Walmart utilizza la tecnologia Digital Twin per ottimizzare il layout dei suoi negozi, provando diverse configurazioni e design in un ambiente virtuale. Simulando vari layout, può valutare fattori come il posizionamento dei prodotti e la disposizione delle corsie, per scegliere quindi la soluzione più accattivante.
La stessa tecnologia viene utilizzata anche nel sistema di gestione dell'inventario: in primo luogo viene creato un gemello digitale del negozio, popolato con un inventario virtuale; successivamente è possibile analizzare e ottimizzare i livelli di inventario, il posizionamento dei prodotti e le strategie di rifornimento. Provando diversi scenari, Walmart può quindi valutare l'impatto dei cambiamenti della domanda, delle fluttuazioni stagionali o delle interruzioni della catena di approvvigionamento sulla gestione dell'inventario.
Ma vediamo un altro esempio, in un contesto totalmente diverso: la gestione urbana. Ci spostiamo in questo caso a Singapore, dove è stato utilizzato un Digital Twin per ottenere una perfetta replica digitale della città-stato. La piattaforma permette di individuare e risolvere i problemi di pianificazione urbana in un ambiente virtuale, prima di eseguire interventi reali in ogni contesto, dalle infrastrutture, ai sistemi di trasporto, all’ambiente urbano.
Concludiamo con il produttore statunitense di macchine per il packaging Pearson Packaging Systems, per il quale i Digital Twin sono diventati uno strumento di uso quotidiano che permette di migliorare i processi e le procedure di lavoro.
In particolare, la tecnologia Digital Twin consente all'azienda di eseguire il necessario lavoro di pre-consegna sulle macchine in costruzione, ad esempio provando ricette in un mondo virtuale e non in officina, come era invece necessario in precedenza. Inoltre, questa tecnologia viene utilizzata per facilitare la risoluzione dei problemi sul campo, consentendo al personale di assistenza di diagnosticare i guasti senza doversi recare in luoghi potenzialmente distanti o difficili da raggiungere.
La tecnologia in sintesi
Questi e molti altri esempi vedono nei Digital Twin il loro minimo comun denominatore. Di che cosa si tratta, quindi? In sintesi, un Digital Twin (o gemello digitale) è una replica virtuale di una macchina, un impianto o un processo. I gemelli digitali sono costruiti con l'aiuto di un software di simulazione ingegneristica che permette di riprodurre fedelmente il comportamento, le prestazioni e l'ambiente della loro controparte reale.
Grazie ai Digital Twin è quindi possibile testare e capire come si comporteranno i sistemi e i prodotti che si vogliono realizzare in un'ampia varietà di ambienti, usando lo spazio virtuale e la simulazione. Eventuali problemi potranno essere corretti prima di implementare fisicamente i progetti.
Questo concetto è stato espresso per la prima volta nel 1991, quando David Gelernter, scienziato informatico, pubblicò il libro Mirror Worlds, nel quale spiegava come costruire un mondo speculare utilizzando la tecnologia disponibile all’epoca. Occorre tuttavia attendere il 2002 per la prima applicazione del concetto alla produzione, un traguardo attribuito a Michael Grieves, docente presso l'Università del Michigan. Il termine “Digital Twin” è stato invece utilizzato per la prima volta nel 2010 da John Vickers della NASA. In effetti, si può affermare che è stata la NASA ad aprire la strada all'uso della tecnologia Digital Twin durante le sue missioni di esplorazione spaziale degli anni '60, quando ogni veicolo spaziale in viaggio è stato esattamente replicato in una versione terrestre utilizzata per scopi di studio e simulazione.
Tipi di Digital Twin
Esistono vari tipi di gemelli digitali, che possono coesistere all'interno di un sistema o di un processo.
- Gemelli di componenti o di parti
I gemelli di componenti rappresentano l'unità di base di un gemello digitale più complesso. I gemelli di parti sono più o meno la stessa cosa, ma riguardano solitamente componenti più semplici. - Gemelli di asset
Un asset è formato da due o più componenti che lavorano insieme. I gemelli di asset consentono di studiare l'interazione di tali componenti, generando una grande quantità di dati sulle prestazioni che possono quindi essere elaborati e trasformati in informazioni utili. - Gemelli di sistema
I gemelli di sistema consentono di vedere come diverse risorse possono essere unite per formare un sistema più complesso. I gemelli di sistema offrono visibilità sull'interazione degli asset e possono suggerire miglioramenti delle prestazioni. - Gemelli di processo
I gemelli di processo permettono di analizzare le interazioni di diversi sistemi in un impianto di produzione. Essi possono contribuire a determinare una maggiore efficacia complessiva del processo oggetto di simulazione.
