Il gemello digitale dei veicoli: quando i modelli fisici e quelli digitali si incontrano

La digitalizzazione del Grouppo Renault non è una novità, ma si sta intensificando man mano che l’azienda si trasforma in una «Tech Company». Un orientamento indispensabile per far fronte alla crescente complessità tecnologica dei veicoli, alle sempre più numerose esigenze tecniche e normative e al miglioramento continuo dei veicoli esistenti e futuri, che ormai operano in un universo connesso. Da alcuni anni, gli strumenti a disposizione del Design e dell’Ingegneria sono così evoluti che la realtà virtuale precede quella fisica. Il gemello digitale esiste prima del veicolo stesso. Spiegazioni.

Il gemello digitale: che cos'è? 

Nel dizionario, un gemello digitale è la replica digitale di un oggetto, di un processo o di un sistema. Nel settore automobilistico, i primi gemelli digitali venivano creati tramite la digitalizzazione o la copia virtuale di veicoli reali. Pezzo per pezzo, fino al bullone più piccolo. Da qui il termine "gemello". Con il progresso tecnologico, il gemello digitale viene ora creato prima della sua versione fisica. La sua denominazione è fuorviante perché, in realtà, il gemello digitale è costituito da tutti i modelli digitali e fisici del futuro oggetto fisico. È dalla loro maturità che nascerà quest'ultimo.

Il gemello digitale: l’industria automobilistica non può più farne a meno. Ha rivoluzionato i metodi di lavoro degli operatori coinvolti nella progettazione, nella produzione e nella riparazione di un veicolo. I reparti di Progettazione, Ingegneria, Produzione e Assistenza post-vendita migliorano i propri risultati, possono "dialogare" tra loro sul cloud in tempo reale e condividere un database completo e aggiornato per tutta la durata di vita del veicolo. E questo cambia davvero tutto!

La nascita del gemello digitale

Nella fase di progettazione di un veicolo, il reparto Design è responsabile della creazione della forma e dell’aspetto (carrozzeria, colori e materiali) del veicolo, conciliando estetica, funzionalità e vincoli fisici. È il primo reparto a progettare una «parte» del gemello digitale, elaborando modelli virtuali degli esterni e degli interni del futuro modello. L'obiettivo di questi numerosi modelli "di prova" è quello di ottenere le migliori presentazioni e finiture possibili.

Gli strumenti digitali di rendering realistico utilizzati sono così avanzati che i progettisti possono valutare l'aspetto e la qualità percepita di una carrozzeria o di un abitacolo creati virtualmente. Possono gestire le texture dei componenti, il loro accoppiamento e persino i riflessi delle parti lucide o vetrate dell'auto. Sembra proprio di essere lì!

Il reparto Design trasmette quindi al reparto Ingegneria le proprie proposte relative agli interni e agli esterni del futuro veicolo sotto forma di dati digitali tramite il cloud.

Alla nascita del gemello fisico

L'ingegneria prende il testimone dal design e si occupa della progettazione tecnica dell'auto. Partendo dai modelli digitali disponibili sul cloud, crea virtualmente, passo dopo passo, un veicolo completo in 3D. Carrozzeria, telaio, sistema elettrico ed elettronico, motore... non manca quasi nulla!

Grazie ai loro strumenti di simulazione numerica tridimensionale, gli ingegneri sono in grado di inserire fin dalle prime fasi di sviluppo un occupante virtuale a bordo di un veicolo di futura generazione, proprio come se si trovasse in un'auto reale. Attraverso questi test vengono verificati, in particolare, i requisiti di posizionamento (ergonomia) e di interfaccia uomo-macchina (IHM).

Il reparto di Ingegneria garantisce la conformità di tutti i componenti, ma anche dei sistemi (sistemi di assistenza alla guida, sensori, ecc.). Grazie al gemello digitale, crea e testa, tutte le volte che è necessario e senza limiti fisici, ogni elemento e ogni equipaggiamento dell'auto per verificarne il funzionamento a livello di sistema e tra i sistemi. Nulla viene lasciato al caso: producibilità, montabilità, compatibilità, durata, ecc.

