Guida ai Digital Twin, tra IoT e Building Construction

EPC contracting: dall’approccio tradizionale alla digitalizzazione integrata

L’acronimo EPC (Engineering, Procurement e Construction) viene utilizzato per indicare l’erogazione di un complesso sistema di servizi da parte di una società specializzata in servizi ingegneristici. Nello specifico, un EPC Contractor è in grado di gestire progetti integrati e complessi che includono attività di Engineering, Procurement, Construction & Plant Erection, QHSE (Quality, Health, Safety, and Environment), expediting e servizi di maintenance & technical assistance.

Le tre macroaree nelle quali opera un EPC Contractor riguardano i servizi di:

• progettazione ingegneristica

• processi di approvvigionamento di materiali e attrezzature

• construction & plant erection

La capacità di mettere a sistema il know-how di un EPC tradizionale – come l’ingegneria multidisciplinare e le costruzioni – con una gamma di soluzioni tecnologiche innovative e d’avanguardia, erogate attraverso una piattaforma digitale basata sull’impiego intensivo di tecnologie 4.0 intelligenti legate al mondo dell’IoT (Internet of Things), è ciò che realizza la digitalizzazione integrata dell’EPC.

L’innovazione IoT nei processi di Engineering, Procurement e Construction & Plant Erection rappresenta un fattore chiave di competitività e può determinare il successo di un progetto.

2. Procurement Smart Solutions

La gestione centralizzata dei processi di progettazione e l’acquisto di materiali e attrezzature, al pari di quella relativa alla costruzione di impianti e dotazioni, fornisce la certezza del risultato e della qualità di esecuzione, razionalizza le fasi produttive e le tempistiche e garantisce infine una gestione trasparente ed ottimizzata degli aspetti economico/finanziari. Grazie alle smart solutions è possibile monitorare costantemente lo stato d’avanzamento, abilitare la gestione centralizzata dell’acquisto di materiali e attrezzature, verificare la qualità e le tempistiche di esecuzione, garantendo processi di approvvigionamento efficaci, sicuri e trasparenti.

VANTAGGI

1. Possibilità di affidare tutti i processi critici di cantiere a un unico interlocutore che dispone di personale qualificato, profonde competenze professionali e soluzioni innovative.

2. Automatizzazione e digitalizzazione dei processi in situ: grazie alle soluzioni per l’Edilizia 4.0 il progetto diventa davvero innovativo.

3. Possibilità di sfruttare la potenza dell’IoT per garantire la salute e la sicurezza dei lavoratori che operano sul campo – anche in caso di cantieri molto estesi e complessi – riducendo sensibilmente i rischi operativi.

Piattaforme IoT: come generare valore dai dati

Secondo Gartner, una piattaforma IoT può essere concepita come un insieme di funzionalità software integrate, finalizzate al miglioramento dei processi decisionali nella gestione degli asset e delle risorse e all’incremento della visibilità operativa nel controllo di impianti, infrastrutture, attrezzature.

Una moderna piattaforma IoT deve poter interagire ed essere un attore protagonista nello svolgimento dei processi, diventando consapevole e co-partecipe agli obiettivi e ai risultati del business a tutti i livelli. Solo in questo modo, infatti, una piattaforma IoT può definirsi “evoluta”.

IoTmind è la piattaforma IoT di Maticmind caratterizzata da:

interoperabilità e modularità, che la rendono facilmente personalizzabile e scalabile attraverso applicazioni verticali commisurate alle esigenze di business;
proattività e consapevolezza, che le garantiscono autonomia nello svolgimento dei processi e nel raggiungimento degli obiettivi di business sia in ambito Smart Building che Industrial IoT.

A partire dalla mole di dati raccolta e acquisita, grazie alla capacità di trasformare i dati in informazioni, la piattaforma IoTmind è in grado di generare conoscenza e consapevolezza facendo leva su un ecosistema strutturato su layer a cui corrispondono altrettanti servizi.

Tecnologie IoT al servizio dell’economia circolare

Mai come oggi i temi della sostenibilità ambientale sono al centro dei dibattiti a livello internazionale. L’implementazione delle nuove tecnologie, come le applicazioni IoT, sono cruciali per perseguire gli ambiziosi obiettivi dello sviluppo sostenibile. I sistemi di Intelligenza Artificiale (AI) ed Internet of Things (IoT) possono aiutare l’uomo a migliorare la qualità della vita e dell’ambiente in cui vive e a fare un uso ottimale delle risorse, così importante sia dal punto di vista ambientale che sociale ed economico.