Implementazione
Per ottenere un Digital Twin, occorre in primo luogo integrare dei sensori negli oggetti interessati, in modo da poter raccogliere in tempo reale dati sul loro stato, sulle condizioni di funzionamento, sulla posizione fisica e così via. E’ quindi evidente una connessione tra la tecnologia dei Digital Twin e la tecnologia Internet of Things.
Gli oggetti intelligenti’ sono collegati a un sistema solitamente basato su cloud che riceve ed elabora tutti i dati, permettendo di eseguire analisi in base alle specifiche esigenze o in base ad altri dati, per esempio dati storici. In questo modo, nell'ambiente virtuale si possono trarre delle conclusioni o scoprire e analizzare delle opportunità che possono successivamente essere applicate al gemello’ fisico.
Per esempio, sarà possibile modificare un progetto per evitare delle criticità individuate sul ‘gemello’ virtuale, oppure si potranno ottimizzare determinate attività di produzione avendone simulato i risultati.
Il gemello digitale consente inoltre di realizzare una situazione manutentiva ideale, dove un tecnico in loco e uno specialista remoto, collegati via internet, possono accedere agli stessi dati e discutere il da farsi.
È utile sottolineare che la rappresentazione virtuale di un oggetto è viva’ e dinamica, il che significa che viene aggiornata immediatamente ogni volta che il suo gemello fisico subisce cambiamenti; è anche in grado di apprendere, assorbendo le conoscenze delle persone, delle macchine e dell'ambiente in cui esiste.
Campi di applicazione
In conclusione, attraverso la tecnologia dei gemelli digitali,si pu ad esempio, ottenere un modello digitale 3D di una linea di produzione reale, per eseguire le funzioni di gestione e controllo online delle entità fisiche della linea attraverso entità virtuali.
Ad oggi, i gemelli digitali vengono utilizzati principalmente nell’industria, ma la tecnologia si sta affermando anche nel campo sanitario e nel retail.
Inoltre, alcune aziende lavorano già su progetti per la creazione di gemelli digitali delle persone che consentirebbero, in futuro, di incontrare virtualmente un collega distante o perfino di parlare con i gemelli virtuali di persone defunte e con versioni presenti o future di sé stessi.
Un esempio molto significativo è quello che, a Milano, si può considerare uno *spartiacque’ nel campo della progettazione, della manutenzione e della gestione di immobili e/o opere civili: la copia digitale dinamica della stazione Centrale di Milano che è stata realizzata utilizzando circa 6.000 fotografie.
Il mercato
Secondo Global Market Insights, il mercato globale dei Digital Twin valeva 9,9 miliardi di dollari nel 2023, con una previsione di crescita annua composita (CAGR) superiore al 33% tra il 2024 e il 2032.
Con la crescita di Industria 4.0 e la forte enfasi sull'automazione, sullo scambio di dati e sulle tecnologie intelligenti nel settore manifatturiero, la domanda di gemelli digitali sta aumentando per facilitare la digitalizzazione e l'ottimizzazione dei processi produttivi per una maggiore efficienza e produttività. L'integrazione avanzata di AI e machine learning aiuterà a migliorare le capacità dei gemelli digitali attraverso analisi predittive, rilevamento di anomalie e algoritmi di ottimizzazione.
A sua volta, la crescita dei settori sanitario, dei trasporti, delle costruzioni e dell'energia spingerà l'implementazione della tecnologia Digital Twin.
Ancora più ottimista la valutazione Fortune Business Insights, secondo cui il mercato globale dei gemelli digitali valeva 12,91 miliardi di dollari nel 2023. Tale mercato dovrebbe crescere da 17,73 miliardi di dollari nel 2024 a 259,32 miliardi di dollari entro il 2032, mostrando un CAGR del 39.8% durante il periodo di previsione. Nel 2023, il Nord America dominava il mercato globale con una quota del 34,55%.
