¿QUÉ SON LOS GEMELOS DIGITALES?

Los gemelos digitales impulsan la innovación y mejoran el rendimiento

11 julio 2023

¿Cómo funciona la tecnología de gemelos digitales?

La vida de un gemelo digital comienza con expertos en matemáticas aplicadas o ciencia de datos que investigan la física y los datos operativos de un objeto o sistema físico para desarrollar un modelo matemático que simule el original.

Los desarrolladores utilzan la denominada tecnología digital twin. A través de un programa informático, reciben información de sensores que recopilan y analizan datos de la versión del mundo real. Esto permite crear simulaciones o replicas virtuales en tiempo real de la versión original con el fin de predecir el rendimiento de un producto o proceso, detectar cualquier problema potencial, anticipar tiempos de inactividad, reaccionar ante circunstancias cambiantes, probar mejoras de diseño y mucho más.

Por ende, un gemelo digital consta de tres partes: el producto físico, el producto virtual y las conexiones que se generan entre ambos.

La tecnología digital twin integra el Internet de las cosas (IoT), la inteligencia artificial (IA), el aprendizaje automático (machine learning) y el análisis de datos.

 

Tipología

El gemelo digital puede dividirse en tres grandes tipos que muestran los distintos momentos en los que puede utilizarse el proceso:

• Prototipo de gemelo digital (DTP): se realiza antes de crear un producto físico.
• Instancia de gemelo digital (DTI): se realiza una vez fabricado el producto para probar diferentes escenarios de uso y evaluar cómo funcionará en diferentes condiciones.
• Agregado de gemelos digitales (DTA): reune información de DTI para determinar y supervisar los ciclos de vida, las capacidades de un producto, ejecutar pronósticos y probar parámetros de funcionamiento.

Estas réplicas virtuales permiten analizar procesos reales, experimentar con objetos físicos existentes y crear escenarios hipotéticos para predecir comportamientos.

El gemelo puede utilizarse con un prototipo para ofrecer información sobre el producto a medida que se desarrolla o, incluso, puede actuar como prototipo por derecho propio para modelar lo que podría ocurrir con una versión física cuando se construya.

 

Características de los gemelos digitales

• Conectividad: los gemelos digitales dependen de la conectividad proporcionada por el Internet de las cosas (IoT), permitiendo la comunicación entre dispositivos físicos.
• Homogeneización: para crear una representación digital de un producto, proceso o sistema, se requiere reunir y unificar datos de diversas fuentes en un mismo programa informático, creando una base de datos única. Esto implica homogeneizar la información.
• Reprogramable e inteligente: los gemelos digitales son reprogramables y pueden adaptarse automáticamente mediante sensores, tecnología de inteligencia artificial (IA) y análisis predictivo. Esto permite obtener información para mejorar el funcionamiento del gemelo real, es decir, del prototipo físico.
• Rastros digitales: la tecnología de gemelos digitales deja rastros digitales que los ingenieros pueden utilizar para identificar problemas y buscar soluciones. Estas huellas digitales ayudan a localizar y resolver errores, evitando su recurrencia.
• Modularidad: tanto el gemelo virtual como el físico pueden dividirse en partes o capas. Esta modularidad facilita la fabricación y el seguimiento, ya que permite identificar los componentes problemáticos y mejorar todo el proceso.

 

Principales ventajas de la tecnología digital twin

• Monitorización en tiempo real: permite supervisar procesos de forma remota y en tiempo real, sin necesidad de desplazamientos físicos.
• Mantenimiento predictivo: permite detectar y anticiparse a problemas, resolviéndolos rápidamente. Esto facilita la implementación de mejoras en la cadena de producción y reduce los costos de mantenimiento.
• Detección de riesgos o averías: gracias al procesamiento de información y datos, esta tecnología puede identificar posibles errores en el prototipo, lo que permite trabajar en una solución y evitar cualquier impacto en el sistema del gemelo real.
• Optimización de recursos: los gemelos digitales optimizan los procesos de trabajo, mejorando la cadena de producción y reduciendo la inversión y los costos asociados. Se consigue ahorrar tiempo y dinero siempre que haya que probar un producto o proceso, ya sea en el diseño, la implementación, la supervisión o la mejora.

En definitiva, crear un gemelo digital potencia tendencias tecnológicas estratégicas, previene fallos costosos en objetos físicos y, mediante el uso de capacidades analíticas, de supervisión y predictivas avanzadas, se pueden probar procesos y servicios.

 

El gemelo digital es clave en el desarrollo de la Industria 4.0 para proporcionar automatización,

intercambio de datos y procesos de fabricación conjuntos,

así como para reducir el riesgo de lanzamiento de productos.

 

Aplicaciones

Los gemelos digitales se utilizan en una amplia variedad de sectores para diversas aplicaciones y propósitos. Desde la fabricación, pasando por el mantenimiento y supervisión, hasta la prevención de fallos.

Permite a los usuarios investigar soluciones para ampliar el ciclo de vida de los productos, mejorar la fabricación y los procesos, así como desarrollar productos y probar prototipos. En estos casos, un gemelo digital puede representar virtualmente un problema para que se pueda idear y probar una solución en el programa en lugar de en el mundo real. Algunos ejemplos notables son:

• Venta al por menor: los gemelos digitales permiten modelar y mejorar la experiencia del cliente, ya sea en un centro comercial o en tiendas individuales.
• Sanidad: los sistemas han modelado el flujo de personas en los hospitales y rastrean dónde pueden existir infecciones y quién puede estar en peligro por contacto.
• Gestión de catástrofes: el digital twin puede ayudar a combatir el cambio climático mediante la creación informada de infraestructuras más inteligentes, planes de respuesta ante emergencias y seguimiento.
• Ciudades inteligentes: las réplicas virtuales ayudan a las ciudades a ser más sostenibles desde el punto de vista económico, medioambiental y social. Asimismo, pueden orientar las decisiones de planificación y ofrecer soluciones a los complejos retos a los que se enfrentan. Por ejemplo, las respuestas en tiempo real para que los hospitales reaccionen ante una crisis.

El gemelo digital es clave en el desarrollo de la Industria 4.0 para proporcionar automatización, intercambio de datos y procesos de fabricación conjuntos, así como para reducir el riesgo de lanzamiento de productos. Los empleados del sector pueden supervisar las operaciones en tiempo real, lo que proporciona alertas previas de posibles fallos y permite optimizar y evaluar el rendimiento en tiempo real con una pérdida mínima de productividad.

 

Un poco de historia…

El concepto de gemelos digitales fue presentado por primera vez en 1991 por el informático David Gelernter en su libro «Mirror Worlds». Pero no fue hasta 2002, cuando Michael Grieves, del Instituto Tecnológico de Florida, lo aplicó a la fabricación y lo presentó formalmente en una conferencia de la Sociedad de Ingenieros de Fabricación, en Michigan.

En 20110, la NASA utilizó esta tecnología para crear simulaciones digitales de cápsulas y naves espaciales, siendo la primera en adoptar el concepto de gemelo digital en un informe de la hoja de ruta.

Desde que en 2017, Gartner lo nombró como una de las 10 principales tendencias tecnológicas estratégicas, el concepto se ha extendido y resuena cada vez con más fuerza.