¿Que són los gemelos digitales o "digital twins"?

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¿Qué es un gemelo digital?

Los gemelos digitales o “digital twins“ son un modelo virtual que refleja con exactitud un objeto físico, proceso o sistema. Se utilizan para realizar simulaciones y estudiar el comportamiento de un producto digital, para después adaptar las soluciones al producto real de una manera eficiente. 

Un gemelo digital es la representación virtual de un objeto al que se le incorporan datos en tiempo real que pueden captarse mediante sensores o tecnologías de análisis de datos. Se trata de una tecnología que fusiona el Internet de las Cosas (loT), la Inteligencia Artificial (IA), el Machine Learning y el análisis de datos.

Se trata de una tecnología en auge desarrollada en la Cuarta Revolución Industrial, muy demandadas para las nuevas profesiones del futuro. Estas réplicas virtuales permiten analizar procesos reales, experimentar con objetos físicos que ya existen y crear escenarios hipotéticos para predecir comportamientos. Puede diseñarse un gemelo virtual de cualquier cosa, desde el motor de avión hasta un parque eólico o una ciudad entera. 

La primera vez que se habló de los gemelos digitales fue en 1991, en el libro "Mirror World" (traducido del inglés como Mundo Espejo) del informático David Gelernter. Aunque no fue hasta 2002 cuando Michael Grieves, del Instituto de Tecnología de Florida, aplicó este concepto en la fabricación. Su desarrollo se presentó en el Ciclo de Vida del Producto (PLM) en una conferencia de la Sociedad de Ingenieros de Fabricación.

Unos años más tarde, en 2010, la NASA utilizó esta tecnología disruptiva para crear simulaciones digitales de cápsulas y naves espaciales, y la llamaron gemelo digital en un informe de hoja de ruta. 

¿Cómo funcionan los gemelos digitales?

Todo comienza en las manos de un especialista, normalmente un experto en ciencia de datos, matemáticas aplicadas o ingeniería. Su trabajo es estudiar el objeto que tiene que duplicar mediante un modelo matemático que simulará el objeto original físico.

Para ello, se utiliza la tecnología digital twin, que funciona a través de un software que recoge datos del mundo real para crear simulaciones virtuales capaces de predecir el rendimiento de un producto, proceso o sistema. Este programa informático integra diferentes tecnologías para cruzar cantidades masivas de datos y analizar posibles escenarios. 

Así pues, los gemelos digitales constan de tres partes principalmente: el producto físico, el producto virtual y las conexiones que se generan entre ambos. El resultado final de la versión digital que se construye depende de la cantidad de datos que se hayan utilizado para fabricarlo y actualizarlo.

Características de la tecnología de los gemelos digitales

El gemelo digital es posible en la industria 4.0 gracias a una serie de características: 

  • Conectividad: Sin conectividad la tecnología de los “digital twins“ no sería posible, ya que nace a partir del Internet de las Cosas (loT), que permite que los dispositivos físicos se conecten y comuniquen entre sí. 
  • Homogeneización: Para crear una representación digital de un producto, proceso o sistema es necesario volcar todos los datos en un mismo programa informático. Es decir, para desarrollar un prototipo virtual se toman diferentes fuentes de información y se unifican creando una base de datos única. De ahí el concepto de homogeneización. 
  • Reprogramable e inteligente: El gemelo digital se puede reprogramar, incluso de forma automática, a través de los sensores del producto físico, de la tecnología de Inteligencia Artificial (IA) y el análisis predictivo. Esto permite obtener información para mejorar el funcionamiento del prototipo físico del gemelo real. 
  • Rastros digitales: La tecnología digital twin deja huellas digitales para que los ingenieros técnicos puedan identificar cualquier problema. De esta manera, el error queda localizado y se puede buscar una solución para que no vuelva a ocurrir. 
  • Modularidad: Tanto el gemelo virtual como el físico pueden dividirse en varias partes o capas. Esto facilita su fabricación y seguimiento, ya que permite identificar qué componentes hacen que no funcione bien para repararlos y mejorar todo el proceso. 

Aplicaciones de los gemelos digitales

Un gemelo digital puede implementarse en cualquier tipo de proceso industrial. Veamos algunos ejemplos de gemelos digitales en diferentes sectores:

un operario del sector energético

Aplicaciones en el sector energético

Los “digital twins“ pueden simular la gestión de los recursos energéticos de forma eficiente, además de planificar posibles escenarios. Además, permiten modelar el rendimiento de una planta energética en tiempo real.

un hombre manipulando un hígado virtualmente

Aplicaciones en el sector salud

Los gemelos digitales pueden aplicarse en el pronóstico de productos y equipos, comparar los registros de los pacientes para encontrar patrones, incluso contribuir a reducir el riesgo en diferentes procedimientos sanitarios y quirúrgicos.

un operario del sector de la automoción

Aplicaciones en el sector de la automoción

Esta tecnología es muy útil para mejorar piezas individuales, vehículos completos, líneas de producción y fábricas. También pueden incluirse en todas las fases del proceso (diseño, construcción, almacenaje, etc.). 

un moderno camión de transporte

Aplicaciones en logística

Las aplicaciones en este sector son muy amplias. Por ejemplo, se puede simular cómo gestionar flotas de contenedores, monitorizar envíos, incluso diseñar grandes sistemas logísticos.

un ingeniero industrial diseñando una pieza virtual

Aplicaciones en el sector industrial

Se puede agilizar la cadena de producción de cualquier producto, optimizando todos los procesos para evitar errores y reduciendo los tiempos de fabricación y los costes.

Ejemplos de gemelos digitales en la actualidad

un hombre trabajando con una tablet

Proyecto AMP de Repsol

En Repsol hemos diseñado, junto con OVS Group, un gemelo digital de Gestión de Producción Automatizada (APM) y Modelos de Flujo Integrados (IFM), para mejorar la eficiencia de los activos y optimizar la producción.

El principal objetivo de los flujos de trabajo de APM es “mejorar la eficiencia operativa y la producción diaria en un entorno integrado y estandarizado”.

Combinando la información de los flujos de trabajo con las diferentes fuentes de datos de Repsol, obtenemos una herramienta centralizada en la que los operadores e ingenieros pueden identificar, clasificar y rastrear rápidamente oportunidades de optimización.

Una mujer trabajando frente a un ordenador con dos pantallas

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