Dal virtual twin ai virtual universe: come Dassault Systèmes modella il futuro dentro e fuori l’industria

Il digital twin è una delle tecnologie con più alto potenziale trasformativo dentro e fuori l’industria.

Non a caso le stime di crescita del mercato sono impressionanti: secondo la società di market intelligence Markets&Markets, il mercato del digital twin passerà da un valore di 10,1 miliardi di dollari del 2023 a uno di 110,1 miliardi entro il 2028, con un tasso di crescita composito annuo (CARG) del 61,3%.

Una crescita sostenuta dalle numerose opportunità del gemelli digitali, che evolvono insieme alla replica fisica dell’oggetto – grazie al continuo apporto di dati – e che consentono così non solo di capire più affondo il funzionamento dell’oggetto fisico, ma anche di prevedere come evolverà in determinate condizioni.

Questa capacità di modellare, simulare e comprendere sistemi complessi è diventata un imperativo per l’innovazione e la sostenibilità in numerosi settori: dalla costruzione delle macchine industriali alla medicina fino alla lotta al cambiamento climatico.

Al centro di questa trasformazione vi è l’evoluzione del concetto di gemello digitale: il concetto di “virtual twin”, una tecnologia che va ben oltre la semplice rappresentazione digitale per offrire una comprensione profonda e dinamica del mondo fisico.

Dassault Systèmes, con la sua visione di “mondi virtuali per la vita reale”, supporta e facilita l’utilizzo di questa tecnologia per la risoluzione di problemi complessi dentro e fuori l’industria, dalla progettazione di prodotti all’avanguardia fino alla modellazione del corpo umano e delle città.

Dassault Systèmes: dalla progettazione 3D alla modellazione della vita reale

La storia di Dassault Systèmes è intrinsecamente legata all’evoluzione della progettazione assistita dal computer e della simulazione.

Fondata nel 1981, l’azienda ha iniziato il suo percorso sviluppando CATIA, un software che ha permesso di visualizzare prodotti complessi in 3D, trasformando radicalmente i processi di progettazione e produzione nell’industria manifatturiera.

Questa fase iniziale ha plasmato l’identità di Dassault Systèmes come un’azienda profondamente radicata nell’ingegneria e nella scienza applicata, concentrata sulla gestione della complessità insita nella creazione di oggetti prodotti in serie.

Nel corso dei decenni la sua missione si è evoluta, superando i confini tradizionali dell’ingegneria per abbracciare un approccio olistico alla gestione aziendale, attraverso l’integrazione delle varie tecnologie dell’azienda in un unico ambiente collaborativo.

Un unico ambiente di progettazione, simulazione e collaborazione: la piattaforma 3DExperience

La 3DExperience platform incarna questa espansione, fungendo da ambiente unificato che supporta non solo gli ingegneri, ma anche dipartimenti cruciali come le risorse umane, i team legali, la finanza, la ricerca e sviluppo, le vendite e il marketing.

Con quasi 25.000 dipendenti che utilizzano quotidianamente questa piattaforma, Dassault Systèmes dimostra la sua capacità di orchestrare processi complessi, risorse e team per garantire efficienza nella produzione e nella distribuzione.

L’azienda fornisce gli strumenti e le applicazioni che consentono ai suoi clienti – che includono giganti come Airbus e Boeing – di progettare, simulare e gestire l’intero ciclo di vita di prodotti complessi.

La piattaforma 3DExperience è progettata per essere intrinsecamente aperta, permettendo l’integrazione di strumenti di terze parti, nonché l’accesso a informazioni provenienti da sistemi ERP, CRM e PLM, oltre a documenti non strutturati come PDF e fogli di calcolo.

Ed è questa capacità di connettere punti precedentemente disconnessi ad offrire alle organizzazioni una visione olistica senza precedenti, fondamentale per prendere decisioni più intelligenti e sostenibili.

Verso la Gen7 di Dassault Systèmes: dagli Agenti di AI alla realtà mista

La transizione di Dassault Systèmes da un’azienda focalizzata sui “things” (prodotti fisici) a un’entità che abbraccia il “built environment” (edifici, città, territori) e le “life sciences” (scienze della vita), riflette una strategia di crescita basata sulla scienza multifisica e multiscala.

E sono proprio queste le premesse che guideranno la prossima frontiera dell’innovazione dell’azienda (Gen 7), basata sull’integrazione degli AI Agents e la realtà mista attraverso collaborazioni strategiche come quella con Apple Vision Pro.

Un’evoluzione sostenuta da una profonda convinzione: la stessa logica e gli stessi modelli utilizzati per ottimizzare le fabbriche possono essere applicati per migliorare il mondo che ci circonda e la qualità della vita stessa.

