El gemelo digital en la Industria 4.0

En la nueva era de la Industria 4.0, el concepto del gemelo digital adquiere un papel central que cambia fundamentalmente la forma en que entendemos las industrias y los procesos. Un gemelo digital es más que una simple representación virtual de un objeto físico; es, más bien, una entidad viva y evolutiva que, en el mundo digital, refleja casi con total precisión el comportamiento de su homólogo real y puede revertirlo al objeto físico.

La idea básica del gemelo digital es crear un puente entre el mundo material y el digital. Imagina que pudieras hacer una copia precisa de una máquina o planta industrial que no solo reproduzca su apariencia, sino que también imite con precisión cada interacción, movimiento y parámetro de rendimiento. Este duplicado digital se puede actualizar en tiempo real recibiendo datos de sensores, dispositivos IoT y otras fuentes. Estos datos se utilizan para alimentar al gemelo digital y hacerle que refleje el comportamiento del objeto real con la mayor precisión posible.

Los beneficios del gemelo digital alcanzan numerosos sectores. En la fabricación, por ejemplo, el gemelo digital puede ayudar a optimizar los procesos de producción y mejorar la calidad. Con la simulación de diferentes condiciones de funcionamiento y la predicción de los posibles problemas, se pueden tomar medidas tempranas para minimizar el tiempo de inactividad no planificado y maximizar los resultados.

El gemelo digital abre también nuevas posibilidades en el campo del mantenimiento predictivo. Puesto que está continuamente recibiendo datos del objeto real, puede detectar patrones que señalen defectos o problemas inminentes, con lo que es posible realizar trabajos de mantenimiento de una manera específica antes de que ocurra un fallo real. A continuación, hemos enumerado los distintos sectores en los que ya se utilizan los gemelos digitales.

Fabricación: al simular los procesos de producción, el gemelo digital ayuda a optimizar el funcionamiento de la máquina y a predecir de cuellos de botella para aumentar la eficiencia. Esta es solo una de las muchas posibilidades que ofrece la simulación. El gemelo digital (AAS o shell de administración) también crea la posibilidad de transferir directamente los resultados de la simulación al mundo físico... si es lo que se quiere.

Salud: el gemelo digital está revolucionando la medicina personalizada con la creación de modelos precisos de órganos y sistemas biológicos para desarrollar planes de tratamiento individualizados. Es, por ejemplo, el caso de las terapias individuales contra el cáncer, donde los procesos de prueba y fabricación son muy complejos y no pueden gestionarse de forma global.

Sector energético: en el sector energético, el gemelo digital monitoriza el consumo energético, aumenta la eficiencia de la planta y optimiza el mantenimiento de la infraestructura.

Transporte: al ser capaz de predecir con precisión las necesidades de mantenimiento, el gemelo digital minimiza el tiempo de inactividad del vehículo y aumenta la fiabilidad en el transporte.

Construcción: El gemelo digital acompaña los proyectos de construcción desde la planificación hasta la compleción, proporcionando información en tiempo real sobre el progreso de la construcción y reduciendo los costes y los retrasos. El gemelo digital ofrece muchas otras ventajas en la construcción. Al integrar varias fuentes de datos, como sensores y dispositivos IoT, facilita una supervisión precisa y en tiempo real del progreso de la construcción. Esto permite planificar y gestionar proyectos de construcción de forma más eficiente, ya que los responsables de la toma de decisiones obtienen información sobre el estado actual. Al recopilar y analizar datos de forma continua, se pueden identificar de forma temprana los posibles cuellos de botella o retrasos y tomar las medidas adecuadas para cumplir el calendario, lo que no solo conduce a una mayor transparencia del proyecto, sino también a una reducción significativa en los costes y los retrasos.

Además, con el gemelo digital se pueden realizar simulaciones y pruebas virtuales antes de que comience la construcción real. Los arquitectos, ingenieros y planificadores de la construcción pueden utilizar el gemelo digital para probar diferentes escenarios y encontrar las mejores soluciones e identificar problemas potenciales de antemano. Con ello no solo se reduce el riesgo de errores y retrabajo, sino que también da lugar a una planificación y utilización más eficaces de los recursos.

