Cos'è la tecnologia dei gemelli digitali (Digital Twin)?
Un gemello digitale è un modello virtuale di un oggetto fisico. Esegue il ciclo di vita dell'oggetto e utilizza i dati in tempo reale inviati dai sensori sull'oggetto per simulare il comportamento e monitorare le operazioni. I gemelli digitali possono replicare molti elementi del mondo reale, da singole apparecchiature in una fabbrica a installazioni complete, come turbine eoliche e persino intere città. La tecnologia dei gemelli digitali consente di supervisionare le prestazioni di una risorsa, identificare potenziali guasti e prendere decisioni più informate sulla manutenzione e sul ciclo di vita.
Quali sono i vantaggi dei gemelli digitali?
I gemelli digitali offrono agli utenti molti vantaggi. Di seguito ne vengono descritti alcuni.
Prestazioni migliorate
Le informazioni e gli approfondimenti in tempo reale forniti dai gemelli digitali consentono di ottimizzare le prestazioni delle apparecchiature, degli impianti o delle strutture. I problemi possono essere risolti man mano che si verificano, garantendo che i sistemi funzionino al massimo e riducano i tempi di inattività.
Capacità predittive
I gemelli digitali possono offrirti una visione visiva e digitale completa del tuo impianto di produzione, edificio commerciale o struttura anche se include migliaia di apparecchiature. I sensori intelligenti monitorano l'output di ogni componente, segnalando problemi o guasti man mano che si verificano. In questo modo puoi intervenire al primo segnale di problemi anziché attendere che l'apparecchiatura subisca un guasto definitivo.
Monitoraggio remoto
La natura virtuale dei gemelli digitali consente di monitorare e controllare a distanza le strutture. Il monitoraggio remoto implica anche che meno persone devono controllare apparecchiature industriali potenzialmente pericolose.
Tempi di produzione accelerati
Puoi accelerare i tempi di produzione di prodotti e strutture prima ancora che esistano creando repliche digitali. Eseguendo gli scenari, puoi vedere come il tuo prodotto o la tua struttura reagiscono ai guasti e apportare le modifiche necessarie prima della produzione effettiva.
Quali settori utilizzano la tecnologia dei gemelli digitali?
Un certo numero di settori utilizza sempre di più i gemelli digitali per creare rappresentazioni virtuali dei propri sistemi del mondo reale. Alcuni di essi includono quanto segue.
Settore dell'edilizia
I team di costruzione creano gemelli digitali per pianificare meglio i progetti residenziali, commerciali e infrastrutturali, fornendo al contempo un quadro in tempo reale di come stanno procedendo i progetti esistenti. Anche gli architetti utilizzano i gemelli digitali come parte della pianificazione del loro progetto combinando la modellazione 3D degli edifici con la tecnologia dei gemelli digitali. I responsabili degli edifici commerciali utilizzano i gemelli digitali per monitorare i dati storici e correnti di temperatura, occupazione e qualità dell'aria all'interno di stanze e open space in modo da migliorare il comfort degli occupanti.
Manifatturiero
I gemelli digitali vengono utilizzati durante l'intero ciclo di vita della produzione, dalla progettazione e pianificazione alla manutenzione degli impianti esistenti. Un prototipo di gemello digitale consente di monitorare le apparecchiature in ogni momento e analizzare i dati sulle prestazioni che mostrano il funzionamento di una particolare parte o della totalità dell'impianto.
Energia
I gemelli digitali sono particolarmente utilizzati nel settore energetico per supportare la pianificazione strategica dei progetti e ottimizzare le prestazioni e i cicli di vita delle risorse esistenti, come installazioni offshore, impianti di raffinazione, parchi eolici e progetti solari.
Automotive
L'industria automobilistica utilizza i gemelli digitali per creare modelli digitali di veicoli. I gemelli digitali possono fornire informazioni sul comportamento fisico del veicolo, nonché sui modelli software, meccanici ed elettrici. Questa è un'altra area in cui la manutenzione predittiva è preziosa perché un gemello digitale può avvisare un centro di assistenza o un utente quando rileva un problema con le prestazioni dei componenti.
