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Inteligencia Artificial

¿Qué es un gemelo digital? Una representación virtual en tiempo real

José Luis Becerra Pozas

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Los gemelos digitales son representaciones en tiempo real de objetos, procesos y sistemas que pueden ayudar a las organizaciones a monitorear operaciones, realizar mantenimiento predictivo y mejorar procesos.

Definición de gemelo digital

Los gemelos digitales son representaciones virtuales en tiempo real de objetos, procesos y sistemas. Si bien los gemelos digitales pueden representar cosas puramente digitales, con mayor frecuencia sirven como puente entre los dominios físico y digital. Por ejemplo, un gemelo digital podría proporcionar una vista digital de las operaciones de una fábrica, una red de comunicaciones o el flujo de paquetes a través de un sistema logístico.

“La implementación de un gemelo digital es un objeto o modelo de software encapsulado que refleja un objeto, proceso, organización, persona u otra abstracción física única”, según Gartner. “Los datos de varios gemelos digitales se pueden agregar para obtener una vista compuesta de varias entidades del mundo real, como una planta de energía o una ciudad, y sus procesos relacionados”.

Beneficios de los gemelos digitales

Estos clones virtuales de operaciones físicas pueden ayudar a las organizaciones a monitorear operaciones, realizar mantenimiento predictivo y proporcionar información para las decisiones de compra de capital. También pueden ayudar a las organizaciones a simular escenarios cuya prueba con activos físicos llevaría demasiado tiempo o sería muy costoso, crear planes comerciales a largo plazo, identificar nuevos inventos y mejorar los procesos.

Los gemelos digitales ofrecen cinco beneficios clave , según la empresa de ingeniería de productos digitales GlobalLogic:

  1. Evaluación de riesgos y tiempo de producción acelerados. Los gemelos digitales pueden ayudar a las empresas a probar y validar sus productos virtualmente antes de que existan en el mundo real. Los ingenieros pueden utilizarlos para identificar fallas en los procesos.
  2. Mantenimiento predictivo. Las organizaciones pueden usar gemelos digitales para monitorear de manera proactiva los equipos y sistemas para programar el mantenimiento antes de que se averíen, mejorando la eficiencia de la producción.
  3. Monitoreo remoto en tiempo real. Los usuarios pueden monitorear y controlar los sistemas de forma remota.
  4. Mejor colaboración en equipo. GlobalLogic señala que la automatización de procesos y el acceso a la información del sistema las 24 horas, los 7 días de la semana, permite a los técnicos dedicar más tiempo a la colaboración.
  5. Mejor toma de decisiones financieras. Al integrar datos financieros, las organizaciones pueden usar gemelos digitales para tomar decisiones mejores y más rápidas sobre los ajustes.

Tecnología de gemelos digitales

Los gemelos digitales constan de tres elementos principales, según el integrador de sistemas, SL Controls :

  1. Información histórica. Datos sobre el rendimiento pasado de máquinas, procesos y sistemas.
  2. Datos en tiempo real. Los gemelos digitales reciben actualizaciones continuas de sensores de equipos y salidas de plataformas y sistemas, como equipos de fabricación, servicio al cliente y compras.
  3. Datos futuros. Esto incluye el aprendizaje automático y las aportaciones de los ingenieros.

Los diversos tipos de gemelos digitales que se utilizan en la actualidad se diferencian en gran medida por su área de aplicación , según IBM:

  • Gemelos de componentes/gemelos de piezas. Estas son la unidad básica de los gemelos digitales. Aquí el gemelo representa las características físicas, mecánicas y/o eléctricas de un componente o pieza.
  • Gemelos de activos. Los activos son dos o más componentes que trabajan juntos. Estos gemelos representan la interacción de los componentes para crear datos de rendimiento.
  • Gemelos del sistema o de la unidad. Estos gemelos reflejan la interacción de activos que forman un sistema o unidad.
  • Gemelos de procesos. Estos gemelos representan cómo los sistemas funcionan juntos. Por ejemplo, un proceso gemelo podría representar una instalación de producción completa.

Gemelos digitales frente a simulaciones

Los gemelos digitales pueden verse como simulaciones de objetos y procesos físicos, pero lo que distingue a los gemelos digitales son las actualizaciones en tiempo real .

El integrador de sistemas, SL Controls, dice que las simulaciones permiten a los ingenieros ejecutar pruebas y realizar evaluaciones de un activo físico, pero la simulación es estática. Depende del ingeniero introducir nuevos parámetros. Los gemelos digitales reciben actualizaciones en tiempo real del activo, proceso o sistema físico, lo que permite a los ingenieros realizar pruebas, evaluaciones y trabajos de análisis utilizando condiciones del mundo real.

Ejemplos de gemelos digitales

Las organizaciones ya están utilizando gemelos digitales para mejorar sus negocios .

Rolls-Royce mejora la eficiencia de los motores a reacción: la multinacional aeroespacial y de defensa Rolls-Royce ha implementado tecnología de gemelos digitales para monitorear los motores que produce. La compañía puede monitorear cómo vuela cada motor, las condiciones en las que vuela y cómo lo usa el piloto. Rolls-Royce utiliza el gemelo digital para ofrecer planes de servicio adaptados a motores específicos.

