Digital Twin on Edge, digitalizzare la transizione elettrica

La tecnologia Digital Twin on Edge di Newtwen, accelera e ottimizza lo sviluppo e la realizzazione dei progetti delle industrie impegnate nella transizione elettrica.

● In un mondo che va sempre di più verso l’elettrico, le industrie che gravitano attorno al processo di transizione elettrica – automotive, manifatturiero e della produzione energetica – devono fare i conti con limiti fisici che impediscono una gestione completa e affidabile del ciclo di vita di prodotti quali dispositivi di conversione elettronica, tra cui inverter e convertitori di potenza, motori elettrici e batterie al litio.

● Il nuovo paradigma Digital Twin on Edge (DToE) di Newtwen punta a superare questi limiti, fornendo informazioni cruciali sullo stato delle apparecchiature, grazie al monitoraggio delle temperature anche in punti fisicamente inaccessibili, consentendo lo sviluppo di sistemi di controllo avanzati per i veicoli elettrici e la manutenzione predittiva dei macchinari nell’ambito dell’automazione industriale.

● La tecnologia dei gemelli digitali, modelli matematici basati sulla fisica e affinati dall’utilizzo dell’intelligenza artificiale, viene integrata e gira in tempo reale dentro gli stessi dispositivi che rappresentano, evolvendo con essi.

Con un mercato che si prevede possa raggiungere un valore a livello globale di circa 155 miliardi di euro al 2030 e sfiorare in Italia 1,6 miliardi di euro, il Digital Twin – ovvero la copia digitale interattiva di un oggetto o di un sistema complesso – è una tecnologia che sta attirando l’attenzione di sempre più aziende in tutti i settori, dall’automotive al manifatturiero.
In Italia l’accelerazione verso la transizione energetica sostenibile e digitale è supportata anche dal PNRR, in cui sono presenti – in modo complessivo o parziale – iniziative riferite al Digital Twin che ammontano a circa 3 miliardi di euro. Unito agli altri due driver della rivoluzione digitale – Edge Computing ed Intelligenza Artificiale – il Digital Twin vede quindi amplificate le proprie potenzialità di utilizzo in ambito industriale.

Proprio in questo scenario si pone la tecnologia Digital Twin on Edge (DToE) di Newtwen, azienda deep tech italiana fondata nel 2020 come spin-off dell’Università di Padova, che accelera e ottimizza lo sviluppo e la realizzazione dei progetti delle industrie impegnate nella transizione elettrica. I “Gemelli Digitali” di Newtwen sono infatti repliche digitali ad alta fedeltà di sistemi fisici integrati direttamente nel firmware dei powertrain dei veicoli elettrici, dei sistemi di automazione industriale e di elettronica di potenza che consentono di migliorarne prestazioni, longevità e affidabilità e aprono la strada a funzionalità come la manutenzione predittiva, l’analisi dei dati e l’identificazione preventiva dei guasti.

Francesco Toso, CEO e cofondatore di Newtwen
Il nostro obiettivo è sostenere le strategie di elettrificazione delle aziende, portando la digitalizzazione nel mondo storicamente “hardware” dell’automotive e dell’automazione industriale.
Grazie al contributo della nostra tecnologia di frontiera Digital Twin on Edge, le aziende possono realizzare soluzioni sempre più affidabili e performanti e a ridotto impatto ambientale. La transizione energetica interessa ormai sempre più settori, dall’automotive al manifatturiero, passando per l’edilizia e l’urbanistica, con un’attenzione crescente per l’efficientamento energetico e l’impiego di energie rinnovabili. Con Newtwen mettiamo a disposizione uno strumento tecnologicamente avanzato e di facile implementazione. I gemelli digitali, che lavorano in tempo reale con capacità predittive, consentono di digitalizzare i prodotti hardware, garantendo componenti sempre più evoluti e performanti e fornendo un nuovo impulso al processo di transizione elettrica ed energetica.

Le soluzioni Digital Twin on Edge (DToE) impiegano una profonda conoscenza della fisica alla base del funzionamento dei dispositivi che, accoppiata con la capacità di semplificazione a livello computazionale, consente di integrare i modelli ottenuti con i componenti stessi.

