«High performance computing, simulazione e digital twin. Sono le tre condizioni per garantire la nostra sopravvivenza. Senza queste capacità tra qualche anno saremmo destinati a scomparire. Se non si pensa in digitale fin dal momento in cui si progetta un nuovo elicottero, un velivolo o un radar, si rischia di essere fuori dal mercato. Dobbiamo progettare la macchina in digitale, fare diventare questa modalità di produzione lo standard industriale. Si risparmia un sacco di tempo, meno prototipi e costi di produzione mostrosuamente più bassi. È quello che chiamiamo design to cost». Parola di Alessandro Profumo, ad di Leonardo, tra le prime società al mondo nell’aerospazio, difesa e sicurezza e principale azienda manifatturiera italiana (13,4 miliardi di euro di fatturato e 1,6 miliardi di spesa annua in ricerca e sviluppo). Il motore per abilitare il new deal industriale dell’ex Finmeccanica è davinci-1, la macchina monster installata presso il Polo di competenza nazionale di Genova dove hanno sede i Leonardo Labs. Per il suo sviluppo, realizzato in collaborazione con la francese Atos, sono stati finora spesi 8 milioni di euro. Ha una capacità di elaborazione di 5 milioni di miliardi di operazioni al secondo ed è in grado di memorizzare fino a 20 milioni di miliardi di informazioni.
Davinci-1 è la fabbrica della simulazione dove si addestreranno gli algoritmi di intelligenza artificiale. Come spiega Carlo Cavazzoni, direttore Hpc e Labs di Leonardo, un passato in Cineca e tra i massimi esperti di supercomputing, «le aziende che vogliono competere per una posizione di leadership a livello globale devono dotarsi di una “data infrastructure” e di una capacità di “data processing” autonoma. Tutto questo serve a sottrarsi dalla dipendenza tecnologica di infrastrutture di terze parti ed è anche l’unico modo per preservare e valorizzare la proprietà intellettuale di un gruppo come Leonardo». Insomma, il supercomputing è un asset strategico per Leonardo e per il Paese. La sostenibilità dello sviluppo manifatturiero e industriale è strettamente legata alla disponibilità di infrastrutture Hpc sempre più potenti. La questione digitale è per certi versi simile a quella energetica. Occorre avere una propria autonomia. Nella classifica mondiale del supercalcolo l’Italia è in undicesima posizione. Al primo posto la Cina, seguita dagli Stati Uniti. La potenza del nuovo davinci-1 va a sommarsi a quella del supercomputer Hpc5 di Eni (35 milioni di miliardi di operazioni al secondo), al Franklin dell’Istituto Italiano di Tecnologia di Genova, e al Marconi del Cineca, il consorzio interuniversitario, centro di eccellenza mondiale del supercalcolo, che con il progetto Leonardo cofinanziato dal Governo italiano e dall’Ue si doterà presto di una potenza di 250 milioni di miliardi di operazioni al secondo.
Un’infrastruttura Hpc condivisa per la simulazione e il digital twin
Davinci-1 è una fabbrica nella fabbrica. Servirà a progettare l’industria aerospaziale del nuovo millennio. Lavorerà trasversalmente a tutte le divisioni e unità di business per analizzare i dati generati dai prodotti, esaminare gli scenari, prevedere situazioni, progettare sistemi innovativi e prendere decisioni accurate. Il supercalcolo sarà in grado di migliorare la produzione e allo stesso tempo accelerare la capacità di diversificazione su nuovi modelli di business software as a service. «La gestione del dato è ormai parte inscindibile della nostra operatività. Un elicottero, un aereo, sono tanto più funzionali quanto più esiste una descrizione digitale. Sulla simulazione si gioca la nostra sostenibilità futura. Da una certa data in avanti i nostri clienti compreranno solo sistemi che hanno un gemello digitale poiché tutti vorranno essere nella condizione di poterne gestire le funzionalità», afferma Profumo. Ergo, in prospettiva il modello di business di Leonardo non sarà più basato esclusivamente sulla vendita di prodotto ma sul servizio.
I nuovi contratti as a service
La frontiera della digitalizzazione è rappresentata dalla realizzazione di gemelli digitali per accelerare la progettazione, migliorare le performance, ottimizzare la manutenzione in chiave predittiva, incrementare le potenzialità di simulazione e virtualizzare l’addestramento. Come dice Profumo, «Grazie al digital twin si riescono a fare dei contratti con i clienti che minimizzano in modo permanente il costo della manutenzione. Cambia il modello di business. In funzione della capacità predittiva si possono fare dei contratti in termini di disponibilità ovvero vendere un elicottero garantendo un certo numero di ore di volo. Un contratto as a service basato sulla simulazione del digital twin».
