Esperimenti virtuali e gemelli digitali nel progetto europeo ViDiT
La metrologia è lo studio scientifico delle misure, che pone con un'attenzione particolare alla loro affidabilità ed è quindi alla base della ricerca scientifica, dei controlli di qualità, del commercio e di molte altre necessità della nostra società industriale.
Per garantire la tracciabilità dei moderni sistemi di misurazione e rafforzare la leadership europea in questo settore, a maggio di quest’anno ha preso il via il nuovo progetto di ricerca "Trustworthy virtual experiments and digital twins" (ViDiT), finanziato dall’Unione Europea nell’ambito della European Partnership on Metrology, cofinanziati dal Programma di Ricerca e Innovazione Horizon Europe (Horizon Europe Research and Innovation Programme).
ViDiT mette al centro del suo lavoro gli esperimenti virtuali e i gemelli digitali, riconosciute come tecnologie abilitanti per realizzare le politiche strategiche europee dedicate alla sostenibilità e alla digitalizzazione all'interno del complesso quadro dell'Industria 4.0 e dello European Green Deal.
Il consorzio che lavora al progetto avrà una durata triennale ed è composto da 21 istituzioni: 8 Istituti Nazionali di Metrologia, 2 centri di ricerca vicini all'industria, 5 università e sei aziende, sotto il coordinamento del Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), che ha sede a Braunschweig in Germania.
Il Politecnico è coinvolto come leader del work package dedicato alla valutazione dell'incertezza per i gemelli digitali (Digital Twin). L'unità di ricerca è coordinata dal professor Maurizio Galetto ed è composta dal professor Gianfranco Genta, dalla dottoressa Elisa Verna e dal dottor Giacomo Maculotti, ricercatori del Quality Engineering and Management Group (http://www.qualityengineering.polito.it) del Dipartimento di Ingegneria Gestionale e della Produzione-DIGEP.
Il gruppo di ricerca si occuperà appunto di coordinare lo sviluppo dei Digital Twin per le diverse fasi del progetto e di supervisionare lo sviluppo di metodi di valutazione dell’incertezza di misura per i Digital Twin. L’incertezza è infatti essenziale al fine di prendere decisioni, legate ad esempio alla manutenzione dei sistemi o al controllo e la modifica dei processi, nei quali i Digital Twin degli strumenti di misura sono inseriti. Inoltre, al Politecnico sarà sviluppato un Digital Twin di una piattaforma di nanoindentazione, per prevederne gli errori di misura e le derive e per attuare strategie di controllo per mitigarli, anche al fine della manutenzione predittiva.
Gli esperimenti virtuali e i gemelli digitali sono entrambi modelli di simulazione che replicano con precisione sistemi fisici e le loro caratteristiche in un ambiente virtuale. I gemelli digitali includono inoltre aggiornamenti dinamici del modello virtuale in base allo stato osservato del loro corrispettivo reale. Di conseguenza, sono composti da due parti: una connessione dal sistema Fisico al Virtuale (“physical to virtual connection”) che modella il sistema considerato e una connessione dal sistema Virtuale al Fisico (“virtual to physical connection”) che implementa strategie di prevenzione e controllo per raggiungere l'accuratezza desiderata nel sistema fisico.
L'uso di esperimenti virtuali e gemelli digitali nelle applicazioni metrologiche richiede metodi di valutazione dell'incertezza, nonché procedure di validazione affidabili, per renderli adeguati, ad esempio come sostituti o estensioni, rispetto ai dispositivi di misura certificati. Il progetto ViDiT svilupperà questi metodi e procedure per garantire l'affidabilità e tracciabilità degli esperimenti virtuali e dei gemelli digitali in metrologia. Le quattro fasi di lavoro tecniche e le applicazioni selezionate del progetto sono: macchina di misura a coordinate, interferometro a onde inclinate, misure di flusso di liquidi, misure geometriche 3D tramite robot, nanoindentazione, misure di cilindricità ottiche e misure elettrica.
Per agevolare l'adozione dei metodi sviluppati dagli Istituti Nazionali di Metrologia e dagli attori industriali, verranno redatte tre guide di buone pratiche, e l'applicabilità dei metodi sarà dimostrata in 12 casi studio che coprono le applicazioni di metrologia industriale al centro del progetto.