La precisión de los modelos de datos digitales gemelos es clave para el éxito

Las conclusiones clave de este artículo son las siguientes:

• Los gemelos digitales aún son incipientes, pero están acelerando la transformación digital en el sector industrial y en otros lugares.
• COVID-19 le ha dado a la tecnología de gemelos digitales una nueva relevancia, ayudando en tareas tales como monitoreo remoto, mantenimiento predictivo y procesamiento automatizado.
• Sin embargo, la confiabilidad de los modelos de gemelos digitales depende de la precisión de los modelos de datos de gemelos digitales.

Los gemelos digitales son herramientas importantes a medida que las empresas viajan por el camino de la transformación digital. A pesar de tener un estatus similar a la ciencia ficción, los gemelos digitales han comenzado a surgir en la vida real y en entornos industriales y de otro tipo.

Si bien los gemelos digitales siguen siendo incipientes, ya han comenzado a ayudar de manera espectacular a los esfuerzos de digitalización de las empresas. Las definiciones siguen siendo fluidas en el campo aún en desarrollo. Para algunos, un gemelo digital es un prototipo en la fase de diseño, una instancia cuando se implementa o un agregado cuando se combina con otros gemelos en las operaciones. Algunos cortan el pastel de manera diferente, categorizando a los gemelos como gemelos activos, gemelos de red o gemelos de proceso.

Considere algunos de estos usos de los gemelos digitales y su convergencia con los dispositivos de Internet de las cosas (IoT):

• Los avances adoptan diversas formas:el Puerto de la Autoridad de Rotterdam ha utilizado sensores y gemelos digitales de IBM para predecir tiempos eficientes de amarre y salida.
• El administrador de activos de la industria energética, CPV, utiliza el software de gestión del rendimiento digital de GE para crear un gemelo digital de procesos críticos de la planta, mientras aplica IA para aumentar la capacidad y reducir el uso de combustible.
• Ford ha integrado la tecnología predictiva de gemelos digitales en sus procesos de fabricación de trenes de potencia automotrices.
• Atos y Siemens llevaron a cabo un piloto de gemelos digitales que forma parte de los esfuerzos de las grandes farmacéuticas para responder a las presiones críticas de producción de la pandemia de COVID-19.

Estos y otros ejemplos de gemelos digitales combinan varias tecnologías distintas, incluida la simulación por computadora, la gestión del ciclo de vida del producto, el modelado de software, la realidad virtual y aumentada, la robótica, el aprendizaje automático y más. Los gemelos digitales crean representaciones de software virtual cada vez más sofisticadas de objetos y sistemas, y la retroalimentación de sus "hilos digitales" puede informar las opciones de diseño. En algunos casos, los datos entre productos, procesos o modelos pueden orientar activamente las operaciones de un extremo a otro.

Hoy, el gemelo digital en IoT industrial presenta a los gerentes de TI una nueva versión de las concesiones familiares. Existe una oportunidad, pero también existe un riesgo en esta frontera, ya que los implementadores deben destilar cuidadosamente las perspectivas de alta tecnología en sus propios casos de uso de gemelos digitales.

Digital Twin Tech:Éxito de la noche a la mañana durante el proceso de elaboración prolongada

Como la mayoría de las historias de "éxito de la noche a la mañana", los gemelos digitales no son nuevos. El uso de la simulación por parte de la NASA en el programa espacial Apollo llevó las semillas de la tecnología de gemelos digitales. Los cimientos de los gemelos de hoy en día fueron facilitados en gran medida por los avances en el dibujo asistido por computadora (CAD) y el modelado volumétrico que se remontan a la década de 1970. El término "gemelo digital" comenzó a ganar popularidad hace 20 años en el área de gestión del ciclo de vida del producto. Actualmente, GE cuenta con más de 2 millones de gemelos digitales en producción. Se dice que Tesla crea un gemelo digital de cada automóvil que vende.

Pero si los gemelos digitales tienen un pasado histórico, han encontrado una nueva relevancia en el presente. COVID-19 ha puesto un nuevo foco en los gemelos digitales. El monitoreo remoto de activos, el mantenimiento predictivo y la automatización de procesos ya eran objetivos adecuados para los gemelos, pero COVID-19 ha proporcionado más fundamentos.

Una encuesta reciente de Gartner indicó que el 27% de las empresas planean utilizar gemelos digitales como equipos, robots o vehículos autónomos. La experiencia COVID-19 es un gran impulsor. La firma de investigación espera que para 2023 un tercio de las empresas medianas y grandes con IoT implementado habrá implementado al menos un gemelo digital motivado por un caso de uso relacionado con COVID-19.

