Recordemos la primera película de Iron Man cuando Tony Stark vuelve a casa y comienza la construcción de su nuevo traje. ¿Recuerdas lo asombrosa que parecía su tecnología? Antes de empezar a armar el traje, creó una serie de hologramas y diseños en digital con los que empezó a mirar qué características y funciones tendría el traje. Si bien es cierto que su tecnología todavía supera a la nuestra, nos presentó un ejemplo de todo el potencial que tiene un gemelo digital.
Los gemelos digitales no funcionan exactamente igual que en Iron Man. La tecnología de Stark mezclaba la inteligencia artificial, los digital twins, y, probablemente, el machine learning. Sin embargo, los gemelos digitales tienen el mismo objetivo que nos plantea la película: construir un elemento de manera digital, a modo de réplica del objeto físico, para conocer cómo se comportaría su homólogo en la vida real.
Aunque el concepto pueda parecer un poco simple, lo cierto es que tiene un enorme impacto dentro del sector industrial. Resulta esencial para mejorar los comportamientos y eficiencia de las máquinas. Por ello, en Futuro Eléctrico, te contamos todo lo que debes saber sobre un gemelo digital.
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¿Qué es un gemelo digital?
Con la llegada de las nuevas tecnologías, el internet de las cosas y la inteligencia artificial, nos encontramos ad portas de la cuarta revolución industrial. La Industria 4.0 consiste en la digitalización de la industria y todos los servicios relacionados con ella. Y dentro de la evolución de las industrias 4.0 surgió el término digital twin o gemelo digital.
Esta herramienta ya se ha usado desde hace algunas décadas. Por ejemplo, empezó a ser usada por la NASA en las simulaciones sobre el comportamiento de las naves para asegurar la viabilidad de las misiones. Sin embargo, hoy es un concepto mucho más extendido. De hecho, es una de las tendencias tecnológicas de los últimos años.
Pues bien, ¿en qué consiste un gemelo digital? Un gemelo digital es una copia, una réplica virtual de un producto, proceso o servicio. El objetivo es permitir predecir su funcionamiento, monitorizarlo y analizar su comportamiento ante determinadas situaciones. De esta forma, se podrá mejorar su rendimiento y eficacia.
Este sistema se puede aplicar a turbinas de avión, plantas de fabricación, medicina personalizada o fachadas de edificios. En realidad, puede aplicarse en cualquier sistema para evaluar su respuesta y comportamiento.
Un gemelo digital se utiliza a lo largo de todo el ciclo de vida del producto para predecir y optimizar tanto el producto como el sistema de producción antes de invertir llevarlo a cabo. Es importante señalar que un gemelo digital también puede ser una réplica digital de un objeto ya existente. Este, por medio de sensores, transmitirá toda la información del equipo real.
Según Gartner, para 2021 la mitad de las compañías industriales usarán gemelos digitales, lo que aumentará su eficacia en un 10 %. Asimismo, en 2018 indicó que esta tecnología era una de las 10 tendencias tecnológicas del año.
¿Cómo funciona un gemelo digital?
El gemelo digital comienza a existir al ser construido por especialistas. Estos suelen ser expertos en ciencias de datos o matemáticas aplicadas. Ellos estudian el objeto que se va a duplicar para desarrollar un modelo matemático que simule el real en el espacio digital.
Este proceso se hace con el apoyo de diferentes componentes que recaben la información del objeto. Entre estos se encuentran sensores y otras herramientas que recopilen datos sobre el estado del producto o proceso. Por supuesto, estas herramientas deben conectarse a un sistema en la nube que recibe y procesa la información obtenida. En esta etapa se obtiene información sobre el rendimiento y problemas potenciales.
A partir de este momento ya se puede generar virtualmente el producto, servicio o proceso y ensayar cambios o escenarios que solo se aplicarán cuando se tenga éxito en el ámbito digital.