Grazie all’impiego di sensori e device connessi in rete e in grado di scambiare in real time informazioni tra loro e di piattaforme IoT per la raccolta, l’analisi e l’elaborazione delle informazioni, dagli smart building alle smart city e all’industria 4.0, è possibile ottimizzare i processi produttivi, le catene di approvvigionamento e le infrastrutture, riducendo ad esempio l’inquinamento e il consumo di risorse, così come i costi di gestione degli impianti, ma anche aumentando la sicurezza di sistemi e persone, evitando a operatori umani di sottoporsi ad attività usuranti, pericolose o particolarmente faticose.

Digital Twin: cos’è e come utilizzarlo al meglio

Secondo la definizione di Gartner, “un gemello digitale è una rappresentazione digitale di un'entità o di un sistema del mondo reale. L'implementazione di un gemello digitale è un modello software incapsulato che rispecchia un oggetto fisico, un processo, un'organizzazione, una persona o un'altra astrazione univoci. I dati provenienti da più gemelli digitali possono essere aggregati per una vista composita su una serie di entità del mondo reale, come un’azienda o una città, e i relativi processi”.

Pur essendo stato introdotto nei primi anni del secondo millennio, è con l’avvento dell’Internet of Things (IoT) che il concetto di Digital Twin ha visto la sua più efficace evoluzione, compimento e sviluppo. Grazie all’IoT e all’Intelligenza Artificiale (AI), che hanno reso così possibile processare e analizzare una mole di dati notevole in modo rapido ed efficace, il Digital Twin oggi è in grado di analizzare un flusso enorme di dati e di monitorare i sistemi per svolgere manutenzione predittiva, ampliando la gamma di applicazioni e riducendo al contempo i costi di un progetto.

Ciò che rende esclusivo il Digital Twin è la sua capacità di fornire informazioni sullo stato attuale, le prestazioni e la salute delle risorse e dei processi tanto quanto simulare opzioni future per ottimizzare attività e servizi. L’importanza del Digital Twin è sintetizzata nel report 2023 di Markets & Markets sull’analisi delle dimensioni del mercato, stimato in 6,9 miliardi di dollari nel 2022, in base al quale si prevede una crescita esponenziale: 73,5 miliardi di dollari entro il 2027, crescendo a un CAGR del 60,6% dal 2022 al 2027.

BIM & IoT nel Digital Twin

Dalla digitalizzazione delle informazioni, attraverso lo sviluppo del Digital Twin nasce un modello digitale di un edificio. Il BIM, infatti, quando sostenuto da un adeguato framework IoT, aumenta le proprie prerogative divenendo uno strumento di raccolta e gestione delle informazioni destinato alla creazione del Digital Twin, un modello dinamico dell’asset in grado di migliorare ulteriormente le performances di un edificio durante tutto il suo ciclo di vita operativa, dalla progettazione alla realizzazione e gestione, che può essere utilizzato per monitorare e gestire le prestazioni degli oggetti fisici in tempo reale.

Per il modello BIM, quindi, la piattaforma IoT di gestione e controllo rappresenta una fonte ulteriore di informazioni: ai dati standardizzati del modello si aggiungono quelli raccolti in tempo reale e rappresentati dalla piattaforma.

Il BIM, infatti, è di per sé un modello statico, che necessita un continuo aggiornamento per fornire una rappresentazione reale dei componenti dell’edificio. Il Digital Twin, invece, è una rappresentazione dinamica e virtuale dell’edificio, in grado di interagire con l’utilizzo reale delle sue componenti.

Al fine di ottenere una corretta gestione del building, risulta dunque fondamentale garantire l’integrazione del modello BIM con la piattaforma IoT di gestione e controllo dell’edificio per avere un riscontro reale delle risposte dell’immobile in fase operativa. Nello specifico, la piattaforma può potenziare i benefici dell’adozione di un modello BIM nella fase di gestione del building.

