Gemelos digitales: qué es y cómo funciona

Un gemelo digital es un modelo virtual de un objeto físico que a menudo se utiliza para simulaciones, pruebas y monitoreo del objeto físico.

Facilitan la visualización de proyectos complejos, como grandes máquinas, motores a reacción, ciudades inteligentes e instalaciones de servicios públicos.

Los gemelos digitales también pueden existir para objetos inexistentes, en cuyo caso se utilizan para la planificación y el desarrollo de dicho objeto.

Este blog detalla todo lo que necesita saber sobre los gemelos digitales y para ver si podría beneficiar a su próximo Antecedentes.

Características de los gemelos digitales

Las tecnologías de gemelos digitales se distinguen de otras tecnologías por un conjunto único de características que incluyen:

• Modularidad: Las tecnologías de gemelos digitales a menudo aplican un enfoque de diseño modular para construir una sola máquina con múltiples componentes. Este enfoque facilita la identificación de componentes específicos que se pueden intercambiar, mejorar o modificar de alguna manera para lograr los resultados deseados.
• Conectividad: Los gemelos digitales también dependen mucho de la conectividad y esto generalmente se logra mediante sensores conectados a través de dispositivos IoT. Esta conectividad va en ambos sentidos para permitir la comunicación entre los gemelos digitales y físicos.
• Inteligente y reprogramable: Los sistemas de gemelos digitales son inteligentes en el sentido de que pueden realizar cambios en diferentes parámetros. La información de los sensores de IoT, por ejemplo, puede hacer que el gemelo digital ajuste algunos parámetros e igualmente envíe estas nuevas configuraciones al gemelo físico para que se ajuste a sí mismo.
• Homogeneización: La homogeneización se refiere a la racionalización de todos los datos y entradas de la máquina física en un formato digital simple que facilita compartirlos con otros usuarios, sistemas o miembros del equipo.
• Creación de trazas digitales: Los gemelos digitales también dejan rastros que facilitan rebobinar el estado de una máquina, por ejemplo, a un momento anterior a que ocurriera un mal funcionamiento. Por lo tanto, facilita el diagnóstico de problemas.

Cómo funcionan los gemelos digitales

El proceso de funcionalidad de los gemelos digitales es relativamente simple. Aquí está el proceso básico de 3 pasos.

1. El gemelo físico

En primer lugar, está el objeto físico o la máquina, que podría ser cualquier cosa, desde un motor de combustión interna V8 hasta un motor a reacción con turboventilador, una línea de montaje en una fábrica o una cadena de suministro completa. Un gemelo físico está equipado con sensores que recopilan y transmiten todo tipo de datos a su gemelo virtual. Estos datos pueden incluir temperatura, revoluciones por minuto, presión, nivel de ruido, vibración, etc.

2. El gemelo digital

En el mundo de la informática se crea un modelo virtual correspondiente del gemelo físico para una simulación virtual. Este modelo virtual puede ser tan simple o complejo como sea necesario. Podría utilizar representaciones gráficas simples o emplear gráficos más complejos con principios físicos o de ingeniería que le permitan imitar a su gemelo físico de forma más auténtica. 

3. La conexión de datos

El sistema solo se completa cuando los datos en vivo de los sensores se introducen en el gemelo digital para crear un circuito de retroalimentación en tiempo real, donde el gemelo físico influye en su contraparte digital y el gemelo digital, a su vez, también puede monitorear el rendimiento físico. ejecutar simulaciones, realizar cambios en el gemelo físico o usarse para capacitar al personal para el trabajo.

