Il gemello digitale è una replica virtuale di un sistema reale che ne simula il comportamento attraverso dati raccolti in tempo reale da sensori e altre fonti. A differenza delle tradizionali simulazioni, crea un ambiente collaborativo in cui progettisti, tecnici e operatori possono monitorare, analizzare e ottimizzare prodotti e processi lungo tutto il loro ciclo di vita.
Integrato con tecnologie come IoT, cloud computing, big data e realtà aumentata, il gemello digitale consente di prevedere guasti, ridurre i tempi di fermo e migliorare le prestazioni. Nato in ambito CAD e simulazione, oggi accompagna il prodotto dalla progettazione alla produzione e all’utilizzo finale. Le applicazioni spaziano dall’industria manifatturiera all’edilizia, dalla sanità alle infrastrutture, permettendo di testare scenari complessi in ambiente virtuale prima della realizzazione fisica e contribuendo a trasformare il modo in cui progettiamo e gestiamo sistemi e prodotti.
Diversi tipi di gemello digitale
Esistono diversi tipi di gemelli digitali. Innanzitutto, c’è il gemello di prodotto che può includere prodotti in varie fasi del ciclo di vita, dalla progettazione e ingegneria iniziale fino alla piena funzionalità, il che significa che si ottengono dati in tempo reale su un prodotto come se fosse in uso. Un altro tipo di gemello digitale è il gemello dei dati: un esempio può essere Google Maps, un gemello digitale della superficie terrestre che collega i dati sul traffico in tempo reale per aiutare a ottimizzare gli spostamenti. Altri tipi di gemelli digitali includono i gemelli di sistema, che modellano l’interazione tra processi fisici e digitali, tra cui processi di produzione, gestione della catena di approvvigionamento end-to-end, operazioni di negozio e percorsi del cliente.
Infine, i gemelli infrastrutturali rappresentano infrastrutture fisiche come un’autostrada, un edificio o persino uno stadio.
Il gemello digitale nella produzione
Il mantenimento della supply chain è una priorità per le aziende, ma le interruzioni sono frequenti. I gemelli digitali, integrati con intelligenza artificiale e ottimizzazione, permettono di rappresentare processi fisici e supportare decisioni basate sui dati, migliorando visibilità, resilienza e prestazioni operative. Questa tecnologia offre un controllo più accurato di operazioni, redditività e rapporti con i clienti, aiutando le organizzazioni a ottimizzare processi, rispettare normative e gestire meglio domanda e offerta. Secondo diverse analisi, i gemelli digitali possono incrementare i ricavi, accelerare l’introduzione di nuovi prodotti e migliorare la soddisfazione dei clienti. Nello sviluppo di prodotto consentono di simulare e testare modifiche in ambiente virtuale, individuare difetti progettuali e creare un’unica fonte di verità sul funzionamento del progetto, favorendo aggiornamenti e ottimizzazioni in tempo reale.
Caratteristiche dei gemelli digitali
I gemelli digitali di prodotto possono essere caratterizzati da tre dimensioni chiave:
- il livello di sofisticazione della modellazione e dei dati impiegati
- l’ambito fisico del gemello
- le parti della catena del valore che il gemello comprende, sia nella fase di ingegneria, produzione o assistenza
Il vero valore del gemello digitale emerge quando è possibile accedervi da diversi ambiti. Alcuni esempi potrebbero essere:
- Utilizzare i dati sulle prestazioni del prodotto per informare la progettazione del prodotto
- Simulare l’ambiente di produzione con un progetto di prodotto proposto per verificarne la fattibilità
- Utilizzare una simulazione di processo in tempo reale durante la produzione per il controllo predittivo
- Confrontare le prestazioni previste con le prestazioni effettive per pianificare la manutenzione
Il percorso di un’organizzazione con un gemello digitale include ciascuna di queste dimensioni. Un progetto di gemello digitale potrebbe iniziare con un singolo componente critico per poi espandersi a un intero prodotto man mano che aumenta la maturità dell’azienda in materia di gemelli digitali.
