I gemelli digitali hanno il potenziale per trasformare il modo in cui i prodotti sono progettati, costruiti e gestiti per migliorare la sostenibilità e la redditività. Ma la maggior parte dei progetti di gemello digitale fino ad oggi si sono concentrati su un caso d’uso specifico. Gli standard emergenti dei gemelli digitali promettono di aiutare a collegare i punti tra i singoli gemelli digitali per abilitare i sistemi di sistemi.
Diversi standard sono in fase di sviluppo da parte dell’International Standards Organization (ISO), dell’Industrial Digital Twins Association (IDTA) e del Digital Twins Consortium (DTC), creando alcune sfide per l’unificazione dei gemelli digitali nei sistemi. Al Digital Twin Summit, gli esperti di ogni organizzazione hanno valutato dove sono oggi questi standard e cosa ci aspetta.
Irene Petrick, direttore senior dell’innovazione industriale di Intel, ha affermato che le persone tendono a pensare ai gemelli digitali come a costrutti monolitici.
“Invece, dobbiamo davvero pensare ai gemelli digitali come ancorati da un punto di vista”, ha detto Petrick.
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Sistema di sistemi gemelli digitali
Ciò di cui un gemello digitale ha bisogno e il modo in cui aggiunge valore sono percepiti in modo diverso se considerati a livello di macchina, cella di produzione in fabbrica, ingegneria e design o livello di leadership, ha spiegato Petrick. Una più ampia adozione di standard potrebbe supportare l’interoperabilità necessaria per abilitare questo approccio basato sul sistema dei sistemi.
Sameer Kher, direttore senior dello sviluppo prodotto di Ansys, che fa anche parte del comitato direttivo del DTC, ha sottolineato che un impianto di produzione è generalmente costituito da vari tipi di apparecchiature. Ciascuno di questi elementi è, a sua volta, composto da sistemi ingegneristici come bracci robotici, azionamenti motore e software. Gli standard sono essenziali affinché tutte queste cose funzionino insieme nel mondo reale e nel mondo virtuale.
Il DTC affronta questo problema sviluppando una raccolta di software open source per implementare le migliori pratiche e supportare la collaborazione open source.
Abilitazione di diversi tipi di domande
Ad esempio, Boeing è stato un grande sostenitore degli standard dei gemelli digitali e ha lavorato con vari gruppi per evolvere gli standard dal mondo fisico a quello digitale.
Kenneth Swope, senior manager degli standard di interoperabilità aziendale di Boeing, ha affermato che: “Storicamente, questi [standards] tutti erano rispetto a cose come processi, proprietà e caratteristiche delle cose fisiche. E continuano ad esserlo, ma in aggiunta ora riguardano anche i dati”.
Il suo team sta cercando di migliorare l’utilizzo e lo scambio di dati tra i gruppi coinvolti nell’ingegneria, nella produzione, nella catena di fornitura, nel servizio e nel supporto. Le squadre si scambiano dati da un po’.
“Ma la cosa davvero interessante dei gemelli digitali è l’opportunità di porre diversi tipi di domande, di risolvere davvero problemi aziendali secolari su come posso rendere il mio prodotto più sicuro, come posso realizzare il mio prodotto con una qualità superiore e come posso farlo rendere il mio prodotto più efficiente”, ha affermato Swope.
Boeing ha lavorato allo standard ISO-23247 per mostrare come i gemelli digitali potrebbero aiutare a ottimizzare la progettazione e l’assemblaggio di elementi di fissaggio in un’ala di un jet. L’uso di gemelli digitali insieme alla strumentazione nel processo di produzione ha aiutato a identificare le opportunità per ridurre le dimensioni e il numero di elementi di fissaggio, riducendo di centinaia di chili il peso di un’ala rispetto a un approccio tradizionale.
I thread digitali promettono di collegare i punti gemelli digitali
Gordon (Guodong) Shao è uno scienziato informatico nel gruppo di ingegneria del ciclo di vita presso il National Institute for Standards and Technology (NIST). Ha aiutato a coordinare gli sforzi sullo standard ISO-23247 e ha sviluppato le migliori pratiche come parte di un banco di prova di produzione del NIST. Ha anche scritto un’analisi approfondita di vari casi d’uso della tecnologia.
Shao ha osservato che i gemelli digitali richiedono l’interazione di componenti per la raccolta, l’elaborazione, la comunicazione, la modellazione, l’analisi, la simulazione e il controllo dei dati. Alcuni di questi possono essere distribuiti, quindi c’è una sfida significativa per integrare perfettamente questi vari pezzi a causa di ciò.
“Dobbiamo adottare un approccio di sistema di sistemi per caratterizzare e gestire questi sottosistemi per garantire l’interoperabilità interdisciplinare e mantenere la credibilità dei gemelli digitali”, ha affermato Shao.
ISO-23247 fornisce un framework di sviluppo di gemello digitale generico per aiutare i produttori a scegliere gli elementi costitutivi per le implementazioni di gemello digitale. Può aiutarli ad analizzare i requisiti del progetto del gemello digitale e utilizzare una terminologia comune quando comunicano con fornitori, partner e clienti.
Una caratteristica fondamentale di questo nuovo standard è il supporto per i thread digitali che collegano i punti tra i dati provenienti da diverse parti del ciclo di vita di un prodotto. I thread digitali aiuteranno a ottimizzare i processi a livello aziendale che sono maggiori dell’ottimizzazione locale disponibile con i digital twin isolati.
Un approccio al ciclo di vita
I gemelli digitali oggi sono per lo più guidati dalle applicazioni.
“Ma ciò di cui abbiamo veramente bisogno è il gemello digitale interoperabile in modo da poter realizzare l’interoperabilità tra questi diversi gemelli digitali”, ha affermato Christian Mosch, direttore generale di IDTA.
Lo standard IDTA Asset Administration Shell fornisce un framework per la condivisione dei dati attraverso le diverse fasi del ciclo di vita come pianificazione, sviluppo, costruzione, messa in servizio, funzionamento e riciclaggio alla fine del ciclo di vita.
Fornisce un modo di pensare a risorse come un braccio robotico e all’amministrazione dei diversi dati e documenti che lo descrivono nelle varie fasi del ciclo di vita. La shell fornisce un contenitore per archiviare in modo coerente diversi tipi di informazioni e documentazione. Ad esempio, il braccio robotico potrebbe includere dati ingegneristici come disegni geometrici 3D, proprietà di progettazione e risultati di simulazione. Può anche includere documentazione come dichiarazioni di conformità e certificazioni di prova.
Asset Administration Shell porta anche i dati dalla tecnologia operativa utilizzata per gestire le apparecchiature in officina nel regno IT per rappresentare i dati durante l’intero ciclo di vita. Ad esempio, il braccio robotico genera un flusso di dati operativi una volta raggiunto l’officina che viene raccolto utilizzando standard come OPC UA. I team possono anche creare processi che utilizzano questo robot utilizzando le specifiche scritte in Automation ML.
Gli standard dei gemelli digitali sono ancora giovani. Lo standard ISO-23247 è stato finalizzato solo lo scorso ottobre. Ma i relatori si aspettano che un’adozione diffusa possa svolgere un ruolo cruciale nella trasformazione digitale per le industrie fisiche.
“Se si pensa agli standard, sia dall’approccio ai sistemi di sistema che dall’approccio del ciclo di vita e si utilizza il thread digitale, è possibile risparmiare molto sullo scambio di informazioni, riutilizzare le informazioni ed evitare sforzi personalizzati”, ha affermato Shao.
