Elementi, sistemi e sistemi di sistemi, il corretto approccio all’integrazione, come fattore abilitante.
L’aggiornamento tecnologico costante, la dematerializzazione, l’ottimizzazione e digitalizzazione dei processi, la competitività sui mercati interni ed internazionali e le normative in continua evoluzione, sono solo alcune delle tantissime sfide che una qualsiasi azienda moderna si trova ad affrontare.
In riferimento alla prima sfida citata, ovvero la necessità di aggiornamento tecnologico costante, vien da sé quanta complessità questo singolo aspetto sia in grado di nascondere.
Intuitivamente verrebbe da pensare che si potrebbe trattare di un aspetto facilmente indirizzabile con azioni mirate. Ad esempio, con un efficiente piano di formazione delle risorse, con un approccio e una cultura aziendale orientata ad accogliere il nuovo o con investimenti orientati allo studio delle nuove tecnologie, o ancora con un corretto turnover che includa piani di inserimento e formazione del personale e scambio generazionale. In ultimo ma non meno importante, alla partecipazione, da parte del personale tecnico, a gruppi di lavoro con respiro internazionale, che permettano di ampliare gli orizzonti visivi dei partecipanti.
Sicuramente questi aspetti citati e questi approcci virtuosi, se applicati con costanza, sono in grado di determinare il successo di un’azienda moderna che si pone come obiettivo la propria crescita sostenibile e l’ottimizzazione della propria competitività sui mercati di proprio riferimento.
Vien da sé che poi, per fare in modo che questi investimenti portino i frutti sperati, sia necessario valutare che cosa possa essere introdotto, quindi utilizzato, nel contesto reale dell’azienda. Ed è proprio questo, creando aspettative e portando con sé ulteriore complessità, il più difficile da immaginare e gestire giorno per giorno.
Il termine “integrazione” (di sistema), in ambito ingegneristico, è spesso utilizzato nell’accezione più ovvia, cioè quella del “far funzionare due o più parti insieme”. Al giorno d’oggi quasi nessuna azienda che operi nel campo della meccatronica si occupa ormai della produzione end-to-end di un prodotto, indipendentemente dalla complessità. Ormai è prassi comune, parallelamente allo sviluppo interno, l’acquisto di elementi che andranno a costituire il prodotto o il sistema di interesse (lit. SOI), sia sviluppati ad hoc, che derivati a loro volta da prodotti a scaffale di un qualche fornitore.
Quindi, quando consideriamo l’importanza del costante aggiornamento tecnologico e la conseguente valutazione di ciò che potrà essere utilizzato (e riutilizzato) per l’efficientamento dello sviluppo di un prodotto o di un sistema, proprio l’integrazione diventa il terreno di confronto dove l’azienda con più ampia visione prospettica dei propri asset esistenti, della propria cultura e la corretta vision, riesce a superare più facilmente i potenziali competitor.
Da quanto postulato in precedenza, si può certamente affermare che le aziende in grado di dimostrare approcci più inclusivi verso l’innovazione e le nuove tecnologie, trovandosi di fatto nell’area di adozione identificata come Innovators o al confine con l’area degli Early Adopters nella rappresentazione della Curva di Rogers, siano di fatto quelle che potranno avere tassi di crescita superiori rispetto alle concorrenti1.
Certamente l’innovazione ha la sua massima evidenza quando la creazione si concentra su prodotti o sistemi del tutto nuovi (approccio greenfield), dove la libertà di azione appare più chiara; quindi, possa essere in qualche modo più facile risolvere le problematiche che si incontrano durante la fase di sviluppo con metodi, processi e prodotti slegati da concetti di as-is (brownfield) 2.
Come sappiamo molto bene, la realtà è fatta di sfumature: in un progetto del tutto nuovo è indispensabile considerare il contesto operativo, così come il pregresso, così come gli approcci e le soluzioni adottate in passato, torna quindi centrale un’altra volta il tema dell’integrazione.