L’intelligenza artificiale (AI), integrata nella piattaforma di Dassault Systèmes, non è un fine a sé stessa, ma uno strumento mirato e scientificamente fondato, progettato per aumentare le capacità dell’utente piuttosto che sostituirlo.

La singolarità della piattaforma, con il suo modello di dati unificato facilita lo sviluppo e l’integrazione di numerosi “compagni virtuali” (virtual companions) che assistono gli utenti in diverse attività.

I vantaggi dell’AI integrata alla piattaforma 3DExperience: alcuni esempi applicativi

Un esempio lampante dell’applicazione dell’AI si trova nell’ingegneria del prodotto. L’AI può suggerire automaticamente l’assemblaggio di parti complesse. L’AI può analizzare le interfacce e le giunzioni di centinaia di componenti per proporre la configurazione di assemblaggio più logica e funzionale, riducendo drasticamente il tempo richiesto per le fasi iniziali di progettazione.

Allo stesso modo, l’AI è impiegata per l’automatizzazione della tolleranza dei pezzi – un processo tradizionalmente tedioso e dispendioso in termini di tempo per gli ingegneri di produzione – per analizzare i dati storici e i requisiti di produzione, calcolare e applicare le tolleranze ottimali, permettendo così agli ingegneri di concentrarsi su attività a maggior valore aggiunto.

Un’altra applicazione critica è la previsione delle interferenze e degli scontri tra componenti. Basandosi su dati passati e simulazioni, l’AI può predire con elevata accuratezza potenziali collisioni o problemi di assemblaggio in fase di progettazione, evitando costose rilavorazioni in fase di produzione fisica.

L’impatto dell’AI si estende anche alla catena di fornitura, dove può migliorare drasticamente la resilienza e la gestione dei costi. Attraverso l’analisi di enormi quantità di dati storici di progettazione, acquisti e forniture, l’AI è in grado di identificare le aree di maggiore vulnerabilità e suggerire azioni correttive.

Oltre la copia digitale: il valore intrinseco del virtual twin

La piattaforma di Dassault si basa sul concetto di virtual twin (e che sta evolvendo verso quella di “virtual universe”), che va ben oltre quello del gemello digitale.

“Un digital twin rappresenta una copia statica di un oggetto fisico, e ci permette di rispondere alla domanda: ‘Cos’è l’oggetto?’. È una riproduzione fedele delle sue caratteristiche e della sua configurazione in un dato momento”, spiega Dominique Anderson, Executive Communications Director at Dassault Systèmes.

“Il virtual twin, al contrario, va oltre la mera replica per esplorare ‘Cosa fa l’oggetto?’, ‘Come si comporta?’ e ‘Come funziona?’. Questa è la sua funzione, la sua performance dinamica”, aggiunge.

Questa differenza è cruciale. Mentre una replica digitale fornisce una fotografia accurata di un sistema, un virtual twin offre un modello interattivo, permettendo di comprendere non solo lo stato attuale dell’oggetto fisico, ma anche come si è arrivati a quello stato e, soprattutto, di prevedere cosa accadrà se si introducono dei cambiamenti.

“Per esempio, nel contesto di un cuore umano, un digital twin potrebbe essere una scansione TC statica che ne rivela la struttura. Un virtual twin, invece, integra i dati di un elettrocardiogramma per simulare l’attività elettrica e la contrazione muscolare, mostrando come il cuore batte, come il sangue fluisce e come le sue valvole funzionano o disfunzionano. Questa capacità di comprendere il ‘fare’ permette di esplorare e ottimizzare le prestazioni in modi che una rappresentazione statica non consentirebbe mai”, aggiunge.

Il valore del virtual twin si manifesta quindi su più livelli. Innanzitutto, fornisce una comprensione approfondita dello stato attuale dell’oggetto fisico, aggregando informazioni da molteplici fonti reali in un ambiente contestualizzato.

Questo consente di ottenere una visione olistica che unisce dati disparati – dai sistemi ERP ai file non strutturati – rendendo comprensibili interazioni complesse. In secondo luogo, il virtual twin permette di analizzare le cause e gli effetti che hanno portato allo stato attuale.

Simulando i processi nel tempo, si può tracciare la storia del comportamento dell’oggetto, identificando i fattori che hanno contribuito alla sua condizione. Infine, e forse il più significativo, il virtual twin è uno strumento predittivo di inestimabile valore.

Consente di simulare scenari futuri, testare ipotesi e valutare l’impatto di modifiche o interventi prima che vengano implementati nel mondo reale. Questo approccio basato sulla simulazione “in silico” è in grado di accelerare drasticamente i processi di ricerca e sviluppo, come dimostrato nel campo medico, riducendo i tempi di scoperta di nuove molecole da anni a pochi giorni.

