Gemelli digitali e intelligenza decisionale per le aziende dell’acqua

I sistemi di supporto decisionale per le aziende dell’acqua si evolvono di pari passo alle nuove tecnologie e all’apprendimento automatico. Per saperne di più su come i gemelli digitali e l’intelligenza decisionale potranno aiutare le aziende dell’acqua a comprendere meglio la propria infrastruttura e prendere decisioni più intelligenti, abbiamo intervistato Luis Montestruque, Vice Presidente, Digital Solutions, in Xylem.
 
Alla luce del clima sempre più imprevedibile, le tempeste sempre più intense possono mettere a dura prova le infrastrutture idriche, provocando tracimazioni e allagamenti. Nonostante i controlli e le misure adottate, le tempeste possono abbattersi sulle città e di conseguenza sulle reti idriche in modi che i vecchi modelli idraulici non possono prevedere. Tuttavia, oggi sono disponibili nuove soluzioni per analizzare i dati e prevedere la reazione degli impianti alle tempeste.

“L’intelligenza artificiale e l’apprendimento automatico hanno iniziato a farsi strada come nuove tecnologie sostenibili per le aziende dell’acqua quasi cinque anni fa, e da allora sono successe molte cose”, afferma Luis Montestruque di Xylem. “Tuttavia, non esistevano delle piattaforme affidabili per connettere tra loro queste tecnologie e di conseguenza le aziende non potevano sfruttarne a pieno il potenziale”. 

Montestruque paragona l’evoluzione dei sistemi di supporto decisionale nelle aziende dell’acqua allo sviluppo delle tecnologie intelligenti nell’industria automobilistica.

“Ad esempio, i navigatori GPS hanno iniziato a diffondersi non molto tempo fa”, spiega. “Oggi, è praticamente impossibile pensare di acquistare un’autovettura senza navigatore. Inoltre, acquistando un’automobile di fascia media, è molto probabile che sia equipaggiata con un sistema di avvertimento in caso di cambio di corsia. Oggi, diversi modelli di autovetture sono completamente a guida autonoma e probabilmente questa funzionalità diventerà di serie nel giro di pochi anni. Tutti questi sistemi rientrano nella categoria dei sistemi di supporto decisionale”.

Come funzionano i sistemi di supporto decisionale

I sistemi di supporto decisionale (DSS, Decision Support Systems) sono sistemi computerizzati in grado di aiutare le persone a prendere le decisioni giuste per ottenere un determinato obiettivo, in certi casi in modo autonomo. I DSS sono particolarmente utili in quanto sono in grado di considerare una moltitudine di variabili e aiutare le persone a conseguire i propri obiettivi in modo più veloce ed economico. A tal scopo, sono basati su un principio piuttosto semplice, cioè “sense – predict – act” (rilevare – prevedere – agire).

Innanzitutto, i DSS utilizzano i dati provenienti da sensori o altri sistemi per determinare lo stato attuale del sistema desiderato. In secondo luogo, sfruttano un modello per prevedere i possibili esiti di una varietà di strategie operative. Infine, utilizzano un motore analitico per individuare la strategia ottimale per conseguire gli obiettivi desiderati.
 
“L’uso dei sistemi di supporto decisionale basati sul principio “sense – predict – act” non è una novità per le aziende idriche”, afferma Montestruque.

“Infatti, li abbiamo implementati almeno da un decennio nelle reti fognarie per evitare il rischio di tracimazioni e inondazioni, negli impianti di depurazione per ridurne il consumo energetico e nelle reti di distribuzione dell’acqua potabile per individuare le perdite e anche in questo caso per ridurne il consumo energetico. Quello che è cambiato è il fatto che le nuove tecnologie hanno contribuito a ridurre il costo di implementazione di questi sistemi di supporto decisionale. Ad esempio, tecnologie come la “Internet delle cose” consentono alle aziende di integrare economicamente migliaia di sensori alimentati a batterie in luoghi remoti”.

I gemelli digitali per comprendere le infrastrutture

“Tuttavia, ad aver rivoluzionato veramente il modo in cui vengono implementati i sistemi di supporto decisionale è stata una tecnologia”, aggiunge Montestruque. “Si tratta dei gemelli digitali, e anch’essi non rappresentano una novità. Per gemelli digitali si intendono le rappresentazioni digitali delle infrastrutture. Le abbiamo conosciute per molto tempo come modelli, e rappresentano il modo in cui comprendiamo come funzionano le nostre infrastrutture”.

Tradizionalmente, i gemelli digitali erano realizzati sulla base dei cosiddetti “concetti primitivi”, cioè di modelli primitivi che sfruttano equazioni fisiche, chimiche o biologiche per simulare le infrastrutture. La calibrazione e l’ottimizzazione di questi modelli possono risultare molto lunghe e costose. I sistemi di supporto decisionale basati sui concetti primitivi sono efficienti, ma non sono in grado di imparare dalle esperienze precedenti, a meno che qualcuno non provveda a ricalibrarne i modelli.
 
“Recentemente, abbiamo potenziato i nostri gemelli digitali con l’apprendimento automatico, consentendo loro di imparare di continuo”, prosegue Montestruque. “È molto importante, perché ora questi gemelli digitali sono in grado di sfruttare i dati del passato e ‘calibrarsi’ automaticamente per riprodurre in modo più fedele le infrastrutture. In genere, tutto questo si traduce in una considerevole riduzione del costo di sviluppo dei modelli, oltre al fatto che il gemello digitale risultante è sempre più accurato”.

Il cambio di paradigma nei confronti dell’intelligenza decisionale

I gemelli digitali più efficaci sono quelli che combinano meglio i modelli di concetti primitivi in aree a bassa incertezza, come ad esempio le condutture idrauliche, con l’apprendimento automatico in aree a incertezza più elevata come l’idrologia nelle reti fognarie.

“È combinando i sistemi di supporto decisionale con i gemelli digitali che possiamo realizzare qualcosa di unico: un sistema di supporto decisionale in grado di imparare e adattarsi di continuo”, spiega Montestruque.

“Abbiamo deciso di definire questo nuovo cambio di paradigma come ‘intelligenza decisionale’. Ad esempio, grazie all’intelligenza decisionale possiamo gestire un impianto di depurazione sintetizzando l’ultimo decennio di dati operativi in un gemello digitale. Inoltre, ad ogni nuovo evento, il sistema impara altre cose e diventa sempre più accurato. In questo modo, quando appare una nuova tempesta all’orizzonte, l’intelligenza decisionale di una città può iniziare a valutare le centinaia di strategie possibili. E probabilmente ne ha vista una simile in passato”.
 
Sfruttando l’intelligenza decisionale per gestire le proprie reti fognarie, le città possono ridurre il rischio di tracimazioni e inondazioni ad un costo minimo rispetto alle soluzioni tradizionali, e fare la differenza per le comunità di tutto il mondo. Per approfondire il concetto di intelligenza decisionale, potete scaricare la brochure di Xylem: The Power of Decision Intelligence.