Ingegneria dei sistemi basata su modelli
L’ingegneria dei sistemi basata su modelli (MBS) è la metodologia di modellazione dei sistemi che consente la creazione e l’animazione di un modello digitale di un determinato sistema per osservarne il funzionamento ancor prima della sua realizzazione. L’ausilio del gemello digitale è fondamentale fin dalle prime fasi di pianificazione e progettazione del sistema. Può essere utilizzato per sperimentare, elaborare e testare modelli in grado di prevedere le caratteristiche e il comportamento della macchina in fase di progettazione, con un livello di dettaglio crescente e raggiungendo progressivamente una rappresentazione assolutamente realistica. Questo processo, che include una simulazione molto più precisa rispetto all’approccio tradizionale, consente ai progettisti di virtualizzare e anticipare la validazione dei sistemi in fase di sviluppo, fornendo loro modelli accurati e affidabili su cui fare affidamento, integrando i contributi di tutti gli attori coinvolti nel processo di sviluppo, inclusa la filiera produttiva, in un unico ambiente.
Il gemello digitale contiene un’intera rappresentazione digitale di un oggetto, un sistema o persino un servizio. Per andare oltre, i gemelli digitali integrano simulazioni multifisiche, analisi dei dati e capacità di apprendimento automatico. Queste rappresentazioni virtuali possono dimostrare l’impatto di modifiche di progettazione, scenari di utilizzo, condizioni ambientali e un’infinità di variabili. L’obiettivo è eliminare la necessità di prototipi fisici. Ciò riduce i tempi di sviluppo e potenzialmente migliora la qualità del prodotto o del processo finale. Andando ancora oltre, il gemello digitale può fornire una simulazione del prodotto più accurata di quella che il prodotto fisico stesso può offrire.
I gemelli digitali e l’intrattenimento
Prendiamo ad esempio i parchi a tema. Con i gemelli digitali, i progettisti possono entrare nelle loro creazioni prima ancora che vengano costruite, testando punti di vista, esperienze di gioco e flussi di visitatori da diverse prospettive. Disney sta già utilizzando i gemelli digitali sia per simulare potenziali guasti e pianificare la manutenzione preventiva, sia per facilitare intere esperienze: “Luminous: The Symphony of Us” a Disney World Orlando è stato realizzato utilizzando gemelli digitali per simulare e sincronizzare ogni elemento, dai fuochi d’artificio e le fontane all’illuminazione e all’audio, garantendo un’esperienza a 360°. Nella progettazione di esperienze di questo tipo nel mondo reale, i gemelli digitali consentono ai team di progettazione di simulare la prospettiva del visitatore, permettendo loro di adattare contenuti immersivi e layout espositivi in tempo reale, in modo collaborativo e iterativo con il cliente. L’Empire State Building Observatory è stato tra i primi ad adottare i gemelli digitali per ottimizzare l’esperienza dei visitatori. Inizialmente, il gemello è stato utilizzato per pianificare il posizionamento e la disposizione di base dei supporti multimediali, ma si è rapidamente evoluto in uno strumento per testare e perfezionare il percorso del visitatore. La visualizzazione dello spazio in 3D ha aiutato il cliente a prendere decisioni di progettazione più rapide e intelligenti, cosa che i progetti in 2D non avrebbero mai potuto fare.
I gemelli digitali nel settore della vendita al dettaglio e dell’industria
Start-up, aziende in crescita e persino marchi globali stanno scoprendo che i gemelli digitali non sono solo per architetti e designer; sono strumenti potenti per la crescita aziendale.
Il gigante della vendita al dettaglio Walmart sta implementando i gemelli digitali in alcuni punti vendita selezionati per ottimizzare le operazioni di magazzino. I gemelli digitali hanno già identificato oltre 800 potenziali guasti e consentito di risparmiare 1,4 milioni di dollari in costi di fermo macchina in soli sei mesi. Nel settore manifatturiero, BMW sta utilizzando i gemelli digitali per creare una replica 3D in tempo reale del suo stabilimento di Ratisbona, fin nei minimi dettagli, dai macchinari ai flussi di lavoro, fino agli operai. Il gemello digitale consente ai team di visualizzare e coordinare le operazioni in un ambiente virtuale condiviso, permettendo una pianificazione più intelligente, una formazione più snella e una comprensione più chiara di come ogni parte della linea di produzione si integri con le altre.
