Un centro dedicato ai modelli digitali riutilizzabili per la produzione
L’Università del Michigan e la Arizona State University hanno avviato il Center for Digital Twins in Manufacturing, con l’obiettivo di superare le barriere che ostacolano l’adozione dei gemelli digitali nei processi industriali. Con il sostegno della National Science Foundation (NSF), il centro svilupperà modelli generici di macchine – per esempio stampanti 3D, robot di assemblaggio, fresatrici – concepiti per essere adattabili, estendibili e manutenibili nel tempo. Questi modelli permetteranno di rappresentare in modo coerente sia l’invecchiamento delle apparecchiature sia i miglioramenti conseguiti dopo interventi di manutenzione o sostituzione di componenti.
Assetti sperimentali e collaborazioni industriali
Per validare le soluzioni ideate, l’ateneo del Michigan mette a disposizione il laboratorio SMART 4.0 – una “fabbrica connessa” composta da robot mobili, macchine a controllo numerico e stampanti additive interconnessi tramite architetture open process automation. Arizona State University offre un proprio testbed con robotica, controllori programmabili (PLC), sensori intelligenti e tracciamento RFID applicati sia a processi sottrattivi sia additivi. Il modello di finanziamento prevede un contributo NSF di 1,5 milioni di dollari in cinque anni per le spese amministrative e una quota annua di 90 000 USD da parte dei partner industriali, che guidano la definizione dei progetti da sviluppare.
Sfide affrontate dal centro
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Composabilità e riuso: garantire che un “gemello” di stampante 3D possa essere rapidamente configurato per un modello concreto sul mercato, evitando riscritture complete del software.
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Quantificazione dell’incertezza: misurare e ridurre l’errore nelle previsioni sul rendimento delle macchine, supportando i responsabili di stabilimento nelle decisioni operative.
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Gemelli digitali per collaborazioni uomo-robot: sviluppare repliche virtuali dei comportamenti umani, limitando l’analisi alle sole variabili essenziali per il compito richiesto, così da tutelare la privacy e ottimizzare la sinergia con i robot.
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Modalità “what-if”: utilizzare i modelli in simulazione libera per testare upgrade di macchine o riorganizzazioni di linea, prima di intervenire sugli impianti reali.
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Autotwin: evolvere strumenti software capaci di generare automaticamente gemelli digitali a partire dai dati di progettazione e di processo.
Soluzioni software e standard di mercato
Sul fronte commerciale, offrono piattaforme per la creazione e gestione di gemelli digitali società come Siemens (Digital Enterprise, Asset Administration Shell), PTC (ThingWorx), Dassault Systèmes (3DEXPERIENCE), GE Digital (Predix) e Microsoft (Azure Digital Twins). L’iniziativa dell’Università del Michigan mira a integrare queste tecnologie in uno schema comune, in linea con gli sforzi per definire standard internazionali quali ISO 23247 (Digital Twin Framework for Manufacturing), DIN SPEC 91345 e le specifiche OPC UA Companion per l’Asset Administration Shell di Plattform Industrie 4.0.
Contesti di ricerca affini
In Europa, Fraunhofer IPK e ZVEI stanno lavorando alla standardizzazione dei dati di processo per gemelli digitali in applicazioni Industria 4.0. Il NIST SMART USA Institute si concentra sui digital twin per la produzione di semiconduttori, mentre il Manufacturing Futures Institute del Politecnico di Carnegie Mellon ha sviluppato un’infrastruttura dati – il “digital backbone” di Mill 19 – pensata per alimentare modelli virtuali di macchine e linee di produzione.
Impatto previsto per la manifattura
L’adozione su larga scala di gemelli digitali uniformi e scalabili potrà elevare qualità e produttività nelle fabbriche, abilitare manutenzione predittiva basata su analisi in tempo reale, supportare la formazione del personale con ambienti virtuali e velocizzare l’introduzione di nuove tecnologie. Il coinvolgimento attivo delle imprese nella definizione delle linee di ricerca dovrebbe assicurare soluzioni concrete, calibrate sulle esigenze operative e pronte per una diffusione globale.
