I gemelli digitali sono una tecnologia trasformativa che sta cambiando il modo in cui le industrie gestiscono la manutenzione nel contesto dell’Industria 4.0. Utilizzando dati in tempo reale e altre fonti, un gemello digitale è una rappresentazione virtuale di un bene fisico, di un processo o di un sistema che copre l’intero ciclo di vita e facilita l’apprendimento, il ragionamento e la ricalibrazione dinamica per migliorare il processo decisionale. Sebbene questa idea si basi su concetti di ingegneria dei sistemi, l’analisi dei big data, l’intelligenza artificiale (AI) e l’Internet degli oggetti (IoT) hanno contribuito al suo rapido progresso.
Cosa sono i gemelli digitali?
I gemelli digitali fondono dati storici, algoritmi di apprendimento automatico, simulazioni e dati in tempo reale provenienti da sensori impiantati negli asset fisici per sviluppare un modello completamente digitale. Tenendo sotto controllo le prestazioni degli asset, anticipando i problemi e ottimizzando i piani di manutenzione, questo approccio può incrementare la produttività, ridurre le spese e aumentare l’affidabilità operativa complessiva. Per comprendere i componenti chiave di un gemello digitale, date un’occhiata qui di seguito:
- Asset fisico: la macchina o il sistema reale che viene replicato digitalmente.
- Raccolta dati: i dispositivi e i sensori IoT raccolgono informazioni sull’ambiente e sul funzionamento dell’asset.
- Modello digitale: una rappresentazione virtuale dell’oggetto creata con simulazioni, dati e algoritmi.
- Strumenti di analisi: gli algoritmi di apprendimento automatico e di intelligenza artificiale elaborano i dati per fornire approfondimenti
- Visualizzazione e interazione: interfacce utente che consentono agli utenti di comunicare con il gemello digitale e di visualizzare previsioni e dati.
Il ruolo dei gemelli digitali nella manutenzione
Poiché le industrie si sforzano di migliorare l’efficienza e ridurre i costi operativi, la manutenzione è diventata un punto focale per l’innovazione.Le strategie di manutenzione tradizionali, come la manutenzione programmata e reattiva, possono comportare tempi di fermo imprevisti e spese significative. Grazie alla capacità di fornire procedure di manutenzione proattive, basate sulle condizioni e predittive, i gemelli digitali rappresentano un approccio rivoluzionario alla manutenzione. Secondo un rapporto di Markets and Markets, il mercato globale dei gemelli digitali avrà un valore di 110,1 miliardi di dollari entro il 2028, con un enorme aumento di 100 miliardi di dollari rispetto alla valutazione di 10,1 miliardi di dollari del 2023. Si tratta di un tasso di crescita annuale composto (CAGR) del 61,3%. Questa rapida crescita sottolinea l’impatto significativo che i gemelli digitali stanno avendo sulle pratiche di manutenzione industriale.
La manutenzione predittiva
La manutenzione predittiva è stata portata a un nuovo livello grazie all’introduzione dei gemelli digitali. I gemelli digitali sono in grado di prevedere quando un componente si romperà, monitorando continuamente il suo stato con dati in tempo reale. Grazie a questa strategia, la manutenzione può essere eseguita esattamente quando è necessaria, risparmiando denaro e riducendo al minimo i tempi di inattività che si verificano con gli interventi reattivi (che vengono eseguiti dopo un guasto) e programmati (che possono avvenire troppo presto o troppo tardi). Siemens utilizza i gemelli digitali nel suo stabilimento elettronico di Amberg per simulare e monitorare le linee di produzione, al fine di aumentare la produttività, ridurre i tempi di inattività e tagliare i costi.
