Digital Twin tra sviluppo industriale, decarbonizzazione e tutela dell’ambiente

Il “Digital Twin”, il cosiddetto gemello digitale, è una delle tecnologie che stanno maggiormente contribuendo a rivoluzionare il settore produttivo ed energetico, in ottica sostenibile

Tra gli obiettivi di sviluppo sostenibile, probabilmente l’SDG9, dedicato ad imprese, innovazione ed infrastrutture è quello che potrebbe apparire più difficile da coniugare con l’idea di una riduzione dell’impatto ambientale, ma anche quello la cui declinazione in ottica di sostenibilità è tra le più importanti. Tutti noi riusciamo facilmente ad intuire come la tecnologia possa favorire la crescita economica, la produttività delle imprese e la crescita del valore mediante l’innovazione. Ad avvalorare questo punto di vista esistono un sempre maggior numero di studi accademici e di trend di ricerca industriale orientati a dimostrare come sia possibile contribuire alla riduzione delle emissioni di gas serra (in particolare di CO2) attraverso un progressivo efficientamento dei prodotti e dei processi industriali. In particolare, una delle tecnologie che stanno contribuendo a rivoluzionare il settore produttivo ed energetico, contribuendo a renderlo sempre più sostenibile, è quella del “Digital Twin” il cosiddetto gemello digitale.

Finanche la politica sta seriamente valutando l’adozione dei sistemi digital twin per comprendere e gestire in modo strategico gli sviluppi planetari delle emissioni nocive per il clima, arrivando così a sviluppare per tempo soluzioni globali. L’esempio più significativo in tal senso è forse il progetto “Destination Earth” promosso dalla Commissione Europea, che ha come obiettivo quello di implementare, a partire dal 2021, un sistema Digital Twin per la simulazione a livello planetario dell’impatto complessivo delle azioni umane e dei possibili effetti negativi che potrebbero derivarne a livello climatico. Tutto ciò con l’obiettivo di agire tempestivamente sulle attività che maggiormente possono nel tempo danneggiare irreversibilmente il clima.

Ma cos’è e come viene applicato il Digital Twin?

Un gemello digitale è concretamente la replica virtuale di una entità (o di un insieme di entità) reali, sia che si tratti di forme animate oppure inanimate. Attraverso questa replica digitale, i sistemi di intelligenza artificiale possono simulare e testare soluzioni a problemi o modifiche dei processi senza interagire con il mondo reale e fisico.

Ad esempio, è possibile testare i livelli di stress di un sistema o di una rete elettrica, valutare i livelli di gestione ed organizzazione di una linea produttiva, simulare incidenti per valutarne i rischi, o ancora testare soluzioni più efficienti per la produzione di un bene o la gestione di un servizio.

A questi aspetti va quindi aggiunto che la tecnologia digital twin è tanto più utile quanto più è messa in relazione con altre tecnologie, in particolare con i sistemi IoT e con gli strumenti di realtà virtuale ed aumentata. Nello specifico, la tecnologia digital twin necessita di sensoristica per “comprendere” il sistema che è chiamata a replicare e per acquisire in tempo reale i dati che da tali sensori giungono. D’altra parte, per quanto riguarda i sistemi di Realtà Aumentata e di Realtà Virtuale, essi possono essere combinati con la tecnologia digital twin per sviluppare attività di formazione per i tecnici e gli operatori che devono gestire degli impianti specifici senza agire direttamente sugli impianti ma su loro “repliche” virtuali.

Alcune delle imprese leader al mondo nel campo della produzione e della digitalizzazione dei processi produttivi hanno già dato vita a numerosi strumenti e progetti che forniranno le basi tecnologiche e gli standard per la piena diffusione della tecnologia Digital Twin in modo capillare.

Soluzioni e piattaforme orientate allo sviluppo di digital twin arrivano tanto dal mondo del software libero che da quello delle grandi aziende. Oltre ai grandi nomi ed alle soluzioni più affermate come Microsoft Azure, infatti, dal punto di vista degli standard comuni un grande supporto arriva da  progetto open source come “Ditto” di Eclipse, un sistema che è stato anche adottato dalla Bosch per la sua soluzione “Bosch IoT Things”, basata su cloud e pensata per ospitare Digital Twin basati su Ditto.

