¿Qué es el Gemelo Digital?

Un Gemelo Digital es una representación virtual de un producto o proceso físico que se utiliza para comprender y predecir las características de rendimiento de su equivalente físico. Los gemelos digitales se utilizan a lo largo de todo el ciclo de vida del producto para simular, predecir y optimizar el producto y el sistema de producción antes de invertir en prototipos y activos físicos.

Gracias a la incorporación de funcionalidades de simulación multifísica, análisis de datos y aprendizaje automático, los gemelos digitales pueden demostrar el impacto de los cambios de diseño, los casos de uso, las condiciones ambientales y otras variables innumerables. De este modo se evita la necesidad de prototipos físicos, con lo que se reduce el tiempo de desarrollo y se mejora la calidad del producto o proceso terminado.

Para garantizar un modelado preciso a lo largo de toda la vida útil de un producto o su producción, los gemelos digitales utilizan datos de sensores instalados en objetos físicos para determinar el rendimiento en tiempo real de los objetos, las condiciones de funcionamiento y los cambios a lo largo del tiempo. Con estos datos, el gemelo digital evoluciona y se actualiza continuamente para reflejar cualquier cambio de su equivalente físico a lo largo de todo el ciclo de vida del producto. De esta manera se crea un circuito cerrado de retroalimentación en un entorno virtual que permite a las empresas optimizar continuamente sus productos, su producción y el rendimiento por un coste mínimo.

Las aplicaciones posibles de un gemelo digital dependen de la etapa del ciclo de vida del producto que modelen. En general, existen tres tipos de gemelos digitales: producto, producción y rendimiento, que se explican a continuación. La combinación y la integración de los tres gemelos digitales a medida que van evolucionando conjuntamente se conoce como entramado digital. El término «entramado» se utiliza porque está entrelazado en todas las etapas de los ciclos de vida de los productos y los sistemas de producción y reúne datos de todas estas etapas.

Los gemelos digitales de producto pueden utilizarse para validar de manera virtual el rendimiento del producto, en nuestro caso, maquinaría y líneas de producción y, además, muestran cómo funcionan los productos actualmente en el mundo físico. Este «gemelo digital de un producto» proporciona una conexión entre el mundo virtual y el físico que permite analizar el rendimiento de un producto en diversas condiciones y realizar ajustes en el mundo virtual para garantizar que el siguiente producto físico funcione exactamente como se había planificado sobre el terreno. No importa si los sistemas y materiales son complejos: los gemelos digitales de productos ayudan a sortear esta complejidad para tomar las mejores decisiones posibles. Gracias a todo esto se evita la necesidad de utilizar diversos prototipos, se reduce el tiempo de desarrollo total, se mejora la calidad del producto final fabricado y se pueden realizar iteraciones más rápidas en respuesta a comentarios de los clientes.

El ciclo de tiempo de puesta en marcha de un producto suele ser prácticamente lineal, se idea y diseña, se fabrica mecánicamente, se realiza la instalación eléctrica y una vez finalizada ésta se procede a programar.

En cambio, con el uso del gemelo digital podemos solapar diferentes etapas de ejecución. Se puede comenzar a programar la línea o máquina antes de fabricarla o durante el diseño de ésta para verificar el correcto funcionamiento. De este modo se reduce el tiempo en aproximadamente un 30% y se podría reducir los costes de prototipado si los hubiera.

Un gemelo digital de producción puede ayudar a validar la eficacia con la que funcionará un proceso de fabricación en la planta de producción antes de que haya nada que pase realmente a producción. Mediante la simulación del proceso con un gemelo digital y el análisis de por qué suceden las cosas utilizando el entramado digital, las empresas pueden crear una metodología de producción que mantiene su eficiencia en diversas condiciones.

La producción se puede optimizar aún más creando gemelos digitales de productos de todos los equipos de fabricación. Utilizando los datos de los gemelos digitales de productos y de producción, las empresas pueden evitar costosos tiempos de inactividad de equipos e incluso predecir cuándo será necesario realizar tareas de mantenimiento preventivo. Este flujo constante de información precisa, permite operaciones de fabricación más rápidas, más eficientes y más fiables.

Los productos y las plantas inteligentes generan cantidades masivas de datos sobre su utilización y eficacia. El gemelo digital de rendimiento captura estos datos de productos y plantas en funcionamiento y los analiza para proporcionar información útil para la toma de decisiones fundamentadas.