El padre de los gemelos digitales

Lo nuevo para los gemelos digitales de hoy es que pueden incorporar el Internet industrial de las cosas (IIoT). La explotación de los datos de los sensores de IoT es clave para la siguiente etapa de los gemelos digitales, según el Dr. Michael Grieves. Es ampliamente reconocido como el primero en presentar el concepto de gemelo digital en la fabricación, sentando las bases en 2002.

IoT estuvo al frente y en el centro cuando Grieves habló recientemente en la Cumbre de gemelos digitales de la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos (ASME). Hay trabajo por delante, aconsejó.

"Básicamente, necesitamos poder comenzar a recopilar la información de IoT de los productos mismos y reunir esa información", dijo Grieves, ahora científico jefe de fabricación avanzada en Florida Tech.

Dijo que la recopilación de datos de gemelos digitales hoy en día es principalmente ad hoc, pero que pronto se centrará en la integración de un gemelo digital dentro de una fábrica más grande. El siguiente paso para los gemelos digitales, dijo, es el "mantenimiento operativo". La combinación de inteligencia artificial y aprendizaje automático con datos de sensores en tiempo real marcará el comienzo del "gemelo digital inteligente", en su opinión. Con tales implementaciones, un gemelo digital se aleja más de sus raíces en la simulación y el modelado de prototipos, y profundiza en las operaciones en curso.

Datos gemelos digitales

El potencial de los gemelos digitales en entornos industriales gira principalmente en torno a la creación de eficiencias operativas. Los pequeños ahorros en recursos, los pasos del proceso o el tiempo de inactividad pueden convertirse en grandes ahorros en toda la empresa.

La implementación exitosa se basa en una cuidadosa consideración de la fidelidad; es decir, el nivel de precisión de los parámetros que un gemelo digital transfiere entre los dominios físico y virtual.

La fidelidad está estrechamente relacionada con la precisión de la recopilación de datos de gemelos digitales, que debe administrarse con cuidado en función del caso de uso. No todos los datos son necesarios para que un gemelo digital haga su trabajo, pero limitar el enfoque de la recopilación de datos puede requerir prueba y error.

Y, como siempre, un objetivo comercial bien definido debe impulsar el esfuerzo general, han enfatizado los observadores de la industria.

La pregunta, según Dan Isaacs, vicepresidente y director del CTO Digital Twin Consortium, es "¿Para qué trabajo se contratará al gemelo digital?"

“Hemos visto una combinación de enfoques. Pero es mejor comenzar con un problema claramente definido, perseguir objetivos como aumentar la productividad y disminuir el tiempo de inactividad, para enfocarse en lo que es factible ”, dijo.

Issacs describió el Digital Twin Consortium como un programa lanzado por Object Management Group (OMG) para lograr definiciones estándar y combinar esfuerzos entre industrias. Dijo que el grupo ha crecido a casi 150 miembros desde su formación a principios de este año. Su lista de miembros incluye Autodesk, Bentley Systems, Dell, GE Digital, Microsoft, Northrop Grumman y la Universidad de Maryland.

Con el gemelo digital, tanto los implementadores como los arquitectos deben comprender los requisitos de latencia de los sistemas, según Said Tabet, arquitecto en jefe de la oficina de CTO en Dell Technologies y miembro de la junta del Consorcio de Internet Industrial de OMG.

“No todo es tiempo real y no todo el tiempo real es igual”, dijo Tabet. En otras palabras, la búsqueda de tasas de respuesta en tiempo ultra-real puede no ser factible o necesario.

Mientras tanto, también es importante prestar atención a la sincronización entre lo físico y lo digital.

“La implementación de un modelo de madurez ayudará a guiar este proceso. Y, en lo que respecta a la granularidad [de los datos], es importante centrarse en los resultados y los resultados iniciales, ya que estos variarán según los casos de uso ", advirtió Tabet.

Las cadenas de suministro y la logística son áreas donde los gemelos digitales están encontrando un equilibrio y, en términos de modelado, brindan ejemplos de cómo se pueden establecer las decisiones sobre la fidelidad de los gemelos digitales a la física, dijo Sameer Kher, director senior de gemelos digitales en Ansys, maker. del software Twin Builder.

"En la cadena de suministro, hay componentes críticos, y algunos de ellos necesitan modelado a un nivel más profundo de fidelidad", dijo Kher. "Los productos tienen física".

Como ejemplo, señaló los desinfectantes de manos, objeto de conversiones de líneas de fabricación bien informadas durante los primeros días de la pandemia de COVID-19.

Las medidas de la viscosidad de los fluidos que comprenden los desinfectantes para manos, y las contrapresiones que pueden ejercer sobre el equipo, podrían ser una parte vital del monitoreo de la producción de gemelos digitales.

Los gemelos digitales en las etapas de diseño permiten un análisis hipotético que mejora las operaciones, dijo.