Con un focus specifico sul monitoraggio in tempo reale della temperatura, anche in punti altrimenti fisicamente inaccessibili, Newtwen consente di fornire informazioni necessarie per il controllo di componenti come inverter, on-board charger e in generale elementi che consentono la conversione di potenza, oltre a motori elettrici e batterie. In tal modo, è possibile ridurre il costo dei componenti (Bill of Material Reduction), ottimizzare le prestazioni, progettare sistemi affidabili e sicuri e limitare i consumi, concorrendo così anche a centrare gli obiettivi di sostenibilità dei processi produttivi e dando la possibilità di trarre vantaggio da tecniche di progettazione rapida del prototipo (fast prototyping).

Fornendo accesso ad analisi e simulazioni predittive (“what if scenario”), Digital Twin on Edge permette inoltre di effettuare una gestione termica accurata e completa dei componenti prodotti e – a parità di performance – consente di limitare i costi di produzione e l’impiego di materiali e subcomponenti della distinta base (BOM), sostituendo ad esempio i sensori ridondanti con la relativa replica digitale, ottenendo sensori virtuali che possono essere integrati nella produzione di serie.

La tecnologia Digital Twin on Edge di Newtwen agevola l’accelerazione della transizione green delle aziende grazie all’utilizzo intelligente delle risorse, limitando l’impiego di materie prime, ed anche grazie allo snellimento dei processi produttivi, contribuendo a migliorare le performance aziendali in ottica di maggiore sostenibilità ambientale.
In particolare, secondo l’Innotech Report 2023 di The European House – Ambrosetti, le aziende che hanno implementato soluzioni di Digital Twin hanno evidenziato l’aumento dell’efficienza produttiva (80%), seguito da benefici riguardanti le attività di simulazione nell’ambito dei processi di progettazione (75%) e l’allungamento del ciclo di vita di un asset tramite le tecniche di predictive maintenance (70%).

Dall’automotive al manifatturiero: migliorare prestazioni dei dispositivi e ridurre i consumi energetici

Il Digital Twin on Edge di Newtwen permette dunque di conoscere e predire il comportamento elettrotermico anche laddove non è possibile installare sensori fisici per la rilevazione della temperatura. È il caso, ad esempio, del rotore del motore, delle giunzioni dei semiconduttori e delle celle delle batterie: ad oggi non sono disponibili dati sull’andamento della temperatura in punti critici per alcuni componenti elettronici e questo può costituire un problema anche per i progettisti, che devono integrare con sub-componenti hardware aggiuntivi, sovradimensionando i componenti stessi. In mancanza di dati importanti, non possono essere assicurati valori certi riguardo a prestazioni e durata.

Attraverso l’integrazione firmware delle soluzioni Digital Twin on Edge di Newtwen, invece, è possibile non solo replicare e simulare il ciclo di vita dei componenti nella fase di sviluppo in tempi rapidi, ma soprattutto, grazie all’integrazione su dispositivo (DToE), monitorare in tempo reale gli oggetti durante il funzionamento, ottenendo indicazioni fondamentali per stimare i consumi e l’eventuale deterioramento dei materiali, nonché registrando in generale informazioni fondamentali per incrementare la durata media della vita dei prodotti.

e-mobility

La nuova tecnologia di Newtwen si applica inoltre al settore dell’e-mobility per ottimizzare il sistema di gestione delle batterie (BMS). Il Digital Twin on Edge aumenta la sicurezza operativa, l’affidabilità e le prestazioni; crea un modello 3D ad alta fedeltà del pacco batteria e lo comprime in modo tale da collocare un sensore virtuale di temperatura virtuale all’interno delle celle. In ultima analisi, migliora il controllo della gestione termica della batteria, aumentando l’affidabilità della stima dello stato di carica (SOC) e dello stato di salute (SOH) del pacco batteria, così da prolungarne la vita utile.

Anche nell’industria manifatturiera l’utilizzo della tecnologia Digital Twin on Edge di Newtwen permette di centrare gli obiettivi relativi all’ottimizzazione dell’efficienza operativa e alla riduzione dei consumi energetici. Il gemello digitale trova impiego nella determinazione di una strategia di controllo ottimale dei macchinari industriali, consentendo l’identificazione preventiva di anomalie e guasti, oltre che l’implementazione di strategie di manutenzione predittiva. L’elaborazione dei dati on-edge, inoltre, incrementa notevolmente il livello di sicurezza delle applicazioni, assicurando anche tempi di risposta più rapidi e la massima reattività nel prendere decisioni data-driven. Un’adozione sistemica dei Digital Twin nel settore manifatturiero potrebbe arrivare a generare un incremento nella produttività del +4,5% rispetto allo scenario attuale, con un contributo al PIL italiano pari a 12 miliardi di euro.