Sanità
I gemelli digitali vengono utilizzati nel settore sanitario in diversi casi. Tra questi vi sono la creazione di gemelli virtuali di interi ospedali, altre strutture sanitarie, laboratori e corpi umani per modellare organi ed eseguire simulazioni per mostrare come i pazienti rispondono a trattamenti specifici.
Quali tipi di gemelli digitali esistono?
Esistono diversi tipi di gemelli digitali, che spesso possono funzionare fianco a fianco all'interno dello stesso sistema. Mentre alcuni gemelli digitali replicano solo singole parti di un oggetto, tutti insieme riescono a fornire una rappresentazione virtuale. I tipi più comuni di gemelli digitali sono i seguenti.
Gemelli di componenti
I gemelli di componenti, o gemelli di parti, sono la rappresentazione digitale di un singolo pezzo di un intero sistema. Si tratta di parti essenziali del funzionamento di una risorsa, come ad esempio il motore all'interno di una turbina eolica.
Gemelli di risorse
Nella terminologia dei gemelli digitali, le risorse sono due o più componenti che lavorano insieme come parte di un sistema più completo. I gemelli di risorse rappresentano virtualmente il modo in cui i componenti interagiscono e producono dati sulle prestazioni, che è poi possibile analizzare per prendere decisioni informate.
Gemelli di sistema
Un livello più elevato di astrazione dai gemelli di risorse sono i gemelli di sistema, o gemelli di unità. Un gemello di sistema mostra come diverse risorse interagiscono come parte di un sistema più ampio. La visibilità offerta dalla tecnologia dei gemelli di sistema consente di prendere decisioni sui miglioramenti o sull'efficienza delle prestazioni.
Gemelli di processo
I gemelli di processo mostrano l'ambiente digitale di un intero oggetto e forniscono informazioni su come i suoi vari componenti, risorse e unità lavorano insieme. Ad esempio, un gemello di processo digitale può riprodurre digitalmente il funzionamento di un intero impianto di produzione, riunendo tutti i componenti al suo interno.
Come funziona un gemello digitale?
Un gemello digitale funziona replicando digitalmente una risorsa fisica nell'ambiente virtuale, comprese le sue funzionalità, caratteristiche e comportamento. Una rappresentazione digitale in tempo reale della risorsa viene creata utilizzando sensori intelligenti che raccolgono dati dal prodotto. Puoi utilizzare questa rappresentazione per tutto il ciclo di vita di una risorsa, dai test iniziali del prodotto al funzionamento e allo smantellamento del mondo reale.
I gemelli digitali utilizzano diverse tecnologie per fornire un modello digitale di una risorsa. Includono quanto segue.
Internet of Things
Il termine Internet delle cose, si riferisce alla rete collettiva di dispositivi connessi e tecnologie che facilita la comunicazione tra dispositivi e cloud, nonché tra i dispositivi stessi. Grazie all'avvento di chip per computer poco costosi e telecomunicazioni ad alta larghezza di banda, ora abbiamo miliardi di dispositivi connessi a Internet. I gemelli digitali si affidano ai dati dei sensori IoT per trasmettere informazioni dall'oggetto del mondo reale all'oggetto del mondo digitale. I dati immessi in una piattaforma software o in una dashboard in cui è possibile visualizzare l'aggiornamento dei dati in tempo reale.
