20 applicazioni/casi d'uso del Digital Twin per settore
Con la crescente diffusione della virtualizzazione in diversi settori, le soluzioni di digital twin stanno guadagnando terreno. Si prevede che il mercato globale dei digital twin raggiungerà i 74 miliardi di dollari entro il 2027, e la proliferazione della tecnologia IoT sta accelerando questa crescita. 1
Scopri 20 casi d'uso del gemello digitale:
Applicazioni del gemello digitale
Catena di fornitura
I gemelli digitali sono sempre più utilizzati nel settore della catena di approvvigionamento e della logistica per migliorare l'efficienza, ridurre i costi e ottimizzare il processo decisionale.
1. Gemello digitale della confezione del prodotto
I gemelli digitali permettono alle aziende di creare modelli virtuali dei materiali di imballaggio e di testarli prima della produzione effettiva. Questo aiuta a identificare tempestivamente gli errori, a valutare la fattibilità dei materiali e a ridurre gli sprechi.
2. Protezione della spedizione
Le aziende di logistica possono simulare diverse condizioni di spedizione utilizzando i gemelli digitali. Questo aiuta a prevedere come si comporta l'imballaggio sotto stress e a migliorare la sicurezza del prodotto durante il trasporto.
3. Progettazione del magazzino e prestazioni operative
I gemelli digitali consentono di testare layout e flussi di lavoro di magazzino in un ambiente virtuale. Le aziende possono identificare i colli di bottiglia, ottimizzare lo spazio e migliorare l'efficienza operativa complessiva prima di implementare modifiche fisiche.
4. Pianificazione della rete logistica
Un gemello digitale delle reti di trasporto integra informazioni su traffico, condizioni stradali e lavori in corso. Le aziende possono utilizzare questi dati per pianificare i percorsi di distribuzione, scegliere le posizioni per lo stoccaggio delle merci e migliorare l'affidabilità delle consegne.
Costruzione
5. Monitoraggio delle prestazioni degli edifici
Le imprese di costruzione utilizzano i gemelli digitali per monitorare le prestazioni degli edifici in tempo reale e ottimizzare l'efficienza energetica. I dati raccolti da un gemello digitale possono essere utilizzati per la pianificazione e la progettazione di edifici futuri.
Assistenza sanitaria
Secondo alcune fonti, il 66% dei dirigenti del settore sanitario prevede un aumento degli investimenti nei gemelli digitali nei prossimi tre anni. 2 I gemelli digitali possono aiutare gli operatori sanitari a virtualizzare l'esperienza sanitaria per ottimizzare l'assistenza al paziente, i costi e le prestazioni.
6. Gemello digitale di una struttura sanitaria
La tecnologia del gemello digitale può essere utilizzata per generare un gemello virtuale di un ospedale al fine di esaminare strategie operative, capacità, personale e modelli di assistenza per identificare aree di miglioramento, prevedere sfide future e ottimizzare le strategie organizzative. Pertanto, i gemelli digitali degli ospedali possono essere utilizzati per generare repliche delle strutture, e questo a sua volta consente di:
- Ottimizzazione delle risorse : sfruttando i dati storici e in tempo reale relativi alle operazioni ospedaliere e all'ambiente circostante (ad esempio, casi di COVID-19, incidenti stradali, ecc.) per creare gemelli digitali, la direzione ospedaliera può individuare carenze di posti letto, ottimizzare i turni del personale e agevolare la gestione delle stanze. Tali informazioni aumentano l'efficienza delle risorse e ottimizzano le prestazioni dell'ospedale e del personale, riducendo al contempo i costi.
- Ad esempio, uno studio di revisione ha dimostrato che l'utilizzo di gemelli digitali per gestire il coordinamento fluido di diversi processi ha permesso a un ospedale di ridurre il tempo di trattamento dei pazienti colpiti da ictus. 3
- Gestione del rischio: i gemelli digitali forniscono un ambiente sicuro per testare le modifiche alle prestazioni del sistema (numero di personale, disponibilità di sale operatorie, manutenzione delle apparecchiature, ecc.), consentendo l'implementazione di decisioni strategiche basate sui dati in un ambiente complesso e delicato.
7. Gemello digitale del corpo umano
I gemelli digitali vengono utilizzati anche per modellare organi e singole cellule o il patrimonio genetico, le caratteristiche fisiologiche e le abitudini di vita di un individuo, al fine di creare medicina e piani di trattamento personalizzati. Queste repliche dei sistemi interni del corpo umano migliorano l'assistenza medica e il trattamento del paziente attraverso:
- Diagnosi personalizzata :
- I gemelli digitali consentono la raccolta e l'utilizzo di dati vitali (ad esempio pressione sanguigna, livelli di ossigeno, ecc.) a livello individuale, aiutando le persone a monitorare le patologie croniche e, di conseguenza, a definire le proprie priorità e interazioni con i medici, fornendo informazioni di base. Tali dati personalizzati costituiscono quindi la base per studi clinici e ricerche di laboratorio.
