Cos'è un gemello digitale e perché è importante per la digitalizzazione delle imprese

Alla implementazione del concetto di digitalizzazione che caratterizza il paradigma di Industria 4.0 corrisponde una crescita in ogni settore industriale dell’importanza della simulazione dei processi produttivi e dei macchinari ed una evoluzione di tale concetto. Si sente sempre più frequentemente parlare di digital twin ossia di un gemello digitale, associato ad un macchinario, ad un sotto-processo o anche, in alcuni casi, ad un impianto complesso.

Cos'è un digital twin?

In parole semplici, si tratta di una replica virtuale, che è in grado di riprodurre il comportamento di un sistema in reazione a “stimoli esterni”, in forma, ad esempio, di istruzioni di controllo, segnali forniti da sensori montati sul sistema reale o da altri componenti od oggetti che con esso interagiscono, input di materiali ed energia, sempre codificate digitalmente, o flussi di informazione di altra natura. Il simulatore produce un output, talvolta in forma grafica, riproducendo l’evoluzione del sistema fisico, oppure fornendo, ad esempio, le quantità, le principali caratteristiche quantitative e qualitative del prodotto, i consumi di energia, le eventuali emissioni del processo.

L’utilizzo di questa replica virtuale può essere di tipo sperimentale e previsionale, ossia si effettuano simulazioni preliminari a prove reali, per trovare le condizioni operative ottimali, per verificare la correttezza ed efficienza del processo o per sperimentare condizioni operative molto diverse da quelle standard ed esplorare nuove pratiche in maniera sicura, limitando costi e rischi.

La simulazione offline dei robot

Un esempio è la simulazione off line di robot e macchine utensili industriali: un software come quello rappresentato in figura utilizza il programma che viene generato per muovere il robot durante una specifica lavorazione ed è in grado di produrre una replica virtuale della lavorazione stessa, inclusa la evoluzione del pezzo lavorato, controllandone la correttezza e permettendo di evitare anomalie quali collisioni fra utensile e parti del robot o del pezzo di lavorazione.

Un ulteriore frequente utilizzo è quello “in parallelo” al sistema reale, ossia facendo elaborare alla replica virtuale gli stessi input che sono forniti al sistema. Ad esempio, se il simulatore è in grado di replicare in tempo reale le normali condizioni operative del processo, una marcata discrepanza fra i risultati della simulazione ed i risultati reali può evidenziare una anomalia di funzionamento.

La rappresentazione virtuale trae massimo beneficio da nuove tecnologie come l’Internet of Things, la realtà aumentata o il cloud computing, che sono in grado di potenziare la capacità del gemello digitale di rappresentare i componenti fisici, il loro stato e le loro interazioni. Tale capacità è anche legata alla specifica applicazione ed agli aspetti del sistema che sono per essa rilevanti, la quale determina il livello di dettaglio della replica virtuale e gli aspetti del comportamento del sistema che vengono replicati.