Aprovechando Gemelos Digitales en Fabricación: Beneficios, Aplicaciones y Desafíos

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

Los gemelos digitales dan a los fabricantes nuevas formas de diseñar, monitorizar y gestionar productos e instalaciones. Si bien el concepto básico de gemelo digital ha existido por más de una década, la reciente introducción y 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, como el uso de cualquier nueva tecnología en entornos comerciales, hay desafíos que superar, casos de uso que definir, mejores prácticas que aprender, y una necesidad de demostrar el valor del uso de gemelos digitales al negocio. Para resolver estos y otros problemas, RTInsights se sentó con Todd Edmunds, Director de Estrategia Industrial IoT y Edge en Dell Technologies.

Exploramos por qué hay gran interés en gemelos digitales para fabricación, discutimos tecnologías habilitadoras, casos de uso, obstáculos y cómo empezar a usar gemelos digitales.

Ver También: Centro para Edge Computing y 5G

Gemelos Digitales en Fabricación

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

Edmunds: Los gemelos digitales son copias virtuales de objetos, sistemas u organizaciones físicos reales. Y cuando los combinas con datos en tiempo real, pueden proporcionar insights valiosos sobre la operación de ese objeto, sistema u organización. En fabricación, pueden haber múltiples tipos diferentes de gemelos digitales, pero la industria aún está intentando acordar cómo llamarlos. Empecemos con gemelos digitales operacionales. Los gemelos digitales operacionales te dejan hacer y responder la pregunta: ¿qué está pasando ahora? Por ejemplo, ¿qué está pasando con los robots en mi fábrica. Con este tipo de gemelo digital, un fabricante también puede hacer la pregunta: ¿qué debería estar haciendo en mi fábrica ahora? ¿Debería hacer mantenimiento predictivo en estos robots? ¿Cómo puedo usar ese gemelo digital para ver métricas de calidad a largo plazo relacionadas con los productos que estoy produciendo?

Luego está la próxima generación de gemelo digital, que es un gemelo de simulación de nivel superior. Te deja hacer y responder la pregunta: ¿qué pasaría si? ¿Qué pasa si aumento la velocidad de mi línea 25 por ciento? ¿Fallarán prematuramente los robots y otros activos en esa línea de fabricación? Y si es así, ¿valdría la pena hacerlo porque puedo obtener más producción de mi fábrica ahora, resultando en márgenes de ganancia más altos a pesar de los costos de reparación aumentados? Estos gemelos digitales integrales de próxima generación tienen posibilidades casi ilimitadas en Industria 4.0, fabricación inteligente y aplicaciones IoT industrial.

Si tienes el gemelo digital correcto y la infraestructura correcta para alojar ese gemelo digital, casi todos los casos de uso de Industria 4.0, todas las eficiencias que puedes realizar con las últimas iniciativas de fabricación inteligente, pueden combinarse en esa implementación de gemelo digital. Aquí es donde viene el valor real —una sola solución que combina mantenimiento predictivo, visibilidad de fábrica, analítica e inteligencia artificial, e incluso realidad aumentada y virtual. Imagina un gerente de planta pudiendo caminar virtualmente por el piso de fabricación e inmediatamente ver qué está pasando 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 gemelos digitales?

Edmunds: Edge computing —llevar poder de cómputo más cerca de donde se producen y procesan los datos— es el tema candente actual en la industria mientras las organizaciones buscan tomar decisiones más rápidas y reducir su gasto en nube. También es una forma eficiente de implementar las tecnologías requeridas para gemelos digitales. Específicamente, para fabricación e industria, hay dos tipos de edge computing que son muy útiles para desplegar gemelos digitales.

El primero es computación en el edge industrial. El edge industrial incluye dispositivos endurecidos que se sientan en el piso de planta y pueden operar en temperaturas extremas, alta vibración, entornos robustos que encuentras en la mayoría de instalaciones de fabricación. El edge compute industrial se usa para conectar y extraer datos de dispositivos de piso de planta que no comparten sus datos fácilmente. 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 operacional. Dispositivos edge compute industriales se usarían para ingerir y procesar la información relevante de control, sensores y ambiental.

El segundo tipo de edge computing que es crítico para esto es el edge empresarial. A veces llamado edge grueso, es una infraestructura de cómputo, almacenamiento y redes de grado empresarial on-premises necesaria para manejar los datos y cargas de trabajo requeridos para implementar un verdadero gemelo digital. Cuando piensas en los cientos o miles de activos de piso de planta en una fábrica grande, no hay forma de que todos los datos requeridos para implementar tantos gemelos digitales vayan a almacenarse exclusivamente en la nube. Requisitos de ancho de banda, limitaciones de latencia, políticas de seguridad, volúmenes de datos, problemas de soberanía y los costos sustanciales de transferir todos esos datos hacia y desde la nube serán todos demasiado prohibitivos.

