Cómo la tecnología de gemelos digitales está reduciendo la brecha de talento de fabricación

El concepto del gemelo digital, en el que una organización crea una representación virtual de sus operaciones comerciales, ha existido en varias formas durante décadas, pero ha experimentado un cambio tremendo en los últimos años.

Anteriormente, los gemelos digitales se creaban utilizando hojas de cálculo para ingresar datos y ver los resultados potenciales de varios escenarios. Gracias a los avances en inteligencia artificial y realidad virtual, la tecnología de gemelos digitales ha progresado con proyecciones más rápidas y precisas, basadas en un sinfín de flujos de datos a los que se puede acceder desde cualquier parte del mundo. Básicamente, está creando un "metaverso" para las empresas de fabricación.

Al utilizar una alimentación directa de datos y aplicar el aprendizaje automático, la tecnología de gemelos digitales permite que una planta de fabricación utilice los datos en tiempo real para volverse más inteligente y eficiente. Lo hace identificando brechas en el proceso de fabricación, prediciendo el momento del mantenimiento o los problemas de producción de fallas con mayor precisión a medida que recopila información. La gestión de estos problemas desde el principio o antes de que sucedan evita el tiempo de inactividad y las pérdidas de productividad.

A medida que el sector manufacturero se enfrenta a la escasez de mano de obra calificada, la tecnología de gemelos digitales está ayudando a los líderes a mantener una planta productiva y segura a pesar de las limitaciones de recursos.

Apoyo a las operaciones ajustadas

Con trabajadores de fabricación experimentados que se jubilan y pocos trabajadores calificados disponibles para reemplazarlos, el sector industrial de EE. UU. Ha enfrentado una escasez de habilidades durante varios años. La Gran Resignación, impulsada por la pandemia de COVID-19, solo se ha sumado al desafío.

Mientras los fabricantes luchan por atraer, incorporar y capacitar a nuevos talentos, la tecnología de gemelos digitales está sirviendo como un salvavidas para muchos fabricantes. Las empresas lo están utilizando para probar diferentes configuraciones de equipos para encontrar las opciones más productivas y evitar tiempos de inactividad. Además, la automatización está permitiendo que muchas plantas de fabricación continúen la producción a pesar de las reducciones en la mano de obra disponible. Un solo operador de máquina puede ejecutar varias máquinas de forma autónoma, ya que el gemelo digital analiza los datos para ver cómo las diferentes entradas y procesos afectarán la productividad.

La tecnología de gemelos digitales es especialmente útil en la etapa de fabricación de prototipos, donde los equipos desarrollan múltiples iteraciones de un producto para determinar qué diseño y materiales producirán la mejor pieza final. Los gemelos digitales pueden agilizar el proceso de creación de prototipos para mejorar el tiempo de comercialización y reducir los costos. Los prototipos de gemelos digitales son representaciones digitales que permiten a los equipos de diseño ver cómo se comportarán los diferentes modelos en el mundo real, sin dedicar materiales y tiempo de producción a múltiples iteraciones posibles. El prototipo puede contener información relacionada con los atributos físicos, propiedades, parámetros operativos, lista de materiales, números de pieza y más. Con un prototipo digital, los productos se pueden construir mucho antes en el proceso y se pueden ejecutar simulaciones utilizando la realidad virtual. Se pueden realizar cambios rápidamente para mejorar los diseños antes de que se construyan las máquinas físicas.

Si el tiempo de comercialización tradicional requiere de dos a tres ciclos de creación de prototipos, el uso de un gemelo digital en las etapas tempranas y medias puede eliminar un ciclo completo de creación de prototipos, lo que reduce el tiempo, los recursos y los costos.

Optimización de las condiciones del lugar de trabajo

Al tener en cuenta cuántos empleados trabajarán en un momento dado, así como sus niveles de habilidades y necesidades de equipo, un gemelo digital puede simular cómo se verá afectada la productividad al trasladar a ciertos empleados a diferentes áreas. Puede equilibrar el flujo de trabajo y predecir qué combinaciones de trabajadores y equipos serán más productivas.

Un gemelo digital también puede predecir fallas en función de factores como la antigüedad del equipo, los materiales utilizados, los registros de mantenimiento y otros puntos de datos, lo que permite a los trabajadores priorizar el mantenimiento preventivo para evitar tiempos de inactividad innecesarios.

