Man mano che il nostro mondo diventa più digitalizzato e connesso, possiamo effettivamente farne una copia virtuale. E tali repliche vengono ora utilizzate per migliorare gli scenari del mondo reale, dal rendere la produzione di aeromobili più accurata alla prevenzione delle fuoriuscite di petrolio.

Un gemello digitale è una replica virtuale di un'entità reale, come una città o una fabbrica, che spesso evolve in tempo reale insieme alla sua controparte fisica attraverso dati raccolti tramite sensori. Può essere utilizzato come banco di prova per simulare ciò che accade in determinate circostanze o fornire avvisi di potenziali problemi grazie ad algoritmi predittivi.

Una replica virtuale di una città potrebbe, Per esempio, utilizzare tutti i tipi di fonti di dati, dai sensori cittadini ai dati meteorologici, per simulare il sistema di trasporto di una città. Una simulazione potrebbe quindi analizzare l'effetto sull'inquinamento atmosferico di rendere una zona specifica senza auto.

"Un gemello digitale è un concetto che descrive molte cose, " ha detto Thomas Leurent, CEO e cofondatore di Akselos, un'azienda svizzera che costruisce gemelli digitali per il settore energetico. "Può essere un'immagine 3D che riflette automaticamente un oggetto fisico (per la produzione ad alta precisione), ma può anche essere un modello che prevede quando deve avvenire la manutenzione di una piattaforma petrolifera".

Utilizzo di sensori per misurare, Per esempio, le sollecitazioni delle strutture o i carichi del vento, aziende come Akselos realizzano un digitale, spesso in tempo reale, simulazione del mondo fisico. L'idea dei gemelli digitali, emersa per la prima volta nel 2002, affonda le sue radici nella tecnologia di abbinamento introdotta dalla NASA che ha implementato sistemi di mirroring per aiutare a salvare Apollo 13. Oggi, le repliche virtuali hanno una miriade di usi.

Programmi Smart City in luoghi come Portland, gli Stati Uniti, Per esempio, utilizzare i gemelli digitali per modellare i flussi di traffico, Rotterdam, Paesi Bassi, sta costruendo uno dei suoi porti per automatizzare sempre più le sue operazioni, e sono stati fatti tentativi per fare una copia virtuale del corpo umano per scopi medici.

Costruzione dell'ala

Vengono anche utilizzati per migliorare la produzione nella catena di montaggio degli aerei. Questo è l'obiettivo di VADIS, un progetto realizzato dall'Università di Nottingham e dalla società aerospaziale Electroimpact, entrambi nel Regno Unito.

"Vogliamo migliorare la qualità e ridurre i tempi di assemblaggio per la costruzione delle ali, " ha detto il dottor Joseph Griffin, ingegnere aerospaziale senior presso l'Università di Nottingham e project manager di VADIS. "Vogliamo misurare i fori che devono essere praticati nella pelle di un'ala, e utilizzare tali misure per aggiornare un modello digitale. In questo modo possiamo adattare il processo di costruzione a un componente specifico".

Sebbene molti velivoli possano sembrare all'avanguardia, alcuni processi produttivi sono ancora antiquati e fatti manualmente a causa della mancanza di digitalizzazione nel settore, quale, a sua volta, può lasciare spazio all'errore. Nella produzione di ali, Per esempio, i fori potrebbero non allinearsi esattamente come dovrebbero, che poi richiede aggiustamenti dell'ultimo minuto sulla catena di montaggio, portando a perdite di tempo.

Per affrontare questo, VADIS sta costruendo un telaio in cui le skin dell'aereo possono essere scansionate da sensori. Questo verrà poi utilizzato per creare un modello digitale o gemello dell'ala, con tutte le sue superfici e fori registrati nei minimi dettagli. Questo modello verrebbe quindi utilizzato per costruire le parti corrispondenti in modo che si allineino perfettamente per quella specifica ala.

"Il nostro nuovo sistema consentirà di produrre componenti in modo molto preciso fuori sede, e gli operatori devono preoccuparsi solo del montaggio, " ha detto il Dr. Griffin. "Non devono preoccuparsi di riforare e rilavorare all'ultimo minuto." In questo modo il lavoro degli operatori diventa molto più semplice, lui dice.

VADIS mira a essere in grado di replicare una pelle dell'ala digitale lunga fino a 10 metri, con una precisione di 0,06 millimetri, secondo il dottor Griffin. '(In questo modo) manteniamo aggiornata la produzione di aeromobili e la digitalizziamo, " disse il dottor Griffin.

Modello

Akselos utilizza anche i gemelli digitali per migliorare la manutenzione delle infrastrutture energetiche. La tecnologia dell'azienda, commercializzato attraverso il software Akselos Integra, modella la fisica delle infrastrutture energetiche su larga scala e calibra i modelli attraverso tutti i tipi di sensori. "Modelliamo tutto, dalle pale delle turbine eoliche, a piattaforme (galleggianti) petrolifere (e del gas) delle dimensioni di (diverse) portaerei, " ha detto Lorenzo.

Potrebbero usare un robot per ispezionare lo scafo di un'unità galleggiante di stoccaggio e scarico di produzione (FPSO) per petrolio o gas, collegare gli accelerometri alle pale delle turbine eoliche o misurare l'altezza delle onde che si infrangono contro il metallo di un'installazione offshore utilizzando sensori. Tutti quei dati poi entrano nel loro modello, che simula la fisica del pezzo di infrastruttura e prevede quali parti sono le più vulnerabili e soggette a guasti. Ciò a sua volta consente alle società energetiche di inviare in modo più efficace squadre di manutenzione.

"L'approccio tradizionale consiste nell'avere una manutenzione programmata, " ha detto Leurent. "Il che produce un'enorme percentuale di ciò che chiamiamo falsi positivi. Quindi a una squadra di manutenzione viene detto di ispezionare un'area, ma non c'è niente da fare per loro lì. Questo è poco efficiente, perché dirigi male i tuoi equipaggi (che a loro volta perdono tempo), e potresti perdere i problemi perché non puoi guardare ovunque."

Ovviamente puoi anche prevedere statisticamente gli errori in base ai dati precedenti. Ma questi modelli sono, 'molto grossolano, " secondo Leurent:richiedono molti dati, e continuano a produrre un numero elevato di falsi positivi, in particolare per oggetti molto grandi come gli FSPO.

Realizzando invece repliche digitali altamente dettagliate, Akselos utilizza modelli complessi che mostrano alle aziende in tempo reale dove devono inviare le loro squadre di manutenzione.

"Questo è molto importante, " disse Leurent. "Perché se prendi un problema in anticipo, va bene. Ma se sei in ritardo, potresti avere una perdita di petrolio (riparazione o) molto costosa sulle tue mani."