Quali sono gli usi per le imprese e come aiutano la tutela ambientale e sociale?

I settori che ad oggi puntano maggiormente sull’applicazione dei sistemi Digital Twin sono legati al manifatturiero, alla produzione industriale ed alle utilities: per queste ultime, in particolare riguardano l’Oil&Gas, dove ad esempio Eni ha digitalizzato il proprio impianto Scarabeo 8 creandone un Digital Twin per la sua riproduzione virtuale, e l’energia elettrica. Altre applicazioni si segnalano anche in alcuni settori delle infrastrutture e dell’edilizia. L’uso che in questi settori si fa dei cosiddetti “gemelli digitali” è riassumibile principalmente nei seguenti cinque ambiti:

  • il monitoraggio dei processi produttivi, allo scopo di ottimizzarli;
  • il design di prodotto, per simulare e testare soluzioni qualitative innovative;
  • il controllo e l’ottimizzazione dei sistemi di logistica;
  • il controllo e l’efficentamento dei consumi energetici;
  • la prevenzione dei rischi e la manutenzione predittiva degli impianti;

In questi contesti produttivi, come analizzato in un recente paper dell’Università di Shanghai, si sviluppano processi che favoriscono la decarbonizzazione e la riduzione dell’impatto inquinante che i grandi sistemi produttivi hanno sul pianeta.

Ad esempio, l’ottimizzazione dei processi produttivi e l’efficentamento dei consumi riduce gli sprechi in termini di tempo, di materie prime e di consumi energetici. Per fare un esempio, se pensiamo alle simulazioni nel design di prodotto, queste possono aggirare lo spreco di risorse preziose nella prototipazione; inoltre, migliorando il design di prodotto attraverso la tecnologia Digital Twin è possibile anche perfezionarne le qualità intrinseche allungandone la “vita media”.

Volendo definire, in termini più concreti, i livelli di incidenza che tale tecnologia ha sulla riduzione dell’impatto ambientale delle imprese, basti pensare a quanto riportato dalle stime secondo le quali, con la piena adozione da parte delle imprese di sistemi Digital Twin, queste ultime potrebbero ridurre fino al 30% i propri consumi energetici, e fino al 37% le proprie emissioni di CO2 in atmosfera.

Un esempio concreto in questa direzione è quello promosso dalla Siemes UK che, per migliorare il proprio livello di sostenibilità ambientale, nel 2019 ha costituito una propria riserva di capitale di 240mila sterline denominata “UK Carbon Investment Fund”, destinata a finanziare progetti innovativi promossi dai dipendenti. Tra questi progetti vi è oggi in fase di piena implementazione l’utilizzo della tecnologia Digital Twin per la riprogettazione e l’efficentamento delle turbine a gas e delle proprie emissioni. In tal senso, è interessante anche la scelta di Enel Distribuzione, che per mettere in efficienza la propria rete di distribuzione energetica ha avviato nel 2020 la scansione laser di tutte le proprie infrastrutture e ne ha creato un Digital Twin che comprende già una mappatura di più di 1000 cabine secondarie e 70 cabine primarie.

A questi aspetti ed impieghi, già presenti e diffusi nelle imprese e nelle industrie del mondo, occorre però qui aggiungere un altro tipo di impiego delle Digital Twin, non legato all’efficentamento produttivo, alla riprogettazione dei prodotti oppure alla sostenibilità ambientale, quanto piuttosto alla possibile tutela della salute ed al miglioramento degli standard di sicurezza e di qualità del lavoro del personale impiegato nelle imprese. Da un recente studio tutto italiano promosso dall’INAIL, infatti, è emerso come i sistemi basati su Digital Twin possano essere anche impiegati per la creazione di strumenti di gestione e previsione del rischio, aiutando così le imprese ed i lavoratori a mettere in campo standard e misure di sicurezza più efficaci.

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