Virtual commissioning: riduzione dei costi e miglioramento della convalida delle macchine
Pubblicato il 01 Ottobre 2025 a Industry 4.0
In che modo il virtual commissioning può eliminare costosi fraintendimenti e consentire ai produttori di innovare in modo sicuro?
"Non ne abbiamo parlato perché pensavo lo sapessi già" è una frase che si sente dire spesso.
La scarsa comunicazione è il motivo principale per cui i progetti di automazione industriale non passano dalla fase di pianificazione a quella di commissioning. Che si tratti di una nuova macchina, di una nuova cella o di un'intera linea, si vengono spesso a creare, tra i partner del progetto, delle incomprensioni relative al design. Consultare la documentazione non è sempre d'aiuto, perché spesso sono proprio le informazioni imprecise, vaghe o incomplete a causare il disaccordo.
Un tipico esempio è rappresentato dalla comunicazione inefficace sugli ingressi, sulle uscite e sulle interfacce. Un integratore di sistemi potrebbe presumere che un'apparecchiatura utilizzi EtherCAT, mentre il produttore si aspetta Profinet. O magari un integratore delle linee dimentica di citare un sensore che acquisisce informazioni aggiuntive, importanti per la sicurezza della macchina. In entrambi i casi, il risultato è lo stesso: costi aggiuntivi, spreco di tempo e crescente frustrazione per tutte le parti coinvolte.
La soluzione è semplice: non permettere agli esseri umani di produrre le specifiche da soli. Il virtual commissioning produce specifiche molto più precise.
Cos'è il virtual commissioning?
Il primo aspetto da sottolineare è che il virtual commissioning è una simulazione. Quest'ultima consiste nel testare idee, esplorare scenari ipotetici e determinare cosa è possibile e cosa no. Il virtual commissioning parte da queste considerazioni, per testare interi sistemi di produzione in un ambiente virtuale.
Ciò garantisce che eventuali problemi vengano identificati e risolti prima dell'avvio della messa in funzione fisica. Questa procedura fornisce inoltre una piattaforma per la generazione di specifiche di sistema precise, eliminando la maggior parte delle incertezze che si creano nei flussi di lavoro dei progetti tradizionali.
Il virtual commissioning si basa su MIL (Model-in-the-Loop), SIL (Software-in-the-Loop), HIL (Hardware-in-the-Loop) e sui digital twin, o gemelli digitali, per creare la configurazione ottimale della macchina e della linea. Il risultato non è solo un modello, ma una base solida per l'implementazione fisica.
Il segreto, in realtà, è più semplice di quanto si possa pensare: installare dei sotto-contatori. Con i sotto-contatori è possibile monitorare nel dettaglio la distribuzione dei consumi su una linea specifica, in una zona o persino su una singola macchina e, anche se può sembrare banale, questi ultimi permettono di individuare i macchinari ad alto consumo energetico, rilevare i consumi a vuoto e, alla fine, impostare KPI concreti.
Oltre all'energia elettrica, negli ambienti produttivi è importante monitorare anche metriche correlate come il flusso d'aria, i sistemi di raffreddamento e persino l'uso dell'aria compressa. In questi casi, i sensori di flusso, quelli termici e i trasmettitori di pressione sono degli alleati preziosi, un'assicurazione a basso costo contro gli sprechi e una base solida per i report sulle emissioni di carbonio.
Come ha aggiunto Stefan Jensen, sempre più clienti vorranno sapere qual è l'impronta energetica di ogni singolo pezzo prodotto; e la dura verità è che se l'azienda non sarà in grado di fornire numeri reali, qualcun altro lo farà al posto suo.
Quattro applicazioni chiave
1. Produzione di un progetto digitale
Il virtual commissioning elimina le ambiguità estraendo dettagli relativi a tolleranze, prestazioni, interfacce software e altri aspetti, al fine di generare specifiche di sistema precise. Il progetto digitale che ne risulta elimina la confusione e semplifica l'installazione.
Una volta creato, questo progetto può essere riutilizzato come strumento da "copiare e incollare" per replicare le linee in più siti. I produttori traggono vantaggio dall'uniformità, dalle implementazioni più rapide e da un modo affidabile per aumentare la capacità produttiva senza dover reinventare ogni volta la ruota.
2. Riduzione dei tempi e dei costi post-installazione
Tempo fa, un importante produttore di linee ha detto che, quando si costruisce una nuova linea, solo il 20% del costo totale è dedicato alle fasi di progettazione, acquisto e installazione. Il restante 80% viene generato successivamente per garantire il debug, l'integrazione e l'esecuzione fluida della linea. La risoluzione di tutti gli errori post-installazione richiede in media 12 mesi.