La filosofia “Virtual + Real” (V+R) di Dassault Systèmes incapsula questa interazione bidirezionale tra il virtuale e il reale. Sia che si tratti di una simulazione scientifica che deve mappare il mondo reale con precisione assoluta, sia che si tratti di trasformare un’idea virtuale (come un nuovo design automobilistico) in un prodotto reale, l’allineamento tra i due mondi è fondamentale.

La scienza della matematica, in questo contesto, è la fondazione critica che garantisce tale allineamento, permettendo un’esplorazione e un miglioramento dell’innovazione in modo più efficace che mai.

La trasformazione del business attraverso il virtual twin

L’adozione del virtual twin non è solo una questione di avanzamento tecnologico, ma una vera e propria strategia di trasformazione aziendale. Dassault Systèmes ha sviluppato un framework che permette alle imprese di integrare queste capacità nella loro operatività quotidiana, guidando miglioramenti significativi in diverse aree chiave.

Il virtual twin supporta il business migliorando drasticamente l’efficienza lungo l’intero ciclo di vita di un prodotto: dalla fase di ideazione e progettazione, passando per la produzione e la consegna, fino alla manutenzione e al fine vita.

La capacità di simulare ogni aspetto di questi processi in un ambiente virtuale consente alle aziende di identificare e risolvere problemi in anticipo, ottimizzare le risorse e ridurre gli sprechi. Ad esempio, la gestione della complessità nella catena di fornitura, dalla scelta dei materiali all’orchestrzione della logistica, viene resa trasparente e gestibile attraverso modelli virtuali che predicono l’impatto delle decisioni.

Le Virtual Twin Experiences di Dassault Systèmes sono l’incarnazione di questo approccio. Basate sulla 3DExperience platform, queste esperienze connettono persone, processi e dati in un unico ambiente collaborativo.

La piattaforma è alimentata da un portafoglio di tredici marchi distinti, ciascuno dei quali contribuisce con tecnologie specifiche in aree come l’intelligenza artificiale, la collaborazione e persino ambienti cloud sovrani (come Outscale).

Questa architettura integrata permette alle aziende di gestire l’intera gamma delle loro operazioni, dalla progettazione del prodotto alla gestione delle relazioni con i clienti e alla pianificazione delle risorse aziendali, in un contesto unificato.

L’impatto dei virtual twin in settori strategici

L’applicazione dei virtual twin si estende a un vasto spettro di settori, dimostrando la versatilità e la potenza di questa metodologia basata sulla scienza. Dassault Systèmes illustra il suo impatto attraverso esempi concreti in tre aree fondamentali: le scienze della vita, le città e le attrezzature industriali.

Scienze della vita: decifrare il corpo umano con precisione scientifica

Le Virtual Twin Experiences offrono un modo senza precedenti di comprendere il corpo umano, portando la precisione ingegneristica nel campo della medicina.

Un esempio emblematico è il “Living Heart Project”, un’iniziativa avviata oltre undici anni fa e guidata da una comunità globale di ricercatori, ospedali e università.

Questo progetto è nato dall’ispirazione personale di Steve Levine, ex Chief Scientific Officer del marchio Simulia di Dassault Systèmes, che voleva aiutare la figlia nata con un difetto cardiaco che richiedeva costante attenzione medica e interventi. L’obiettivo era applicare la stessa scienza e simulazione utilizzata per i crash test automobilistici alla comprensione del cuore umano.

Attraverso l’uso di scansioni TC, il progetto Living Heart ha permesso di modellare fibra per fibra il tessuto muscolare cardiaco, catturando la sua orientazione, gli strati, i volumi e la massa, con una complessità paragonabile alla modellazione di un’ala di aereo in fibra di carbonio.

A questa base strutturale viene aggiunto il dinamismo: i dati di un elettrocardiogramma vengono proiettati attraverso il sistema nervoso modellato cella per cella, simulando la corrente elettrica che fa contrarre i muscoli cardiaci. Attraverso l’analisi di campioni di sangue è possibile determinare la sua viscosità, consentendo di simulare il suo movimento all’interno delle camere cardiache.

Questa integrazione di informazioni strutturali, elettriche e fluidodinamiche ha portato alla creazione del primo modello a elementi finiti che combina tutte queste interazioni elettromeccaniche, una vera innovazione matematica.

Il virtual twin del cuore non si limita a una visualizzazione, ma diventa uno strumento predittivo per gli esperti medici. Permette ai chirurghi di ottimizzare le procedure prima di eseguirle, visualizzando, ad esempio, come una valvola cardiaca con reflusso non si chiuda correttamente.

