Spiegare cosa sia un 'gemello digitale' e perché sia fondamentale per consentire alle nostre aziende di evolvere non è poi difficile, se si riflette su un fatto fisico abbastanza noto (entanglement quantistico): la correlazione istantanea tra particelle subatomiche, i fotoni, che anche distanti miliardi di anni luce, condividono le informazioni modificando i comportamenti in modo istantaneo.
CUI PRODEST?
In pratica, a cosa servirebbe disporre di due sistemi identici, uno reale e uno digitale, e poter agire sul sistema digitale generando modifiche 'just in time' sul sistema reale? A risolvere una marea di problemi di mercato, dai prezzi delle commodity (perennemente oscillanti) alla disponibilità di materie prime e di energie rinnovabili, dagli impatti climatici alle catastrofi improvvise, dai tempi di reazione del pubblico a campagne promozionali fino a rivoluzionare il modello produttivo, per esempio, dei farmaci in base ai dati demografici e sanitari di un'area geografica.
COSA CI OCCORRE
Per governare questo nuovo paradigma basato sulla correlazione sincronizzata tra un sistema produttivo reale e quello digitale duplicato serve un concetto di automazione governata da nuove architetture software: non più da quelli specifici per PLC che, pur controllando con efficienza e determinismo i sistemi di produzione li isolano da mondo IT; ma governata da un software 'sistemico', seppur controllato dalle persone.
Può tutto il processo produttivo essere gestito da un software? Quali vantaggi ne deriverebbero per costruttori di macchine e utilizzatori? I vantaggi darebbero competitività rispetto a modelli di business asiatici basati solo sul prezzo? Gli strumenti necessari sarebbero accessibili alle grandi imprese come alle PMI?
IL PARERE DI UN ESPERTO
Da 15 anni sono docente a Parma in Process & Packaging, da 9 anni ricercatore universitario a Bologna nelle tecnologie digitali applicate alla produzione; affianco alle attività accademiche quella di consulente ed ambasciatore presso la Commissione EU del Digital Twin Consortium di Boston, che oggi conta sulla presenza in 31 nazioni, associa 200 aziende, ha creato 14 gruppi di lavoro e in USA è presente in 17 stati creando cultura e supporti per aiutare le aziende ad adottare questi modelli tecnologici. In pratica, promuovo lo scambio di esperienze fra USA ed UE sulle prospettive di crescita tramite l'applicazione della tecnologia Digital Twin e la Software Defined Automation.
TUTTO NASCE DAI VIDEOGAMES
L'origine di questo modello industriale 'gemellare' trova la sua origine, non solo concettuale ma anche tecnologica, nei videogiochi, ambito in cui NVIDIA ha generato elevati profitti e in parallelo ha fatto intuire che si poteva non solo imitare la realtà fisica nei giochi immersivi (il 'sembrare come') ma anche simularla e sostituirla con un modello digitale, per prevedere cosa accade modificando contesti, prodotti, materiali, e condizioni operative; non solo, ma anticipando la realtà suggerisce alle macchine automatiche come generare input specifici per adattarsi a nuovi contesti di lavoro.
La differenza tra questa simulazione e un Digital Twin, è che nel Digital Twin ci si spinge oltre: cioè, quello che avviene è quello che avviene effettivamente poi dopo nella realtà. Nel videogame non è importante che magari gli oggetti comincino a cadere quando passo da 10 metri al minuto a 12 metri al minuto su un tappeto in movimento, l'importante è mostrare che quando si accelera si ha anche l'effetto inerziale che tende a ribaltarli, ma poi come o quando realmente cadono non è importante, perché al giocatore interessa il gioco, che resti nell'ambito del mondo e dell'ambiente del gioco. Invece, nell'industria non posso avere una 'sensazione' di realtà ma una sua 'effettiva sostituzione' digitale: devo sapere con certezza che gli oggetti cominciano a cadere a 12 metri al minuto e non prima, se voglio spingere la mia linea fino a 11 e rimanere in condizioni di sicurezza. E la transizione dal videogaming al Digital Twin ha portato NVIDIA a sviluppare le proprie GPU, le Graphics Processing Unit, a supporto dei processi industriali, come ha fatto anche il motore di simulazione Unity, nato per le applicazioni di gaming ed oggi impegnato in simulazioni di processi fisici.
EVOLUZIONE DEL MODELLO DI FRUIZIONE DELLA TECNOLOGIA
Il concetto di Digital Twin è stato coniato da Michael Grieves, professore alla Michigan University e membro del Digital Twin Consortium nel 2002, e successivamente adottato nella pratica dalla NASA. Tra il 2014 e 2015 inizia ad imporsi come strumento progettuale: non c'era ancora un collegamento tra la macchina virtuale o digitale e la macchina reale. Quella digitale 'girava' prima, quella fisica 'dopo'; non esisteva un loop chiuso. In seguito, ci si è domandato se si poteva sincronizzare il modello digitale con il processo fisico, acquisendo da questo dei dati in real time tramite sensori. In questo caso, il modello digitale acquisisce i valori di funzionamento dalla macchina reale, e sulla base di un determinato segnale, si ha una replica digitale: un'ombra della realtà, che in gergo si chiama 'digital shadow': ciò che avviene in stabilimento, lo vedo in versione digitale.