Mars optimiza su cadena de suministro: la empresa de confitería, cuidado de mascotas y alimentos Mars ha creado un gemelo digital de su cadena de suministro de fabricación para respaldar sus negocios. La empresa está utilizando la tecnología para mejorar la capacidad y los controles de procesos, incluido el aumento del tiempo de actividad de las máquinas a través del mantenimiento predictivo y la reducción de los desechos asociados con las máquinas que empaquetan cantidades inconsistentes de productos.

TIAA reduce la complejidad del servicio al cliente: la Teachers Insurance and Annuity Association of America-College Retirement Equities Fund (TIAA) está utilizando un gemelo digital para reducir la complejidad de la incorporación de nuevos clientes institucionales . El gemelo de TIAA utiliza metadatos de productos, flujos operativos, interdependencias superpuestas y reglas comerciales para validar las selecciones de planes de servicio de los operadores de planes.

Bayer Crop Science remodela la estrategia con fábricas virtuales: Bayer Crop Science ha creado “fábricas virtuales” para cada uno de sus nueve sitios de fabricación de semillas de maíz en América del Norte. Las fábricas virtuales son representaciones digitales dinámicas del equipo, las características del flujo de procesos y productos, la lista de materiales y las reglas de operación para cada uno de los nueve sitios. Además de proporcionar una vista en tiempo real de las operaciones, las fábricas virtuales permiten a Bayer realizar análisis hipotéticos que la empresa utiliza para analizar nuevas estrategias, tomar decisiones de compra de capital, crear planes comerciales a largo plazo y mejorar procesos.

Software de gemelos digitales

Las plataformas de software de gemelos digitales incorporan datos de sensores de IoT y otros datos para monitorear el rendimiento de los activos y ejecutar simulaciones. El consultor Ian Skerrett dice que las plataformas gemelas digitales escalables tienen seis características clave :

  1. Administre el ciclo de vida del gemelo digital. Skerrett dice que los gemelos digitales son las instancias de “hilos digitales” o “maestros digitales”, es decir, los requisitos, las piezas y los sistemas de control que componen un activo físico. Por ejemplo, Skerrett dice que el maestro digital de un molino de viento consta de los diagramas de ingeniería, la lista de materiales, las versiones de software y otros artefactos utilizados para crear un molino de viento. Una plataforma de gemelo digital para molinos de viento necesita aprovechar ese maestro digital y proporcionar herramientas para probar, implementar y administrar el gemelo digital basado en el maestro digital. Estas herramientas deben poder escalar a cientos de maestros digitales y miles de gemelos digitales.
  2. Única fuente de verdad. Las plataformas deben poder actualizarse y proporcionar el estado exacto de cada gemelo digital. Por ejemplo, el mantenimiento de rutina puede hacer que un activo tenga una pieza o versión de firmware diferente a la de otro activo. Una plataforma debe poder actualizar el estado exacto de cada objeto y activo tan pronto como cambie.
  3. API abierta. Como interfaz y punto de integración para una solución de IoT industrial, la plataforma debe proporcionar una API abierta que permita que cualquier sistema interactúe con ella.
  4. Visualización y análisis. La plataforma debe permitir que la organización cree visualizaciones, tableros y análisis en profundidad de datos en vivo del gemelo digital. Los datos en vivo deben estar vinculados al maestro digital.
  5. Gestión de eventos y procesos. La plataforma debe permitir a los usuarios crear eventos y procesos comerciales que puedan ejecutarse en función de los datos de la plataforma.
  6. Perspectiva del cliente y del usuario. La plataforma debe permitir la colaboración entre las partes interesadas de un gemelo digital. Debe reflejar qué organización posee u opera cada uno y qué usuarios pueden acceder a los datos.

Proveedores de gemelos digitales

Muchas organizaciones están construyendo sus propios gemelos digitales, pero hay algunos proveedores de plataformas populares. Algunas de las ofertas más populares incluyen:

  • aPriori Digital Manufacturing Simulation Software
  • Autodesk Digital Twin
  • Ayla IoT Platform
  • AWS IoT
  • Enterprise Process Center (EPC) from Interfacing Technologies
  • Oracle IoT Production Monitoring Cloud
  • Predix Platform from GE
  • SAP Leonardo Internet of Things

Mercado de gemelos digitales

El mercado de los gemelos digitales está creciendo a un ritmo acelerado. La firma de investigación, MarketsandMarkets, dice que el mercado global de gemelos digitales fue de 3.1 mil millones de dólaresen 2020 y se espera que alcance los 63.5 mil millones de dólares para 2027. Considera que los gemelos digitales son un componente clave de la cuarta revolución industrial (o “Industria 4.0”).

“En Industria 4.0, se considera que el gemelo digital integra las técnicas de fabricación con tecnología avanzada como IoT que ayuda a desarrollar sistemas de fabricación interconectados”, dice MarketsandMarkets en su informe. “Por lo tanto, la tecnología de gemelos digitales parece ser una solución ideal que facilita a las empresas la realización de los estándares de la Industria 4.0”.

La firma cree que las verticales de automoción y transporte, energía y potencia, y aeroespacial y defensa son los usuarios finales clave de la tecnología de gemelos digitales.

Thor Olavsrud, CIO.com

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