Gracias a los gemelos digitales de rendimiento, las empresas pueden:

  • Generar nuevas oportunidades de negocio
  • Obtener información para mejorar modelos virtuales
  • Capturar, agregar y analizar datos operativos
  • Mejorar la eficiencia de los productos y el sistema de producción

Independientemente de la clasificación anterior, el gemelo digital lo podemos clasificar según su ámbito de uso respecto al ciclo del producto.

  • Preventa para analizar una solución antes de venderla
  • Planificación y diseño. Se puede crear un modelo para verificar que los diseños, análisis funcional son los correctos para el alcance del proyecto. También es factible emular el software de control (PLC, robots,etc) para validarlo.
  • Postventa. Para corregir incidencias en el software, mejorar el rendimiento de la línea o analizar posibles cambios en las líneas sin necesidad de implementarla físicamente.

Problemática minimizada con el uso del gemelo digital.

La venta de líneas tiene una serie de problemáticas que el modelo de gemelo digital puede solucionar sin necesidad de replicar físicamente ésta en las instalaciones. Los principales son:

  1. Tamaño de las líneas a instalar. Las dimensiones de éstas no son factibles montar en las instalaciones de INEMUR para poder probar su control y eficiencia con lo vendido.
  2. Ausencia de máquinas intermedias. En ciertas ocasiones se compran máquinas a proveedores terceros y/o proporcionan el cliente final directamente con lo que no se pueden integrar en la línea para probar en su totalidad.
  3. Incapacidad para reproducir las velocidades de producción. En la mayoría de las ocasiones no es viable reproducir las condiciones y/o velocidades de producción. No se tiene producto suficiente o es inviable introducir a mano los productos a producir.

Esto ocasiona que la maquinaría se instale en las instalaciones del cliente sin probar completamente, lo que ocasiona:

  • Elevado tiempo de puesta en marcha debido a la necesidad de mayor tiempo de depuración de los programas de control.
  • Pérdidas de tiempos en reposición de partes que no funcionan según lo previsto.
  • Personal más cualificado o experimentado para poner la maquinaría en marcha.

Estado de la tecnología

La tecnología de gemelo digital está en plena evolución y adopción por parte de diferentes sectores de la economía mundial y el sector industrial no está siendo indiferente. Cada vez se escucha más el concepto de gemelo digital y esto viene motivado por el auge y asentamiento de la industria 4.0. y que la tecnología es cada vez es más madura y permite métodos más sofisticados. Morgan Stanley indica que el mercado de la ciberseguridad, un prerrequisito para la industria conectada, alcanzará los 183.000 millones de dólares este año 2020. Gartner incluso da unas cifras mayores para la industria del IoT. Éste prevé que la mitad de las grandes compañías industriales habrán adoptado el modelo de gemelo digital proporcionándoles incrementos del 10% en su eficiencia.

Es decir, la industria está más conectada que nunca, y de manera cada vez más segura. Los proyectos de IoT son más escalables y comienzan a despegar. Asimismo, se ha invertido con fuerza en automatización, robótica, sensorización… Sin embargo, buena parte de estos esfuerzos se han dirigido a resolver problemas concretos. Ahora, el reto es conectar todos los esfuerzos para maximizar su beneficio, y es ahí donde los gemelos digitales pueden entrar en juego.

Según un estudio de Morning Consult e IBM España está siendo pionera en Europa en la adopción de tecnología de inteligencia artificial (IA), donde tiene cabida el concepto de modelo digital, en el cual se dice que el 82% de las empresas españolas está implantando o explorando la incorporación de tecnologías de inteligencia artificial a sus procesos. Una media de 9 puntos por encima de la media de los grandes países europeos (Alemania, Francia, Italia, Reino Unido y España).

Su implantación se está centrando en las áreas de seguridad (42%), automatización de procesos (31%) y atención al cliente (29%). Las barreras que están dificultando un mayor avance, las empresas españolas señalan en primer lugar la falta de conocimiento experto (39%), poniendo de relieve el reto formativo y de adaptación que el desarrollo de la inteligencia artificial representa para las empresas y el conjunto de la sociedad. A pesar de esta barrera, la gran mayoría de las empresas españolas (72%) afirma que la confianza en la tecnología es el factor que más está contribuyendo a crear una cultura favorable a la adopción de la IA en sus organizaciones.