I tentativi virtuali eludono questo problema testando in anticipo i flussi dei processi, le interazioni con le macchine e persino gli interventi degli operatori. Queste prove digitali forniscono informazioni critiche su potenziali colli di bottiglia e punti di errore. Risolvendo questi problemi nel mondo virtuale, le aziende evitano tempi di inattività e costose sorprese nel mondo reale.
3. Creazione di linee di produzione a prova di futuro
Con una riproduzione digitale completa, le aziende possono esplorare configurazioni, regolazioni e opzioni di ridimensionamento senza sostenere i costi associati alle modifiche fisiche. Man mano che le richieste del mercato evolvono o i volumi fluttuano, le linee possono essere adattate in sicurezza. Questa agilità è fondamentale per i produttori che devono affrontare incertezze, lanci di nuovi prodotti o volatilità della catena di distribuzione.
4. Test dei sistemi di sicurezza
In ambienti come la produzione di batterie per veicoli elettrici, la differenza tra il funzionamento e gli errori dei sistemi di sicurezza è una questione di vita o di morte. Le scosse elettriche, l'esposizione alle sostanze chimiche e i carichi pesanti sono tutti aspetti che comportano dei rischi. Testare questi sistemi in condizioni reali è difficile perché raramente le funzioni di sicurezza sono limitate a una sola macchina.
Il virtual commissioning consente di testare in modo preciso le strategie di sicurezza in un ambiente controllato che replica la produzione reale. I costruttori ottengono un quadro affidabile del modo in cui le macchine e le linee reagiranno alle violazioni della sicurezza, senza esporre gli operatori a rischi.
Sfide da superare
Anche se i vantaggi offerti dal virtual commissioning sono chiari, le aziende devono affrontare alcune sfide pratiche.
1. Attività preliminari
Molte aziende conoscono i vantaggi ma non sono in grado di definire obiettivi chiari. Il virtual commissioning funziona al meglio in presenza di una roadmap, del consenso della dirigenza e dell'allineamento tra team meccanici, elettrici e responsabili dei software. Un progetto pilota strutturato rappresenta spesso il primo passo più efficace.
2. Precisione dei dati
Il fulcro del virtual commissioning è il digital twin. Se i dati che stanno alla base del modello virtuale sono obsoleti o impreciso, il modello non riprodurrà le prestazioni del mondo reale. La coerenza e la convalida dei dati sono quindi essenziali fin dall'inizio.
3. Integrazione e coordinamento
Il virtual commissioning richiede una stretta collaborazione tra le discipline ingegneristiche, ognuna con i propri strumenti e standard. Gli ambienti condivisi e i blocchi funzione predefiniti aiutano a colmare queste lacune. Ad esempio, OMRON e Dassault Systèmes hanno sviluppato dei blocchi funzione IT/OT utilizzabili sia fisicamente che virtualmente.
4. Infrastruttura IT
L'esecuzione continua di simulazioni complesse richiede sistemi IT affidabili. Gli elementi hardware e software, la sicurezza informatica e l'integrazione con l'infrastruttura IT esistente devono funzionare correttamente affinché il virtual commissioning funzioni.
Contributo rivoluzionario dell'IA
L'IA e il machine learning stanno rendendo il virtual commissioning ancora più potente. Attingendo ai dati storici e in tempo reale, i digital twin possono riprodurre i sistemi fisici con una precisione mai vista prima.
I modelli basati sull'IA sono in grado di prevedere le modalità di guasto, suggerire azioni correttive e perfezionare i processi automaticamente. Inoltre, semplificano la collaborazione tra i team di progettazione offrendo informazioni dettagliate su domini meccanici, elettrici e software. Il risultato è una maggiore precisione, un'ottimizzazione più rapida e la riduzione di errori costosi.
Molto più di una replica digitale
Il virtual commissioning non è la semplice creazione di una copia digitale. Si tratta di un approccio integrato che aiuta le aziende a innovare in modo sicuro, allineare le parti interessate di un progetto ed evitare costose incomprensioni. Per fare ciò utilizza strumenti digitali volti ad ottimizzare i processi di produzione prima dell'installazione fisica.
Inoltre, grazie al contributo dell'IA e del machine learning, il virtual commissioning si sta evolvendo da strumento di convalida a motore proattivo di miglioramento continuo. Così le informazioni diventeranno sempre più approfondite, i modelli più robusti e il processo più semplice.
