Negli ultimi anni, la modellazione di sistema è diventata una pratica sempre più diffusa perchè permette di rappresentare il comportamento di un sistema in modo preciso e dettagliato, consentendo ai progettisti di analizzare e risolvere le criticità del processo di sviluppo prodotto.
Immaginiamo ora di dover operare nel settore dell'idrogeno che rappresenta una delle più grandi sfide tecnologiche dei nostri tempi. L'energia verde e pulita generata dall'idrogeno è la chiave per un futuro sostenibile e privo di emissioni di carbonio. Tuttavia, la produzione di idrogeno richiede processi altamente complessi e costosi che sono ancora lontani dall'essere ottimizzati.
In questo contesto, le gli strumenti di simulazione stanno giocando un ruolo sempre più importante nel fornire soluzioni per le sfide tecnologiche del settore, permettendo di simulare sistemi e varie situazioni possibili per ridurre i rischi e aumentare la sicurezza.
Quali sono appunto le principali sfide nell'industria dell'idrogeno?
Il settore altamente tecnologico dell’idrogeno è ricco di sfide e criticità; esse riguardano la produzione, la conservazione, la distribuzione e l'utilizzo dell'idrogeno.
La produzione di idrogeno richiede una grande quantità di energia, spesso derivante da fonti non rinnovabili, e il processo è costoso e complesso. Inoltre, la conservazione dell'idrogeno è difficile a causa della sua bassa densità energetica e della sua tendenza a diffondersi attraverso i materiali.
La distribuzione dell'idrogeno richiede infrastrutture speciali e costose, mentre l'utilizzo dell'idrogeno richiede la conversione di motori elettrici in motori a combustione a idrogeno. Inoltre, l'idrogeno è altamente infiammabile, il che significa che ci sono rischi legati alla sicurezza ed associati alla sua manipolazione e al suo trasporto.
Queste criticità possono essere affrontate e risolte attraverso l'utilizzo di simulazioni di sistema avanzate. I vantaggi sono molteplici. Innanzitutto, è possibile prevedere con precisione i risultati delle operazioni in modo virtuale. Ulteriormente, la simulazione di sistema aiuta a individuare eventuali problematiche che possono essere affrontate prima ancora che si verifichino, riducendo così i rischi e aumentando la sicurezza.
Partendo dalla fine, è importante valutare il ROI (Return On Investment) degli strumenti di simulazione di sistema. L'implementazione di questi strumenti può comportare un investimento iniziale significativo, ma i benefici a lungo termine possono essere notevoli. In particolare, gli strumenti di simulazione di sistema consentono di ridurre i tempi e i costi di tutto il lifecycle del prodotto (design, testing, produzione, manutenzione, etc), migliorarne la qualità e garantire la conformità alle normative.
A questo punto sorge una ulteriore domanda: quali sono le tecniche, tecnologie e metodologie a supporto del settore idrogeno?
La modellazione di sistema è parte integrante della metodologia Model-Based System Engineering (MBSE), che permette di gestire in modo integrato tutte le fasi del processo di sviluppo del sistema, dal concetto alla realizzazione, basando l’intero approccio sul modello, vettore dell’informazione. Grazie alla modellazione di sistema, gli ingegneri possono definire le specifiche funzionali e i requisiti del sistema, sviluppare i modelli di simulazione e testare le prestazioni del sistema in un ambiente virtuale. Questo consente di ridurre i tempi e i costi di sviluppo del prodotto e di garantire la conformità ai requisiti normativi.
Uno dei principali rami della modellazione di sistema è la possibilità di creare un Digital Twin, una
tecnologia che consente di creare un modello virtuale completo di un sistema, ed in grado di replicare il comportamento dell’asset di cui ne è la copia virtuale.
Questa “copia” permette ai progettisti di analizzare il comportamento del sistema in tempo reale, identificare i problemi e trovare soluzioni in modo rapido ed efficiente. Inoltre, il Digital Twin può essere utilizzato per la simulazione di scenari futuri, per testare le prestazioni del sistema e per prevenire eventuali problemi di sicurezza.
La modellazione di sistema è particolarmente importante per garantire la sicurezza dei sistemi, toccando functional safety e cybersecurity. Grazie alla creazione di modelli di simulazione dettagliati, gli ingegneri possono testare le prestazioni del sistema in condizioni estreme e identificare eventuali problemi di sicurezza. Inoltre, la modellazione di sistema consente di documentare in modo preciso tutte le fasi del processo di sviluppo, rendendo più facile la verifica della conformità alle normative sulla sicurezza. Tali aspetti sono fondamentali e da non trascurare in un settore così critico come quello dell’idrogeno, ed aprono la strada al concetto della Model-Based Safety Analysis.
Per ultimo, la modellazione di sistema è essenziale per lo sviluppo di codice embedded automatizzato. In sistemi altamente automatizzati e controllati come quello dell’idrogeno o similari, grazie ai modelli di simulazione dettagliati, è possibile generare il codice automaticamente, verificato e certificato, riducendo i tempi e i costi di sviluppo e migliorando la qualità del codice stesso.
L'utilizzo di simulazioni di sistema avanzate per affrontare le sfide tecnologiche del settore dell'idrogeno risulta essere fondamentale. Queste tecniche ci consentono di prevedere e risolvere le problematiche prima che si verifichino, riducendo i costi e aumentando la sicurezza. Con l'utilizzo di Digital Twin, Model-Based System Engineering, functional safety e cybersecurity, sviluppo di codice embedded automatizzato è possibile realizzare prodotti più sicuri ed in grado di rispondere alle sfide del settore idrogeno, consentendo anche una contrazione dei tempi di sviluppo raggiungendo prima il mercato.
