Gemelos Digitales: Uniendo Operaciones y Diseño para Manufactura Más Inteligente

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

La adopción amplia de IoT Industrial (IIoT) está estimulando interés en tecnología de gemelo digital. IIoT reúne dispositivos inteligentes conectados y analítica de forma que permite a organizaciones monitorizar, recopilar, intercambiar, analizar y entregar valiosos nuevos insights sobre sus sistemas y procesos. Estos insights pueden ayudar a impulsar decisiones de negocio más inteligentes y rápidas.

Cuando un sistema físico se empareja con una representación digital, los insights derivados pueden aportar beneficios adicionales a fabricantes en diferentes aspectos de sus operaciones, cubriendo aspectos desde manufactura inteligente hasta optimización de cadena de suministro hasta innovaciones de producto o servicio.

El interés en tecnología de gemelo digital está en auge en muchas industrias. El mercado, valorado en 3.100 millones en 2020, se espera alcance 48.200 millones para 2026, representando una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) del 58% de 2020 a 2026. Tal crecimiento se debe al uso anticipado de gemelos digitales para diseño, simulación, MRO (mantenimiento, reparación y revisión), producción y post-servicio, según MarketsandMarkets. Se espera que empresas industriales experimenten alto crecimiento en soluciones de gemelo digital al emerger de la pandemia. Muchas están adoptando tales soluciones para sus operaciones de extremo a extremo para minimizar pérdidas debidas a la pandemia.

Amplias áreas de aplicación de gemelos digitales industriales

Un modelo de gemelo digital usa datos de dispositivos IoT y otros sensores para evaluar el estado del dispositivo o pieza de equipo. Los insights derivados en estos modelos pueden usarse de varias formas, incluyendo:

Gemelos operacionales: En muchos casos, problemas de equipos se deben a uso incorrecto. Por ejemplo, un dispositivo podría estar operando fuera de su rango normal de temperatura o presión, o podría estar funcionando a una velocidad mayor a la recomendada. Si no se aborda, el problema puede impactar el propio dispositivo, llevando quizás a una avería inesperada o deterioro agresivo. Usando un gemelo digital de la pieza, análisis de datos del estado actual de un dispositivo podría ayudar a identificar tales condiciones de operación fuera de especificación. Simulaciones podrían ayudar a explorar si empujar el rendimiento de un dispositivo o ejecutarlo en su entorno actual está bien. Si no, se podrían hacer cambios para optimizar el rendimiento actual del dispositivo en un entorno de trabajo.

Gemelo predictivo: Un gemelo digital puede usarse para análisis de qué-pasaría-si. Por ejemplo, un fabricante podría ver trade-offs: Si aumento la velocidad a la que opera un dispositivo, ¿cuál es la mejora inmediata en salida? Y luego, usar la misma simulación para averiguar el impacto de ese aumento de velocidad en el equipo. ¿Necesitaría servicio más frecuente? ¿Fallaría más rápido? Un análisis de coste podría hacerse comparando el aumento neto de ingresos en un impulso de producción al ejecutar el dispositivo a mayor tasa versus el coste aumentado de mantener el equipo o reemplazarlo más frecuentemente.

Retroalimentación a diseño de producto y marketing: Un equipo de diseño de producto podría usar datos recopilados sobre equipo usado en campo para mejorar o ajustar el producto o añadir nuevas características basadas en su uso actual. ¿Rinde mejor de lo esperado? Quizás una versión diseñada más económicamente sería suficiente. Similarmente, puede resultar que un dispositivo en ciertos entornos supera especificaciones declaradas. Marketing y ventas podrían compartir esa información con otros clientes en los mismos entornos.

Gemelos digitales conectados: El poder de la tecnología de gemelo digital se amplifica cuando modelos para dispositivos discretos se combinan en una vista a nivel de sistema de operaciones. Por ejemplo, en aviación, un fabricante podría tener representantes de gemelo digital individuales de diferentes componentes de motor y un modelo que les deje simular y observar cómo estos elementos trabajan juntos. Edificios inteligentes frecuentemente usan combinaciones de espacios inteligentes, ascensores inteligentes, sistemas HVAC inteligentes y más para derivar beneficios sinérgicos cuando un desarrollador o propietario puede entender cómo estos sistemas pueden complementarse y trabajar juntos.

Modelos y gemelos a nivel de sistema

Gemelos digitales conectados en manufactura podrían tomar dos caminos. Uno sería enfocarse en cómo opera una pieza compleja de equipo integrando modelos de las partes que comprenden el sistema. Tal modelo es equivalente a un fabricante de motores de avión simulando un motor completo desde modelos de sus partes.

Fabricantes pueden recopilar insights en tiempo real desde dentro de sistemas-de-sistemas para hacer más fácil a ingenieros encontrar interdependencias ocultas y recomendar pasos para recalibrar el equipo. Los insights derivados sobre cómo el equipo opera en su entorno real podrían ser usados por ingenieros y equipos de mantenimiento para hacer ajustes y optimizar el rendimiento del equipo.

Otra área de atención es simular y modelar procesos de manufactura donde gemelos se crean para diferentes equipos usados en una línea de producción. Por ejemplo, una línea de ensamblaje compleja podría incluir un gemelo digital de sistemas robóticos que colocan items en una cinta transportadora, otro para un molino, otro para una herramienta de soldadura, y más.

Un gemelo digital compuesto con estos elementos dejaría a un fabricante obtener insights más profundos en procesos de extremo a extremo. Ajustes podrían hacerse en el modelo virtual para ver qué impacto tendrían los cambios en el producto final, tasas de producción, calidad y más.

En el camino a Industria 4.0

Tecnologías de conectividad y datos recopilados son esenciales para un fabricante de equipos o dispositivos para participar en futuras iniciativas industriales como Industria 4.0. Iniciativas de manufactura inteligente pueden combinar visibilidad de fábrica, mantenimiento predictivo, modelado y simulaciones para obtener insights en tiempo real sobre cómo el equipo opera ahora, cómo sus operaciones pueden mejorarse y cómo impacta indicadores clave de rendimiento de extremo a extremo.