Los beneficios de los gemelos digitales

Las ventajas de los gemelos digitales son muchas y aquí te dejamos algunas:

• Mantenimiento predictivo: Al monitorear constantemente los equipos y su desempeño, los gemelos digitales permiten el mantenimiento predictivo y pueden ayudar a prevenir fallas costosas en los equipos y tiempos de inactividad no planificados.
• Eficiencia operativa mejorada: Al proporcionar información para optimizar los procesos y asignar de manera óptima los recursos basados ​​en datos en tiempo real, los gemelos digitales también pueden generar importantes beneficios. productividad ganancias.
• Seguridad mejorada y gestión de riesgos: Se pueden simular escenarios peligrosos con un gemelo digital para identificar peligros potenciales y tomar las medidas adecuadas.
• Innovación y desarrollo de productos: Los gemelos digitales pueden ayudar a facilitar la innovación al proporcionar un entorno virtual para probar y perfeccionar ideas antes de comprometerse con la producción física. Esto puede acelerar el proceso de innovación y desarrollo de productos, ayudando a llevar los productos al mercado más rápidamente.
• Toma de decisiones mejorada: Los gemelos digitales proporcionan información en tiempo real basada en datos sobre el estado y el rendimiento de los sistemas físicos. Esta información puede permitir a los tomadores de decisiones tomar decisiones informadas, optimizar los procesos de su sistema y responder a circunstancias imprevistas con más facilidad.
• Ahorro de costes: Los gemelos digitales pueden contribuir al ahorro de costos en una organización mediante el mantenimiento predictivo, la optimización de procesos y una mejor gestión general de los recursos.

Tipos de gemelos digitales

Existen varios tipos de gemelos digitales, según su aplicación o alcance. Aquí están los principales:

• Componentes gemelos: También llamado gemelo de piezas, es un gemelo digital que corresponde al elemento más pequeño de un sistema. Un ejemplo es un pistón único de un motor de 6 cilindros. Los componentes gemelos pueden monitorear parámetros específicos como la vibración y la temperatura.
• Producto gemelos: Un producto o activo gemelo suele combinar varios componentes gemelos para lograr este modelo con mayor complejidad. Los productos gemelos suelen representar productos físicos, como un motor, un ventilador, etc.
• Gemelos de proceso: Se utiliza para modelar y simular las operaciones o flujos de trabajo dentro de un sistema. Los gemelos de procesos se pueden aplicar para optimizar o monitorear procesos industriales como la fabricación y la gestión de la cadena de suministro.
• Gemelos del sistema: combina múltiples procesos o productos gemelos para crear un sistema complejo que se utiliza para analizar o simular las interacciones de varios modelos virtuales como una sola unidad.

Aplicaciones en todas las industrias

Las empresas están aplicando tecnologías de gemelos digitales a diversas industrias en todo el mundo. Estas son algunas de estas aplicaciones principales:

• Fabricación: Los gemelos digitales ayudan a optimizar el proceso de producción en las fábricas y, por lo tanto, minimizar el tiempo de inactividad, monitorear el estado de los equipos y mejorar la eficiencia operativa general de la empresa.
• Aeroespacial: Los fabricantes aeroespaciales emplean gemelos digitales para el diseño y las pruebas de componentes de aeronaves. Otros lo emplean para el seguimiento en tiempo real, como lo hace Rolls-Royce con sus motores.
• Ciudades inteligentes: Las ciudades inteligentes están empleando gemelos digitales para optimizar el tráfico, monitorear y gestionar la energía y tomar diversas decisiones informadas que beneficiarán a los residentes de la ciudad.
• Energía y servicios públicos: La tecnología de gemelos digitales ayuda a gestionar las energías renovables, las redes eléctricas y cualquier combinación compleja de sistemas energéticos. Pueden ayudar a optimizar la asignación de recursos, predecir la demanda de energía, etc.
• Construcción: Los gemelos digitales permiten a arquitectos e ingenieros visualizar y simular diferentes opciones antes de comenzar a construir. Además, también pueden monitorear un edificio después de su construcción.
• Gestión de la cadena de suministro: Las cadenas de suministro complejas pueden emplear tecnología de gemelos digitales para rastrear bienes y materiales en tiempo real, optimizar las rutas de transporte, identificar posibles retrasos y mejorar la eficiencia general de la cadena de suministro.
• Desarrollo de productos: Los gemelos digitales se pueden utilizar para probar y perfeccionar virtualmente nuevos productos antes de lanzarlos al mercado, reduciendo así los costos de desarrollo.

Ejemplos de aplicaciones

A continuación se muestran algunos ejemplos memorables de las diferentes formas en que las empresas emplean la tecnología de gemelos digitales.