Intelligenza artificiale
L'intelligenza artificiale (IA) è un campo delle scienze informatiche dedicato alla risoluzione di problemi cognitivi comunemente associati all'intelligenza umana, ad esempio l'apprendimento, la risoluzione di problemi e il riconoscimento di modelli. Per machine learning (ML) si intende la tecnica di IA in grado di sviluppare algoritmi e modelli statistici utilizzati dai sistemi informatici per lo svolgimento di attività senza istruzioni esplicite e basandosi, invece, su modelli e inferenza. La tecnologia dei gemelli digitali utilizza gli algoritmi di machine learning per elaborare grandi quantità di dati dei sensori e identificare i modelli di dati. L'intelligenza artificiale e il machine learning (IA/ML) forniscono informazioni dettagliate sui dati relativi all'ottimizzazione delle prestazioni, alla manutenzione, alle emissioni e all'efficienza.
Gemelli digitali e simulazioni
I gemelli digitali e le simulazioni sono entrambi simulazioni virtuali basate su modelli, ma esistono alcune differenze chiave. Le simulazioni vengono generalmente utilizzate per la progettazione e, in alcuni casi, per l'ottimizzazione offline. I progettisti inseriscono modifiche alle simulazioni per osservare scenari what-if. I gemelli digitali, d'altra parte, sono ambienti virtuali complessi con cui è possibile interagire e aggiornare in tempo reale. Sono più grandi per scala e applicazione.
Ad esempio, consideriamo una simulazione di auto. Un nuovo guidatore può ottenere un'esperienza di prova coinvolgente, imparare il funzionamento di varie parti dell'auto e affrontare diversi scenari del mondo reale mentre guida virtualmente. Tuttavia, gli scenari non sono collegati a un'auto fisica reale. Un gemello digitale dell'auto è collegato al veicolo fisico e sa tutto sull'auto reale, come ad esempio le statistiche vitali delle prestazioni, i pezzi sostituiti in passato, potenziali problemi registrati dai sensori, precedenti registri di manutenzione e altro ancora.
Cosa sono i progetti di gemelli digitali di AWS?
AWS sta lavorando con molte aziende su progetti di gemelli digitali. Tra queste vi sono le seguenti.
Carrier
Carrier, fornitore di soluzioni per la costruzione e la catena del freddo, utilizza AWS per sviluppare rapidamente le sue soluzioni digitali. L'azienda utilizza i servizi AWS IoT per sviluppare la sua piattaforma di servizi condivisi, carrier.io. Ha inoltre utilizzato la tecnologia AWS per la modellazione delle risorse, nonché la creazione e l'integrazione di gemelli digitali per replicare i suoi sistemi fisici.
INVISTA
La filiale di Koch Industries, INVISTA, è specializzata in materiali speciali utilizzati in diversi settori, tra cui abbigliamento, automobili e computer. Ha collaborato con AWS per creare gemelli digitali delle sue operazioni di produzione, offrendo al personale una visione digitale completa delle risorse e dei dati.
John Holland
John Holland è una delle principali società immobiliari e di infrastrutture integrate in Australia. Come parte di una trasformazione digitale, è riuscita a creare gemelli digitali per l'edilizia, fornendo ai responsabili un'immagine digitale dei loro progetti. AWS ha acquisito i dati operativi per il monitoraggio delle prestazioni, il monitoraggio dell'ambiente, le dichiarazioni e i dati storici.
Come può aiutare AWS con la tecnologia dei gemelli digitali?
AWS IoT TwinMaker ti aiuta a ottimizzare le operazioni e le prestazioni creando gemelli digitali di sistemi reali. AWS IoT TwinMaker ti offre gli strumenti per replicare digitalmente edifici, fabbriche, impianti di produzione, linee di produzione e attrezzature industriali. Puoi importare modelli 3D esistenti, come file CAD (Computer-Aided Design) e Building Information Modeling (BIM), in AWS IoT TwinMaker per creare visualizzazioni 3D dei tuoi sistemi. Con AWS IoT TwinMaker, puoi effettuare le seguenti operazioni:
- Ottimizzazione delle operazioni di costruzione.
- Accelerazione della produzione.
- Miglioramento delle prestazioni delle apparecchiature.
- Individuazione e risoluzione delle anomalie dei processi.
- Monitoraggio e miglioramento delle condizioni degli edifici
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