Building automation: l’importanza dell’integrazione tra IoT e BIM

L’IoT gioca un ruolo molto importante nella creazione del gemello digitale per i processi di industrial e building automation. Attraverso sensori e dispositivi connessi ad internet, l’IoT può aiutare a garantire che tutti gli aspetti dei processi siano strettamente monitorati e controllati. Il gemello digitale BIM, arricchito dai dati provenienti dai sensori IoT, può essere usato per:

• analizzare come sta procedendo il progetto di realizzazione dell’asset e identificare potenziali problemi in anticipo;

• prendere decisioni su come ottimizzare le prestazioni dell’asset;

• aiutare a migliorare la sicurezza fornendo dati in tempo reale sui potenziali pericoli.

L’IoT è l’elemento di connessione per l’insieme di device e fonti di dati finalizzati alla creazione del gemello digitale del mondo fisico. Quando applicato ad un edificio, il Digital Twin fornisce una visione in tempo reale del progetto che aiuta a migliorare la comunicazione tra gli appaltatori e le parti interessate e fornisce dati preziosi per il miglioramento continuo dei progetti di costruzione.

Quando applicato al settore dell’industry aiuta a monitorare e ottimizzare le performance aziendali quasi in tempo reale. Il valore aggiunto dei Digital Twin si realizza in:

• Miglioramento continuo

• Predittività

• Analisi di scenario (what-if)

• Visibilità

• Conoscenza

• System Integration

• Disruptive business models

Smart Manufacturing: i vantaggi di Digital Twin e IoT

L’industria manifatturiera sta cambiando profondamente e grazie all’impiego di tecnologie di Industrial Internet of Things (IIoT), sistemi ciber-fisici, big data, augmented reality, manutenzione predittiva, cloud computing, e molto altro, diventa Industry 4.0.

Con l’acronimo IIoT si fa riferimento all’applicazione dei paradigmi e delle tecnologie propri dell’Internet of Things al mondo industriale. Nell’IIoT ci sono sensori e dispositivi connessi tra loro, ad applicazioni industriali specifiche e contemporaneamente a una rete. Una interconnessione che consente la raccolta, lo scambio e l’analisi dei dati, all’interno e all’esterno dell’impresa, con fornitori e clienti.

È l’Osservatorio Internet of Things del Politecnico di Milano a mappare l’entità del fenomeno in Italia, dove la quota di piccole e medie imprese a conoscenza di soluzioni IIoT sale all’87%.

Dalla capacità delle soluzioni IIoT di elaborare dati in tempo reale, restituire in tempo reale lo stato degli indicatori chiave delle prestazioni delle unità produttive, monitorare e prevedere problemi che possono derivare da fermi macchina o da disallineamenti degli equilibri tra approvvigionamento e produzione e fare analisi predittive deriva la possibilità di migliorare l’efficienza e la produttività di processi e impianti. Si ottiene così oltre al miglioramento delle capacità produttive, una riduzione dei rischi e dei costi generali.

Manutenzione predittiva e Digital Twin: come evitare guasti e fermi produttivi

Gartner ha incluso il Digital Twin tra le cinque tendenze emergenti che guideranno l’innovazione tecnologica per il prossimo decennio, in quanto destinato a svolgere un ruolo strategico anche nella transizione in atto verso un’idea di fabbrica sempre più intelligente, sostenibile e resiliente propria del modello Industry 5.0, al centro del quale non c’è soltanto efficienza e produttività, ma anche un approccio human centric.

Grazie alle sue caratteristiche e alla capacità di restituire una “fotografia” aggiornata in tempo reale dello stato dell’asset fisico, sia esso un prodotto, un sistema, un processo o un servizio, il Digital Twin consente di rivoluzionarne l’intero ciclo di vita.

A partire dalla fase di design fino a quella di funzionamento e vita operativa, passando per una produzione testata e ottimizzata, il Digital Twin consente un costante miglioramento della qualità di un prodotto. Nella fase manutentiva permette di abbattere i costi, prevedere in anticipo comportamenti anomali, ridurre rischi, tempi di inattività, inefficienze ed errori, abilitando una manutenzione di tipo predittivo.

Infrastrutture critiche: cosa sono?

Con “infrastrutture critiche”, si intendono quei sistemi e servizi essenziali, il cui danneggiamento comporterebbe gravi ripercussioni, sia in termini di security che di safety, per ambienti, persone, tecnologie e processi. L'obiettivo della Protezione delle Infrastrutture Critiche (PIC) è quello di garantire la disponibilità di beni e servizi essenziali.