Dimensione di servizio estesa a tutta la supply chain
Elicotteri, velivoli, elettronica per la difesa. Per realizzare nuovi sistemi e servizi la simulazione e la produzione di algoritmi diventano gli elementi per realizzare il nuovo modello di sviluppo industriale. Significa che da società manifatturiera Leonardo vuole diventare una società di servizi? «No, risponde Profumo. Significa soltanto che il prodotto deve essere strettamente connesso a una dimensione di servizio che viene resa possibile dall’esistenza di un suo digital twin. E’ un modello che si estenderà a tutta la filiera della supply chain». L’Hpc diventa, quindi, una piattaforma abilitante modelli di produzione integrata. La simulazione numerica combinata con l’analisi dati interessa anche le filiere produttive. Un esempio è il progetto di digitalizzazione e interconnessione dei processi di progettazione e produzione dei velivoli Atr dello stabilimento di Pomigliano d’Arco (Napoli).
Davinci-1, la centrale algoritmica della produzione digitale
Il processo di digitalizzazione sta modificando radicalmente il mondo dell’industria. Apre nuovi mercati, favorisce il design di prodotti innovativi e velocizza il flusso della produzione. La tecnologia aerospaziale è incrementale, non ci sono cambi radicali da una generazione di prodotti all’altra. Al contrario dell’auto, produrre un aeroplano elettrico è impensabile. Eppure, le tecnologie digitali sono decisive nella fase di design e certificazione, poiché abbattono i costi di progettazione. «Leonardo Labs e l’high performance computing rappresentano uno standard internazionale di cui sono dotate tutte le aziende hi-tech del mondo, afferma Cabvazzoni. Un centro di ricerca e sviluppo centrale e trasversale a tutte le divisioni dell’azienda. Un’infrastruttura che fornisce le tecnologie abilitanti il prodotto digitale. Big data analytics, digital design, simulazione e intelligenza artificiale. Una potenza di fuoco che permette di esplorare prodotti e servizi sempre più performanti».
Indipendenza tecnologica
Il dato è nulla senza capacità di elaborazione. L’infrastruttura di supercalcolo davinci-1 è stata studiata, dimensionata e predisposta per innovare l’intera produzione. Disporre di un’infrastruttura di questo tipo diventa un’arma nella battaglia per la supremazia del mercato. La capacità di analizzare i dati è quella che rende possibile realizzare prodotti e servizi che possono essere esclusivi rispetto alla concorrenza. «Gli hyperscaler, come Google, Amazon e Microsoft hanno sviluppato tecnologie analoghe, ma un’industria come la nostra deve avere una sua indipendenza e autonomia tecnologica, osserva Cavazzoni. La capacità di utilizzare intelligenza artificiale e il digital twin senza dipendere da tecnologia di terzi è condizione indispensabile per essere competitivi».
Manutenzione predittiva e da remoto
In Leonardo non si ragiona più unicamente sulla vendita dell’hardware, ma su software, applicazioni e servizi. La tecnologia digitale aiuta a gestire al meglio l’operatività dell’hardware. Tra queste, la manutenzione predittiva. Non faccio il tagliando ogni ventimila km ma solo quando serve. L’utilizzo di queste tecniche nell’analisi dei dati di volo ha consentito, ad esempio, di sviluppare applicazioni evolute per la gestione delle flotte di elicotteri, ottimizzando le prestazioni e le attività di manutenzione. Si va verso la predictive maintenance e le capacità di supporto da remoto attraverso piattaforme digitali collaborative basate anche su dispositivi di realtà aumentata. Per i velivoli ad ala fissa l’analisi predittiva attraverso sensori e sistemi elettronici di precisione si sta allargando alla valutazione dinamica dei singoli componenti del velivolo. L’obiettivo è quello di accelerare la “digital transformation” delle attività e dei processi tecnici del supporto logistico, offrendo un’infrastruttura adatta alla progressiva implementazione di strumenti di intelligenza artificiale orientati a un continuo miglioramento dell’efficienza ed efficacia delle operazioni manutentive.
