¿Qué es un gemelo digital?
Un gemelo digital es una representación virtual de un objeto o sistema diseñado para reflejar con precisión un objeto físico. Abarca el ciclo de vida del objeto, se actualiza a partir de datos en tiempo real y emplea simulación, machine learning y razonamiento para ayudar a tomar decisiones.
¿Cómo funciona un gemelo digital?
El objeto estudiado, por ejemplo, una turbina eólica, está equipado con varios sensores relacionados con áreas vitales de funcionalidad. Estos sensores producen datos sobre diferentes aspectos del rendimiento del objeto físico, como la producción de energía, la temperatura, las condiciones climáticas y más. El sistema de procesamiento recibe esta información y la aplica activamente a la copia digital.
Tras recibir los datos pertinentes, el modelo digital puede emplearse para realizar diversas simulaciones, analizar problemas de rendimiento y crear posibles mejoras. El objetivo final es obtener conocimientos valiosos que puedan usarse para mejorar la entidad física original.
Gemelos digitales frente a simulaciones
Aunque tanto las simulaciones como los gemelos digitales emplean modelos digitales para replicar los diversos procesos de un sistema, un gemelo digital es en realidad un entorno virtual, lo que le da considerablemente más riqueza para su estudio. La diferencia entre un gemelo digital y una simulación es en gran medida una cuestión de escala: mientras que una simulación suele estudiar un proceso en específico, un gemelo digital puede ejecutar cualquier cantidad de simulaciones útiles para estudiar múltiples procesos.
Las diferencias no terminan ahí. Por ejemplo, las simulaciones generalmente no se benefician de contar con datos en tiempo real. Pero los gemelos digitales están diseñados en torno a un flujo de información bidireccional que ocurre cuando los sensores de objetos proporcionan datos relevantes al procesador del sistema y luego vuelve a ocurrir cuando la información creada por el procesador se comparte con el objeto fuente original.
Al disponer de mejores datos, constantemente actualizados y relacionados con una amplia gama de áreas, combinados con la potencia informática agregada que acompaña a un entorno virtual, los gemelos digitales pueden estudiar más problemas desde muchos más puntos de vista que las simulaciones estándar, con un mayor potencial final para mejorar los productos y procesos.
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Existen varios tipos de gemelos digitales según el nivel de ampliación del producto. La mayor diferencia entre estos gemelos es el área de aplicación. Es común que coexistan diferentes tipos de gemelos digitales dentro de un sistema o proceso. Repasemos los tipos de gemelos digitales para conocer las diferencias y cómo se aplican.
Los componentes gemelos son la unidad básica de un gemelo digital, el ejemplo más pequeño de un componente funcional. Las piezas gemelas son más o menos lo mismo, pero se refieren a componentes un poco menos importantes.
Cuando dos o más componentes trabajan juntos, forman lo que se conoce como un activo. Los gemelos de activos le permiten estudiar la interacción de esos componentes, creando una gran cantidad de datos de rendimiento que pueden procesarse y luego convertirse en insights aplicables en la práctica.
El siguiente nivel de ampliación implica sistemas o unidades gemelas, que le permiten ver cómo los diferentes activos se unen para formar un sistema funcional completo. Los sistemas gemelos proporcionan visibilidad con respecto a la interacción de los activos y pueden sugerir mejoras de rendimiento.
Los gemelos de procesos, el nivel de ampliación macro, revelan cómo los sistemas trabajan juntos para crear unas instalaciones de producción completa. ¿Todos esos sistemas están sincronizados para operar con la máxima eficiencia o los retrasos en un sistema afectarán a otros? Los gemelos de procesos pueden ayudar a determinar los esquemas de tiempo precisos que, en última instancia, influyen en la eficacia general.
La idea de la tecnología gemela digital se expresó por primera vez en 1991, con la publicación de Mirror Worlds, de David Gelernter. No obstante, al Dr. Michael Grieves (entonces profesor de la Universidad de Michigan) se le atribuye haber aplicado por primera vez el concepto de gemelos digitales a la fabricación en 2002 y anunciar formalmente el concepto de software gemelo digital. Finalmente, John Vickers de la NASA introdujo un nuevo término, “gemelo digital”,en 2010.
Sin embargo, la idea central de usar un gemelo digital como medio para estudiar un objeto físico en realidad se puede observar desde mucho antes. De hecho, se puede decir con razón que la NASA fue pionera en el uso de la tecnología de gemelos digitales durante sus misiones de exploración espacial de la década de 1960, cuando cada nave espacial en viaje se replicó exactamente en una versión terrestre que el personal de la NASA que atendía a las tripulaciones de vuelo usó con fines de estudio y simulación.
Mejor I&D
El uso de gemelos digitales permite una investigación y un diseño de productos más eficaces, con una gran cantidad de datos creados sobre los posibles resultados de rendimiento. Esa información puede conducir a insights que ayuden a las empresas a realizar los ajustes necesarios en los productos antes de iniciar la producción.
Mayor eficiencia
Incluso después de que un nuevo producto haya entrado en producción, los gemelos digitales pueden ayudar a reflejar y monitorear los sistemas de producción, con miras a lograr y mantener la máxima eficiencia a lo largo de todo el proceso de fabricación.
