In questa nuova serie, i redattori di POWER scelgono un argomento sfaccettato che può avere una miriade di applicazioni o implicazioni e chiedono il loro punto di vista a una serie di soggetti chiave del settore. L’argomento di questo mese: i gemelli digitali.
ENERGIA rivista, in collaborazione con la sua pubblicazione sorella Ingegneria Chimicaospita il Conferenza sugli impianti connessi, un evento incentrato sulla moltitudine di dispositivi industriali connessi che sono diventati fondamentali per il funzionamento efficiente degli impianti. I gemelli digitali sono in cima alla lista degli argomenti dell’evento, insieme a sensori di quarta generazione, Big Data, tecnologia edge e realtà aumentata e virtuale. Tuttavia, come molti di ENERGIA’Come hanno sottolineato i lettori e i partecipanti all’evento, una spiegazione di cosa sia un gemello digitale nel settore energetico è assolutamente dovuta, data l’ampia gamma di come i gemelli digitali vengono percepiti e applicati.
Per avere una prospettiva in questo caso, ENERGIA ha interrogato Achalesh Pandey, vicepresidente di Intelligenza Artificiale e Trasformazione Digitale con GE Digital; Lars Draws, product lead IdentiQ per il business Grid Integration di Hitachi Energy; Scott Stallard, chief technology officer di Twinify Technologies LLC, una joint venture tra Black & Veatch e l’American Society of Mechanical Engineers (ASME); Carsten Baumann, direttore delle iniziative strategiche e architetto di soluzioni con Schneider Electric; ed esperti con DTE Vantage, una filiale di DTE Energy che opera attraverso diverse società affiliate. Ecco cosa hanno detto gli esperti.
Cos’è un “gemello digitale”?
Achalesh Pandey, GE Digital: “Un gemello digitale è una rappresentazione digitale vivente e in fase di apprendimento di un asset, processo, sistema o rete utilizzato per ottenere risultati aziendali specifici. Il gemello sfrutta la potenza dei dati e dei modelli per fornire funzionalità di rilevamento precoce degli allarmi, previsione continua e ottimizzazione dinamica. Consente inoltre agli utenti di eseguire simulazioni di potenziali eventi futuri e pianificare una serie specifica di risultati probabili, aumentando metriche importanti come l’efficienza, la produttività e, in definitiva, la redditività.
Lars Disegna, Hitachi Energia: “Un gemello digitale è una rappresentazione virtuale progettata per riflettere accuratamente un asset fisico o un sistema, fornendo informazioni sulle prestazioni o sul ciclo di vita dei sistemi. IdentiQ™ è una soluzione gemella digitale rivoluzionaria basata sulla nostra esclusiva esperienza nel settore e sulla nostra leadership nelle tecnologie e nell’innovazione delle reti elettriche. È un’aggiunta significativa all’offerta digitale di Hitachi Energy e supporta gli sforzi dei nostri clienti per migliorare continuamente l’efficienza e l’affidabilità dei loro investimenti nella rete. Nello specifico, IdentiQ è una soluzione gemella digitale di una stazione di conversione in corrente continua ad alta tensione (HVDC), STATCOM [static compensator]o altra soluzione di qualità dell’energia.”
Scott Stallard, Tecnologie Twinify, LLC: “È interessante notare che esistono numerose definizioni di gemelli digitali, ciascuna tipicamente allineata alla funzione del gemello o ai principi architettonici. Per Black & Veatch, un gemello digitale è una rappresentazione virtuale che funge da controparte digitale in tempo reale di un oggetto o processo fisico. Ci sono tre parti importanti nel gemello:
- Il modello dell’oggetto o del processo;
- Un insieme in evoluzione di dati relativi all’oggetto o al processo;
- Un mezzo per aggiornare o adattare dinamicamente il modello in base ai dati I gemelli digitali combinano la potenza della struttura standardizzata con la capacità di personalizzare o perfezionare ogni “copia” del gemello digitale quando viene applicata a un particolare asset o progetto. “
Carsten Baumann, Schneider Electric: “Un gemello digitale non è un risultato finale, un prodotto, un risultato o una tecnologia in sé e per sé. Invece, è un framework dinamico supportato da dati che funziona come abilitatore aziendale che porta a risultati, prodotti, esiti o nuove tecnologie. È un mezzo per un fine e il fine è risolvere un problema del mondo reale con dati del mondo reale. I gemelli digitali offrono agli utenti la possibilità di modellare determinate operazioni in un ambiente digitale. Idealmente, un gemello digitale rappresenta l’intero ciclo di vita di un progetto. Incorpora tutte e sette le dimensioni della contrazione digitale. Il 3D rappresenta le dimensioni fisiche, la 4a dimensione rappresenta il costo, la 5a pianificazione, la 6a sostenibilità e la 7a il funzionamento e la manutenzione.