Digital twin come sistema di sistemi
«Il digitale è come il lievito dentro al pane, dice Profumo. Senza questa capacità si è meno competitivi, non si è in grado di interpretare i fenomeni e si hanno meno possibilità di fare innovazione». Tutta la produzione Leonardo avrà nel tempo il suo digital twin, la replica digitale di un oggetto fisico in tutte le sue componenti. La simulazione delle pale di un elicottero ha permesso, per esempio, di guadagnare 10 km all’ora di velocità. Ma è servita anche a rendere più sicure le operazioni di decollo e atterraggio simultaneo di più elicotteri sulle portaerei. La creazione di modelli predittivi permette inoltre di prevenire la formazione di ghiaccio sulle ali dei velivoli. Sono solo alcune delle applicazioni sviluppate nell’ambito dei modelli virtuali. L’insieme di tutte queste competenze è alla base dello sviluppo della nuova generazione di velivoli concepiti come “sistema di sistemi”. La simulazione e la capacità dell’Hpc possono essere estese anche ad altri ambiti. Per esempio, replicare i sistemi informatici per simulare attacchi cibernetici o, ancora, per il controllo e il monitoraggio del territorio, permettendo decisioni informate anche in casi di emergenza per la salvaguardia idrogeologica e per una sicurezza sempre maggiore dei cittadini, anche in chiave preventiva. Applicazioni in ambito emergenziale – urgent computing – consentiranno una valutazione oggettiva e una risposta rapida in occasione di eventi straordinari, di origine naturale o antropica.
I joint labs Leonardo-Iit per lo sviluppo della robotica spaziale e industriale
Davinci-1 diventa una risorsa supercalcolo che si integra con quella del supercomputer Franklin dell’Istituto Italiano di Tecnologia di Genova. Sottoscritto lo scorso aprile, il programma di ricerca condivisa – 30 i ricercatori coinvolti, 3 i laboratori disponibili – punta alla realizzazione di robot adattivi da utilizzare in ambiti produttivi complessi. L’obiettivo è sviluppare una robotica in grado di migliorare la sicurezza degli operatori grazie a una maggiore flessibilità di utilizzo in ambienti non strutturati e in condizioni ambientali critiche. Le principali applicazioni sono in ambito di protezione civile, sicurezza e difesa. Particolare attenzione è riservata allo sviluppo di sistemi robotici per l’esplorazione spaziale dove l’operatività risulta complessa a causa di radiazioni, marcate escursioni termiche e condizioni di mobilità particolarmente difficili. Ulteriore ambito di collaborazione è lo sviluppo di sistemi robotici integrati con l’intelligenza artificiale, per applicazioni in ambito industriale. Con soluzioni ibride di interazione tra l’uomo e i sistemi robotici sarà possibile digitalizzare le aree produttive industriali con incremento dei livelli di sicurezza, la gestione programmata e predittiva della logistica, la migliore qualità della produzione e dei prodotti, il potenziamento post-vendita. Sono oggetto di studio anche squadre multi-robot per svolgere in autonomia compiti di sollevamento, navigazione e stoccaggio delle merci e tecnologie di telecontrollo robotico per consentire all’uomo di operare da remoto.
Digital twin, un mercato multimiliardario
L’investimento di Leonardo in un’infrastruttura di supercalcolo a supporto della nuova produzione digitale è allineata all’evoluzione del mercato. Secondo la società di ricerche e consulenza MarketsandMarkets, il mercato globale del digital twin passerà dai circa 3,1 miliardi di dollari del 2020 a 48,2 miliardi di dollari nel 2026, evidenziando un tasso di crescita medio annuo del 58%. Digital twin come replica digitali di un sistema fisico. Dotato di intelligenza artificiale, animato da un algoritmo, abilita la capacità diagnostica sul suo stato e sul suo funzionamento. La qualità dell’informazione che viene resa disponibile dipende dal singolo modello e dalla qualità algoritmica associata a livello multifisico e multiscala. Un digital twin si può definire come una rappresentazione virtuale, continuamente aggiornata e sincronizzata in tempo reale tramite i dati di campo, di un oggetto o sistema esistente nel mondo fisico. Restando in costante comunicazione con l’oggetto fisico e acquisendone dati e feedback in tempo reale, il gemello digitale è in grado di mappare lo stato e il funzionamento dell’oggetto nell’ambiente di riferimento. Il modello digitale è sviluppato tramite metodologie di simulazione numerica e algoritmi di machine learning che, elaborando i dati acquisiti, replicano il comportamento del sistema reale e permettono d’individuare o prevedere anomalie di funzionamento e di attuare strategie di correzione e ottimizzazione.
