IoT Industrial y la revolución del Gemelo Digital: Transformando la fabricación

El término gemelo digital no es más que una conceptualización de mantener una réplica digital de un objeto físico, operación, utilizando datos de dispositivos inteligentes como sensores. El canal que une al gemelo digital y su parte física correspondiente se denomina hilo digital. El modelo digital probablemente se modifique y actualice regularmente con la incorporación apropiada de Inteligencia Artificial y datos. Además, también proporciona realidad virtual real y concurrente. Combinar el objeto físico con el elemento correspondiente generado por computadora es crucial. A medida que aumenta la tendencia tecnológica del IoT industrial, la tecnología de gemelo digital es más significativa ahora que nunca.

Las contrapartes digitales están conectadas con la tecnología de red y su capacidad para eliminar problemas y proporcionar un mayor rendimiento operativo está haciendo de esta parte de coincidencia digital la tecnología esencial para cada organización.

Al ofrecer a las empresas una réplica digital completa de productos, la tecnología de gemelo digital permite a las industrias notar cualquier problema físico en el equipo con mucha antelación para que puedan tomar medidas apropiadas para eliminar los problemas potenciales mucho antes de que ocurran.

Pero crear una réplica digital del equipo es una tarea desalentadora. La mejor manera de lograrlo es la creación de una contraparte digital para una división en la unidad de fabricación, ponerla en acción y luego proceder a desarrollar la parte de coincidencia digital para otras áreas de las unidades de fabricación.

Además, el gemelo digital es distinto del CAD (diseño asistido por computadora). El verdadero potencial de la contraparte digital es que puede ofrecer rápidamente la conexión real y generalizada entre los dominios físico y digital en las industrias.

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La tecnología de gemelo digital está cambiando la cara de la industria manufacturera y, por tanto, disminuye los costos; controla activos y reduce el tiempo de inactividad causado por fallos de equipos. La parte de coincidencia digital de un objeto físico en las industrias juega un papel vital en el IoT industrial. Esta tecnología también está aumentando nuevas posibilidades para cada negocio en todo el mundo. La réplica digital utiliza tecnologías como la realidad virtual mediante el uso de datos y modelado gráfico para crear perfectamente un modelo virtual de cualquier equipo.

Funcionamiento de la tecnología de gemelo digital:

En la tecnología actual, los sensores acompañados por los objetos físicos en la fábrica recopilan datos y los transmiten a su réplica generada por computadora, y su comunicación eventualmente mejora el rendimiento del objeto físico. La guinda del pastel es que la contraparte virtual puede crearse mucho antes de que el equipo se construya físicamente en las unidades de fabricación.

Para hacer la parte virtual exacta de un producto físico particular, es esencial que los ingenieros recopilen y combinen datos de numerosas fuentes como estadísticas de fabricación, información sobre su funcionamiento y también de software de análisis. Además, también hay un requisito de procedimientos de IA que se incorporen en la réplica generada por computadora de equipos específicos.

La réplica digital en la unidad de fabricación se utiliza en varios niveles como se menciona a continuación:

#1 Nivel de componente:

Este nivel de Gemelo Digital destaca el componente único crucial en todo el procedimiento de fabricación. La única parte que es más necesaria y el proceso de fabricación depende altamente de ese componente en particular.

#2 Nivel de activo:

La Réplica Digital en Nivel de Activo desarrolla una réplica digital de una parte específica del equipo que se utiliza en la fase de producción.

#3 Nivel de sistema:

Cada vez que los fabricantes necesitan mejorar toda la línea de producción, se implementa la réplica digital a nivel de sistema.

#4 Nivel de proceso:

El nivel de proceso analiza todo el ciclo de vida de un producto. Desde el diseño y desarrollo del producto/proceso hasta la fabricación o producción, distribución y la forma en que el usuario final usa el producto. Lo que resulta en el desarrollo de productos actuales y futuros.

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Plan de diseño del concepto de gemelo digital:

#1 Construcción:

Esta fase incluye el equipamiento de un objeto físico con múltiples sensores que miden información del objeto físico y también de su entorno. Las mediciones se clasifican en 2 categorías:

1. Mediciones Operacionales, que se refieren al rendimiento físico del equipo, como uniformidad de color, torque, desplazamiento y resistencia a la tracción.
2. Los datos externos que afectan las operaciones del equipo físico, como presión barométrica, temperatura ambiente y nivel de humedad.

Estas mediciones pueden convertirse en mensajes digitales seguros con la ayuda de codificadores. Estos mensajes digitales se transfieren luego a una réplica digital del equipo.

#2 Comunicación:

Esta fase particular realiza una conectividad bidireccional fluida en tiempo real entre los procesos físicos y la plataforma digital. La conectividad de red es un factor vital para incluir en el soporte de la contraparte virtual de equipos físicos. Involucra además 3 elementos:

1. Procesamiento en el borde:

   Esta interfaz conecta sensores con historiadores de procesos y luego procesa datos de los sensores y los pasa a la plataforma. Esto traduce protocolos propietarios para hacer los formatos de datos comprensibles y reducir la comunicación de red. El procesamiento en el borde hace la comunicación de red más rápida procesando los datos ingeridos en los extremos.

2. Interfaz de comunicación:

   Las interfaces de comunicación ayudan a transferir datos procesados (información) desde la función del sensor a la función de integración. Dependiendo de la configuración del gemelo digital, el sensor, que produce la información, puede colocarse en cualquier lugar: en una operación minera, en un hogar, en un estacionamiento, casi en cualquier ubicación.

