TECNOLOGÍA. Gemelo digital: cómo una representación virtual de un sistema aumenta la efectividad

gemelo digital

 

¿Sabías que incluso un incendio forestal puede representarse mediante un gemelo digital?

29 septiembre 2023.- Un gemelo digital es una representación virtual de un sistema real (un edificio, la red eléctrica, una ciudad, incluso un ser humano) que imita las características del sistema. Sin embargo, un gemelo digital es más que un simple modelo de computadora. Recibe datos de sensores en el sistema real para comparar constantemente el estado del sistema.

Un gemelo digital ayuda a las personas a analizar y predecir el comportamiento de un sistema en diferentes condiciones. Los sistemas que se hermanan suelen ser muy complejos y requieren un esfuerzo significativo para modelarlos y rastrearlos .

Los gemelos digitales son útiles en una amplia variedad de dominios, incluidas las cadenas de suministro , la atención médica , los edificios , los puentes , los automóviles autónomos y las personas de los clientes minoristas para mejorar la eficiencia y la confiabilidad. Por ejemplo, un operador de almacén puede optimizar el rendimiento de un almacén al explorar la respuesta de su gemelo digital a varias políticas y equipos de manejo de materiales sin incurrir en el costo de realizar cambios reales.

Incluso un incendio forestal puede representarse mediante un gemelo digital . Las agencias gubernamentales pueden predecir la propagación del fuego y su impacto en diferentes condiciones, como la velocidad del viento, la humedad y la proximidad a los hábitats, y utilizar esta información para guiar las evacuaciones.

Por qué importan los gemelos digitales

Los gemelos digitales a menudo se usan para modelar, comprender y analizar sistemas complejos donde el rendimiento, la confiabilidad y la seguridad del sistema son críticos. En dichos sistemas, es primordial probar cualquier cambio, ya sea planificado o no planificado.

Para probar con precisión los cambios en el estado del sistema real y los efectos de cualquier posible estímulo, el gemelo digital debe representar con precisión el sistema físico en su estado actual. Esto requiere que el gemelo digital reciba actualizaciones continuas del sistema físico a través de canales de comunicación rápidos y confiables.


Los gemelos digitales son una parte clave del impulso para crear ciudades "inteligentes".

La creación y el mantenimiento de gemelos digitales a menudo involucran grandes cantidades de datos para representar varias características del sistema real. La recopilación y el procesamiento de estos datos requiere tecnologías avanzadas de comunicación e informática. El soporte de comunicación generalmente involucra conexiones a Internet de alta velocidad y redes inalámbricas como Wi-Fi y 5G. El soporte computacional suele ser en forma de servidores, ya sea en la nube o más cerca del sistema físico.

La creación y el mantenimiento de gemelos digitales a menudo involucran grandes cantidades de datos para representar varias características del sistema real. La recopilación y el procesamiento de estos datos requiere tecnologías avanzadas de comunicación e informática. El soporte de comunicación generalmente involucra conexiones a Internet de alta velocidad y redes inalámbricas como Wi-Fi y 5G. El soporte computacional suele ser en forma de servidores, ya sea en la nube o más cerca del sistema físico.

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:
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  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 de los equipos, 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.

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 en 2020 y se espera que alcance los $ 63.5 mil millones 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.

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