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l gemello virtuale non solo è un portento in
progettazione e collaudo ma permette di
mantenere un sistema produttivo in ottimo
stato di funzionamento. Il gemello virtuale è un
modello matematico che rappresenta il siste-
ma fisico. Più il modello è completo e meglio
rispecchia la realtà. La capacità computazio-
nale dei computer è oggi tale da poter gestire
modelli complessi e simulare le interazioni tra
i modelli di diverse parti.
Oggi siamo in grado di simulare una macchi-
na, con i suoi azionamenti e il carico. In questo
modo è possibile vedere a schermo quello
che succederà sulla macchina vera. Perché è
così interessante? Perché se non tutto fila co-
me vorremmo, possiamo intervenire, modifica-
re il design meccanico oppure cambiare ta-
glia degli azionamenti o strategia di controllo,
fino ad ottenere il comportamento perfetto per
ogni processo. Tutto questo dall’ufficio, prima
ancora di aver messo piede in officina per rea-
lizzare un pezzo meccanico. Questa possibili-
tà porta a un considerevole risparmio, di costi
in fase di prototipazione e collaudo, oltre che a
tempi non solo limitati ma certi, a garanzia del-
le date di consegna.
Ma quanto è difficile modellare
e simulare?
Grazie ai moderni strumenti software disponi-
bili sul mercato, le operazioni di modellazione
e simulazione sono oggi effettuate tramite
blocchi funzionali grafici, da comporre oppor-
tunamente per creare il modello completo del-
la meccanica della macchina. L’integrazione
di questi strumenti poi con gli ambienti di svi-
luppo per l’automazione come Automation
Studio - dove risiedono i modelli del controllo
e degli azionamenti - permettendo di combi-
nare il modello delle parti meccaniche in movi-
mento con quello degli azionamenti, a cui ap-
plicare il carico, ottenendo un modello com-
pleto di cui studiare il comportamento dinami-
co in produzione. L’obiettivo è combinare le
parti di automazione, partendo dal livello di
PLC e motion, dove gli strumenti di simulazio-
ne della logica di macchina e del comporta-
mento degli azionamenti sono integrati diretta-
mente nel sistema di controllo, con il modello
fisico dei componenti mec-
canici e delle macchine,
dove i modelli vengono rea-
lizzati con strumenti come
Simulink o MapleSim, fino
al livello di impianto e di
processo, dove entrano in
gioco strumenti come Indu-
strialPhysics. Una volta
completata questa amalga-
ma di modelli è possibile
procedere alla simulazione
dell’intera macchina che,
grazie a una vera e propria
prototipazione virtuale, vie-
ne testata nel suo complesso e rifinita in ufficio,
prima ancora di accendere il tornio per la crea-
zione del primo pezzo meccanico.
Come sfrutto il gemello virtuale
durante la vita degli impianti?
Bene, ora ho risparmiato tanto tempo e denaro
durante la progettazione, il collaudo e la messa
in servizio, ma l’utilità del gemello virtuale non si
ferma certo qui…
Un gemello virtuale costituisce un metro di pa-
ragone “pulito” per ogni macchina o impianto.
A mano a mano che il sistema reale funziona e
produce, inevitabilmente si deteriorano le parti
in movimento, che iniziano a deviare dal com-
portamento nominale, degradando le proprie
prestazioni da una condizione ottima a valori
via via inferiori. Allora basterà osservare quanto
il sistema reale si discosta nel comportamento
dal suo gemello virtuale per capire quali even-
tuali correttive si possano applicare al proces-
so, ottimizzando il controllo man mano. E quan-
do il comportamento devia troppo si può piani-
ficare opportunamente un intervento di manu-
tenzione per ripristinare le condizioni ottimali,
prevenendo danni o anche semplicemente evi-
tando una produzione fallata, che porta inevita-
bilmente sprechi. Volendo fare una modifica al
processo poi, è possibile testarla prima sul ge-
mello virtuale, senza fermare la macchina reale
per le prove. In un modello di business pay-per-
produce (ovvero dove si opta per una sorta di
noleggio delle macchine e si paga per l’effetti-
vo tempo di attività e non per il possesso del-
a
ttualità
e
lettrotecnica - maggio
2018
- numero
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le macchine), gli OEM stessi o società di ser-
vice gestiscono un intero parco macchine. Per
loro diventa fondamentale poter verificare le
macchine e confrontare il loro comportamento
nelle differenti configurazioni, cosa non bana-
le fino a oggi. Con il modello virtuale è sempre
disponibile un esempio per confronto, qualun-
que sia il livello di personalizzazione delle
macchine installate.
Tutto ciò è proprio necessario?
La netta tendenza, sostenuta anche dal Piano
Nazionale Industria 4.0, oggi sta portando a
una completa digitalizzazione in fabbrica: dove
si consuma maggiormente l’energia? Quanto
stanno ferme le macchine? Quanto tempo si
spende per un cambio formato o per una ma-
nutenzione? Quanto tempo, materiale ed ener-
gia si impiega per ogni pezzo? Tutte le informa-
zioni raccolte servono per dare risposte e com-
prendere quali sono i punti critici, dove c’è
maggior spreco di tempo, risorse, energia. Una
volta aggregate, le informazioni vengono visua-
lizzate per offrire chiavi di lettura utili ai direttori
di stabilimento e di produzione per capire qua-
li sono gli interventi più promettenti per ottimiz-
zare la produzione. L’obiettivo ultimo è quello di
aumentare la competitività d’impresa, massi-
mizzando produttività e qualità, minimizzando
consumi e scarti. L’Italia ha un export che supe-
ra il consumo nazionale e quella di massimizza-
re la propria competitività produttiva è una vo-
cazione indispensabile per la sopravvivenza
nella giungla globale.
a cura di B&R
ti presento il mio
gemello virtuale
Il dizionario della terminologia tecnica
si aggiorna istante per istante:
è questo il momento di un nuovo
termine: gemello virtuale