1 Fonti Performance effects of digital technology adoption and product & service innovation – A process-industry perspective - https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0166497221000560
How Does Technology Enable Competitive Advantage? Reviewing State of the Art and Outlining Future Directions https://www.cjournal.cz/files/471.pdf
Digital transformation, due imprese su tre hanno aumentato gli investimenti https://www.ilsole24ore.com/art/digital-transformation-due-imprese-tre-hanno-aumentato-investimenti-AENfSpEB
Competitiveness Through Technology And Innovation https://www.researchgate.net/publication/374113290_Competitiveness_Through_Technology_And_Innovation
2 Iniziare un progetto da zero o riprenderne uno già iniziato.
La complessità aumenta esponenzialmente quando consideriamo che fornitori e clienti potrebbero utilizzare tecnologie diverse, avere priorità diverse o trovarsi in fasi diverse del loro ciclo di aggiornamento tecnologico.
Il successo non dipende solo dall'eccellenza del proprio prodotto, ma dalla capacità di creare un'architettura flessibile e robusta che faciliti l'interazione tra mondi tecnologici a volte distanti, trasformando potenziali incompatibilità in opportunità di integrazione senza soluzione di continuità.
Il mondo che stiamo vivendo e al quale stiamo andando incontro è sempre più interconnesso. Ogni prodotto dell’intelletto umano (sistema) diventa un singolo punto collegato con altri ed a volte evolvendo verso il concetto di Systems of Systems, generando ulteriori comportamenti evolutivi, attesi o non attesi, che dovrebbero sempre essere presi in considerazione.
L'importanza della simulazione dei Systems of Systems (SoS) con integrazione di oggetti (sistemi) virtuali e fisici
Nell'era contemporanea, caratterizzata per l’appunto da una crescente interconnessione tecnologica e organizzativa, il concetto di "Systems of Systems" (SoS) ha acquisito un'importanza fondamentale. Un System of Systems rappresenta infatti un insieme di sistemi indipendenti che, pur mantenendo la propria autonomia operativa, collaborano per raggiungere obiettivi che nessun sistema potrebbe conseguire individualmente. Queste architetture complesse vanno oltre l’approccio più tradizionale che contraddistingue il Systems Engineering, introducendo nuove sfide e opportunità che richiedono approcci innovativi.
Durante la fase di ingegnerizzazione di un nuovo prodotto o sistema, gli aspetti comportamentali intriseci (verso gli elementi che costituiscono il sistema stesso, quindi al proprio interno) ed estrinseci (verso l’uomo e l’ambiente circostante) andrebbero sempre analizzati con particolare cura, poiché di fatto saranno i fattori primari che ne determineranno l’integrabilità.
Il Systems Engineering, grazie al Model Based Systems Engineering (MBSE3) è in grado di indirizzare metodologicamente la maggior parte di questi aspetti, anche se come ormai è noto, in questi ambiti di grande complessità, la metodologia deve essere supportata da strumenti adeguati.
Infatti, come si accennava poc’anzi, all’aumentare delle complessità organizzative dettate dalla necessità di integrazioni risulta ovviamente indispensabile il seguire pratiche consolidate, ma anche introdurre elementi innovativi che permettano la maggiore flessibilità possibile.
Sicuramente, in un processo di integrazione complesso, sia che si tratti di uno sviluppo greenfield, che un brownfield o addirittura di un reverse engineering di un sistema complesso esistente, la possibilità di poter simulare le potenziali evoluzioni comportamentali di elementi e sistemi può diventare un plus da non sottovalutare.
Infatti, la simulazione comportamentale nello sviluppo di un sistema ed ancor più per i Systems of Systems, rappresenta una componente auspicabile e a volte persino fondamentale per comprendere, progettare e gestire questi complessi ecosistemi tecnologici.
Spingendosi ancora ulteriormente verso una condizione ottimale di sviluppo, l'integrazione di elementi virtuali (sintetici e simulati) con componenti fisici all'interno di queste simulazioni offre vantaggi significativi che rendono questa metodologia particolarmente preziosa nel panorama attuale.
Vantaggi della simulazione comportamentale ibrida fisica-virtuale nei SoS
La simulazione comportamentale dei Systems of Systems (SoS) che integra oggetti virtuali con elementi fisici e reali rappresenta un approccio rivoluzionario che sta trasformando il modo in cui progettiamo, testiamo e implementiamo sistemi complessi. Questo approccio ibrido, spesso chiamato "digital twin" o "simulazione cyber-fisica", offre vantaggi significativi per l'integrazione dei sistemi.
Innanzitutto, il ridurre i costi di sperimentazione, infatti il testare modifiche architetturali o funzionali in sistemi complessi reali comporterebbe costi proibitivi e rischi operativi. La simulazione ibrida permette di eseguire esperimenti su componenti virtuali mantenendo l'interazione con elementi fisici essenziali.
