Gemelos digitales en la fabricación:usos, beneficios y desafíos

Una infraestructura de clase empresarial puede mejorar la eficacia de las iniciativas de gemelos digitales y habilitar aplicaciones innovadoras.

Los gemelos digitales brindan a los fabricantes nuevas formas de diseñar, monitorear y administrar productos e instalaciones. Si bien el concepto básico de gemelo digital existe desde hace más de una década, la reciente introducción y el uso a gran escala de tecnologías y servicios de conectividad como Edge Compute, Internet de las cosas (IoT) y 5G ahora hacen que los gemelos digitales sean prácticos para aplicaciones industriales. .

Sin embargo, al igual que el uso de cualquier nueva tecnología en entornos comerciales, existen desafíos que superar, casos de uso que definir, mejores prácticas que aprender y la necesidad de demostrar el valor del uso de gemelos digitales para el negocio. Para resolver estos y otros problemas, RTInsights se reunió con ToddEdmunds, director de IoT industrial y estrategia perimetral en Dell Technologies.

Exploramos por qué existe un gran interés en los gemelos digitales para la fabricación, discutimos las tecnologías habilitadoras, los casos de uso, los obstáculos y cómo comenzar a usar gemelos digitales.

Ver también: Centro de Edge Computing y 5G

Fabricación de gemelos digitales

RTInsights: ¿Qué son los gemelos digitales y por qué el interés en usarlos en la fabricación?

Edmundo: Los gemelos digitales son copias virtuales de objetos físicos, sistemas u organizaciones reales. Y cuando los combina con datos en tiempo real, pueden proporcionar información valiosa sobre el funcionamiento de ese objeto, sistema u organización. En la fabricación, puede haber múltiples tipos diferentes de gemelos digitales, pero la industria todavía está tratando de ponerse de acuerdo sobre cómo llamarlos. Comencemos con los gemelos digitales operativos. Los gemelos digitales operativos le permiten hacer y responder la pregunta, ¿qué está pasando ahora? Por ejemplo, lo que está pasando con los robots en mi fábrica. Con este tipo de gemelo digital, un fabricante también puede hacer la pregunta:¿Qué debo hacer ahora en mi fábrica? ¿Debería estar haciendo mantenimiento predictivo en estos robots? ¿Cómo puedo usar ese gemelo digital para ver métricas de calidad a más largo plazo relacionadas con los productos que estoy produciendo?

Luego está la próxima generación de gemelos digitales, que es un gemelo de simulación de nivel superior. Te permite preguntar y responder a la pregunta, ¿y si? ¿Qué pasa si aumento la velocidad de mi línea un 25 por ciento? ¿Los robots y otros activos en esa línea de fabricación fallarán prematuramente? Y si es así, ¿valdría la pena hacerlo porque puedo obtener más producción de mi fábrica en este momento, lo que resulta en mayores márgenes de ganancia a pesar de los mayores costos de reparación? Estos gemelos digitales integrales de próxima generación tienen posibilidades casi ilimitadas en la Industria 4.0, la fabricación inteligente y las aplicaciones industriales de IoT.

Si tiene el gemelo digital correcto y la infraestructura adecuada para alojar ese gemelo digital, casi todos los casos de uso de la Industria 4.0, todas las eficiencias que puede lograr con las últimas iniciativas de fabricación inteligente, se pueden combinar en esa implementación de gemelo digital. Aquí es donde entra el valor real:una única solución que combina mantenimiento predictivo, visibilidad de fábrica, análisis e inteligencia artificial, e incluso realidad aumentada y realidad virtual. Imagine un gerente de planta que pueda caminar virtualmente por el piso de fabricación y ver de inmediato lo que sucede en toda la planta e incluso dentro de cada pieza de equipo, como robots o máquinas.

Tecnologías habilitadoras

RTInsights: ¿Qué tecnologías habilitadoras se necesitan para hacer uso de los gemelos digitales?