La tappa successiva di questa evoluzione è che, permettendo al modello digitale di agire sul processo fisico, anche utilizzando un'automazione governata da software evoluti e deterministici, le due 'macchine' si comportano in modo identico.
Non esiste sfasatura temporale: il reale determina il virtuale, quella virtuale determina quella reale ma con un vantaggio: la macchina reale anticipa il risultato di parametri modificati di 1 secondo, di 1 ora, di 1 giorno e così via.
UN ESEMPIO CONCRETO
Per esempio, se volessi accelerare la velocità di imbottigliamento per recuperare un ritardo produttivo precedente, si potrebbe sapere se si determinano dei colli di bottiglia nelle alimentazioni o nei sistemi di sorting e pallettizzazione. Ma quali parametri si devono modificare e comunicare al sistema produttivo? Il gemello digitale ha bisogno di un software che parli con il sistema di controllo della macchina fisica. Il software del PLC è sempre stato dedicato; nessuno pensava un domani che dovesse magari interagire con un mondo virtualizzato che si creava intorno alla macchina grazie allo sviluppo del cloud: li riceveva da un operatore umano. La logica dei software di simulazione e virtualizzazione è diversa dal software del PLC, sono due linguaggi di programmazione diversi perché sono orientati a due obiettivi fondamentalmente diversi.
POSSIBILI SETTORI APPLICATIVI
Un modello di business basato sull'automazione dei processi governata da software è già utilizzato nei processi di intralogistica legati al commercio elettronico, e non a caso Amazon Robotic è stato un pioniere in questo campo nei propri centri di logistica automatizzata. Immaginare invece un modello di questo tipo in aziende di minori dimensioni comporta non tanto investimenti tecnologici elevati, quanto far parte di un ecosistema industriale in cui si abbia un forte legame di cooperazione e di condivisione dei dati con gli attori a monte e a valle.
ACCESSIBILE ALLE PMI?
Mentre fino ad oggi le caratteristiche del territorio e geografiche venivano in qualche maniera risolte dalla logistica e dalla distribuzione, cioè i magazzini intermedi, ora invece la produzione è chiamata a gestire in presa diretta le caratteristiche dei mercati locali. Questo scenario comporta investimenti più sul software che sull'hardware. Ricorrere a un software significa abbassare i costi e rendere flessibili gli impianti. Per una PMI il vero investimento è dotarsi di quella cultura interna che fa capire che la priorità sta nell'integrarsi digitalmente con i partner a monte a valle per poter essere sia più reattivi e resilienti, ma anche per produrre solo quello che viene richiesto, e come viene richiesto.
DIALOGO USA-UE
L'approccio alla digitalizzazione in America e in Europa è iniziato in modo differente: Oltreoceano è comune creare consorzi fra imprese, università ed enti secondo un modello 'bottom up', cioè che dal basso, partendo dalle esigenze dei mercati, punta in modo pragmatico a rispondere alla domanda "come si può generare un beneficio economico per i soggetti aderenti al consorzio?". Nel Vecchio Continente, l'approccio è determinare un obiettivo dall'alto, formulare progetti specifici, stabilire un finanziamento e invitare le aziende a partecipare ai bandi o ai singoli progetti. In particolare, in Europa il tema della digitalizzazione manifatturiera fa capo alla Direzione Generale delle Reti di comunicazione, dei contenuti e delle tecnologie (DG CNECT-Communications Networks, Content and Technology). Al modello del consorzio americano, le imprese europee rispondono con le architetture proposte dall'Industrial Digital Twin Association, un consorzio nato in Germania ed affermatosi in Europa; è strettamente legato al paradigma Industry 4.0 ed alle utilizzazioni del Digital Twin in area manifatturiera.
Un elemento che caratterizza le due aggregazioni è il fatto che in America lo sviluppo dello strumento Digital Twin è orientato alla creazione di vantaggi economici e di nuovi modelli di business; in Europa, invece, migliora e potenzia il comparto manifatturiero in cui invece l'America deficita. Quella americana è un'economia basata soprattutto sul servizio, anche quando produce. La diversità fra i due continenti è evidente anche nel denominare le rivoluzioni industriali: gli Americani parlano di Industrial Internet, gli Europei di Industry 4.0
Nello specifico, loro guardano al potenziale di una rete che connette i nodi di processo, assegnando indirizzi IP, mentre noi guardamo alla potenza di calcolo in uno spazio sempre più piccolo, che aumenta le prestazioni delle macchine nella competizione con i colossi asiatici. Insomma, da entrambe le sponde dell'Atlantico si punta ad arginare la concorrenza asiatica e si inizia a comprendere che è preferibile far convergere gli interessi.