Manutenzione basata sulle condizioni
I gemelli digitali forniscono informazioni sullo stato di salute di un asset in tempo reale, facilitando la manutenzione basata sulle condizioni. Invece di dipendere da calendari prestabiliti, le attività di manutenzione vengono avviate in risposta alle condizioni effettive dell’asset. Questo metodo è particolarmente utile in settori come i trasporti e i macchinari pesanti, dove le condizioni operative sono molto variabili, o nella sanità. Ad esempio, Philips utilizza i gemelli digitali per monitorare lo stato delle apparecchiature di imaging medico, come gli scanner CT e MRI. Garantendo che i dispositivi vengano sottoposti a manutenzione e riparazione in base al loro utilizzo e alle loro condizioni effettive, questa manutenzione basata sulle condizioni permette di ottimizzare le operazioni e migliorare l’efficienza complessiva.
Gestione del ciclo di vita degli asset
Quando si tratta di controllare l’intero ciclo di vita di un asset, dalla progettazione alla produzione, fino al funzionamento e allo smantellamento, i gemelli digitali sono indispensabili.I gemelli digitali possono essere utilizzati per ottimizzare un asset prima della sua creazione, simulando le sue prestazioni in diversi scenari durante la fase di progettazione. Durante l’utilizzo, i gemelli digitali aiutano a monitorare le prestazioni, diagnosticare i problemi e programmare la manutenzione. Quando il ciclo di vita di un asset sta per terminare, i gemelli digitali possono aiutare a prendere decisioni sulla ristrutturazione, il riutilizzo o lo smaltimento.
Rolls-Royce utilizza i gemelli digitali per gestire il ciclo di vita dei suoi motori a reazione. I gemelli digitali possono migliorare le procedure di progettazione, prevedere le prestazioni dei motori in futuro e ottimizzare i programmi di manutenzione raccogliendo e valutando continuamente i dati sulle prestazioni. Ne derivano una durata di vita più lunga degli asset e una maggiore affidabilità. Scopri come l’azienda utilizza i gemelli digitali nel video qui sotto:
Formazione e simulazione
Quando si tratta di formare il personale di manutenzione, i gemelli digitali sono una risorsa inestimabile. Interagendo con un gemello digitale, i tecnici possono esercitarsi nelle procedure di manutenzione in un ambiente virtuale, conoscere il comportamento del bene e simulare diverse situazioni di guasto. In questo modo si riduce la curva di apprendimento, si migliora la preparazione dei team di manutenzione e si evitano costosi tempi di inattività per la formazione.
Le aziende del settore automobilistico, come Ford, consentono agli specialisti di esercitarsi nei processi di manutenzione senza interferire con la produzione reale, utilizzando gemelli digitali di tecnologie complesse, come i bracci robotici usati nelle linee di produzione. Questo metodo di formazione pratica migliora lo sviluppo delle competenze e garantisce che le attività di manutenzione siano eseguite in modo appropriato.
Migliore collaborazione
I gemelli digitali facilitano una migliore collaborazione tra molti stakeholder e team. Lo stesso gemello digitale è accessibile a ingegneri, operatori e team di manutenzione, garantendo che tutti lavorino con i dati più recenti. Questa conoscenza comune facilita un migliore coordinamento delle attività di manutenzione, della risoluzione dei problemi e dell’implementazione delle soluzioni. Ad esempio, nel settore petrolifero e del gas, Shell utilizza i gemelli digitali delle piattaforme offshore per consentire agli ingegneri a terra di comunicare in tempo reale con gli operatori della piattaforma, migliorando l’accuratezza della diagnostica e l’efficienza delle operazioni di manutenzione.
Approfondimenti basati sui dati per un miglioramento continuo
Analizzando i dati raccolti dai gemelli digitali, le organizzazioni possono capire come si comportano gli asset in diverse condizioni e identificare le opportunità di miglioramento. Queste scoperte possono essere applicate per migliorare le prestazioni degli asset, potenziare i piani di manutenzione e promuovere lo sviluppo continuo. I gemelli digitali delle turbine, ad esempio, sono utilizzati nel settore della produzione di energia per raccogliere dati sulle emissioni, sul risparmio di carburante e sulle prestazioni. Analizzando questi dati, il funzionamento delle turbine può essere ottimizzato per ottenere una maggiore efficienza, costi di manutenzione più bassi e un minore impatto ambientale.
