Digital Twin e IoT: i benefici di un PLM 5.0

Digital Twin e IoT sono due tecnologie esponenziali che, insieme, costituiscono un binomio tecnologico che sta rivoluzionando il Product Lifecycle Management introducendo un livello di integrazione, sincronizzazione e collaborazione senza precedenti. Inaugurando un PLM 5.0, Digital Twin e IoT ottimizzano l’intero ciclo di vita del prodotto, dall’ideazione allo smaltimento, triangolando innovazione, efficienza e sostenibilità. Grazie a questa combinazione tecnologica, oggi è possibile prevedere con precisione l’impatto di ogni singola variabile di progettazione sulle prestazioni complessive del prodotto fisico, riducendo i cicli di prototipazione e i costi associati, favorendo un approccio olistico che coinvolge ogni aspetto dell’organizzazione e ogni fase della filiera. Inoltre, la creazione di modelli digitali connessi ai loro equivalenti del mondo fisico permette di ottimizzare in maniera predittiva e prescrittiva qualsiasi tipo di asset: che si tratti di un veicolo, di un impianto, di un magazzino, di una fabbrica, di una infrastruttura e persino di una città.

 

Digital Twin: che cos’è e come funziona

In ambito manifatturiero, un Digital Twin è una rappresentazione virtuale e dinamica di un qualsiasi cosa: oggetto, prodotto, processo, sistema, dispositivo, macchinario, persona (nel caso della sanità o consumatore nel caso del marketing), animale, vegetale, terreno, cantiere e via dicendo, che appartiene o diventerà realtà nel mondo fisico. La replica virtuale si esprime attraverso un modello tridimensionale che incorpora una pluralità diversificata di informazioni. Oltre a vincoli e requisiti di produzione e quant’altro (ad esempio caratteristiche del terreno, condizioni metereologiche e via dicendo), il database del modello contiene tutte le informazioni di tipo geometrico, meccanico, elettronico, idraulico, termico, ambientale, informatico, che permettono di creare un quadro completo e dettagliato del modello e del contesto operativo in cui sarà inserito. La tecnologia consente anche di attivare dei Proof of Concept di prodotto, di processo o di progetto in un ambiente virtuale perfettamente corrispondente a quello fisico reale. Il modello non è solo statico: può essere animato, per rappresentare in maniera puntuale e contestuale il funzionamento ma anche per estrarre DEM massimamente intuitive ed esaustive per gli operatori coinvolti (ad esempio gli installatori o gli addetti alla manutenzione) fino ai clienti finali.

Software di simulazione, testing, visualizzazione e analisi, integrate in una piattaforma di gestione dedicata, permettono di simulare il comportamento dell’asset digitale nel tempo e nello spazio. All’insegna dello smart manufacturing, questo aziona nuove capacità di comprensione e di azione ad ogni livello e in ogni fase del suo ciclo di vita. I vantaggi sono molteplici: dalla possibilità di accedere facilmente ai dati di molte fonti diverse, aggregarli e visualizzarli attraverso un unico cruscotto centralizzato, alla sincronizzazione e condivisione delle informazioni per arricchire il modello digitale.

I vantaggi di una modellazione parametrica multidimensionale e multilivello

I Digital Twin inaugurano l’era di una programmazione visuale tridimensionale evoluta, abilitando una modellazione capace di trasformare non solo le pratiche ma anche le idee di come percepiamo lo spazio. La creazione di un gemello digitale 3D permette di capire meglio come ottimizzare le operazioni, aumentare l’efficienza o scoprire un problema prima che accada nel mondo reale. Questo tipo di conoscenze riducono al minimo i rischi di produzione, trasporto e installazione, garantendo un ritorno sull’investimento maggiore.

Un elemento chiave di questo cambio di paradigma è l’adozione di una programmazione applicata alla modellazione, che garantisce una continuità digitale tra la progettazione concettuale parametrica e quella costruttiva. L’associazione tra realtà fisica e realtà virtuale consente di attivare un’analisi dei dati e un monitoraggio dei sistemi potenziati dall’uso di una sensoristica avanzata tale per cui è possibile ragionare in modalità predittiva, affrontando i problemi prima ancora che questi si verifichino. Oltre a prevenire anomalie, tempi di inattività, inefficienze, livelli di usura, dispersioni e via dicendo, utilizzando simulazioni appropriate è possibile ragionare in ottica preventiva, pianificando per tempo gli interventi manutentivi necessari, riducendo i rischi per la produzione, per le persone e per l’ambiente.