Nella società globale interconnessa, le tematiche legate alla cyber security costituiscono un fattore abilitante per l’erogazione dei servizi di business. La gestione e il trattamento dei rischi di sicurezza diventano pertanto un fattore di successo fondamentale.

Il panorama della sicurezza informatica in Italia

Secondo il report 2023 dell’Osservatorio Cybersecurity & Data Protection della School of Management del Politecnico di Milano, gli attacchi informatici sono in aumento in Italia, con 1.141 incidenti gravi registrati solo nel primo semestre del 2022, che segnano un aumento del 8,4% rispetto allo stesso periodo dell’anno precedente.

Le minacce colpiscono sempre più le infrastrutture critiche, e il 67% delle imprese segnala un aumento dei tentativi di attacco. Il 14% delle aziende ha subito conseguenze tangibili, come interruzioni del servizio, ritardi nei processi operativi o danni reputazionali.

Nel contesto attuale, il 92% delle aziende rileva impatti, positivi o negativi, riconducibili al contesto geopolitico. Ciò ha portato ad un maggiore interesse per la sicurezza da parte della dirigenza e alla riorganizzazione delle attività di gestione del rischio cyber.

Sicurezza infrastrutture critiche: come garantirla?

Una violazione fisica alle infrastrutture critiche può verificarsi sia dall’esterno, sia dall’interno del sistema. Può infatti essere attuata da intrusi che tentano di mandare in blocco un sistema o di sottrarre dei dati, spesso a scopo estorsivo, oppure da dipendenti che, involontariamente, possono compromettere le apparecchiature e le misure di sicurezza.

È stato stimato che il danno economico medio di un attacco informatico per un’organizzazione di qualsiasi settore è pari a 3,86 milioni di dollari, arrivando a 6,39 milioni di dollari in ambito energetico e, addirittura, a 7,13 milioni di dollari per quello sanitario. I costi sono imputabili sia alle attività necessarie per la riparazione del danno conseguente alla violazione, che alle perdite di produttività dovute all’arresto del sistema.

Ecco perché è importante proteggere il sito da minacce esterne tramite diversi livelli di sicurezza, tra cui:

• La protezione perimetrale

• Il controllo degli accessi

• La segmentazione della rete

• I firewall

• Il management switch

• I sistemi di deception

OT security: che cos’è e come garantirla

La “Operational Technology Security” (OT Security) si occupa della protezione dei sistemi di controllo industriali (ICS), siano essi distribuiti, DCS (Distributed Control System), di supervisione e acquisizione dati, SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) oppure dei processi, PLC (Programmable Logic Controller).

Il costante aumento di cyber attacchi alle infrastrutture critiche, operati sia a scopo estorsivo, sia per creare caos e instabilità nell’attuale e complesso scenario geopolitico, fanno sì che il tema della OT Security sia sempre più rilevante.

Uno dei requisiti base del mondo OT è quello di garantire il controllo in real time e la disponibilità delle risorse per assicurare la continuità operativa dei sistemi, anche da remoto, oltre alla confidenzialità e l’integrità dei dati.

Integrazione Bim e IoT: i vantaggi della building automation

Building automation: che cos'è e quali vantaggi può portare

La “building automation” (automazione degli edifici) consiste nell’integrazione della tecnologia IoT negli impianti nel settore residenziale, commerciale e dei servizi, grazie a un’infrastruttura di supervisione e controllo che può funzionare anche da remoto.

L’obiettivo dei sistemi di building automation è quello di aumentare i livelli di vivibilità, comfort e sicurezza degli edifici, oltre a ridurre l’impatto ambientale e i costi della gestione energetica e dei consumi.

Smart building: le tecnologie IoT al servizio di edifici più sostenibili e intelligenti

Con il termine Smart Building si fa riferimento ad un edificio in cui gli impianti in esso presenti sono gestiti in maniera intelligente ed automatizzata, attraverso l’adozione di una infrastruttura di supervisione e controllo, al fine di minimizzare il consumo energetico e garantire il comfort, la sicurezza e la salute degli occupanti, assicurandone, inoltre, l’integrazione con il sistema elettrico di cui il building fa parte.

