Contesto e motivazione

Nel mondo industriale vi è la richiesta di prodotti, parti e componenti caratterizzati da un sempre crescente livello di personalizzazione che porta alla necessità di realizzare prodotti singoli, o piccoli lotti, a prezzi concorrenziali e di elevata qualità. Questi due aspetti sono tuttavia tipici di produzioni in serie medio-grandi in cui la fase di concept, design ed ingegnerizzazione vengono ottimizzate iterativamente sui primi esemplari realizzati. Il tipico approccio utilizzato per i prototipi, invece, è quello del trial & error, concetto non applicabile quando il prototipo costituisce, di fatto, il prodotto finito. In questo caso è necessario rivedere le strategie di progettazione per minimizzare i tempi di sviluppo, incrementare l’efficienza del processo e massimizzare la qualità.

Obiettivi di ricerca

La linea di ricerca si focalizza sullo sviluppo di tecniche, software e procedure di prototipazione virtuale che permettano di creare modelli virtuali di macchinari, componenti, ecc. Per perseguire tale obiettivo, è necessaria una transizione da modelli procedurali o causali verso l’approccio più innovativo della modellazione dichiarativa o acausale. Questo approccio è inoltre abilitante per la realizzazione dei cosiddetti digital twin. In tali tipologie di modelli, il comportamento di un oggetto è descritto da equazioni che diventano indipendenti dall’algoritmo di risoluzione, permettono la costituzione di componenti riutilizzabili e sono descritti in una forma indipendente dal contesto (ossia affermano una legge fisica).

Modelli procedurali o causali sono ancora oggi fortemente impiegati in ambito aziendale. Il perfezionamento delle procedure di modellazione e la realizzazione (e perfezionamento) di strumenti software di ottimizzazione dei parametri di output sono oggi oggetto di ricerca attraverso la realizzazione di specifici casi studio.

Metodi di ricerca

L’impiego della modellazione acausale, in sostituzione o in integrazione di quella causale, consente la costruzione di modelli digitali in quanto il processo di costruzione di un modello è anch’esso un “gemello digitale” del processo di costruzione del sistema reale. Questo processo viene portato a termine per diversi moduli, ciascuno dei quali si riferisce ad uno specifico componente fisico connesso agli altri moduli attraverso linee di collegamento che rappresentano connessioni fisiche reali (cavi elettrici, flange meccaniche, ecc.).

La realizzazione di digital twin di sistemi reali, con tali metodi, consente quindi di prevedere il funzionamento di un oggetto, ed è di fondamentale importanza sia nella fase di progettazione, quando si intendono anticipare il maggior numero di problemi possibile prima di arrivare alla sua realizzazione reale, sia in quella di utilizzo, dove strategie di monitoraggio, controllo di processo e manutenzione avanzata, possono essere basate, ad esempio, sul confronto fra oggetto reale e gemello digitale.