L’industria dell’aviazione sta vivendo una profonda trasformazione nella progettazione e sviluppo dei velivoli, con l’adozione di metodologie avanzate quali l’approccio model-based, i gemelli digitali e la simulazione integrata, che sfruttano la potenza del supercalcolo e la disponibilità di grandi quantità di dati per generare applicazioni di intelligenza artificiale in grado di anticipare e risolvere problemi complessi, riducendo i rischi di sviluppo e migliorando l’efficacia delle soluzioni. Intervista a Cristiano Montrucchio, senior vice president engineering e head of design organization della Divisione Velivoli di Leonardo che ha accolto Airpress nel “PC2Lab” di Torino
La digitalizzazione sta ridefinendo l’industria aerospaziale. Nuovi processi e strumenti, potenziati dall’intelligenza artificiale e dal supercalcolo, stanno rivoluzionando la progettazione e lo sviluppo dei velivoli moderni. In questa evoluzione, accelerata dagli strumenti dell’era digitale, la progettazione tradizionale basata sul tradizionale approccio “waterfall” con passaggi strettamente sequenziali e validazione su prototipi fisici è ormai superata, come spiega Cristiano Montrucchio, senior vice president engineering e head of design organization della Divisione Velivoli di Leonardo.
Nel processo di sviluppo dei nuovi prodotti, qual è l’approccio di Leonardo?
Si è passati, ormai, a un approccio interamente digitale fin dalle prime fasi del design, utilizzando la progettazione basata su modelli (model-based design). Per la definizione e lo sviluppo dei nuovi prodotti, il nostro metodo consiste nel creare inizialmente un modello parametrico dell’intero velivolo, definito meta simulator, che evolve progressivamente in un gemello digitale (digital twin) man mano che il progetto avanza e i modelli parametrici vengono sostituiti con modelli che rappresentano i sistemi di bordo in modo sempre più dettagliato. Questo modello digitale del velivolo, calato nel contesto del “sistema di sistemi” – ovvero inserito in una architettura in cui diversi velivoli e piattaforme cooperano per il successo di una missione – rappresenta in modo progressivamente più fedele il velivolo finale, permettendo di testare e ottimizzare ogni suo singolo sistema in un ambiente virtuale integrato.
Tutto questo, dove viene sviluppato esattamente in Leonardo?
L’ambiente più avanzato nel quale la Divisione Velivoli di Leonardo applica queste nuove metodologie è il PC2Lab (Product Capability and Concept Laboratory), un centro di eccellenza per la simulazione e l’integrazione dei sistemi situato nella nostra sede di Torino. Il PC2Lab è un laboratorio digitale multifunzionale che gioca un ruolo cruciale nello sviluppo dei nuovi velivoli. Utilizzando il supercomputer Davinci-1, siamo in grado di gestire enormi quantità di dati e di sviluppare prototipi virtuali di tutti i componenti del sistema, che vengono collocati in scenari di missione multidominio simulati. Questo approccio consente di animare scenari operativi complessi, permettendo agli ingegneri di testare e validare le caratteristiche e l’efficacia dei velivoli già in fase di concezione, molto prima che vengano costruiti fisicamente.
Abbiamo nominato il concetto di gemelli digitali, come viene utilizzato questo principio nel processo di progettazione?
Un elemento chiave della strategia di progettazione è l’uso estensivo dei gemelli digitali: modelli virtuali altamente dettagliati che replicano fedelmente le caratteristiche fisiche e funzionali dei velivoli. Al PC2Lab, i gemelli digitali sono utilizzati per condurre simulazioni di missione e test operativi. Il velivolo e i suoi sistemi, dal motore agli impianti, dall’avionica ai sensori, sono rappresentati digitalmente, permettendo di ottimizzarne le prestazioni negli scenari operativi in cui se ne prevede l’impiego e ridurre i rischi associati allo sviluppo. Ben presto nel corso del progetto, il nuovo velivolo compie il suo primo volo… virtuale. Questo approccio non solo accelera il processo di progettazione, ma migliora anche la precisione e l’affidabilità dei risultati.
In che modo il PC2Lab funge da catalizzatore per la sinergia tra ingegneri e piloti nello sviluppo integrato di sistemi aerei complessi e interoperabili?
Non si tratta solo di un laboratorio di simulazione, ma di un ambiente di integrazione che facilita la collaborazione tra ingegneri e piloti. Questo dialogo è particolarmente importante nello sviluppo di sistemi aerei complessi costituiti da componenti eterogenei cooperativi, come il caccia-madre (core platform) e i velivoli gregari non pilotati (adjunct). Il concetto di crewed/uncrewed teaming – nuova dottrina nella quale un velivolo con pilota a bordo è in grado di indirizzare l’azione di una squadra di velivoli senza pilota dotati di elevata autonomia – permette di moltiplicare l’efficacia operativa, utilizzando tecniche avanzate di intelligenza artificiale per coordinare le operazioni tra i diversi velivoli e assistere il pilota nel suo nuovo ruolo di gestore di un team. Questo approccio è essenziale per affrontare le sfide delle missioni future, dove la sinergia tra sistemi con pilota a bordo e non pilotati diventa cruciale.