Así que una infraestructura on-premises de grado empresarial será esencial para manejar los datos y cargas de trabajo para las multitudes de gemelos digitales que van a estar en la fábrica. Y cuando añades 5G y conectividad Wi-Fi 6 próxima, este tipo de arquitectura de edge compute distribuida hace mucho más fácil acceder y utilizar los nuevos flujos de información habilitados por estas nuevas tecnologías.

Beneficios de Gemelos Digitales

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

Edmunds: Hay tres categorías amplias, y le daré un par de ejemplos al final. Primero, los gemelos digitales pueden proporcionar insight en el diseño e ingeniería de extremo a extremo de un producto. Un fabricante puede crear un entorno virtual de desarrollo de producto que mantenga toda la información sobre el producto en un lugar, lo que puede resolver los problemas de silos de datos que típicamente existen en organizaciones de fabricación.

Otro uso para un gemelo digital en fabricación es proporcionar insight en el estado actual y condiciones de un activo de producción de alto valor. Puede usar un gemelo digital para monitorizar y reaccionar al estado y tendencias en tiempo real del activo y cómo está afectando la operación general de la fábrica. Aplicando analítica e IA, el gemelo digital puede usarse para predecir cuándo el activo podría fallar durante producción y programar mantenimiento durante tiempo de inactividad normal antes de que afecte métricas de rendimiento.

Y luego están los usos de próxima generación, esa tercera categoría de gemelo digital, que da insights en decisiones futuras. Tales gemelos digitales aplicarían IA y analítica de nivel superior para optimizar la funcionalidad de sus activos. También reducirían costos, tiempo de mantenimiento y 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 F1 de lo que típicamente son 42 meses a 24 meses usando capacidades de gemelo digital. Aplicando las mismas tecnologías de gemelo digital, también pudieron desarrollar su hiperauto de producción P1 en la mitad del tiempo y a la mitad del costo del estándar típico de la industria.

Otro ejemplo se está desarrollando para el ejército de EE. UU. para usar gemelos digitales para construir diferentes iteraciones de vehículos militares para optimizar y probar la supervivencia de esos vehículos. Las tecnologías de gemelo digital permiten la simulación de cómo los vehículos podrían desempeñarse bajo cientos o miles de diferentes escenarios de ataque y simular ser golpeados por diferentes tipos de artillería, en múltiples ubicaciones. Usar un gemelo digital les permite construir un vehículo mucho más seguro, mucho más sobrevivible.

Desafíos de Gemelos Digitales

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

Edmunds: Los gemelos digitales necesitan una infraestructura de grado empresarial para manejar los datos y cargas de trabajo. Esa infraestructura empresarial necesita ser diseñada alrededor de seguridad, escalabilidad y confiabilidad. Una vez que empiezas a ver el valor de los datos del gemelo digital, la confiabilidad y escalabilidad van a ser clave, y eso requiere una inversión en la infraestructura correcta por adelantado. Eso conduce a la necesidad de identificar las iniciativas de gemelo digital de mayor valor y cuantificar ROI para justificar el valor de implementar la arquitectura más eficiente. De esa manera, el gemelo digital puede implementarse correctamente inicialmente y con la infraestructura de grado empresarial correcta necesaria para escalar.

Otro desafío es que el gemelo digital de hoy está en una fase bastante nueva, un concepto bastante nuevo. Ha habido gemelos digitales por décadas, pero no están realmente en el punto donde estamos viendo esta réplica exacta de un sistema completo, sistema de sistemas, o activos en el piso de planta. Ahí es donde se dirige la industria, donde algunas de las principales empresas están corriendo para construir el software y las aplicaciones que pueden implementar ese verdadero gemelo digital. Nadie está del todo allí aún. Hay muchas empresas muy buenas y aplicaciones muy buenas que pueden manejar diferentes partes de este ecosistema de gemelo digital. Pero no hay una solución única, definitiva, end-to-end para gemelo digital aún.

Comenzando con Gemelos Digitales

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

Debe mirar el valor, el objetivo que quiere obtener del gemelo digital, y estar listo para invertir en la infraestructura. No tiene que empezar con una infraestructura end-to-end completa para que eso suceda. Sin embargo, la infraestructura debe ser diseñada para poder escalar amplia y profundamente para manejar los datos y cargas de trabajo computacionales necesarias para crear el gemelo digital de una manera que realice el retorno de inversión.

Así que puede empezar pequeño con una implementación inicial de gemelo digital. La infraestructura correcta le dejará agregar múltiples gemelos digitales encima de eso y escalar a cientos o incluso miles de diferentes gemelos digitales de todo tipo concebible.

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