Questa capacità di simulazione avanzata può anche essere condivisa con i pazienti, fornendo loro una comprensione chiara della loro condizione e delle opzioni di trattamento, facilitando decisioni informate.

L’applicazione dei virtual twin nelle scienze della vita si estende anche allo sviluppo di nuovi farmaci. La capacità di modellare molecole a livello microscopico, come il canale beta, permette di determinare come una nuova molecola interagisca con le cellule e le proteine, e a quale dose possa causare effetti avversi, come un attacco di cuore, bloccando il passaggio della corrente elettrica.

Questo tipo di test “in silico” riduce drasticamente i tempi di ricerca medica, consentendo di identificare candidati promettenti in giorni anziché anni. La collaborazione con enti regolatori, come evidenziato da una pubblicazione con la Food and Drug Administration (FDA) degli Stati Uniti, attesta l’accettazione e il potenziale di questi modelli multifisici e multiscala nel campo medico.

Trasformazione urbana: costruire città sostenibili con il virtual twin

Le Virtual Twin Experiences stanno accelerando la trasformazione urbana, fornendo strumenti essenziali per la pianificazione e la gestione delle città del futuro.

La crescente complessità degli ambienti urbani, con una mole sempre maggiore di informazioni da gestire, rende indispensabile un approccio integrato. Qui, la “scienza dei dati” combinata con l’intelligenza artificiale e la realtà virtuale permette di raccogliere informazioni disparate e di metterle in contesto, creando un modello virtuale dinamico della città.

Un esempio concreto è la simulazione della città di Rennes, in Francia. Questo virtual twin urbano non si limita a una semplice mappa 3D, ma aggrega e visualizza dati complessi come le zone a rischio alluvione, l’efficienza energetica degli edifici, i livelli di inquinamento e il rumore ambientale.

Queste informazioni provengono da team e organizzazioni diverse, ma vengono rese facilmente accessibili e comprensibili sia per gli esperti che per i non addetti ai lavori.

La possibilità di esplorare questi dati in un ambiente immersivo consente ai pianificatori urbani, ai residenti e alle autorità di prendere decisioni più informate e intelligenti, orientate a una maggiore sostenibilità ed efficienza.

Il virtual twin di una città permette di simulare l’impatto di nuove infrastrutture, politiche urbane o cambiamenti climatici prima che vengano attuati nel mondo fisico.

In questo modo non solo è possibile valutare le conseguenze ambientali, economiche e sociali dei piani di sviluppo urbano, ma vedere “in prima persona” (grazie all’utilizzo della realtà immersiva) come l’ambiente cambierà in risposta a determinati stimoli (un nuovo palazzo, una strada che diventa pedonale o ciclabile, etc.).

Oltre alla città di Rennes, l’azienda collabora con altre municipalità in Francia (la città di Meudon) e anche fuori dal Paese, come nel caso della città indiana di Jaipur.

Attrezzature industriali: l’efficienza manifatturiera ridefinita

Le Virtual Twin Experiences supportano anche l’innovazione nel settore delle attrezzature industriali stanno trasformando l’industria manifatturiera, permettendo di affrontare le complessità inerenti alla progettazione, produzione e gestione di beni di massa.

Dassault Systèmes ha una lunga esperienza nella gestione della complessità per la produzione di beni di massa, che vanno dagli aerei e automobili a prodotti di uso quotidiano come flaconi di shampoo, orologi, sedie, tavoli e occhiali.

Anche aziende come Barilla, clienti di lunga data, utilizzano le soluzioni di Dassault Systèmes non tanto per la complessità della pasta in sé, quanto per la gestione sofisticata dell’imballaggio e della distribuzione globale, che deve rispettare normative specifiche in ogni località.

In questo settore, i virtual twin consentono di modellare e simulare ogni fase del ciclo di vita di un prodotto, tra cui:

• la progettazione dettagliata di nuove macchine
• la realizzazione di diversi virtual twin a supporto dei processi di commissioning e aftersales
• la simulazione dei processi di produzione per ottimizzare il flusso di lavoro e l’efficienza delle risorse
• la manutenzione dei macchinari e l’ottimizzazione di quelli esistenti in base alle criticità rilevate
• la gestione della supply chain per garantire che i componenti giusti siano disponibili al momento giusto
• l’orchestrazione delle risorse e la formazione del personale attraverso ambienti virtuali

Un esempio di come i virtual twin stiano trasformando l’industria manifatturiera è la possibilità di simulare la conversione di impianti tradizionali in “impianti verdi”, come la trasformazione delle acciaierie per produrre acciaio ecologico.

I virtual twin, in questo contesto, sono strumenti indispensabili per guidare l’innovazione sostenibile e aumentare la competitività nel settore manifatturiero.