… e quale impatto hanno queste tecnologie nell’evoluzione delle capacità operative dei piloti per le missioni future?
Focalizzandoci sulla componente umana, l’implementazione di tecnologie virtuali immersive è funzionale a consentire al pilota del futuro di gestire missioni sempre più complesse. L’Air Combat System di prossima generazione, infatti, richiederà interfacce innovative e più adeguate, rispetto a quelle tradizionali, a veicolare in modo efficace una enorme quantità di informazioni all’equipaggio senza saturarne le capacità cognitive. Nel PC2Lab si sperimentano dunque queste soluzioni grazie a strumenti virtuali come la smart chair, un simulatore con visore VR con cui il pilota può sperimentare il cockpit del futuro. La smart chair, peraltro, è un esempio di come anche la tecnologia commerciale (in questo caso, un visore VR) viene sfruttata per realizzare efficaci sistemi di prototipizzazione.
La digitalizzazione e la virtualizzazione del prodotto hanno poi importanti ricadute sulla formazione e l’addestramento degli operatori, un settore di business di eccellenza di Leonardo. Il Virtual Maintenance Lab, ad esempio, utilizza la realtà virtuale per simulare scenari di manutenzione realistici, permettendo ai tecnici di addestrarsi in un ambiente sicuro e controllato. Nel metaverso del Virtual Reality System, il tecnico manutentore in addestramento può disporre di un velivolo virtuale, completamente interattivo, sul quale eseguire tutte le operazioni che si troverà in seguito ad effettuare per la manutenzione di un vero velivolo. Una modalità di addestramento che permette di eliminare anche le distanze fisiche tra operatori data la possibilità di incontrarsi e operare in stanze virtuali mentre ci si trova in realtà in località diverse. Questi strumenti non solo migliorano l’efficacia della formazione, ma riducono anche i costi e i tempi associati all’addestramento tradizionale, limitano l’impatto ambientale e i rischi legati alle operazioni su sistemi fisici.
Analogamente, per quanto attiene la formazione dei piloti, il progetto digitalizzato facilita lo sviluppo di simulatori di volo avanzati che replicano con assoluto realismo le caratteristiche del velivolo reale, permettendo anche la conduzione di esercizi dove velivoli in volo e simulatori a terra solo collegati in tempo reale nello stesso ambiente ibrido reale-virtuale.
Come integra la Divisione velivoli di Leonardo le avanzate tecnologie digitali nei suoi progetti strategici?
Negli ultimi anni, la Divisione Velivoli di Leonardo è impegnata in diversi progetti strategici che beneficiano dell’innovazione digitale. L’evoluzione del programma Eurofighter, ad esempio, funge da ponte verso il progetto GCAP – il Global Combat Air Programme per lo sviluppo del sistema aereo da combattimento di nuova generazione in collaborazione fra Italia, Regno Unito e Giappone, in cui l’applicazione di tecnologie avanzate di digital twin e virtual engineering è un pilastro fondamentale. L’Eurodrone, primo sistema aereo senza pilota progettato per volare senza restrizioni in spazi aerei civili non segregati, rappresenta un altro esempio di come l’azienda stia applicando queste tecnologie in cooperazione con importanti partner internazionali. Le collaborazioni internazionali, oltre a rappresentare ambiti fondamentali per la sostenibilità del nostro business, sono preziose opportunità per rafforzare le nostre capacità tecnologiche.
Guardando anche al futuro, quali sono le sfide associate alla transizione digitale nell’industria aerospaziale?
La continua evoluzione delle tecnologie digitali e il loro impatto sull’industria aerospaziale evidenziano l’importanza di investire costantemente in ricerca e sviluppo. La transizione digitale comporta sfide significative, non ultima la necessità di sviluppare una nuova generazione di ingegneri e tecnici qualificati che affianchi gli specialisti con solido know-how industriale, generando un mix vincente tra esperienza e innovazione. L’obiettivo è generare nuove competenze e talenti altamente specializzati per sostenere l’innovazione continua e mantenere la competitività del settore aerospaziale nazionale, coinvolgendo tutti gli stakeholders, dalle accademie ai centri di ricerca, dalle piccole e medie imprese alle start-up, dalle istituzioni agli utenti finali dei nostri prodotti e servizi. Fare sistema per innovare. La strategia di digitalizzazione di Leonardo conferma la rilevanza dell’innovazione tecnologica come catalizzatore per la competitività globale dell’industria aerospaziale e della difesa nazionale.
(Nell’immagine: Nel PC2Lab i test pilot di Leonardo testano in volo virtuale l’interfaccia uomo-macchina per i sistemi aerei del futuro)
