Digital twin: creare prodotti più intelligenti nei tempi previsti e nel rispetto del budget

In effetti, i problemi di progettazione riscontrati durante la messa in servizio sono spesso considerati semplicemente come un costo inevitabile, dato che i nuovi progetti sono fondamentali per il successo di molti.

Nell'industria della progettazione di macchine, tuttavia, alcune aziende stanno investendo più risorse nella progettazione iniziale, riducendo drasticamente il numero di problemi che incontreranno nelle fasi successive dello sviluppo.

Questa tecnica è una pratica collaudata nei settori aerospaziale e automobilistico, e le revisioni di diverse strategie di progettazione hanno dimostrato che anche un aumento del 5–10% iniziale può ridurre i costi in eccesso del 50–100%.

Dove vanno a finire gli investimenti aggiuntivi? Una tecnologia chiave che sta guadagnando terreno nell'industria della progettazione di macchine è l'uso dei digital twin – una rappresentazione virtuale basata su modelli del sistema fisico.

I digital twin possono aiutare a tenere conto della dinamica dell'intero sistema, in un unico ambiente di modellazione unificato, fornendo informazioni specifiche sulle interazioni tra i componenti.

Con queste informazioni a disposizione, gli ingegneri hanno a disposizione un nuovo strumento per individuare i problemi di progettazione, soprattutto quando i loro prodotti prevedono progetti nuovi e non testati.

Quando si lavora su un nuovo prodotto nella fase concettuale, i digital twin possono svolgere un ruolo enorme nel fornire agli ingegneri nuove capacità di lavorare con i progetti.

Per garantire un processo di messa in servizio senza intoppi, è possibile utilizzare un modello digital twin (a destra) per testare il codice PLC (a sinistra), un nuovo processo reso possibile dai comuni software di automazione.

Poiché i digital twin sono modelli a livello di sistema che forniscono rapidamente i risultati della simulazione, gli ingegneri possono testare facilmente gli scenari what-if ed esplorare i compromessi semplicemente cambiando i parametri di progettazione e vedendo i risultati in pochi minuti.

Se, ad esempio, un ingegnere stesse dimensionando un motore per una nuova macchina a ritorno rapido, il suo digital twin potrebbe fornire un quadro completo dei carichi dinamici a cui è sottoposto il motore, riducendo il rischio di guasti dei componenti dopo la consegna.

Oltre a una fase di sviluppo concettuale più sicura ed efficace, ci sono una vasta gamma di vantaggi che gli ingegneri possono implementare utilizzando la tecnologia digital twin:

• Messa in servizio virtuale: molto prima della prima costruzione, gli ingegneri possono prevedere i carichi a regime e transitori che gli attuatori dovranno affrontare durante i loro cicli di carico. Per garantire le prestazioni corrette, possono testare l'hardware PLC contro il digital twin utilizzando un comune software di automazione, o testare direttamente il codice PLC prima che venga scaricato sull'hardware, il tutto con il risultato di controlli accuratamente regolati in tutto il sistema.
• Diagnostica online: l'esecuzione del digital twin in parallelo con la macchina reale può fornire preziose informazioni su dove potrebbe sorgere un problema quando la risposta della macchina si discosta dal modello con l'invecchiamento.

• Sensori virtuali: poiché la risposta dinamica del digital twin è costruita su rigorose leggi fisiche, alcune proprietà interne calcolate possono essere sufficienti da utilizzare come input per il sistema di controllo, sia per sostituire temporaneamente un sensore difettoso fino a quando non può essere riparato, sia per eliminare del tutto l'uso di quel sensore.
• Manutenzione predittiva: con un digital twin, gli ingegneri possono valutare l'impatto del carico dinamico su cuscinetti, ingranaggi e motori, causato da cambiamenti nel ciclo di carico. Sottoporre un digital twin a un ciclo di carico proposto può aiutare a determinare i carichi su questi componenti e l'impatto sulla vita utile del componente.
• Strumento di vendita: al di fuori dell'ufficio di progettazione, il digital twin può essere utilizzato nel processo di vendita per qualificare le specifiche del cliente e fornire informazioni accurate specializzate per ogni cliente. Queste informazioni possono aiutare a convalidare le prestazioni e il funzionamento di una macchina date diverse condizioni di carico o di funzionamento, senza la necessità di una consulenza completa da parte dell'ingegnere.

Come qualsiasi settore che affronta una forte concorrenza, il mondo della progettazione di macchine sta aumentando la sua capacità di creare macchine avanzate che funzionano senza problemi.

Con l'avvento di nuovi prodotti che spingono al limite le attuali pratiche ingegneristiche, sono necessari nuovi strumenti per supportare gli ingegneri quando le loro intuizioni e competenze attuali vengono messe a dura prova.

Un digital twin è uno di questi nuovi strumenti e, con la loro adozione sempre più diffusa, possiamo aspettarci di vedere nuovi prodotti che spingono i limiti di ciò che è possibile nell'industria dell'automazione.