La struttura fisica dello Smart Building comprende i dispositivi hardware e software, concettualmente rappresentabili attraverso i seguenti tre layer:

1. Automation technologies che comprendono la sensoristica connessa agli impianti finalizzata alla raccolta dati, oltre agli attuatori che eseguono sugli impianti i comandi elaborati dalle piattaforme di controllo e gestione;

2. Piattaforma di controllo e gestione che comprende i software di raccolta, elaborazione e analisi dei dati acquisiti dalla sensoristica installata sugli impianti;

3. Infrastruttura di rete che comprende i mezzi di comunicazione, wireless o cablati, che permettono la comunicazione tra sensori, attuatori e la piattaforma di controllo e gestione.

Sistemi di building automation e Iot per ottimizzare i costi energetici

Per raggiungere gli obiettivi di decarbonizzazione e i target energetici previsti a livello europeo, occorre investire sulla riconversione in chiave efficiente e smart e sul rinnovamento degli edifici, un tema di particolare rilievo per l’Italia ancora lontana dagli obiettivi fissati per il 2030, considerando che oltre la metà degli edifici (56%) risulta avere classe energetica F e G.

Dotare gli edifici italiani di tecnologie efficienti e smart consentirebbe di ridurre i consumi energetici del 20-24% all’anno, mentre quelli idrici del 4-5%. In questo modo si taglierebbe tra il 19 e il 28% delle emissioni di CO2 del settore edilizio.

In termini economici, secondo i risultati del Rapporto Strategico della prima edizione della Community Smart Building, la piattaforma di confronto di alto livello avviata da The European House – Ambrosetti nel 2022, tutto ciò si traduce in un risparmio complessivo tra i 12 e i 14 miliardi di Euro (considerando 10,8-11,9 miliardi per consumi energetici e 1,6-1,8 miliardi per quelli idrici) a livello di Sistema-Paese, pari a circa il 20-22% delle spese per consumi energetici delle famiglie italiane nel 2022. Questo si tradurrebbe ogni anno in un risparmio netto complessivo pro-capite circa pari a 230 euro.

Monitoraggio impianti: come migliorare efficienza e comfort degli edifici

Con il monitoraggio degli impianti si intende un sistema che permette di misurare qualsiasi grandezza o vettore energetico. In funzione del contesto nel quale si opera, industriale oppure residenziale, il vettore oggetto del monitoraggio può essere acqua, energia elettrica e termica, gas, aria compressa, parametri ambientali e qualità dell’aria.

Un sistema di monitoraggio energetico ha innanzitutto lo scopo di fornire in tempo reale o a cadenze definite, con una frequenza che è funzione della grandezza misurata, i dati e i KPI (Key Performance Indicator) relativi ai consumi di ogni vettore energetico impiegato. Con queste informazioni è possibile effettuare un’attenta analisi, sulla base della quale ridurre la spesa energetica.

Il sistema di monitoraggio degli impianti è composto essenzialmente da tre elementi:

1. infrastruttura fisica, costituita da sensori e strumenti di monitoraggio;

2. infrastruttura di rete, che può essere cablata o wireless;

3. piattaforma software per la raccolta e la gestione dei dati rilevati.

I vantaggi del monitoraggio impianti derivano proprio dalla visibilità fornita dalla piattaforma software, grazie alla quale è possibile ottimizzare i consumi e la produzione, attuare un miglioramento energetico continuo per efficientare l’impianto e aumentare il comfort ambientale, ed effettuare una manutenzione predittiva dell’asset, diminuendo i costi di manutenzione grazie all’impostazione di azioni correttive e attraverso il controllo e la gestione delle anomalie.

Smart building e IoT nella Sanità: il caso New Hospital Odense

Il caso riguarda la realizzazione del nuovo Ospedale Universitario di Odense, il complesso più grande ed esteso della Danimarca con una superficie totale pari a circa 250.000 mq. Una grande opera e un esempio eccellente di Building Innovation, frutto della joint venture CMB-ITINERA SPA, con il contributo di Maticmind per le attività BIM e BMS. Il valore complessivo dell’opera commissionata dalla “Region of Southern Denmark” è di circa 600 milioni di euro.

Maticmind si è occupata non solo della modellazione BIM (Building Information Modeling) e dell’installazione degli impianti elettrici relativi al Building3 (circa 90.000 mq), ma anche della implementazione, fornitura e installazione del sistema BEMS (Building Energy Management System) che controllerà e governerà gli impianti, le stanze e le aree comuni del nuovo Ospedale di Odense.