Queste aziende considerano il gemello digitale non come una visualizzazione una tantum, ma come parte integrante della loro infrastruttura aziendale. Una fonte di informazioni in continua evoluzione che le aiuta a rimanere agili, efficienti e un passo avanti rispetto alla concorrenza.
Scalabilità: gemelli digitali a livello cittadino e nazionale
I gemelli digitali non sono più riservati solo agli edifici; si stanno espandendo rapidamente. Intere città, reti infrastrutturali e persino nazioni vengono modellate in tempo reale, aprendo enormi opportunità per la pianificazione urbana, la collaborazione tra le comunità e la resilienza climatica.
Prendiamo ad esempio Virtual Singapore, il primo gemello digitale nazionale al mondo, utilizzato in diversi settori e a supporto di svariate attività, dalla gestione delle emergenze alla copertura della rete mobile, fino al miglioramento dei quartieri, consentendo ai cittadini di partecipare alla progettazione di interventi locali, come parchi o schemi cromatici per gli edifici HDB. Negli Stati Uniti, l’Orlando Regional Digital Twin adotta un approccio simile, mappando 800 miglia quadrate della regione, di cui 40 miglia quadrate ad alta fedeltà, per supportare lo sviluppo economico, la pianificazione urbana e decisioni di investimento informate. Realizzato in collaborazione con Unity, permette ad aziende, enti locali e comunità di integrare dati in tempo reale per analizzare infrastrutture, flussi di traffico e flussi di talenti.
Digital twin in tempo reale
I gemelli digitali in tempo reale sono simulazioni viventi che continuano anche dopo la costruzione, utilizzando dati in tempo reale per monitorare, prevedere e ottimizzare qualsiasi cosa, dalle prestazioni dell’edificio alle infrastrutture cittadine, trasformando risorse statiche in sistemi dinamici e reattivi.
Nel settore immobiliare, il gemello digitale continua a lavorare per migliorare l’efficienza e supportare le operazioni. La Keppel Bay Tower di Singapore, recentemente ristrutturata, ha utilizzato un gemello digitale per monitorare le prestazioni energetiche in tempo reale e consentire la manutenzione predittiva, ottenendo una riduzione del 30% del consumo energetico e una conseguente diminuzione dei costi operativi.
Nel settore della vendita al dettaglio, Lowe’s ha creato dei gemelli digitali dei propri negozi per visualizzare la disposizione degli spazi, tracciare le scorte e guidare il personale nelle operazioni quotidiane. Gli addetti possono esplorare una replica virtuale del negozio, trovare il percorso più veloce per raggiungere un prodotto o vedere quali scaffali necessitano di essere riforniti.
In ambito industriale, Siemens utilizza gemelli digitali in tempo reale per modellare intere linee di produzione. Le macchine comunicano tra loro, prevedono l’usura e regolano i flussi di lavoro in tempo reale. Ciò si traduce in un minor numero di fermi macchina, una pianificazione più intelligente e una maggiore sicurezza, senza bisogno di alcun intervento manuale.
In città come Houston, i gemelli digitali gestiscono le infrastrutture in tempo reale. Il team dei lavori pubblici monitora il flusso idrico, prevede i guasti alle tubature e ottimizza le riparazioni, il tutto attraverso un modello in tempo reale della rete di distribuzione cittadina.
Ciascuno di questi esempi dimostra che i gemelli digitali non sono semplici visualizzazioni statiche. Si evolvono con i sistemi che replicano, apprendendo, adattandosi e migliorando nel tempo. Man mano che creiamo ambienti più connessi e intelligenti, questi gemelli in tempo reale fungeranno da “cervello digitale” a supporto delle operazioni.