- Concentrandosi su ogni singolo individuo, i medici non derivano i trattamenti da ampi campioni. Piuttosto, si affidano a simulazioni personalizzate per monitorare le reazioni di ciascun paziente ai diversi trattamenti, il che aumenta la precisione del piano terapeutico complessivo. Nonostante l'interesse e i crescenti sforzi per la medicina personalizzata, non esistono applicazioni di gemelli digitali per pazienti reali. Uno dei centri specializzati in medicina personalizzata è l'Università di Linköping in Svezia, che ha mappato l'RNA dei topi in un gemello digitale per prevedere gli effetti dei farmaci. 4
- Pianificazione del trattamento: grazie alla modellazione avanzata del corpo umano, i medici possono individuare le patologie prima che i disturbi si manifestino, sperimentare nuove terapie e migliorare la preparazione agli interventi chirurgici.
8. Gemelli digitali per la medicina e lo sviluppo di dispositivi medici
Il digital twin in ambito sanitario può migliorare la progettazione, lo sviluppo, la sperimentazione e il monitoraggio di nuovi farmaci e dispositivi medici. Ad esempio:
- Farmaci: i gemelli digitali di farmaci e sostanze chimiche consentono agli scienziati di modificare o riprogettare i farmaci tenendo conto delle dimensioni delle particelle e delle caratteristiche di composizione, al fine di migliorarne l'efficacia di somministrazione.
- Dispositivi: Un gemello digitale di un dispositivo medico consente agli sviluppatori di testare le caratteristiche o gli usi di un dispositivo, apportare modifiche al design o ai materiali e verificare il successo o il fallimento delle modifiche in un ambiente virtuale prima della produzione. Ciò riduce significativamente i costi derivanti da eventuali guasti e migliora le prestazioni e la sicurezza del prodotto finale.
Produzione
I gemelli digitali sono ampiamente utilizzati nel settore manifatturiero. La produzione si basa su attrezzature costose che generano un elevato volume di dati, facilitando così la creazione di gemelli digitali. Per questo motivo, la tecnologia dei gemelli digitali è diventata uno degli strumenti essenziali per la pianificazione della produzione.
Le applicazioni del digital twin nel settore manifatturiero sono le seguenti:
9. Sviluppo del prodotto
I gemelli digitali possono aiutare gli ingegneri a testare la fattibilità dei prodotti futuri prima del lancio. In base ai risultati dei test, gli ingegneri possono avviare la produzione o concentrarsi sulla creazione di un prodotto effettivamente realizzabile.
10. Personalizzazione del design
Grazie ai gemelli digitali, le aziende possono progettare diverse varianti del prodotto, in modo da poter offrire prodotti e servizi personalizzati ai propri clienti.
11. Miglioramento delle prestazioni in officina
Un gemello digitale può essere utilizzato per monitorare e analizzare i prodotti finali e aiutare gli ingegneri a individuare i prodotti difettosi o con prestazioni inferiori a quelle previste.
12. Manutenzione predittiva
I produttori sfruttano i gemelli digitali per prevedere i potenziali tempi di inattività delle macchine, in modo che le aziende possano ridurre al minimo le attività di manutenzione che non aggiungono valore e migliorare l'efficienza complessiva delle macchine, poiché i tecnici possono intervenire prima che si verifichi un guasto.
Tuttavia, l'utilizzo di gemelli digitali per attività di manutenzione predittiva non è scalabile in quanto si tratta di repliche virtuali specifiche per ogni macchina e richiede competenze specialistiche in data science, con costi elevati, per la creazione e la manutenzione dei gemelli.
Per maggiori informazioni sulle applicazioni dei gemelli digitali nel settore manifatturiero, consultate il nostro articolo sull'IA applicata alla produzione, dove spieghiamo nel dettaglio ciascuna applicazione.
13. Ottimizzazione della fabbrica intelligente
Le fabbriche intelligenti utilizzano ambienti ricchi di sensori e flussi di lavoro basati su sensori per creare rappresentazioni digitali in tempo reale di intere linee di produzione. Questo approccio consente simulazioni e cicli di controllo basati sull'intelligenza artificiale per attività come la previsione logistica, la pianificazione dei percorsi dei robot, l'ispezione dei difetti e la manutenzione preventiva, il tutto basato sulle effettive condizioni attuali dell'officina.