Sfide e considerazioni per i gemelli digitali nella manutenzione
Sebbene i gemelli digitali offrano molti vantaggi per la manutenzione, ci sono alcuni fattori da considerare:
- Sicurezza e privacy dei dati: L’ampia raccolta di dati che comporta la creazione e la manutenzione dei gemelli digitali solleva preoccupazioni in merito alla sicurezza e alla privacy dei dati. È essenziale assicurarsi che vengano rispettate le leggi sulla privacy e che i dati siano protetti dai rischi online.
- Integrazione con i sistemi esistenti: L’integrazione del gemello digitale con le infrastrutture e i sistemi attuali può essere impegnativa e richiede un’attenta pianificazione. Le sfide possono derivare da sistemi obsoleti, problemi di compatibilità e silos di dati. Il superamento di questi ostacoli può essere facilitato dall’utilizzo di formati e protocolli di dati standardizzati, insieme a un approccio graduale all’integrazione.
- Forza lavoro qualificata: Per implementare e gestire i gemelli digitali è necessaria una forza lavoro esperta in analisi dei dati, intelligenza artificiale e tecnologie IoT. Il successo dell’implementazione dipende dal finanziamento di iniziative di formazione e sviluppo per aggiornare la forza lavoro attuale e attrarre nuovi talenti dotati delle capacità richieste.
- Costi iniziali: L’investimento iniziale necessario per implementare i gemelli digitali può essere considerevole e comprende le spese per i sensori, i dispositivi Internet of Things, l’archiviazione dei dati e gli strumenti di analisi.
- Qualità e gestione dei dati: L’accuratezza e l’affidabilità dei gemelli digitali dipendono dalla qualità dei dati raccolti. È fondamentale garantire che i sensori e i dispositivi IoT forniscano dati precisi e tempestivi. Inoltre, il mantenimento dell’integrità dei gemelli digitali dipende da tecniche di gestione dei dati efficienti, come l’integrazione, la pulizia e l’archiviazione dei dati.
Il futuro dei gemelli digitali nella manutenzione
IA e apprendimento automatico
Funzionalità di manutenzione predittiva e prescrittiva più complesse saranno rese possibili dall’integrazione di algoritmi di intelligenza artificiale e machine learning all’avanguardia con i gemelli digitali. Con l’uso di queste tecnologie, le previsioni dei guasti saranno più accurate e gli sforzi di manutenzione saranno ottimizzati con consigli pratici.
Elaborazione Edge
Le capacità in tempo reale dei gemelli digitali saranno migliorate dall’edge computing, che elabora i dati localmente alla fonte anziché su server cloud centralizzati. In questo modo sarà possibile prendere decisioni più rapidamente e intraprendere attività di manutenzione più velocemente, soprattutto in ambienti dispersi o remoti.
Connettività 5G
La connettività ad alta velocità e a bassa latenza necessaria per il trasferimento dei dati in tempo reale tra gli asset fisici e i loro gemelli digitali sarà resa possibile dall’introduzione delle reti 5G. Ciò migliorerà l’efficacia dei gemelli digitali nel monitoraggio e nella manutenzione degli asset, in particolare nei settori in cui l’IoT è ampiamente diffuso.
Sostenibilità
I gemelli digitali, che massimizzano l’utilizzo delle risorse e minimizzano gli effetti sull’ambiente, saranno essenziali per far progredire la sostenibilità. I gemelli digitali possono aiutare le aziende a raggiungere gli obiettivi di sostenibilità e a ridurre l’impronta di carbonio, facilitando una manutenzione e un funzionamento più efficaci degli asset.
Conclusioni
I gemelli digitali stanno rivoluzionando il modo in cui le industrie approcciano la manutenzione, offrendo un approccio proattivo e guidato dai dati che aumenta l’efficienza, riduce i costi e migliora l’affidabilità degli asset. Anche se ci sono degli ostacoli, la tecnologia dei gemelli digitali è una parte essenziale dei moderni metodi di manutenzione grazie ai suoi vantaggi prospettici e ai prossimi progressi. La manutenzione del futuro sarà caratterizzata da un migliore processo decisionale, da una maggiore cooperazione e da una ricerca continua di miglioramento