Fin de la vida útil del producto
Los gemelos digitales pueden incluso ayudar a los fabricantes a decidir qué hacer con los productos que llegan al final de su ciclo de vida y necesitan recibir un tratamiento final, mediante reciclaje u otras medidas. Mediante el uso de gemelos digitales, pueden determinar qué materiales del producto pueden cosechar.
Si bien los gemelos digitales son apreciados por lo que ofrecen, su uso no está garantizado para todos los fabricantes o todos los productos creados. No todos los objetos son lo suficientemente complejos como para necesitar el flujo intenso y regular de datos de sensores que requieren los gemelos digitales. Tampoco vale la pena, desde un punto de vista financiero, invertir recursos significativos en la creación de un gemelo digital. (Tenga en cuenta que un gemelo digital es una réplica exacta de un objeto físico, lo que podría hacer que su creación fuera costosa).
Por otra parte, mucho tipos de proyectos se benefician específicamente del uso de modelos digitales:
- Proyectos físicamente grandes: Los edificios, puentes y otras estructuras complejas están sujetos a estrictas reglas de ingeniería.
- Proyectos mecánicamente complejos: Turbinas de reacción, automóviles y aeronaves. Los gemelos digitales pueden ayudar a mejorar la eficacia de la maquinaria complicada y los motores gigantescos.
- Equipos de energía: Esto incluye tanto los mecanismos para generar energía como aquellos para transmitirla.
- Proyectos de fabricación: Los gemelos digitales se destacan por ayudar a optimizar la eficacia de los procesos, como los que se encontrarían en entornos industriales con sistemas de máquinas que funcionan conjuntamente.
Por lo tanto, las industrias que logran el mayor éxito con gemelos digitales son las involucradas con productos o proyectos a gran escala:
- Ingeniería (sistemas)
- Fabricación de automóviles
- Producción de aeronaves
- Diseño de vagones
- Construcción de edificios
- Manufactura
- Empresas de servicios públicos de energía
Mercado de gemelos digitales: listo para el crecimiento
La rápida expansión del mercado de gemelos digitales indica que, si bien ya están en uso en muchas industrias, la demanda de ellos continuará aumentando durante algún tiempo. En 2022, se proyectó que el mercado global de gemelos digitales alcanzaría los USD 73.5 mil millones para 2027.1
El uso de gemelos digitales de principio a fin permite a los propietarios y operadores reducir el tiempo de inactividad de los equipos al tiempo que aumenta la producción. Descubra una solución de gestión del ciclo de vida del servicio creada por IBM y Siemens.
Los gemelos digitales ya se emplean ampliamente en las siguientes aplicaciones:
Los motores grandes, incluidos los motores a reacción, los motores de locomotoras y las turbinas de generación de energía, se benefician enormemente del uso de gemelos digitales, en especial ayudando a establecer plazos para el mantenimiento periódico necesario.
Las grandes estructuras físicas, como edificios o plataformas de perforación en alta mar, se pueden mejorar a través de gemelos digitales, especialmente durante su diseño. También son útiles para diseñar los sistemas que operan dentro de esas estructuras, como los sistemas HVAC.
Dado que los gemelos digitales están destinados a reflejar todo el ciclo de vida de un producto, no es sorprendente que se hayan vuelto omnipresentes en todas las etapas de fabricación, guiando los productos desde el diseño hasta el producto terminado y todos los pasos intermedios.
Al igual que los productos se pueden perfilar mediante el uso de gemelos digitales, también pueden hacerlo los pacientes que reciben servicios de atención médica. El mismo tipo de sistema de datos generados por sensores se puede emplear para rastrear varios indicadores de salud y generar insights clave.
Los automóviles representan muchos tipos de sistemas complejos que funcionan en conjunto, y los gemelos digitales se emplean ampliamente en el diseño de automóviles, tanto para mejorar su rendimiento como para aumentar la eficacia de su producción.
Los ingenieros civiles y otras personas involucradas en actividades de planeación urbana se benefician significativamente del uso de gemelos digitales, que pueden mostrar datos espaciales 3D y 4D en tiempo real y también incorporar sistemas de realidad aumentada en entornos construidos.
Se está produciendo un cambio fundamental en los modelos operativos existentes. Se está produciendo una reinvención digital en industrias con un uso intensivo de activos que está cambiando los modelos operativos de manera disruptiva, requiriendo una visión física y digital integrada de activos, equipos, instalaciones y procesos. Los gemelos digitales son una parte vital de esa reinvención.
El futuro de los gemelos digitales es casi ilimitado porque cada vez se dedican mayores cantidades de potencia cognitiva a su uso. Por lo tanto, los gemelos digitales aprenden constantemente nuevas habilidades y capacidades, lo que significa que pueden seguir generando los conocimientos necesarios para mejorar los productos y hacer que los procesos sean más eficientes.
Aprenda cómo el cambio impacta a su industria a través de este artículo sobre la transformación de las operaciones de activos con gemelos digitales.
Recursos
Notas de pie de página
1Digital Twin Market by Enterprise, Application (Predictive Maintenance, Business optimization), Industry (Aerospace, Automotive & Transportation, Healthcare, Infrastructure, Energy & Utilities) and Geography (enlace externo a ibm.com)—Global Forecast to 2027, Digital Twin Market, junio de 2022