Vantaggio DTE: “DTE Vantage vede un gemello digitale come una rappresentazione virtuale della struttura operativa con informazioni operative, di manutenzione e sugli asset in tempo reale”.
Quali applicazioni chiave del settore dell’energia serve un gemello digitale?
Pandy: “I gemelli digitali sono utili perché prendono i dati e corrispondono alle condizioni in tempo reale di un asset, processo o rete. In GE Digital, abbiamo creato gemelli digitali per la previsione e la diagnostica dei guasti, la previsione delle prestazioni, la previsione della durata, l’ottimizzazione dinamica e le applicazioni di controllo in tempo reale. Utilizziamo gemelli digitali a livello di asset, sistema e rete per i settori della generazione di energia, della rete elettrica (trasmissione e distribuzione), della produzione e dell’aviazione. Ad esempio, abbiamo creato gemelli digitali per testare scenari e fornire capacità di ripristino automatizzato per aiutare a stabilizzare la rete durante eventi meteorologici estremi, prevenire tempi di inattività non pianificati per i generatori di energia e migliorare l’integrazione e l’orchestrazione dell’energia rinnovabile in modo che l’elettricità sia affidabile e conveniente indipendentemente dal la sua fonte”.
disegna: “Hitachi Energy ha creato IdentiQ come gemello digitale di una stazione di conversione HVDC, STATCOM o altra soluzione di qualità dell’energia. Applicazioni chiave:
- Fornisci informazioni sugli asset, analisi e dati operativi rilevanti in un dashboard intuitivo e di facile navigazione, che gli utenti possono personalizzare in base alle proprie esigenze.
- Includi la visualizzazione interattiva 3D dell’asset completo
- Accesso con un clic a tutte le informazioni relative a impianti e apparecchiature, tra cui: documentazione tecnica; procedure operative e di manutenzione; e formazione sulla sicurezza
- Dati operativi in tempo reale per il monitoraggio e l’analisi.
- Funzionalità di timeline per la pianificazione e la documentazione della manutenzione e di altre attività relative agli asset.”
Stallard: “Black & Veatch ha implementato varie forme di gemelli digitali negli ultimi 20 anni, principalmente nel campo delle prestazioni delle centrali elettriche e delle strategie di portafoglio di risorse energetiche/idriche. In ogni caso, i gemelli digitali erano composti da una combinazione di analisi (ovvero primo principio o ingegneria), apprendimento automatico, logica diagnostica e simulazione. La chiave è essere in grado di sfruttare una prospettiva analitica coerente in diverse esigenze e situazioni, per fornire approfondimenti sulla migliore linea d’azione, rischi, opportunità, ecc. Più recentemente, Black & Veatch ha intrapreso la modernizzazione e l’estensione dell’utilizzo del gemello digitale attraverso una combinazione di sviluppo della piattaforma e partnership strategiche. In particolare, Tecnologie Twinify, LLC è stata costituita dall’American Society of Mechanical Engineering (ASME) e Black & Veatch per sviluppare e implementare gemelli digitali con prestazioni ad alta fedeltà.
Baumann: “Esistono molteplici applicazioni in cui Schneider Electric e i nostri clienti sfruttano i gemelli digitali. La modellazione, l’avvio e la messa in servizio della produzione industriale offrono agilità, accuratezza e semplicità. Nei data center, che rappresentano architetture di alimentazione più complesse, i gemelli digitali vengono spesso utilizzati nella formazione che impedisce l’interruzione dell’ambiente di produzione. ETAP [an energy management software platform] è un buon esempio di dove è possibile simulare il flusso di corrente e il relativo coordinamento dell’interruttore. Tutto ciò porta a una migliore velocità di immissione sul mercato, a una riduzione delle risorse richieste in loco e a una riduzione delle prestazioni e del rischio del progetto”.
Vantaggio DTE: “Il DTE Vantage Dearborn Central Energy Plant presso la struttura del Centro di ricerca e ingegneria di Ford utilizza un gemello digitale come “unica fonte di verità”. Ciò significa la combinazione di quanto segue: dati operativi, database delle risorse, sistema di gestione della manutenzione computerizzato e gestione dell’inventario in un’unica posizione. Ciò comprende essenzialmente tutto, dai registri di calibrazione alle procedure operative standard, e i pezzi di ricambio sono tutti in un unico punto piuttosto che distribuiti su più sistemi. Abbiamo anche integrato il nostro gemello digitale con il nostro software avanzato di riconoscimento dei modelli e i droni”.
Quali sfide, idee sbagliate relative alla distribuzione del gemello digitale metteresti in evidenza?
