Scopri come il Digital Twin rivoluziona l’industria aerospaziale con simulazioni e modelli virtuali avanzati.

l settore aerospaziale è un mondo fatto di gente che, pur rimanendo con i piedi per terra. Mentre, il settore informatico è un universo popolato da persone che superano il limite del reale e tramutano l’immaginazione in concreto e il concreto in virtuale. 

Nell’ormai lontano 2011, la NASA, l’Agenzia aerospaziale per definizione, decise che questi due mondi dovevano sposarsi e da questi nacquero i gemelli digitali.

Indice

1. Il concetto del Digital Twin nell’industria aerospaziale.
   1. Come funziona il gemello digitale?
   2. L’importanza della tecnologia digital twin per l’Aerospace
2. Digital Twin: un alleato per lo sviluppo di veicoli spaziali
   1. Simulazione di volo… A terra
3. Il contesto italiano: a che punto siamo?
   1. Leonardo: designed by simulation
   2. ASI – Agenzia Spaziale Italiana: il progetto DIGES
4. Conclusioni

Il concetto del Digital Twin nell’industria aerospaziale.

La prima definizione storica del gemello virtuale nel settore aerospaziale è una simulazione probabilistica multi-fisica, multi-scala e integrata di un veicolo o di un sistema. Simulazione che utilizza i migliori modelli fisici disponibili, aggiornamenti dei sensori, cronologia della flotta, ecc., per rispecchiare la vita del suo gemello volante.

Se non è del tutto chiaro, potete leggere il mio precedente articolo in cui racconto brevemente la storia dei Digital Twin.

Come funziona il gemello digitale?

Il Digital Twin è una vera e propria copia digitale di un oggetto fisico. Per modellarlo, possono essere sfruttati vari software di rappresentazione grafica 3D. Sfruttando, poi, diversi modelli di calcolo si possono simulare diversi scenari fisici in cui opera il velivolo reale.

Essenziale, quindi, acquisire i dati provenienti dal mondo fisico, magari anche in tempo reale, sfruttando i vari sensori presenti sull’aeromobile.

Tutto ciò offre la possibilità di prevedere le prestazioni future e migliorare il funzionamento della controparte fisica, visto che il gemello digitale si adatta continuamente alle molteplici situazioni operative. 

Gli elementi del Digital Twin

L’importanza della tecnologia digital twin per l’Aerospace

Il sorprendente progresso delle tecnologie digitali, l’incremento delle capacità di calcolo e di interconnessione, degli ultimi decenni non hanno pari; da considerare anche come sia notevolmente aumentata la comprensione dei fenomeni fisici e la capacità di automatizzare la loro modellazione numerica.

Nonostante questi progressi, gli strumenti di progettazione, gestione e manutenzione degli aeromobili (o di flotte intere) sono rimasti obsoleti. Il motivo? Software e modelli non sono riusciti a progredire ed evolversi alla stessa velocità dell’hardware rimanendo così imprecisi e inattuali.

Il Digital Twin vuole soddisfare la necessità dell’industria aerospaziale di poter avvalersi di un modello, moderno ed affidabile, che possa riprodurre fedelmente i velivoli nella loro interezza e che possa seguirlo nell’arco della loro vita utile.

Digital Twin: un alleato per lo sviluppo di veicoli spaziali 

La messa a punto di software di simulazioni porta a un’ottimizzazione delle prestazioni e quindi a un maggiore rendimento. Infatti, la calibrazione dei programmi simulativi permette al gemello digitale di emulare le attività molto più rapidamente di quanto gli avvenimenti si compiono nel mondo reale. Pertanto l’utilizzo di duplicato virtuale, non solo durante la progettazione ma anche durante tutte le fasi operative del velivolo – in tempo reale – è una prospettiva concreta. 

Risultano potenziate le capacità decisionali per varie analisi statistiche e ingegneristiche. Per di più, nel suo senso originale, il Digital Twin si rileva un valido strumento di ausilio nella previsione di guasti durante la vita operativa basandosi su quanto ricevuto a terra tramite i sensori installati sul velivolo.

Earth and Spacecraft. Elementi di questa immagine sono della NASA.

L’opportunità di sfruttare delle simulazioni al computer piuttosto che dei modelli fisici in scala e test invasivi e/o distruttivi – per di più in condizioni ambientali difficilmente replicabili al suolo – è la ragione principale per la quale l’industria spaziale va a nozze con quanto offerto dal Digital Twin.