En el caso de que se realice un gemelo digital de un objeto real ya existente, se requieren distintas tecnologías y fuentes de información. Entre estas, sensores instalados en los objetos físicos, los dibujos y planos de ingenieros o fabricantes de la maquinaria, e información externa. Asimismo, reúne variadas tecnologías: internet de las cosas (IoT), big data, machine learning, inteligencia artificial, la nube, y otros. Es importante tener en cuenta que la actualización constante será vital para mejores predicciones y optimizar el funcionamiento.
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Los gemelos digitales pueden ser muy complejos o muy simples, dependiendo del número de datos que se usen para su construcción y actualización. Entre más datos se aporten, más precisión tendrá la réplica.
¿Para qué sirve un gemelo digital?
En el informe «Beyond the hype», KPMG asegura que los gemelos digitales son parte importante de la cuarta revolución industrial. Según José Alonso Cuerdo, director de Data & Analytics de KPMG en España:
Los gemelos digitales transformarán los procesos de fabricación. Ofrecerán nuevas formas de disminuir costes, monitorizar activos, optimizar el mantenimiento, reducir el tiempo de inactividad y permitir la creación de nuevos productos conectados.
Según Gartner, las aplicaciones de esta tecnología son muchas y variadas. Incluyen las herramientas de riesgo y operabilidad para estudios de probabilidad y riesgos; monitorización y optimización de la producción; mantenimiento predictivo; gestión de calidad; desarrollo de productos; y optimización de inventario.
Adicionalmente, el gemelo digital jugará un papel relevante en la gestión de vida del producto, especialmente en la industria manufacturera y automovilística. Permitirá desarrollar y probar los productos de manera más económica y eficaz; posibilitando la opción de infinitos escenarios y parámetros extremos.
En la gestión del mercadeo también adquirirá valor. Si todos los objetos tuvieran un gemelo digital, los clientes, al comprarlo, podrían acceder a toda su información almacenada. La percepción del producto no dependería del mercadeo, sino de la información disponible.
Otra aplicación del gemelo digital será para los procesos de producción. Para empezar, se usan para crear, probar y construir equipos en un entorno virtual; de esta forma, se perfecciona el producto antes de su fabricación física. Además, permitirá que se produzcan objetos a la medida de los clientes, reduciendo la fabricación masiva de productos.
Aplicaciones de los gemelos digitales
- Sector aeroespacial: La NASA fue la primera en emplear gemelos digitales. Empezaron a usar esta tecnología con el objetivo de saber cómo operar, mantener y reparar los sistemas cuando no estaban cerca. Hoy la NASA usa gemelos digitales para analizar datos, monitorear sistemas, prever problemas en el vuelo y más. Por otra parte, dentro de la industria aeroespacial se ha iniciado un proceso de transformación digital para el diseño de los motores de aviones y sus pruebas. También planean utilizar este sistema para probar otros de los elementos de los aviones, como la pala del ventilador.
- Industria manufacturera: Son distintas las aplicaciones. Un gemelo digital ayuda a la prevención de fallos de las máquinas, ahorrar energía, producir piezas personalizadas y reducción de emisiones contaminantes. Además, permite optimizar las cadenas de suministro y las operaciones de distribución y cumplimiento.
- Sector energía: El gemelo digital permite analizar masivas cantidades de datos, sobre todo en el sector petrolero. Permitirá elaborar modelos digitales de los pozos que servirán de guía en sus esfuerzos de perforación.
- Sector salud: En la salud tendrá un rol muy importante. Por medio de gemelos digitales se pueden crear modelos increíblemente exactos de órganos humanos para su diagnóstico. Además, permitirá conocer y mejorar los resultados en áreas como la donación de órganos, la formación en cirugía y la eliminación de riesgos de procedimientos.
- Ciudades inteligentes: Algunas iniciativas de ciudades inteligentes usan el gemelo digital. Entre sus aplicaciones destacan el alivio de la congestión del tráfico, la planeación urbana y la planeación de las torres de celulares y celdas solares, como es el caso de Singapur.