Consente di accelerare il processo di sviluppo: l'iterazione su sistemi fisici richiede tempi lunghi, mentre le simulazioni ibride consentono cicli di sviluppo più rapidi attraverso la manipolazione degli elementi virtuali, mantenendo comunque la validità dei risultati grazie all'interazione con componenti reali.
Infine, permette di esplorare scenari altrimenti impossibili. La simulazione permette di testare condizioni estreme o situazioni di emergenza che sarebbe pericoloso o impossibile replicare nel mondo fisico, mantenendo però alcuni vincoli realistici attraverso l'inclusione di componenti fisici. Infatti, l'integrazione di componenti virtuali con sistemi fisici consente di testare configurazioni e scenari complessi senza dover implementare fisicamente l'intero sistema.
Non di meno, la simulazione ibrida permette di verificare l'interoperabilità tra sistemi esistenti e nuovi componenti prima della loro implementazione fisica. Questo è particolarmente importante nei SoS dove l'integrazione di sistemi sviluppati indipendentemente rappresenta una sfida critica, quindi in situazioni brownfield, o come citato, in casi di reverse engineering (o completa reingegnerizzazione) di sistemi esistenti.
In ultimo, i SoS sono caratterizzati da comportamenti emergenti che possono essere difficili da prevedere. Le simulazioni ibride permettono di osservare e analizzare questi comportamenti in un ambiente controllato, facilitando l'identificazione di potenziali problemi o opportunità.
Metodologie di integrazione fisico-virtuale nei SoS
L'integrazione tra oggetti virtuali e fisici nelle simulazioni di SoS può avvenire attraverso diverse metodologie:
Hardware-in-the-Loop (HIL): Questa tecnica integra componenti hardware reali all'interno di una simulazione virtuale. I componenti fisici ricevono input dalla simulazione e restituiscono output che influenzano il comportamento del sistema virtuale. È particolarmente importante in settori come l'automotive o l'aerospaziale, dove il comportamento di controller fisici è cruciale.
Digital Twins funzionali: Rappresentazioni virtuali accurate di sistemi fisici che operano parallelamente ai loro equivalenti reali, scambiando dati in tempo reale. Questo approccio è fondamentale per i SoS in quanto permette di osservare come cambiamenti in un sistema virtuale possano influenzare l'intero ecosistema, mantenendo al contempo un ancoraggio alla realtà fisica.
Simulazione basata su agenti con sensori reali: In questo approccio, agenti software simulati interagiscono con dati provenienti da sensori fisici distribuiti, creando una rappresentazione mista che combina comportamenti virtuali con vincoli ambientali reali.
La simulazione dei Systems of Systems che integra elementi virtuali e fisici rappresenta non solo uno strumento di progettazione e test, ma un paradigma essenziale per comprendere, gestire e ottimizzare sistemi la cui complessità supera le capacità di analisi tradizionali.
Questa metodologia permette di bilanciare la necessità di sperimentazione sicura ed economica con l'esigenza di risultati realistici e applicabili, rappresentando così un pilastro fondamentale nell'evoluzione dei sistemi socio-tecnologici complessi del futuro.
Ingescape Circle by Ingenuity I/O
Proprio nell’ambito della costante ricerca di soluzioni tecnologiche che portino innovazione tangibile, ONE-SYS ha stretto un’importante partnership con Ingenuity I/O, azienda francese con decennale esperienza nell’ambito dell’integrazione, dei Systems of Systems e produttrice dello strumento Ingescape Circle.
Ingescape Circle è uno strumento creato con l’obiettivo di supportare lo sviluppo e l’integrazione di elementi di sistema, sistemi e sistemi di sistemi in ambiti complessi, applicando con equilibrio e saggezza, innovazione e best practices dettati dalla letteratura nell’ambito del Systems Engineering.
Ingescape Circle permette l’integrazione tra oggetti fisici e oggetti simulati, in modo da simulare i comportamenti dei sistemi comprendendone i comportamenti, anticipare le attività di verifica e validazione ed avere tracciabilità completa fisico-logica di ogni elemento costituente un sistema o un sistema di sistemi.
Per avere maggiori informazioni riguardo ONE-SYS, di cosa di occupiamo, il nostro focus al Systems Engineering e ad Ingescape Cicle