In una simulazione software, le condizioni operative fisiche di un veicolo spaziale possono essere riprodotte in scala uno a uno senza ricorrere a complicate – a volta impossibili – conversioni. Questo senza spendere cifre ingenti in costosissimi prototipi. 

Simulazione di volo… A terra

I velivoli moderni, inclusi quelli spaziali, raccolgono e elaborano costantemente una grande quantità di informazioni, acquisite e processate dai vari impianti di bordo, risultando così perfetti per raccogliere i dati necessari ad alimentare un modello numerico.

Una volta che questi dati vengono comunicati al proprio duplicato digitale, quest’ultimo può essere aggiornato ed essere fatto “volare” virtualmente in qualsiasi tipo di contesto che potrebbe incontrare in futuro.

La simulazione permette uno “specchio” perfetto della controparte fisica da cui ricavare dei dati utili per prevenire guasti e programmare manutenzioni puntuali.

Il contesto italiano: a che punto siamo?

Caratterizzato dalla perfetta integrazione tra gli spazi “Cyber” e fisici, quella dei gemelli digitali è una delle tecnologie più promettenti dell’era contemporanea che, più di altre, riesce a realizzare quella produzione “smart” che sta alla base della quarta rivoluzione industriale, ovvero quella attualmente in corso.

Numerose sono le aziende del settore ad aver adottato del Digital Twin; grazie a esso si è assistito a miglioramenti in termini di qualità dei prodotti ma anche a risparmi di tempo e nei consumi non indifferenti.

Leonardo: designed by simulation

I vantaggi nell’utilizzo di questo modello sono confermati dalla italiana Leonardo: in un’intervista, Cavazzoni (Direttore del Laboratorio Hpc di Leonardo) afferma che la loro filosofia di progettazione di Leonardo rientra nella tipologia “design by simulation” e questo ha consentito di abbattere significativamente tempi e costi di sviluppo: grazie alla simulazione multifisica, multicomponente e multiscala, propria del digital twin, sono in grado di creare un numero considerevole di prototipi virtuali e di simularne numerose configurazioni negli scenari più vari.

Fonte: Carlo Cavazzoni – Leonardo

In termini numerici, l’azienda dichiara di essere già riuscita a risparmiare fino all’80% di tempo con una riduzione del 25% dei consumi, nonostante che, per arrivare all’adozione massiva di questi strumenti, occorreranno diversi anni, a causa dell’inevitabile necessità di riorganizzare i processi progettuali e industriali e di acquisire, pertanto, nuove competenze.

Generazione gemello digitale Terra

Fonte: ESA

La divisione spaziale di Leonardo, inoltre, ha partecipato ad un progetto ESA per lo sviluppo di un modello digitale della Terra ad altissima precisione: il Digital Twin Earth Precursor (DTEP). Grazie ad esso si vuole aumentare la comprensione dell’impatto locale del cambiamento climatico per formulare così previsioni ed ampliare le capacità decisionali.

ASI – Agenzia Spaziale Italiana: il progetto DIGES

Con il progetto “DIGital twin di sistemi di ESplorazione lunare” (DIGES), ASI ha proposto uno studio preliminare di un’architettura Digital Twin per un veicolo “rover”; in tal modo si prevede una più veloce progettazione e una maggiore affidabilità delle future missioni e dei veicoli di esplorazione spaziale.

Conclusioni

Nonostante l’integrazione tra simulazione e Digital Twin sia ancora in evoluzione nel processo industriale e nel ciclo di vita complessivo, è innegabile che il Gemello Virtuale abbia già assunto un ruolo attivo su scala globale, con un particolare rilievo nell’industria aerospaziale.

L’obiettivo ultimo di creare un Digital Twin che sia una replica virtuale precisa di ogni velivolo, comprensiva di ogni sua componente e sistema/impianto, su cui eseguire simulazioni realistiche delle varie sollecitazioni è sempre più alla portata delle industrie di settore

Nonostante l’evoluzione in corso, il futuro del Digital Twin nell’industria aerospaziale si prospetta luminoso. Man mano che questa tecnologia continua a maturare, il settore aerospaziale potrà beneficiare di una progettazione più intelligente, di prestazioni ottimizzate e di una manutenzione predittiva avanzata.

Grazie alla continua collaborazione tra industrie, istituzioni e organizzazioni di ricerca, il Digital Twin sta già dimostrando di essere una forza trainante nell’evoluzione del settore aerospaziale verso un futuro più efficiente ed efficace.