3. Seguridad en el borde:

   La introducción de nuevos sensores y comunicaciones trae nuevas amenazas de seguridad, que evolucionan rápidamente. La necesidad de nuevas soluciones para habilitar gemelos digitales de forma segura será requerida a medida que los activos habilitados para IP crezcan con el tiempo. El uso de firewalls, cifrado, claves de aplicación y certificados de dispositivo son los enfoques de seguridad más comunes.

#3 Agregación:

La agregación de datos puede soportar la ingesta de datos en un almacén/repositorio de datos, que puede procesarse y prepararse fácilmente para análisis. La agregación y procesamiento de datos pueden hacerse tanto en la nube como en las instalaciones.

#4 Análisis:

Otra fase que entra en acción es el análisis de los datos. En esta etapa, todos los datos se examinan y visualizan minuciosamente. Principalmente, analistas y científicos de datos usan plataformas de análisis avanzadas para generar insights a partir de los datos, que realizan la toma de decisiones inteligentes.

#5 Etapa de insight:

Los insights, generados a partir del análisis, se presentan en paneles con representaciones visuales, que destacan cualquier ligera diferencia en el rendimiento del análogo del mundo físico y el modelo de gemelo digital en una o más dimensiones. Indica las áreas que potencialmente necesitan ser investigadas.

#6 Actuar:

Aquí es donde utilizas los insights accionables, generados del paso anterior, y los retroalimentas al activo físico. Los insights pasan por decodificadores, que decodifican los comandos, y se alimentan a los actuadores, responsables del control y movimiento del equipo. Los insights también pueden actualizarse en los sistemas back-end que controlan las cadenas de suministro.

Cómo sentar las bases con la tecnología de gemelo digital:

#1 Identificar oportunidades:

Inicialmente, es crucial visualizar y delimitar las áreas de una unidad de fabricación que puedan beneficiarse de la tecnología de gemelo digital. La necesidad y el escenario correcto pueden ser diferentes para cada unidad de fabricación, pero probablemente tendrán las siguientes características:

1. El equipo físico que selecciones debe ser un elemento crucial de tu proceso de fabricación para invertir dinero en crear una contraparte virtual.
2. Los problemas relacionados con Producto-Proceso pueden resolverse, lo que potencialmente podría desbloquear valor para la empresa o el cliente.

Una vez que delimites las oportunidades, la oportunidad debe evaluarse más a fondo para reconocer factores del proceso que puedan ofrecer ventajas del gemelo digital.

#2 Detectar el proceso:

El siguiente paso es reconocer la configuración piloto de gemelo digital que tenga el mayor valor posible y alta tasa de éxito. Puedes considerar factores de gestión del cambio organizacional y operaciones para identificar el mejor candidato para el piloto. Las empresas a menudo eligen el enfoque equivocado al profundizar en la construcción de un gemelo digital de equipos o procesos altamente complejos y pueden enfrentar desafíos. En su lugar, deberían enfocarse en ir ancho en lugar de profundo: implementar gemelo digital ampliamente en la organización que impulse el mayor valor y soporte.

#3 Para empezar, ve estrecho:

Para limitar el alcance, el piloto puede ser un subconjunto de cualquier división de negocio o productos. El alcance limitado debe mostrar al menos valor a la empresa. A medida que avanzas en el desarrollo del piloto, los implementadores deben ser adaptables y tener una mentalidad abierta. Un ecosistema agnóstico permitirá adaptabilidad e integración con los datos y aprovechar nuevos socios o tecnologías.

Mientras quieres ser agnóstico a los datos (Estructurados y No Estructurados) y cualquier fuente de datos (Nuevos sensores o Fuentes de datos externas), necesitarás una solución de extremo a extremo que sea lo suficientemente escalable para soportar la expansión.

#4 Expandir el piloto:

Una vez que el piloto es exitoso, puede escalarse más. Ahora necesitarás identificar oportunidades donde puedas escalar el Piloto y cosechar sus beneficios. Puede que quieras empezar apuntando a procesos adyacentes o procesos que sean similares y tengan interconexiones con el Piloto. Aprende de los errores cometidos durante el desarrollo del Piloto y escálalo rápidamente.

Y sí, no olvides comunicar el valor derivado por la adopción del gemelo digital a tus accionistas y empresas más grandes.

#5 Evaluar:

Monitorear y medir estas soluciones después de su implementación te permitirá medir el valor entregado por el gemelo digital. Puedes hacer cambios al proceso futuro de gemelo digital iterativamente y observar resultados para identificar la mejor configuración posible del gemelo digital.

En resumen:

En pocas palabras, se puede concluir que la tecnología de gemelo digital, una tendencia tecnológica de vanguardia, jugará un papel vital en las implementaciones de aplicaciones de IoT industrial. Esta nueva tecnología también ayudará a proporcionar ingresos mejorados a la industria, disminución de gastos generales no deseados que surgen debido a problemas en equipos y procesos. La tendencia de tecnología de gemelo digital también ayuda a disminuir los gastos de mantenimiento en gran medida. Además, también aumenta la consistencia en la línea de producción en una organización. Eventualmente, esta tendencia tecnológica también mejora el servicio al cliente, que es el objetivo final de las industrias.

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