Edmundo: Edge Computing:acercar la potencia informática al lugar donde se producen y procesan los datos, es el tema candente actual en toda la industria en este momento, ya que las organizaciones buscan tomar decisiones más rápidas y reducir su gasto en la nube. También es una forma eficiente de implementar las tecnologías requeridas para los gemelos digitales. Específicamente, para la fabricación y la industria, existen dos tipos de computación perimetral que son muy útiles para implementar gemelos digitales.

El primero es la informática en el borde industrial . La ventaja industrial incluye dispositivos endurecidos que se asientan en el piso de la planta y pueden operar en los entornos reforzados, de alta vibración y temperatura extrema que se encuentran en la mayoría de las instalaciones de fabricación. La computación perimetral industrial se utiliza para conectarse y extraer datos de los dispositivos de la planta que no comparten sus datos con mucha facilidad. Por ejemplo, un gemelo digital de un robot necesita un flujo constante de datos de estado en tiempo real para mantener su precisión y valor operativo. Los dispositivos informáticos de punta industrial se usarían para ingerir y procesar la información relevante de control, sensor y ambiental.

El segundo tipo de informática perimetral que es fundamental para esto es el perímetro empresarial. . A veces denominado borde grueso, es una infraestructura de redes, almacenamiento y cómputo de nivel empresarial en las instalaciones necesaria para manejar los datos y las cargas de trabajo que se requieren para implementar un verdadero gemelo digital. Cuando piensa en los cientos o miles de activos de planta en una gran fábrica, no hay forma de que todos los datos necesarios para implementar tantos gemelos digitales se almacenen exclusivamente en la nube. Los requisitos de ancho de banda, las limitaciones de latencia, las políticas de seguridad, los volúmenes de datos, los problemas de soberanía y los costos sustanciales de transferir todos esos datos hacia y desde la nube serán demasiado prohibitivos.

Por lo tanto, una infraestructura local de nivel empresarial será esencial para manejar los datos y las cargas de trabajo de la multitud de gemelos digitales que estarán en la fábrica. Y cuando agrega 5G y la próxima conectividad Wi-Fi6, este tipo de arquitectura de cómputo de borde distribuido hace que sea mucho más fácil acceder y utilizar los nuevos flujos de información habilitados por estas tecnologías novedosas.

Beneficios de gemelos digitales

RTInsights: ¿Cómo se utilizan los gemelos digitales en la fabricación y cuáles son sus beneficios?

Edmundo: Hay tres categorías amplias, y les daré un par de ejemplos al final. En primer lugar, los gemelos digitales pueden proporcionar información sobre el diseño y la ingeniería de extremo a extremo de un producto. Un fabricante puede crear un entorno de desarrollo de productos virtuales que mantenga toda la información sobre el producto en un solo lugar, lo que puede resolver los problemas de almacenamiento de datos que normalmente existen en las organizaciones de fabricación.

Otro uso para un gemelo digital en la fabricación es proporcionar información sobre el estado y las condiciones actuales de un activo de producción de alto valor. Puede usar un gemelo digital para monitorear y reaccionar ante el estado y las tendencias en tiempo real del activo y cómo está afectando el funcionamiento general de la fábrica. Mediante la aplicación de análisis e IA, el gemelo digital se puede usar para predecir cuándo podría fallar el activo durante la producción y programar el mantenimiento durante el tiempo de inactividad normal antes de que afecte las métricas de rendimiento.

Y luego están los usos de próxima generación, esa tercera categoría de un gemelo digital, que le brinda información sobre decisiones futuras. Dichos gemelos digitales aplicarían inteligencia artificial y análisis de alto nivel para optimizar la funcionalidad de sus activos. También reducirían los costos, el tiempo de mantenimiento y el tiempo de inactividad. Por ejemplo, McLaren, el famoso equipo de carreras de Fórmula Uno (F1), pudo reducir el tiempo para construir su auto de carreras de F1 de lo que normalmente es de 42 meses a 24 meses utilizando capacidades de gemelos digitales. Al aplicar las mismas tecnologías de gemelos digitales, también pudieron desarrollar su hiperauto P1 de producción en la mitad del tiempo y a la mitad del costo del estándar típico de la industria.