Pandy: “L’integrazione dei processi aziendali e la gestione del cambiamento sono le attività più impegnative per l’implementazione e la raccolta di tutti i vantaggi dei gemelli digitali. Alcune sfide tecniche sono problemi di qualità dei dati, gestione dei modelli e monitoraggio della configurazione delle risorse, ecc. Il vantaggio dei gemelli digitali è la loro capacità predittiva con approfondimenti più approfonditi. Queste capacità predittive e approfondimenti approfonditi vengono utilizzati per guidare le azioni attraverso l’integrazione del flusso di lavoro aziendale o il controllo a ciclo chiuso. Questi gemelli digitali vengono utilizzati anche in modalità studio/simulazione per eseguire test sui tuoi asset o sui tuoi processi e reti su un duplicato esatto, tranne che nello spazio digitale. Queste simulazioni digitali consentono di apportare numerose modifiche per vedere come l’asset, il processo o la rete risponde a diversi eventi. E più dati fornisci, più il gemello digitale può aiutarti a prevedere i risultati futuri”.
disegna: “Le sfide per le parti interessate della rete elettrica sono legate all’essere più sostenibili ed eco-efficienti consentendo un’analisi e un supporto remoti completi e digitalizzando le informazioni cartacee sugli impianti più vecchi; flessibile adattandosi alle esigenze di prestazioni degli asset in continua evoluzione durante l’intero ciclo di vita; sicuro rispettando gli standard di sicurezza informatica leader del settore e proteggendo tutti i dati e le informazioni sugli asset da smarrimento o distruzione; e più sicuro fornendo una formazione virtuale sulle procedure in loco, sull’abbigliamento richiesto e sui percorsi di evacuazione prima che il personale visiti un sito.
I principali vantaggi dell’implementazione di IdentiQ:
- Migliora la sicurezza delle persone che lavorano in loco in aree pericolose ad alta tensione;
- Riduce il tempo dedicato alla ricerca di informazioni in più documenti e posizioni ed elimina la disorganizzazione e il disordine di carta e raccoglitori;
- Fornisce a ogni persona (comprese le persone meno esperte) gli strumenti e le informazioni di cui ha bisogno per migliorare il processo decisionale e ridurre la dipendenza dalle competenze degli altri;
- Registra tutte le azioni intraprese su una risorsa e i risultati raggiunti per garantire che le lezioni vengano apprese e condivise;
- Rende i video, le foto, la documentazione e i dati delle risorse facilmente accessibili per il personale addetto alle operazioni e alla manutenzione; e
- Assicura che la soluzione soddisfi i requisiti del cliente per la proprietà dei dati, la sicurezza, l’integrità e la privacy. Il fatto che sia anche divertente e facile da usare questa interfaccia visiva all’avanguardia è un altro vantaggio e qualcosa che gli ingegneri attuali e futuri si aspettano in un ambiente di lavoro moderno.
Stallard: “Crediamo che tutta la potenza dei gemelli digitali sarà abilitata da vari gemelli e sistemi di analisi che lavorano di concerto tra loro per, in sostanza, combinare intelligenza e intuizioni e affrontare completamente la situazione attuale. Ciò consentirà ai gemelli digitali di migliorare radicalmente le capacità sia nel contesto degli asset stessi, ma anche nel contesto dei sistemi e dei mercati serviti. Pertanto, è fondamentale che i moderni gemelli digitali siano progettati per partecipare a un ampio spettro di esigenze e piattaforme”.
Baumann: “Penso che ci sia un malinteso su come dovrebbe essere un gemello digitale. Spesso i clienti pensano a un gemello digitale come a un modello visivo dell’asset fisico. Tuttavia, non è sempre così. Dal punto di vista dell’alimentazione, è possibile utilizzare uno schema unifilare per modellare e simulare le caratteristiche prestazionali dell’architettura di distribuzione dell’alimentazione. Quindi, non è un modello 3D che gira nello spazio virtuale. Inoltre, dopo la modellazione iniziale, è fondamentale mantenere il modello aggiornato per riflettere eventuali modifiche che possono verificarsi durante l’implementazione e il funzionamento di un sistema. Altrimenti, andrà in pezzi e il suo valore per imparare, adattarsi e migliorare. I cambiamenti dovrebbero avvenire prima nel gemello digitale, prima di implementare i cambiamenti nell’ambiente reale.
Vantaggio DTE: “Ci vuole un team dedicato per integrare e normalizzare l’uso delle nuove tecnologie, specialmente in un impianto di produzione di energia. Tuttavia, una volta stabilito un gemello digitale, i vantaggi del sistema sono enormi, poiché diventa autosufficiente. In DTE Vantage, abbiamo scoperto che questa tecnologia ci consente di migliorare e ottimizzare continuamente le operazioni, poiché ci sono così tante nuove possibilità e capacità che le strutture possono incorporare per soddisfare esigenze specifiche.
—Sonal Patel è un redattore associato senior di POWER (@sonalcpatel, @POWERmagazine).
