemelli digitali contribuiscono a promuovere metodi di produzione più rispettosi dell’ambiente, fornendo un controllo più preciso sulle procedure di produzione e sull’utilizzo delle risorse. Favoriscono la riduzione degli sprechi, la conformità alle leggi ambientali e l’identificazione del potenziale di risparmio energetico. Aiutano l’industria a passare a pratiche di produzione più ecologiche e socialmente responsabili grazie all’ottimizzazione e all’aumento dell’efficienza.
- Personalizzazione e customizzazione su scala: I gemelli digitali aiutano i produttori a adattare rapidamente i metodi di produzione e le configurazioni per soddisfare i requisiti unici dei clienti senza compromettere l’efficienza o i costi. Ciò consente la personalizzazione di massa dei prodotti, sostenendo la tendenza alla personalizzazione dei prodotti e fornendo loro un vantaggio competitivo.
Come adottare i gemelli digitali nella produzione
Per prima cosa bisogna definire gli obiettivi del gemello digitale. Prima di integrare questa tecnologia nelle operazioni quotidiane, è cruciale delineare lo scopo desiderato, che potrebbe includere il miglioramento della progettazione degli impianti o dei prodotti, l’ottimizzazione dell’efficienza operativa o la riduzione dei tempi di inattività. Successivamente, è necessario selezionare la tecnologia e gli strumenti appropriati, installando sensori, dispositivi IoT e tag RFID sugli asset fisici per consentire un monitoraggio continuo. È fondamentale anche adottare piattaforme cloud per l’archiviazione dei dati.
Infine, si procede alla scelta del software per creare la versione digitale dell’asset fisico. Molti software CAD (Computer-Aided Design), come quelli prodotti da Autodesk e Siemens , facilitano la progettazione e la creazione di gemelli digitali, che rappresentano una completa simulazione digitale delle condizioni e dei comportamenti del mondo reale. I gemelli digitali sono utilizzati per simulare una vasta gamma di scenari, analizzare le prestazioni degli asset fisici e prevedere risultati futuri. Queste informazioni possono essere impiegate per ottimizzare l’efficienza operativa e contenere i costi, eliminando la necessità di condurre test su prodotti o macchinari fisici.
Conclusione
In conclusione, l’introduzione e l’implementazione dei gemelli digitali nell’industria manifatturiera rappresentano un cambio di paradigma nel modo in cui il settore gestisce l’innovazione, la manutenzione e la produzione. I gemelli digitali, fondamentali nell’ambito dell’Industria 4.0, non sono semplici sviluppi tecnici, ma segnano una trasformazione fondamentale verso un ecosistema di produzione più robusto, sostenibile ed efficiente. Grazie alla loro capacità di offrire manutenzione predittiva, monitoraggio in tempo reale e modellazione dettagliata, i gemelli digitali hanno notevolmente ridotto i costi e i tempi di inattività, migliorando simultaneamente l’efficienza operativa senza interrompere le normali attività quotidiane. Inoltre, i gemelli digitali hanno stimolato l’innovazione nella personalizzazione e nella progettazione dei prodotti, consentendo ai produttori di adattarsi con precisione e tempestività alle mutevoli esigenze del mercato.