In questa fase, gli ingegneri utilizzano il gemello digitale completo in una simulazione 3D immersiva per testare, ad esempio, l'aerodinamica della carrozzeria, le prestazioni del motore, la gestione della trasmissione o l'efficienza dell'impianto di climatizzazione tramite simulazione virtuale. Tutto viene esaminato minuziosamente!

I modelli digitali saranno inoltre sottoposti a crash test virtuali, scenari di guida su strade virtuali, prove in galleria del vento «digitale», ecc. Tutte queste simulazioni vengono realizzate molto più rapidamente e in numero molto maggiore rispetto a quanto sarebbe possibile con i test fisici. Grazie alla completa digitalizzazione della creazione e della progettazione di un veicolo, i test virtuali vengono effettuati fino a due anni prima dei test reali. Si comprende quindi il progresso che rappresenta la tecnologia del gemello digitale.

Durante la fase di test, ogni scelta tecnica risultata efficace viene consolidata in un modello digitale «ottimale». Una volta completato, quest'ultimo costituisce il gemello digitale utilizzato per progettare il primo modello fisico. Si passa dalla teoria alla pratica!

Finalmente gemelli!

Dopo i test virtuali, è il momento dei test fisici con prototipi reali. Nonostante la digitalizzazione, questi test rimangono indispensabili perché sono gli unici a fornire prove oggettive, le uniche «prove accettabili per i clienti». Estremamente costosi da produrre, questi prototipi sono realizzati a mano, in esemplare unico, solo per essere maltrattati! Sono sottoposti a una moltitudine di test, in particolare dinamici, sulle piste di prova del centro tecnico Renault di Aubevoye. Questa fase di test è ormai l'ultima tappa in cui tutto viene definitivamente convalidato prima dell'avvio della produzione in fabbrica.

Esistono quindi due gemelli: quello digitale e quello fisico. D'ora in poi si accompagneranno per tutta la vita.

E adesso?

Arricchito con tutti i test reali condotti sui prototipi, il gemello digitale finale verrà utilizzato dal reparto Produzione per la realizzazione del futuro veicolo di serie. I fornitori useranno il clone virtuale di ogni pezzo per fabbricare il pezzo fisico. Da parte sua, lo stabilimento utilizzerà l'intero gemello digitale per elaborare virtualmente la futura linea di assemblaggio, la futura configurazione delle sue macchine utensili o anche per misurare i futuri flussi (spostamenti degli operatori, percorso dei pezzi, ecc.). Il gemello digitale è una miniera di informazioni per tutti!

I gemelli si accompagnano per tutta la loro esistenza, ma conducono una vita separata. Prima della produzione del veicolo, il gemello digitale «alimenta» quello fisico. Una volta uscito dalla fabbrica, avviene il contrario. I settori commerciali (logistica, vendita e assistenza post-vendita) alimentano il gemello digitale con i feedback dei clienti, il monitoraggio della qualità e gli aggiornamenti sull'utilizzodelle auto "reali" nel corso della loro "vita in serie".

Grazie alla virtualizzazione, il tempo totale necessario per la progettazione di un nuovo veicolo è stato ridotto di un quarto. Ciò equivale a un anno di risparmio. Un progresso straordinario, considerando la crescente complessità tecnologica delle automobili!
Anche se l’apprendimento empirico non scomparirà (almeno non subito), il futuro dell’intelligenza artificiale amplierà in modo esponenziale il campo di applicazione e le prestazioni dell’apprendimento digitale. Il gemello digitale è una tecnologia fondamentale e persino imprescindibile per il Grouppo Renault. Nella progettazione e nella produzione dei veicoli, ma non solo. Consente il miglioramento continuo dei veicoli del Grouppo Renault. Per una maggiore sicurezza, comfort e piacere dei proprietari. Allora, a chi va il merito?