Ad esempio, Siemens e NVIDIA hanno collaborato per potenziare le fabbriche intelligenti, consentendo la creazione di gemelli digitali in tempo reale delle linee di produzione. La loro soluzione utilizza server RTX Pro basati su architettura Grace Blackwell, progettati per ambienti industriali, per eseguire modelli di intelligenza artificiale fino a 25 volte più velocemente. Questo aiuta i produttori a migliorare la robotica, il controllo qualità e la manutenzione predittiva. 5
Aerospaziale
14. Previsione dei problemi critici
Prima dei gemelli digitali, nell'ingegneria aerospaziale si utilizzavano i gemelli fisici. Un esempio è il programma Apollo 13 negli anni '70, in cui gli scienziati della NASA sulla Terra potevano simulare le condizioni della navicella e trovare soluzioni quando si presentavano problemi critici. Successivamente, nel 2002, il concetto di gemello digitale fu introdotto da John Vickers della NASA.
Grazie ai gemelli digitali, gli ingegneri possono utilizzare l'analisi predittiva per prevedere eventuali problemi futuri relativi alla cellula, al motore o ad altri componenti, garantendo così la sicurezza delle persone a bordo.
Automobilistico
Lo sviluppo di nuove automobili avviene per lo più in un ambiente virtuale. I gemelli digitali vengono utilizzati nell'industria automobilistica per creare il modello virtuale di un veicolo connesso. Le case automobilistiche utilizzano questa tecnologia per progettare il prodotto automobilistico ideale ancor prima dell'inizio della produzione. Simulano e analizzano la fase di produzione e i problemi che potrebbero verificarsi una volta che il veicolo sarà in circolazione.
15. Sviluppo di auto a guida autonoma
Sebbene le pratiche dei gemelli digitali possano essere utilizzate nell'industria automobilistica tradizionale, risultano particolarmente utili per le aziende che sviluppano veicoli a guida autonoma . Le auto a guida autonoma, infatti, sono dotate di numerosi sensori che raccolgono dati relativi al veicolo stesso e all'ambiente circostante.
A causa delle questioni di responsabilità, la creazione di un gemello digitale di un veicolo autonomo e la sua successiva verifica possono contribuire a identificare e minimizzare danni e lesioni imprevisti. Nel settore automobilistico, i gemelli digitali semplificano i test e supportano la manutenzione predittiva.
Per approfondire le applicazioni dei gemelli digitali nel settore manifatturiero, vi invitiamo a guardare il video del Dott. Norbert Gaus, responsabile Ricerca e Sviluppo in Automazione e Digitalizzazione presso Siemens. Nel video, spiega come i gemelli digitali contribuiscono a ottimizzare il processo produttivo nel mondo reale, fornendo anche alcuni esempi.
Vedere al dettaglio
16. Modellazione e simulazioni dei clienti
I rivenditori possono creare gemelli digitali dei profili dei clienti per migliorare l'esperienza offerta. Ad esempio, possono suggerire ai clienti i capi di abbigliamento più adatti alle loro esigenze, basandosi sui loro modelli di gemelli digitali.
Oggi le aziende utilizzano i gemelli digitali in vari modi, dallo sviluppo del prodotto al miglioramento delle prestazioni operative. Le previsioni di mercato suggeriscono che le tecnologie dei gemelli digitali raggiungeranno i 273 miliardi di dollari entro il 2033, con un tasso di crescita annuo composto (CAGR) superiore al 34%. 6 Con la proliferazione dei dispositivi IoT, la creazione di repliche digitali in tempo reale di risorse e operazioni è diventata più semplice.
Architettura
In architettura, i gemelli digitali aiutano i team a rivedere e perfezionare i progetti prima dell'inizio della costruzione. I tradizionali disegni 2D e i modelli 3D statici rendono difficile la condivisione delle intenzioni progettuali. I dettagli possono sfuggire e il feedback spesso arriva in ritardo. I gemelli digitali creano un ambiente condiviso e in tempo reale in cui architetti, clienti e appaltatori possono collaborare in modo più efficace.
17. Revisione del progetto
Gli architetti possono inserire i modelli di progetto in ambienti di realtà aumentata e realtà virtuale. Ciò consente alle parti interessate di visitare virtualmente un edificio, esaminarne i dettagli e fornire feedback in tempo reale.
18. Visualizzazione del progetto
I gemelli digitali semplificano la verifica di diverse opzioni di progettazione. I team possono individuare i problemi di progettazione in anticipo e modificare i piani più rapidamente, riducendo le rilavorazioni successive.