- Industria automotriz: Son usados para recopilar y analizar datos operativos de los vehículos. De esta manera, pueden evaluar su estado en tiempo real e identificar sus posibles fallas bajo ciertos escenarios.
Ventajas de los gemelos digitales
- Detectar problemas con antelación: Con un gemelo digital se podrá conocer cualquier avería o anomalía en el funcionamiento de los equipos en el momento en que ocurra. Así, se podrá analizar la situación y poner en marcha soluciones antes de que se genere un problema mayor.
- Mejora de la productividad: Con una réplica digital se puede contar con un detallado historial del modelo, subsanar errores y conocer a detalle cómo opera el producto. Gracias a esto, se puede predecir virtualmente todo lo que ocurrirá en el mundo físico. Así, se aumentará la productividad por medio de planificación y programación.
- Identificar oportunidades: Dado que los sensores recogen y analizan todos los datos del producto, servicio o proceso, es posible comparar los datos empresariales con la utilidad. Asimismo, al detectar las divergencias se pueden entender mejor, lo que da la posibilidad de identificar oportunidades de negocio.
- Retorno de la inversión: Gran parte de los fabricantes ven a este como uno de los beneficios más deseables. Un gemelo digital arrojará datos que permitan optimizar la operación. Cuando se habla de diseñadores e ingenieros, también permitirá reducir el número de prototipos físicos a uno. La tecnología les permitirá perfeccionar los modelos en línea. De esta manera, comenzará a generar ahorros y beneficios a la compañía.
- Simulaciones sin afectar el rendimiento: El gemelo digital también permite realizar todo tipo de simulaciones en la máquina y sistema. Todo sin afectar el rendimiento y la producción real. Esto permite hacer ajustes en la producción y evaluar sus posibles consecuencias.
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Ejemplos de gemelos digitales
Los gemelos digitales se están introduciendo en todos los sectores industriales. La NASA es el ejemplo más claro y conocido al respecto. La agencia realiza simulacros, pruebas y evaluaciones de sus equipos por medio del gemelo digital. Sin embargo, son muchas más las empresas que lo están implementando.
Por ejemplo, Rolls Royce utiliza gemelos digitales para modelar diferentes escenarios de manera que pueda analizar el comportamiento de sus motores y mejorar su diseño. General Electrics cuenta con una plataforma IoT por medio de la cual evalúan sus turbinas de viento. Con estas réplicas digitales, se busca una manera de proteger las turbinas de los vientos de Atlántico Norte. La compañía ya cuenta con más de 800 000 digital twins para monitorizar la cadena de suministro.
Por otra parte, Siemens se prepara para abrir camino a los métodos de planificación digital. La compañía afirma que ya están en la capacidad de crear la mayoría de sus productos de manera virtual. Tras esto, deberán transmitir la información en tiempo real a las instalaciones de producción. Estas plantas funcionarán con inteligencia artificial y IoT, y estarán conformadas por personas y robots semiautónomos. De esta forma, al recibir la información de los objetos de manera digital, empezarán a traducirlas en objetos físicos. Las expectativas de la compañía es un aumento de la eficiencia del 30 % para 2020.
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Palabras finales
El gemelo digital es una tecnología que tendrá un gran impacto en el futuro. Con su capacidad de revisión y predicción, permitirá a las empresas optimizar sus recursos y sus tiempos. Incluso sería importante para garantizar un mejor servicio, más personalizado y de mayor calidad.
Esto significa que no solo se presenta como una herramienta con increíble valor para las empresas, también tendrá un impacto gigante dentro de los empleos del futuro. Al ganar importancia en las industrias, se necesitarán profesionales que ayuden en su manejo. En otras palabras, aunque parezca lejano e industrial, el gemelo digital llegará con la Industria 4.0 a transformar el mundo en el que vivimos.