Se está desarrollando otro ejemplo para que el ejército de los EE. UU. use gemelos digitales para construir diferentes iteraciones de vehículos militares para optimizar y probar la capacidad de supervivencia de esos vehículos. Las tecnologías de gemelos digitales permiten la simulación de cómo los vehículos podrían funcionar en cientos o miles de escenarios de ataque diferentes y simular ser golpeados por diferentes tipos de artefactos explosivos, en múltiples ubicaciones. El uso de un gemelo digital les permite construir un vehículo mucho más seguro y con más capacidad de supervivencia.

Retos de gemelos digitales

RTInsights: ¿Cuáles son los desafíos al implementar y usar gemelos digitales?

Edmundo: Los gemelos digitales necesitan una infraestructura de nivel empresarial para manejar los datos y las cargas de trabajo. Esa infraestructura empresarial debe diseñarse en torno a la seguridad, la escalabilidad y la confiabilidad. Una vez que comience a ver el valor de los datos del gemelo digital, la confiabilidad y la escalabilidad serán clave, y eso requiere una inversión inicial en la infraestructura adecuada. Eso lleva a la necesidad de identificar las iniciativas de gemelos digitales de mayor valor y cuantificar el ROI para justificar el valor de implementar la arquitectura más eficiente. De esa manera, el gemelo digital se puede implementar correctamente inicialmente y con la infraestructura de nivel empresarial adecuada necesaria para escalar.

Otro desafío es que el gemelo digital de hoy se encuentra en una fase bastante nueva, un concepto bastante nuevo. Ha habido gemelos digitales durante décadas, pero en realidad no llegan al punto en el que estamos viendo esta réplica exacta de un sistema completo, un sistema de sistemas o activos en la planta. Ahí es donde se dirige la industria, donde algunas de las principales empresas están compitiendo para desarrollar el software y las aplicaciones que pueden implementar ese verdadero gemelo digital. Nadie está allí todavía. Hay muchas empresas muy buenas y aplicaciones muy buenas que pueden manejar diferentes partes de este ecosistema de gemelos digitales. Sin embargo, aún no existe una solución final única e integral para el gemelo digital.

Introducción a los gemelos digitales

RTInsights: ¿Cómo comienzan las empresas a usar gemelos digitales?

Debe considerar el valor, el objetivo que desea obtener del gemelo digital y estar listo para invertir en la infraestructura. No tiene que comenzar con una infraestructura completa de un extremo a otro para que eso suceda. Sin embargo, la infraestructura debe estar diseñada para poder escalar de manera amplia y profunda para manejar las cargas de trabajo de datos y computadoras necesarias para crear el gemelo digital de una manera de obtener el retorno de la inversión.

Por lo tanto, puede comenzar poco a poco con una implementación inicial de gemelos digitales. La infraestructura adecuada le permitirá agregar varios gemelos digitales además de eso y escalar a cientos o incluso miles de gemelos digitales diferentes de todos los tipos imaginables.

Otra forma de comenzar es involucrarse en el ecosistema de gemelos digitales que está emergiendo rápidamente. Uno de los mejores es el Digital Twin Consortium. El Consorcio DigitalTwin es una organización colaborativa que impulsa la innovación de la tecnología digitaltwin y fue fundado por Dell Technologies, Ansys, GE, Microsoft y Lendlease, e incluye algunos de los actores tecnológicos líderes dentro y fuera del espacio industrial IoT e Industria 4.0. El Digital Twin Consortium tiene un grupo de trabajo de fabricación, así como grupos enfocados en la industria para infraestructura y edificios, recursos naturales y aeroespacial y defensa. El consorcio está abierto a cualquiera que quiera unirse. Unirse es una excelente manera de aprender sobre los gemelos digitales y lo que otras empresas están haciendo con los gemelos digitales y dar forma al futuro de la terminología, la tecnología y la taxonomía para los gemelos digitales y lo que pueden ser.