19. AR in loco
Nei cantieri edili, i modelli digitali possono essere sovrapposti in scala reale utilizzando la realtà aumentata (AR). Ciò contribuisce a comunicare in modo chiaro le intenzioni progettuali e a ridurre i malintesi durante la fase di esecuzione.
20. Supporto del ciclo di vita
I gemelli digitali possono continuare ad apportare valore anche dopo la costruzione. Nei progetti residenziali, aiutano i proprietari di casa a comprendere i sistemi dell'edificio, a gestire la manutenzione e a monitorare le garanzie nel tempo. Questo approccio si riflette in piattaforme come Digs, che utilizzano gemelli digitali basati sull'intelligenza artificiale per supportare la collaborazione durante la fase di pre-costruzione e per aiutare i proprietari di casa a gestire la manutenzione e le garanzie dopo il completamento dell'edificio. 7
Che cos'è un gemello digitale?
Un gemello digitale replica sistemi o oggetti del mondo reale in un ambiente digitale per scopi di monitoraggio o simulazione. Uno degli utilizzi principali dei gemelli digitali è quello di consentire simulazioni economiche e scalabili in ambienti complessi.
La tecnologia del gemello digitale utilizza sensori IoT, file di registro e altre informazioni rilevanti per raccogliere dati del mondo reale e modellare con precisione le risorse del mondo reale. Questi modelli vengono poi combinati con strumenti di analisi basati sull'intelligenza artificiale in un ambiente virtuale.
3 tipi di gemelli digitali
Esistono tre tipologie principali di gemelli digitali:
- Gemelli di prodotto: il prototipo digitale di un oggetto fisico consente di simulare scenari di test per prevedere potenziali problemi e ottimizzare la qualità del prodotto.
- Gemelli di processo: i gemelli digitali di processo, noti anche come gemelli digitali di un'organizzazione (DTO), possono aiutare a progettare, pianificare e migliorare i processi per ottenere i migliori risultati.
- Gemelli di sistema: repliche virtuali dei sistemi che acquisiscono informazioni generate dai sistemi stessi per gestirli e ottimizzarli.
Perché i gemelli digitali sono importanti oggi?
I gemelli digitali possono migliorare i processi decisionali basati sui dati delle aziende, poiché si avvalgono di dati in tempo reale e storici per simulare, diagnosticare e prevedere. Le aziende applicano la tecnologia dei gemelli digitali per monitorare le condizioni degli asset e adattare i sistemi per ottenere prestazioni ottimali.
Secondo un sondaggio, le organizzazioni che implementano l'IoT utilizzano già i gemelli digitali (13%) o prevedono di utilizzarli entro un anno (62%). 8 I gemelli digitali sono utili per lo sviluppo di città intelligenti, spazi urbani e oggetti autonomi (AUT) .
In uno studio di revisione, i ricercatori hanno raccolto pubblicazioni accademiche contenenti la parola chiave "digital twin" per un periodo di 5 anni. Tra questi articoli accademici, i principali casi d'uso del digital twin sono stati individuati negli spazi urbani e nelle città intelligenti.
Come funziona un gemello digitale?
Questi asset digitali possono essere creati anche prima che un asset venga costruito fisicamente. Indipendentemente da quando viene creato, il processo di creazione di un gemello virtuale prevede dei passaggi fondamentali:
- Ricerca l'oggetto fisico o il sistema che verrà imitato
- Integra i sensori nelle risorse fisiche o monitora i file di registro e altre fonti per raccogliere i dati dei sensori
- Tutte queste informazioni raccolte vengono integrate nel modello virtuale tramite algoritmi di intelligenza artificiale.
- Applicando l'analisi a questi modelli, gli scienziati dei dati e gli ingegneri ottengono informazioni rilevanti riguardanti l'asset fisico.
Questi passaggi fondamentali necessari per creare simulazioni di gemelli digitali includono tecnologie chiave che costituiscono le componenti della quarta rivoluzione industriale.
Quali sono i vantaggi dei gemelli digitali?
Una tendenza in crescita prevede l'utilizzo di gemelli digitali per replicare intere organizzazioni e simulare i risultati aziendali:
- Riduzione dei costi di manutenzione grazie alla manutenzione predittiva: i gemelli digitali consentono alle aziende di comprendere le potenziali cause di guasto, in modo da ridurre al minimo le attività di manutenzione che non aggiungono valore.