No piense demasiado en el diseño de gemelos digitales

Los usuarios potenciales deben tener cuidado de no exagerar al crear modelos de gemelos digitales, según Jim Tung, miembro de MathWorks, creador de Simulink y otras herramientas de modelado.

“A veces, un modelo de simulación discreto de fidelidad total de un flujo de trabajo completo es simplemente excesivo”, dijo. En cambio, los usuarios podrían centrarse en activos particularmente costosos. Mover estos elementos más rápidamente a través de una cola de producción puede generar beneficios de costos.

"En todos los casos, es importante comprender el valor comercial", dijo Tung. Eso se debe a que los usuarios son llevados a partir de esa decisión a responder preguntas sobre la fidelidad adecuada del modelo de gemelo digital, indicó.

Por más impresionante que pueda ser la tecnología de gemelos digitales, la tecnología no es el punto, recuerda Niels Thomsen, quien dirige la práctica de Insight para IoT e IA en Atos SE.

“Hay que empezar con el ángulo comercial”, dijo. En el trabajo de Atos en las industrias farmacéuticas, eso ha significado comenzar con procesos críticos que determinan la calidad general de los lotes químicos.

Eso requiere construir un modelo de gemelo digital para medir, comparar mezclas químicas reales en tiempo real con ese modelo y, en algunos casos, ajustar automáticamente parámetros como temperatura, presión y velocidad de flujo para mejorar la calidad resultante de la mezcla.

Modelado de madurez de gemelos digitales

El curso para los gemelos digitales de hoy ha sido largo para el fabricante líder de automóviles Ford, según la Dra. Annie Zeng. Ford comenzó en este camino hace 30 años, dijo Zeng, recordando los días de "C3P", que significa CAD / CAM / CAE / PIM, o diseño asistido por computadora / fabricación asistida por computadora / ingeniería asistida por computadora / gestión de información de productos. .

En la actualidad, Ford cuenta con modelos tanto de piezas como de procesos, por lo que los modelos gemelos de componentes clave del automóvil se pueden monitorear en el contexto de los modelos generales de operaciones de fábrica, dijo Zeng, experto técnico en gemelos digitales e inteligencia artificial en el grupo de manufactura avanzada de Ford. Zeng, como Grieves, habló en la Cumbre de gemelos digitales de ASME.

Para Ford, dijo Zeng, un gemelo digital es realmente una colección de datos que representan el producto y la producción.

“Nuestra visión es brindar acceso oportuno y conocimientos a partir de datos relevantes”, dijo. Eso significa trabajar con equipos para descubrir qué puntos de datos son más oportunos y relevantes para su búsqueda de eficiencias. El proyecto comienza pidiendo a los equipos que se sienten y discutan qué datos son más inmediatos y útiles.

Según la experiencia de Zeng, los constructores de gemelos digitales deben medir la madurez relativa de la tecnología que se está considerando. Según Zeng, las preguntas que se deben hacer son “¿Es ahora? ¿Está cerca? ¿Está lejos? ”

“La respuesta será diferente dependiendo de lo que su empresa quiera lograr”, dijo. Otras preguntas que debe abordar son si desea desarrollar la tecnología completa internamente o, alternativamente, qué parte de la tecnología desea desarrollar internamente.

Las respuestas a estas preguntas deben tener en cuenta qué tipo de marco de desarrollo o implementación tiene implementado un usuario. "Apuesto a que todas las empresas tendrán algún tipo de marco", comentó Zeng. "Si no es así, será mejor que tenga uno".

Los gemelos digitales no son videojuegos

Como parte de la cumbre de ASME, se le preguntó al visionario de los gemelos digitales Grieves qué deben saber los líderes empresariales antes de asumir los gemelos digitales.

"En primer lugar, deben comprender que no es un videojuego", dijo Grieves. "En realidad, se trata de datos que provienen de la vida real y poder hacer algo con eso".

La recopilación de datos debe abordarse con sentido común, sostuvo. Por lo tanto, no se trata de recopilar todos los puntos de datos.

“Una de las cosas contra las que advierto es [recopilar] cantidades masivas de 'datos' pero no 'información'”, dijo. Por lo tanto, es clave observar qué tipo de datos se necesitan específicamente en cada caso.

Lo más importante en las conversaciones con el lado empresarial, dijo Grieves, es centrarse en casos de uso donde los puntos problemáticos ya son de conocimiento común.

“¿De dónde sacas el valor? Si los empresarios piensan:"Tengo que gastar todo este dinero para tener una imagen bonita de algo", no lo harán ", dijo. "Básicamente, tienes que reducir esto a lo que es la propuesta de valor".

Aún así, "No puedes dejar que los contables entren demasiado pronto", agrega Grieves quizás con un pequeño guiño. "Son los asesinos de la alegría".