Digital Twin Revolution: Proposals for New Solutions for Predictive Maintenance, Interoperability, and Asset Management

The Digital Twin is one of the most significant innovations in the context of Industry 4.0, thanks to its ability to create real-time virtual replicas of physical objects, systems, and processes. This technology enables simulations, predictive analyses, and operational optimization, having a significant impact on asset management and operational efficiency. This thesis explores the role of Digital Twins in Industry 4.0, focusing on three main research areas: the definition and implementation of Digital Twin models, interoperability between different systems through the adoption of standards such as the Asset Administration Shell (AAS) and the integration of Digital Twin Definition Language (DTDL) with OPC UA, and the application of predictive maintenance. Through case studies on water systems and 5G communication networks, the potential of these models to optimize industrial processes is highlighted. Additionally, predictive maintenance solutions applied to telescopes and industrial components are analyzed, demonstrating how Digital Twins can prevent failures and reduce maintenance costs.

Il Digital Twin rappresenta una delle innovazioni più rilevanti nell’ambito dell’Industria 4.0, grazie alla sua capacità di creare repliche virtuali in tempo reale di oggetti, sistemi e processi fisici. Questa tecnologia consente simulazioni, analisi predittive e ottimizzazione delle operazioni, con un impatto significativo sulla gestione degli asset e sull’efficienza operativa. La tesi esplora il ruolo dei Digital Twin nell’Industria 4.0, focalizzandosi su tre principali filoni di ricerca: la definizione e l'implementazione dei modelli di Digital Twin, l'interoperabilità tra i vari sistemi attraverso l'adozione di standard come l'Asset Administration Shell (AAS) e la Digital Twin Definition Language (DTDL) integrata con OPC UA, e l'applicazione della manutenzione predittiva. Attraverso casi studio su sistemi idrici e reti di comunicazione 5G, si evidenziano le potenzialità di questi modelli per ottimizzare i processi industriali. Inoltre, si analizzano soluzioni di manutenzione predittiva applicate a telescopi e componenti industriali, dimostrando come i Digital Twin possano prevenire guasti e ridurre i costi di manutenzione.