- Aumento della produttività: Gartner prevede che le aziende industriali potrebbero registrare un miglioramento del 10% nell'efficacia grazie ai gemelli digitali. Ciò è dovuto alla riduzione dei tempi di inattività grazie alla manutenzione predittiva e al miglioramento delle prestazioni tramite l'ottimizzazione.
- Tempi di produzione più rapidi: secondo IDC, le aziende che investono nella tecnologia del digital twin registreranno un miglioramento del 30% nei tempi di ciclo dei processi critici, comprese le linee di produzione.
Il gemello digitale di un'organizzazione (DTO) amplia la portata tradizionale replicando i sistemi aziendali a livello globale. I vantaggi in questo ambito includono:
- Migliori risultati aziendali: i gemelli digitali consentono alle aziende di essere più resilienti agli shock grazie alle rappresentazioni virtuali, il che può tradursi in relazioni più durature con i clienti e in una maggiore redditività.
- Maggiore soddisfazione del cliente: un gemello digitale consente agli utenti di acquisire una comprensione più approfondita dei propri servizi, delle potenziali interruzioni e delle esigenze dei clienti. Di conseguenza, le aziende possono offrire servizi migliori e più coerenti, migliorando in definitiva l'esperienza del cliente.
Dati in tempo reale e intelligenza artificiale nei gemelli digitali
Entro il 2026, i gemelli digitali diventeranno più dinamici. Non saranno più modelli statici, ma si aggiorneranno continuamente utilizzando dati in tempo reale e intelligenza artificiale.
Integrazione dei dati in tempo reale
I gemelli digitali si basano su dati in tempo reale provenienti da sensori, macchine e sistemi software. Questi dati mantengono il modello digitale allineato con l'asset fisico. Reti più veloci, come il 5G, riducono i ritardi. Ciò consente il monitoraggio e il controllo quasi in tempo reale in settori come la produzione e i sistemi energetici.
analisi basata sull'intelligenza artificiale
L'intelligenza artificiale aiuta i gemelli digitali a passare dal monitoraggio alla previsione e al supporto decisionale.
I modelli predittivi individuano i primi segnali di guasto o problemi di prestazioni.
I modelli generativi simulano possibili stati futuri e opzioni di progettazione.
Le configurazioni multi-agente consentono ai gemelli digitali di agire in modo indipendente e di coordinarsi con altri sistemi, pur mantenendo il controllo umano per le decisioni critiche.
Ecosistemi e interoperabilità
I gemelli digitali operano sempre più spesso all'interno di ecosistemi condivisi. I framework di settore supportano modelli di dati, interfacce e regole di sicurezza comuni. Ciò semplifica la connessione dei gemelli digitali tra strumenti, fornitori e domini diversi, riducendo la frammentazione dei sistemi.
Quali sono i principali strumenti per la creazione di gemelli digitali?
Questo è un elenco di fornitori di gemelli digitali, esclusi i fornitori di gemelli digitali di un'organizzazione.
- Akselos
- Ansys Twin Builder
- Autodesk Digital Twin
- Suite IoT Bosch
- Elementi di contatto per l'IoT
- Flutura Decision Science
- IoTify
- Oracle Cloud per il monitoraggio della produzione IoT
- Predice
- ScaleOut Digital Twin Builder
- Seebo
- Consulente operativo ThingWorx.
Conclusione
I gemelli digitali si sono rivelati utili per replicare, monitorare e ottimizzare virtualmente i sistemi del mondo reale. Dalle fabbriche e città intelligenti alla sanità e all'energia, questi casi d'uso dimostrano come i gemelli digitali possano guidare decisioni basate sui dati e migliorare le prestazioni.
Il loro successo, tuttavia, si basa su modelli accurati, integrazione di dati in tempo reale e la giusta combinazione di tecnologie di intelligenza artificiale. Con la crescente adozione dei gemelli digitali, il loro valore dipenderà da obiettivi chiari, una progettazione solida e l'integrazione in strategie digitali più ampie.
FAQ
L'intelligenza artificiale (IA) e i gemelli digitali si supportano a vicenda.
I gemelli digitali forniscono ambienti simulati sicuri in cui i modelli di intelligenza artificiale possono essere addestrati e testati. Questi ambienti generano dati senza influenzare i sistemi reali. Gli ingegneri possono testare le idee e scegliere i modelli che offrono le prestazioni migliori prima di utilizzarli nel mondo reale.
L'intelligenza artificiale potenzia anche i gemelli digitali. Aiuta a elaborare grandi flussi di dati e a prevedere i comportamenti futuri. Grazie all'IA, i gemelli digitali possono prevedere i guasti, supportare la pianificazione della manutenzione e confrontare rapidamente le diverse opzioni di progettazione.
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