Che cosa è il gemello digitale?

Che cos'è un gemello digitale?

Secondo la definizione classica, un gemello digitale è "un modello virtuale progettato per riflettere in modo preciso un oggetto fisico". - IBM[KVK4] In un processo di produzione discreto o continuo, un gemello digitale raccoglie i dati di stato del sistema e dei processi con l'aiuto di vari sensori IoT (dati di tecnologia operativa, OT) e dati aziendali (tecnologia informatica, IT). Questi dati creano un modello virtuale che viene poi utilizzato per eseguire simulazioni, studiare problemi di prestazioni e generare informazioni.

Il concetto di gemello digitale non è nuovo. La prima applicazione attestata risale infatti a oltre venticinque anni fa, durante la costruzione dei cassoni di fondazione per le strutture del London Heathrow Express, quando un gemello digitale venne usato per monitorare e prevedere i risultati dell'iniezione di sostanze consolidanti nei fori di fondazione. Negli anni successivi a questa prima applicazione l'edge computing, l'AI, la connettività dei dati, la connettività 5G e i progressi nell'Internet delle cose (IoT) hanno reso i gemelli digitali economicamente vantaggiosi e uno strumento imprescindibile per le aziende data-driven.

I gemelli digitali sono ormai così radicati nel settore manifatturiero che si prevede che il mercato globale di settore raggiungerà i 48 miliardi di dollari nel 2026. Questa cifra è in crescita rispetto ai 3,1 miliardi di dollari del 2020 con un CAGR del 58%, sull'onda dell'Industria 4.0.

I settori manifatturieri sono oggi chiamati a snellire e ottimizzare tutti i processi della loro catena di valore, dallo sviluppo e progettazione del prodotto, all'ottimizzazione delle operazioni e della supply chain, fino alla raccolta del feedback dei clienti, per adeguarsi e rispondere tempestivamente al rapido aumento delle richieste. La categoria dei gemelli digitali è ampia e risponde a una moltitudine di sfide nell'ambito della produzione, della logistica e dei trasporti.

Ecco alcune delle problematiche più comuni che i settori industriali stanno affrontando con l'uso dei gemelli digitali:

• Aumento della complessità nella progettazione dei prodotti, con conseguente incremento dei costi e allungamento dei tempi di sviluppo.
• Supply chain opaca.
• Linee di produzione non ottimizzate, con variazioni nelle prestazioni, difetti sconosciuti e proiezione dei costi incerta.
• Insoddisfacente gestione della qualità; eccessivo affidamento sulla teoria, gestione affidata ai singoli reparti.
• Costi di manutenzione reattiva troppo elevati con tempi di inattività eccessivi o interruzione dei processi.
• Collaborazione insoddisfacente tra i reparti.
• Invisibilità della domanda dei clienti per la raccolta di feedback in tempo reale.

Perché è importante?

L'Industria 4.0 e le conseguenti iniziative di Intelligent Supply Chain hanno notevolmente migliorato l'attività operativa delle aziende e contribuito alla costruzione di catene di fornitura più agili, ma queste iniziative avrebbero avuto costi proibitivi senza la tecnologia del gemello digitale. Immagina quanto costerebbe modificare le condizioni dei processi dell'unità di distillazione del greggio di una raffineria di petrolio per migliorare la produzione di diesel una settimana e di benzina la settimana successiva, così da far fronte alle variazioni della domanda e assicurare il massimo valore economico! Come si potrebbe replicare una supply chain, anche semplice, per modellare il rischio? È finanziariamente e fisicamente impossibile costruire un gemello fisico di una supply chain.

Vediamo ora i vantaggi che i gemelli digitali offrono al settore manifatturiero:

• La progettazione e lo sviluppo del prodotto vengono eseguiti a un costo inferiore e in tempi più brevi perché le simulazioni iterative, utilizzando vincoli multipli, consentono di ottenere il progetto migliore o più ottimizzato. Ad esempio, tutti gli aeromobili commerciali sono progettati utilizzando i gemelli digitali.
• I gemelli digitali forniscono informazioni precise su quanto durerà l'inventario, quando rifornirlo e come minimizzare le interruzioni della catena di fornitura. Il settore petrolifero e del gas utilizza gemelli digitali orientati alla supply chain per ridurre i colli di bottiglia nello stoccaggio e nella consegna midstream, programmare lo scarico delle petroliere e modellare la domanda tenendo conto dei fattori esterni.
• Controlli continui sulla qualità degli articoli prodotti con feedback generati da ML/AI assicurano preventivamente una migliore qualità del prodotto. Nel settore automobilistico, l'ispezione della verniciatura finale viene eseguita con la visione computerizzata basata sulla tecnologia del gemello digitale.
• Questo sistema fornisce inoltre feedback in tempo reale per capire quando è il momento giusto per sostituire un componente: né troppo tardi, per evitare cali di prestazioni o rotture, né troppo presto, per sfruttare al meglio la durata dei componenti. I gemelli digitali sono la base su cui costruire una suite di gestione delle prestazioni degli asset.
• I gemelli digitali permettono di sincronizzare le attività di più reparti, fornendo in modo modulare le istruzioni necessarie per raggiungere la produttività richiesta. Sono la spina dorsale degli eventi Kaizen che ottimizzano il flusso del processo produttivo.
• I cicli di feedback dei clienti possono essere modellati attraverso input, dal comportamento nel punto vendita, alle preferenze di acquisto o alle prestazioni del prodotto, e quindi integrati nel processo di sviluppo del prodotto, formando un ciclo chiuso che ha come risultato un miglioramento del design.

Quali sono le capacità differenziate di Databricks?

• Il lakehouse di Databricks utilizza tecnologie che includono Delta, DLT, Autoloader e Photon per consentire ai clienti di utilizzare i dati a supporto di decisioni in tempo reale.
• Il lakehouse per MFG supporta anche i job sui dati più grandi a intervalli quasi in tempo reale. I nostri clienti caricano nel lakehouse quasi 400 milioni di eventi al giorno dai log delle transazioni a intervalli di 15 secondi. A causa dell'interruzione delle attività di reporting e analisi che si verifica durante l'elaborazione dei dati, la maggior parte dei clienti del settore retail carica i dati nel proprio data warehouse durante un batch notturno. Alcune aziende caricano i dati addirittura con cadenza settimanale o mensile.
• Un'architettura lakehouse event-driven fornisce un metodo più semplice per l'inserimento e l'elaborazione di dati batch e streaming rispetto agli approcci legacy, come le architetture Lambda. Questa architettura gestisce l'acquisizione dei dati di modifica e garantisce la conformità ACID delle transazioni.
• DLT semplifica la creazione di pipeline di dati e integra automaticamente la derivazione dei dati per agevolare la gestione continua.
• Il lakehouse consente di inserire i dati in tempo reale e di eseguire analisi sui flussi di dati. Con i data warehouse, è necessario estrarre, trasformare, caricare ed estrarre nuovamente i dati dal warehouse prima di poter eseguire qualsiasi analisi.
• Photon offre prestazioni di query ineguagliabili, consentendo agli utenti di interrogare anche i set di dati più grandi per prendere decisioni informate in tempo reale negli strumenti di BI.

Risorse aggiuntive

• Quattro forze che guidano la manifattura intelligente
• Manufacturing Leaders Forum
• Soluzioni Databricks per la produzione