• Turbinas eólicas GE: GE utiliza gemelos digitales de turbinas eólicas para monitorear el rendimiento y el mantenimiento predictivo.
• SpaceX: Un gemelo digital de su cápsula Dragon permite a los operadores monitorear y ajustar trayectorias, cargas y sistemas de propulsión para mayor seguridad y confiabilidad.
• Ciudad inteligente de Singapur: Singapur está desarrollando un gemelo digital de toda la ciudad, incluidos edificios, infraestructura y sus redes de transporte para monitorear el consumo de energía, la calidad del aire y el tráfico en tiempo real.
• Redes eléctricas Schneider: Schneider Electric utiliza gemelos digitales de redes eléctricas para optimizar el flujo de energía, predecir posibles cortes y mejorar la resiliencia de la red.
• AB InBev: La cervecera más grande del mundo emplea tecnología de gemelos digitales para gestionar sus cadenas de suministro y líneas de producción.
• Rolls Royce: La empresa Rolls-Royce utiliza gemelos digitales de los motores de sus aviones para el seguimiento, la optimización y la eficiencia del combustible en tiempo real.
• Unilever: Este gigante manufacturero emplea tecnología de gemelos digitales para optimizar procesos y maximizar recursos en sus fábricas.
• Grupo de consultas de Boston: Boston Consulting Group (BCG) emplea gemelos digitales de procesos comerciales para identificar y resolver ineficiencias, predecir cuellos de botella en los procesos y optimizar la asignación de recursos en los negocios de sus clientes.

Tecnologías relacionadas con gemelos digitales

Las tecnologías de gemelos digitales no se están desarrollando en el vacío. Son el resultado de la interacción con muchas otras tecnologías, que incluyen las siguientes:

• AI y aprendizaje automático: Inteligencia artificial (IA) y máquina de aprendizaje (ML) son campos de la informática que facilitan a los ingenieros tomar las entradas de datos y sensores de los sistemas gemelos digitales y convertirlos en conocimientos prácticos u otras aplicaciones comerciales valiosas.
• IoT: El Internet de las Cosas (IoT) es la creciente red de dispositivos interconectados que pueden comunicarse entre sí y con otros informática plataformas. Las aplicaciones e innovaciones de IoT siguen en aumento.
• Realidad extendida: realidad extendida es un término general que se refiere a aplicaciones de realidad virtual, realidad aumentada y realidad mixta.
• Nube y borde: Las plataformas en la nube facilitan la homogeneización de datos, al tiempo que informática de punta Los sistemas ayudan a las empresas a optimizar su infraestructura y sus capacidades de procesamiento de datos.
• Simuladores: Desde sistemas de modelado 3D hasta motores de física, herramientas de visualización y otras plataformas que permiten la creación y visualización de gemelos digitales.
• Blockchain: Algunas aplicaciones de gemelos digitales, como las soluciones de cadena de suministro, se aplican Tecnologías blockchain para una gestión de datos precisa y fiable.

Recursos

• Artículo de Wikipedia sobre gemelos digitales: https://en.wikipedia.org/wiki/Digital_twin
• IBM sobre los gemelos digitales: https://developer.ibm.com/articles/what-are-digital-twins/
• Servicio Azure Digital Twins de Microsoft: https://azure.microsoft.com/en-us/products/digital-twins
• Consorcio de gemelos digitales: https://www.digitaltwinconsortium.org/
• Centro gemelo digital: https://digitaltwinhub.co.uk/forums/
• Centro de conocimientos de IoT industrial: https://plm.sw.siemens.com/en-US/insights-hub/

Conclusión

Has visto cómo los gemelos digitales están transformando y revolucionando la forma en que percibimos e interactuamos con el mundo físico. Desde el diseño de productos hasta la orquestación de ecosistemas urbanos completos, los gemelos digitales ofrecen conocimientos, eficiencia e innovación incomparables.

Los gemelos digitales también conectan los ámbitos físico y digital con análisis de datos en tiempo real y capacidades predictivas, lo que permite a las industrias optimizar fácilmente los procesos y mejorar la toma de decisiones. Esto puede ayudarle a usted y a su empresa a desbloquear nuevas posibilidades.