Gemelo digital:cerrando el ciclo desde las operaciones hasta el diseño

El poder de la tecnología de gemelos digitales se amplifica cuando los modelos para dispositivos discretos se combinan en una vista de operaciones a nivel de sistema.

La adopción a gran escala de Industrial IoT (IIoT) está estimulando el interés en la tecnología de gemelos digitales. IIoT reúne dispositivos inteligentes conectados y análisis de una manera que permite a las organizaciones monitorear, recopilar, intercambiar, analizar y brindar nuevos conocimientos valiosos sobre sus sistemas y procesos. Estos conocimientos pueden ayudar a impulsar decisiones empresariales más inteligentes y rápidas.

Cuando un sistema físico se combina con una representación digital, los conocimientos derivados pueden brindar beneficios adicionales a los fabricantes en diferentes aspectos de sus operaciones, cubriendo aspectos que van desde la fabricación inteligente hasta la optimización de la cadena de suministro y las innovaciones de productos o servicios.

El interés en la tecnología de gemelos digitales está en auge en muchas industrias. Se espera que el mercado, valorado en 3100 millones de dólares en 2020, alcance los 48 200 millones de dólares en 2026, lo que representa una tasa de crecimiento anual compuesto (CAGR, por sus siglas en inglés) del 58 % de 2020 a 2026. Dicho crecimiento se debe al uso anticipado de gemelos digitales para diseño, simulación, MRO (mantenimiento, reparación y revisión), producción y servicio posventa, según MarketsandMarkets. Se espera que las empresas industriales experimenten un gran crecimiento en soluciones de gemelos digitales a medida que emergen de la pandemia. Muchos están adoptando este tipo de soluciones para sus operaciones integrales a fin de minimizar las pérdidas debidas a la pandemia.

Amplias áreas de aplicaciones de gemelos digitales industriales

Un modelo de gemelo digital utiliza datos de dispositivos IoT y otros sensores para evaluar el estado del dispositivo o equipo. Los conocimientos derivados de estos modelos se pueden utilizar de varias maneras, entre ellas:

Gemelos operativos: En muchos casos, los problemas del equipo se deben a un uso incorrecto. Por ejemplo, un dispositivo podría estar funcionando fuera de su rango normal de temperatura o presión, o podría estar funcionando a una velocidad superior a la recomendada. Si no se soluciona, el problema puede afectar al propio dispositivo, lo que tal vez provoque una avería inesperada o un deterioro agresivo. Usando un gemelo digital de la pieza, el análisis de datos del estado actual de un dispositivo podría ayudar a identificar tales condiciones de operación fuera de especificación. Las simulaciones podrían ayudar a explorar si está bien aumentar el rendimiento de un dispositivo o ejecutarlo en su entorno actual. De lo contrario, se podrían realizar cambios para optimizar el rendimiento actual del dispositivo en un entorno de trabajo.

gemelo predictivo: Un gemelo digital se puede utilizar para hacer análisis hipotéticos. Por ejemplo, un fabricante podría considerar las compensaciones:si aumento la velocidad a la que funciona un dispositivo, ¿cuál es la mejora inmediata en la salida? Y luego, use la misma simulación para averiguar el impacto de ese aumento de velocidad en el equipo. ¿Necesitaría un servicio más frecuente? ¿Fallaría más rápido? Luego, se podría realizar un análisis de costos comparando el aumento de los ingresos netos en un aumento de la producción al hacer funcionar el dispositivo a un ritmo más alto con el aumento del costo de mantener el equipo o reemplazarlo con más frecuencia.

Retroceso al diseño y marketing del producto: Un equipo de diseño de productos podría utilizar los datos recopilados sobre el equipo utilizado en el campo para mejorar o ajustar el producto o agregar nuevas funciones en función de su uso actual. ¿Funciona mejor de lo esperado? Quizás, una versión más económicamente diseñada sería suficiente. De manera similar, puede resultar que un dispositivo en ciertos entornos supere las especificaciones establecidas. Marketing y ventas pueden compartir esa información con otros clientes en los mismos entornos.

Gemelos digitales conectados: El poder de la tecnología de gemelos digitales se amplifica cuando los modelos para dispositivos discretos se combinan en una vista de operaciones a nivel de sistema. Por ejemplo, en la aviación, un fabricante podría tener representantes gemelos digitales individuales de diferentes componentes del motor y un modelo que les permita simular y observar cómo estos elementos funcionan juntos. Los edificios inteligentes con frecuencia usan combinaciones de espacios inteligentes, ascensores inteligentes, sistemas HVAC inteligentes y más para obtener beneficios sinérgicos cuando un desarrollador o propietario de un edificio puede entender cómo estos sistemas pueden complementarse entre sí y trabajar juntos.

Modelos a nivel de sistema y gemelos

Los gemelos digitales conectados en la fabricación podrían tomar dos caminos. Una sería centrarse en cómo funciona un equipo complejo integrando modelos de las partes que componen el sistema. Tal modelo es el equivalente a la fabricación de un motor de avión que simula un motor completo a partir de modelos de sus partes.

Los fabricantes pueden recopilar información en tiempo real desde dentro de los sistemas de los sistemas para que a los ingenieros les resulte más fácil encontrar interdependencias ocultas y recomendar pasos para recalibrar el equipo. Los ingenieros y los equipos de mantenimiento podrían utilizar los conocimientos derivados sobre cómo funciona el equipo en su entorno real para realizar ajustes y optimizar el rendimiento del equipo.

Otra área de atención es la simulación y el modelado de procesos de fabricación donde se crean gemelos para diferentes equipos utilizados en una línea de producción. Por ejemplo, una línea de ensamblaje compleja puede incluir un gemelo digital de sistemas robóticos que colocan artículos en una cinta transportadora, otro para un molino, otro para una herramienta de soldadura y más.

Un gemelo digital compuesto con estos elementos permitiría a un fabricante obtener una visión más profunda de los procesos de extremo a extremo. Se pueden hacer ajustes en el modelo virtual para ver qué impacto tendrían los cambios en el producto terminado, las tasas de producción, la calidad y más.

En el camino hacia la Industria 4.0

Las tecnologías de conectividad y los datos recopilados son esenciales para que un fabricante de equipos o dispositivos participe en futuras iniciativas de la industria, como la Industria 4.0. Las iniciativas de fabricación inteligente pueden combinar la visibilidad de la fábrica, el mantenimiento predictivo, el modelado y las simulaciones para obtener información en tiempo real sobre cómo está funcionando el equipo ahora, cómo se pueden mejorar sus operaciones y cómo afecta los indicadores clave de rendimiento de extremo a extremo.