DTP e DTI: un approccio evoluto al Product Lifecycle Management

Per gestire efficacemente l’intero ciclo di vita del prodotto, si utilizzano due tipi principali di Digital Twin:

• il Digital Twin Prototype (DTP), impiegato nelle fasi iniziali di progettazione per la sperimentazione e l’ottimizzazione
• il Digital Twin Instance (DTI), che rappresenta una specifica istanza di un prodotto durante la sua vita operativa.

Entrambi questi modelli operano all’interno di un Digital Twin Environment (DTE), un ecosistema digitale integrato e collaborativo, progettato per supportare la comunicazione e la condivisione di informazioni tra tutti gli stakeholder. Il DTP permette a ogni stakeholder coinvolto nel progetto (designer, ingegneri, tecnici, addetti alla produzione, responsabili dell’ufficio acquisti, addetti alla produzione, Sales & Marketing, Customer Service e via dicendo) di esplorare diverse configurazioni e scenari, valutando l’impatto sulle prestazioni e identificando potenziali problemi prima della produzione fisica.

Il DTI, invece, monitora il prodotto in tempo reale, fornendo dati preziosi per la manutenzione predittiva/prescrittiva e l’ottimizzazione delle prestazioni durante il suo ciclo di vita. L’utilizzo di entrambi i tipi di Digital Twin, all’interno del DTE, offre una visione completa e integrata del prodotto, ottimizzando l’intero processo di sviluppo, produzione, distribuzione e gestione del post-vendita.

 

Digital Twin e IoT: come e perché sono un binomio indissolubile

L’integrazione di Digital Twin e IoT rappresenta un cambiamento fondamentale nel modo in cui vengono gestiti i processi di ideazione, produzione, distribuzione e servitizzazione nelle filiere industriali fondato su un modello altamente dettagliato e interconnesso. Modello di business in cui le aziende manifatturiere o fornitrici di prodotti trasformano la loro offerta integrando servizi a valore aggiunto, la servitizzazione (o servitization in inglese) sposta il focus dalla semplice vendita di beni materiali alla fornitura di servizi correlati al prodotto di tipo manutentivo (ad esempio aggiornamenti o arricchimenti, riconfigurazioni, servizi di monitoraggio, riparazioni, sostituzioni, noleggi operativi) con formule di abbonamento o modalità pay-per-use.

Questa sinergia tecnologica non è una semplice evoluzione incrementale, ma un vero e proprio salto di paradigma. Per comprendere a fondo le potenzialità offerte dall’integrazione di Digital Twin e IoT, è fondamentale chiarire il loro rapporto tecnologico. La IoT con la sua capacità di connettere sensori e dispositivi, raccogliendo dati in tempo reale, arricchisce e mantiene aggiornata e sincronizzata la base informativa del Digital Twin. La combinazione di queste informazioni, integrate in un ambiente di modellazione 3D, permette di costruire un Digital Twin accurato, completo e costantemente aggiornato lungo tutto il suo ciclo di vita. Questa convergenza di flussi informativi alimenta una piattaforma di simulazione virtuale (e di testing) a capacità infinita. Senza l’IoT, il Digital Twin sarebbe solo un semplice modello virtuale, incapace di riflettere accuratamente lo stato del suo corrispettivo fisico. Grazie al flusso costante di dati provenienti dai sensori IoT è possibile gestire e analizzare dati relativi a vari aspetti del PLM, potenziando le capacità di visione e di azione.

Dalla progettazione al rilascio, Digital Twin e IoT fanno la differenza

Introducendo un livello di precisione e controllo senza precedenti Digital Twin e IoT consentono di esplorare un numero virtualmente infinito di varianti di progetto e di valutare il loro impatto sulle prestazioni complessive. Utilizzando dati arricchiti e algoritmi sofisticati, il Digital Twin non solo rappresenta la geometria del prodotto, ma simula anche il suo comportamento in diverse condizioni operative. Questo permette di comprendere a colpo d’occhio come i materiali si comportano sotto sforzo, visualizzando stress interni, deformazioni o altri punti deboli. Ad esempio, simulando l’effetto di vibrazioni, temperature estreme o sollecitazioni meccaniche, è possibile identificare potenziali punti di rottura o cedimento all’interno dei materiali altrimenti invisibili anche allo sguardo più esperto, evidenziando anche dove posizionare i sensori sull’oggetto fisico per garantire un prefetto monitoraggio nel tempo. L’utilizzo della programmazione visuale rende il processo di progettazione più intuitivo e collaborativo, facilitando la comunicazione e la condivisione di informazioni tra i diversi stakeholder coinvolti, consentendo di ottimizzare gli approvvigionamenti, l’effort e i costi, creando un ciclo di vita del prodotto più efficiente, sostenibile e resiliente. Il modello consente di azzerare gli errori progettuali, accelerare il time to market e aumentare la soddisfazione del cliente finale. In questo modo è possibile  ottimizzare la scelta dei materiali, le caratteristiche costruttive e funzionale del prodotto, la definizione e la pianificazione processi produttivi, riducendo drasticamente sprechi e costi.

