Ottimizzazione dei processi industriali tramite simulazione digitale e gemelli virtuali

Area di applicazione: Automazione industriale e simulazione dei processi
Settore industriale: Manifatturiero e intralogistica

I progetti legati all'automazione industriale incontrano frequentemente ostacoli significativi nelle fasi precedenti alla messa in servizio. La causa principale di tali criticità risiede nelle carenze comunicative tra i diversi dipartimenti ingegneristici, le quali si riflettono in documentazioni tecniche vaghe o non complete.

Nello specifico, si riscontrano problemi ricorrenti legati alla definizione dei segnali di input/output (I/O) e delle interfacce di comunicazione, come nei casi in cui insorgano conflitti tra i protocolli EtherCAT e Profinet, oppure quando l'omissione di un singolo sensore comprometta la raccolta dei dati necessari per i sistemi di sicurezza. Tali incomprensioni progettuali generano ritardi significativi, frustrazione operativa e un incremento imprevisto dei costi complessivi di sviluppo.

Obiettivi di miglioramento dell'efficienza e della sicurezza
L'introduzione della tecnologia mira a risolvere l'ambiguità legata alla generazione manuale delle specifiche tecniche, affidando la definizione dei parametri progettuali a sistemi informatici standardizzati. I traguardi industriali prefissati riguardano l'ottimizzazione della qualità costruttiva, l'abbattimento dei tempi e dei costi successivi alla fase di installazione fisica e l'accelerazione dei roll-out multi-sito.

Ulteriori obiettivi strategici includono la scalabilità futura delle linee di produzione e la possibilità di verificare le strategie di sicurezza senza esporre gli operatori o gli impianti reali a rischi fisici durante i test prestazionali.

Integrazione del virtual commissioning e architettura tecnica chosen
La soluzione selezionata si basa sull'implementazione del virtual commissioning, un approccio metodologico integrato che sfrutta simulazioni digitali avanzate ed elementi mutuati dall'architettura dei sistemi cyber-fisici. Il sistema si fonda su protocolli specifici di validazione software e hardware:

Questo ecosistema digitale fa perno sulla creazione di gemelli digitali (digital twin), in grado di riprodurre fedelmente il comportamento dinamico delle macchine reali. Per l'efficienza energetica e il monitoraggio dei consumi, la configurazione prevede l'integrazione di sotto-contatori dedicati. Questi dispositivi consentono di isolare e analizzare la distribuzione dei flussi energetici su singole macchine o zone specifiche, estendendo la misurazione a metriche correlate quali il flusso d'aria, i sistemi di raffreddamento e l'uso dell'aria compressa.

Ragioni della scelta e superamento delle sfide infrastrutturali
La scelta di questa specifica configurazione tecnologica risiede nella capacità di generare tolleranze, interfacce software e prestazioni riproducibili, riducendo l'attrito tra i team meccanico, elettrico e software. L'architettura consente l'ottimizzazione dei processi prima della posa fisica dei componenti, offrendo la possibilità di riutilizzare i modelli digitali per standardizzare impianti dislocati in diverse aree geografiche.

Le aziende affrontano le sfide di implementazione definendo roadmap chiare e garantendo la qualità dei dati di partenza, prevenendo situazioni in cui informazioni incomplete non riflettano il comportamento reale del macchinario. L'integrazione richiede un'infrastruttura informatica (IT) adeguata e ambienti di sviluppo condivisi per abbattere le barriere tra domini operativi differenti.

Impatto dei modelli predittivi e risultati oggettivi
L'adozione dell'intelligenza artificiale e del machine learning all'interno dei digital twin permette di elaborare dati storici e in tempo reale, incrementando la precisione della replica digitale. I modelli proattivi sono in grado di prevedere le modalità di guasto meccanico o elettronico e suggerire azioni correttive automatizzate, ottimizzando i cicli di manutenzione continua.

In termini di sostenibilità e gestione delle risorse, la raccolta puntuale dei dati sui consumi e sulle inefficienze fornisce agli impianti produttivi una base solida e verificabile per la rendicontazione delle emissioni di carbonio, riducendo gli sprechi energetici complessivi senza richiedere modifiche strutturali onerose.

A cura di Sucithra Mani, redattore di Induportals – adattato da IA.

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