Gemello digitale e IA
L’intelligenza artificiale generativa (IA generativa) e i gemelli digitali possono essere utilizzati in modo simbiotico. L’IA generativa può strutturare gli input e sintetizzare gli output dei gemelli digitali, mentre questi ultimi possono fornire un ambiente di test e apprendimento robusto per l’IA generativa. Combinando queste due tecnologie, le organizzazioni possono ottenere risultati esponenzialmente migliori rispetto a quanto potrebbero fare utilizzandone una sola.
Più nello specifico, le organizzazioni possono assegnare modelli linguistici di grandi dimensioni (LLM) per creare codice per un gemello digitale utilizzando una piattaforma di sviluppo software come GitHub. Un prototipo di gemello digitale creato con LLM potrebbe servire come punto di partenza per gli sviluppatori in diversi progetti di gemelli digitali e persino in interi settori. Gli LLM possono anche supportare i gemelli digitali una volta che sono già operativi, elaborando e trasferendo i dati necessari al loro funzionamento.
Gemello digitale e la sostenibilità ambientale di un’organizzazione
I gemelli digitali possono essere particolarmente utili per migliorare gli sforzi in materia di sostenibilità. I gemelli digitali di prodotto possono aiutare le organizzazioni a ridurre il materiale utilizzato nella progettazione di un prodotto, nonché a migliorare la tracciabilità di un prodotto per ridurre gli sprechi ambientali. I produttori di elettronica di consumo hanno ottenuto miglioramenti significativi in termini di sostenibilità grazie all’utilizzo dei gemelli digitali, riducendo gli scarti di circa il 20%. I gemelli digitali della catena di fornitura possono aiutare le organizzazioni a bilanciare costi e velocità con una maggiore sostenibilità. Inoltre, i gemelli digitali dei dati possono fornire alle organizzazioni una maggiore visibilità sulla sostenibilità dei fornitori a monte.
Sfide da affrontare
La creazione di una piattaforma per gemelli digitali è tuttavia complessa. Le aziende che l’hanno adottata per prime segnalano difficoltà nell’integrare le tecnologie dei gemelli digitali nel loro ambiente di sviluppo di prodotti digitali esistente e nell’infrastruttura IT più ampia, ad esempio. I gemelli digitali richiedono anche nuove modalità di lavoro, sia all’interno delle funzioni di Ricerca e Sviluppo che al di fuori di esse. Ciò significa che un programma di gemelli digitali di successo è un’attività di gestione del cambiamento, che richiede l’impegno e il supporto del management di alto livello e un team di gestione del programma solido per monitorare le tappe fondamentali, sviluppare nuovi processi e supportarne l’adozione da parte dell’organizzazione.
Per superare i potenziali ostacoli, le aziende possono adottare un approccio graduale all’adozione dei gemelli digitali:
- Fase di intelligence competitiva e di definizione dell’ambito. In primo luogo, l’organizzazione identifica le soluzioni di gemelli digitali disponibili nel suo settore e stima il valore potenziale per ciascuna tipologia. L’organizzazione può anche sviluppare un framework per la sua trasformazione digitale.
- Fase di progettazione dell’architettura e definizione del software. In questa fase, l’organizzazione identifica i componenti software specifici, le relazioni e le interfacce necessarie per raggiungere gli obiettivi del suo gemello digitale. Decide inoltre se questi componenti saranno sviluppati internamente o esternamente.
- Fase di eccellenza nello sviluppo software. La fase finale prima del lancio è quella in cui l’organizzazione sviluppa i processi e le capacità necessarie per lanciare la sua piattaforma.
I gemelli digitali non sono solo strumenti; rappresentano una nuova dimensione per comprendere il mondo che ci circonda. Offrono un modo per simulare la realtà prima di viverla, per testare le possibilità prima di impegnarci in esse e per rispondere alle sfide con maggiore intelligenza e consapevolezza. I gemelli digitali stanno trasformando un’ampia gamma di settori e organizzazioni.
È importante comprendere che i risultati del gemello digitale rappresentano sia una convalida dei concetti/layout, sia un insieme di configurazioni che possono essere implementate in produzione. Queste includono programmi robotici, istruzioni di lavoro elettroniche per gli operatori, impostazioni delle macchine e così via.