El gemelo digital es también extremadamente útil en el campo del desmantelamiento. Al crear una imagen digital de las estructuras e infraestructuras a desmantelar, el gemelo digital permite la planificación y ejecución precisas del proceso de desmantelamiento. Mediante el uso de modelos y simulaciones 3D, se pueden identificar posibles riesgos y retos para garantizar un desmontaje seguro y eficiente.

Las posibilidades de aplicación del gemelo digital son increíblemente diversas: desde la optimización de los procesos de producción hasta la revolución de la atención sanitaria. En todas estas áreas, el gemelo digital proporciona información en profundidad, predicciones precisas y la capacidad de adaptarse eficientemente a circunstancias cambiantes. Las aplicaciones de los gemelos digitales seguirán ampliándose en el futuro, ya que el desarrollo aún no está completo y se está generando nueva información constantemente.

Otro aspecto interesante del gemelo digital es su capacidad de explorar y experimentar virtualmente. Los ingenieros pueden usar el gemelo digital para probar diseños alternativos antes de producirlos físicamente. Esto no solo ahorra tiempo, sino también recursos. En plantas industriales complejas, el gemelo digital también puede servir como un espacio aislado donde probar las nuevas ideas e innovaciones en un entorno virtual seguro antes de que se conviertan en realidad.

De este modo puedes ajustar diferentes parámetros para optimizar el rendimiento, la eficiencia o la seguridad. Los gemelos digitales también pueden además predecir y analizar interacciones y comportamientos complejos para identificar vulnerabilidades potenciales u oportunidades de mejora. Experimentar con gemelos digitales en el entorno CAD/CAE permite ahorrar tiempo y dinero haciendo iteraciones y ajustes de forma más rápida y eficiente.

La capacidad de investigación virtual y experimentación digital es un factor crucial en el éxito del gemelo digital.

La base del gemelo digital está profundamente arraigada en el desarrollo de la inteligencia artificial (IA) y el aprendizaje automático. Al integrar algoritmos de IA, el gemelo digital no solo puede procesar datos pasados, sino también procesarlos de forma estandarizada (incluidos metadatos y semántica) para predecir escenarios futuros. Este escenario hipotético permite a las empresas mejorar su toma de decisiones y adaptarse de manera flexible a los cambios circunstanciales.

Sin embargo, implementar un gemelo digital eficaz también plantea varios retos. La integración, la validación y la seguridad de los datos son fundamentales para garantizar un gemelo digital preciso y fiable. Además, la creación y el mantenimiento de un gemelo digital requiere una estrecha colaboración entre diferentes disciplinas, como ingenieros, científicos de datos, desarrolladores de software y profesionales del sector. La necesidad de compartir datos más allá de los límites de tu organización aumenta constantemente. Las plataformas de datos como Gaia-X, Catana-X y Manufacturing-X constituirán el marco para ello. Un formato de datos estandarizado como AAS/VWS/DT es uno de los requisitos técnicos.

El gemelo digital constituye sobre todo un excelente ejemplo de la fusión entre el progreso tecnológico y el desarrollo industrial. Representa la fusión de las realidades virtual y física y allana el camino hacia una mayor eficiencia, una calidad mejorada y una adaptabilidad más ágil en la industria.

Si bien el gemelo digital ya está haciendo grandes cambios en la actualidad, el futuro presenta un enorme potencial a medida que las empresas continúan explorando y expandiendo sus oportunidades de uso y aplicación. En una era en la que los datos se están convirtiendo en el combustible de la innovación, el gemelo digital se presenta como una tecnología innovadora que está transformando la forma en que producimos, desarrollamos y optimizamos.

Aún falta mucho para que se complete el recorrido del gemelo digital. A medida que vamos superando los límites de la tecnología, las perspectivas para su aplicación futura son tan fascinantes como diversas. Con cada paso que damos en el desarrollo e implementación del gemelo digital, se revelan nuevas oportunidades para mejorar la eficiencia, la calidad y la innovación.