 

Digital twin e IoT per la post-vendita

In ambito manifatturiero, l’IoT, con la sua rete di sensori intelligenti, entra in gioco nella fase di monitoraggio del ciclo di vita del prodotto. Una volta definito il design ottimale attraverso simulazioni approfondite del Digital Twin, il prodotto viene realizzato e poi opportunamente sensorizzato in ottica di sicurezza e di business continuity. I dati raccolti dai sensori, integrati nell’asset, mandano un flusso continuo di informazioni alla piattaforma che gestisce il Digital Twin, fornendo una rappresentazione dinamica e in tempo reale delle prestazioni del prodotto nel mondo reale. Questo approccio predittivo permette di pianificare gli interventi di manutenzione in modo programmato, prevenendo guasti, usure o altre anomalie in maniera proattiva.

Product Lifecycle Management 5.0

Reingegnerizzando il Product Lifecycle Management tradizionale, Digital Twin e IoT promuovono un ecosistema collaborativo integrato che coinvolge tutte le linee di business, fino ai clienti finali che possono essere coinvolti attivamente nella definizione delle caratteristiche del prodotto prima della sua realizzazione fisica. Utilizzando un’unica piattaforma condivisa, designer, tecnici e ingegneri, con criteri di accesso e di gestione securitizzati, nella definizione di un prototipo possono condividere bozze, note, informazioni di dettaglio e confrontarsi con l’ufficio acquisti, le vendite, il marketing e i responsabili di fabbrica, per capire come finalizzare al meglio un prodotto. Il tutto mantenendo un’unica fonte di verità. Ogni team accede per la propria parte sul modello che poi sarà integrato e sincronizzato garantendo il costante allineamento dello sviluppo.

In questo scenario, il coinvolgimento del cliente già nella fase di sviluppo assume un ruolo centrale. Potendo vedere il prototipo in azione all’interno dell’ambiente virtuale della soluzione richiesta, possono emergere ulteriori esigenze o suggerimenti che permettono di affinare progressivamente il design e le funzionalità. Questo approccio consente di personalizzare la soluzione in modo ancora più preciso, assicurando che il prodotto finale corrisponda pienamente ai desiderata del cliente. Questo modello di lavoro permette di ottimizzare le risorse, condividere le informazioni in tempo reale e prendere decisioni più consapevoli e informate, sperimentando diverse combinazioni di materiali e componenti, per valutare il loro impatto su prestazioni, costi e sostenibilità.

 

PLM 5.0: Digital Twin e IoT abilitano una sostenibilità integrata

L’impatto positivo della combinazione di Digital Twin e IoT sulla sostenibilità è significativo e si manifesta lungo tutta la filiera.

1. La capacità di prototipare e testare in un ambiente virtuale, infatti, elimina la necessità di realizzare costosi mockup fisici. Questo evita sprechi di materiali e di energia, riducendo l’impronta ecologica del processo di sviluppo.
2. La simulazione permette di valutare l’efficacia di diversi design e processi, identificando e risolvendo potenziali problemi prima della produzione, minimizzando la necessità di rilavorazioni e scarti.
3. Digital Twin e IoT ottimizzano tutti i processi anche in termini di sostenibilità. La manutenzione preventiva, ad esempio, riduce i tempi di fermo macchina e gli sprechi di energia. La possibilità di monitorare in tempo reale le prestazioni dei macchinari permette di identificarne e risolvere le inefficienze, ottimizzando i consumi e risorse.
4. Nella logistica e nella distribuzione Digital Twin e IoT aprono nuove prospettive per una supply chain più sostenibile. È possibile simulare diversi scenari di trasporto, ottimizzando i percorsi e riducendo le emissioni di CO2. L’analisi dei dati relativi al trasporto permette di individuare le rotte più efficienti, minimizzando i consumi di carburante e le emissioni inquinanti. In molti casi è possibile utilizzare tag RFID green, che azzerano l’impatto ambientale dela IoT. L’ottimizzazione della gestione del magazzino e la geolocalizzazione riducono gli sprechi e migliora l’efficienza della logistica.
5. Anche la fase di smaltimento del prodotto può beneficiare di questo approccio integrato. Il binomio tecnologico può fornire informazioni dettagliate sulla composizione del prodotto e sui materiali utilizzati, facilitando il processo di riciclo e riducendo la quantità di rifiuti inviati in discarica.