En caso de avería del equipo, los gemelos digitales permiten la resolución de problemas virtual, lo que permite al personal investigar las causas de la falla y las posibles soluciones. Esto reduce la cantidad de tiempo y trabajo innecesarios que se necesitarían para diagnosticar el problema y encontrar una solución manualmente. Luego, los líderes pueden solicitar la ayuda del especialista adecuado para solucionar el problema, en lugar de analizar cada problema potencial del equipo. Debido a que el gemelo digital se ejecuta en una computadora de alta potencia, el análisis y las simulaciones se pueden realizar en minutos en lugar de horas o incluso días.

Pasos para la implementación

Una vez que los líderes senior están a bordo con los beneficios potenciales de la tecnología de gemelos digitales, los líderes de fabricación pueden avanzar con el proceso de implementación. A medida que se introduce la nueva tecnología, es importante seguir estos pasos clave:

• Establezca sus objetivos. Antes de comenzar el proceso técnico de creación de un gemelo digital, establezca lo que hará el gemelo digital. ¿Qué problema relacionado con el negocio se supone que resuelva? ¿Estará monitoreando el equipo para reportar fallas? ¿Predecir fallas y recomendar mantenimiento preventivo? ¿O ejecutar simulaciones para ver cómo las diferentes actividades afectarán la productividad? Los datos del gemelo digital pueden ayudar a la organización a resolver los problemas que necesita, como predecir el mantenimiento preventivo, pero también pueden indicar otras áreas de mejora a medida que los datos del gemelo digital continúan haciéndose más inteligentes y se recopilan más datos. También está la cuestión de qué se debe monitorear. ¿Necesita un gemelo digital para una máquina o línea de producción, o una más grande de toda la planta? Si bien puede resultar tentador monitorear todos los aspectos de la planta, concéntrese en las áreas que traerán el mayor retorno de la inversión. Los gemelos digitales siempre se pueden ampliar más adelante.
• Encuentre el software adecuado. Para los fabricantes, elegir un creador de gemelos digitales será como seleccionar cualquier otra herramienta en el taller:piense en la aplicación, los objetivos y lo que necesitará para lograrlos. Si solo planea monitorear el equipo para la eficiencia operativa, un gemelo digital limitado debería ser suficiente, mientras que se necesitará tecnología más avanzada para ejecutar simulaciones.
• Importe modelos y datos CAD. Aquí es donde las cosas realmente empiezan a encajar. La importación de modelos de diseño asistido por computadora (CAD) y otros flujos de datos en el software le permitirá construir el gemelo digital. Dependiendo de cuán complejo sea el gemelo digital (monitoreo versus simulaciones, máquina única versus planta en operación completa), los datos necesarios para crear una representación virtual precisa variarán ampliamente. En general, espere exportar tantos flujos de datos como pueda para ver los mejores resultados.
• Cree una conexión segura. Dado que los gemelos digitales requieren la transferencia constante de datos entre sistemas, las redes seguras son vitales para proteger la planta de fabricación principal de piratería u otras interferencias. Al elegir una plataforma de gemelos digitales, pregunte acerca de las medidas de seguridad implementadas para minimizar el riesgo.
• Planifique la escala. Incluso si está comenzando con un gemelo digital para una sola máquina o línea, es probable que la potencia informática necesaria supere a cualquier sistema estándar en el taller. Al considerar las herramientas y plataformas, planifique la escala y aproveche la tecnología de la nube para asegurarse de que haya espacio para el crecimiento si decide agregar otras líneas de máquinas más adelante.

La configuración de un gemelo digital puede ayudar a los fabricantes a mejorar la productividad y la seguridad en el taller, pero se deben cumplir algunas condiciones para garantizar el éxito. Proporcionar acceso a datos precisos es fundamental, al igual que garantizar una red segura. Más allá de las especificaciones técnicas, los líderes deben proporcionar suficiente capacitación, comunicación e incentivos para asegurarse de que todos los empleados estén a bordo del proceso. La gestión eficaz del cambio es clave para una implementación exitosa. Los proveedores deben mostrar los beneficios de los gemelos digitales mientras capacitan al personal sobre cómo usar la plataforma. Es importante comprender que, si bien la precisión no siempre es del 100%, especialmente al principio, incluso del 80% al 90%, el gemelo digital puede mejorar fácilmente los resultados y seguirá mejorando a medida que reciba y analice más datos.

Trabajar con un socio experimentado en este campo también ayuda a los fabricantes a obtener valor. Un proveedor de gemelos digitales que comprenda los entresijos de cómo se configura una planta en particular, qué tipos de equipos se utilizan y los desafíos específicos de la industria podrá crear un gemelo digital que satisfaga las necesidades y objetivos de la empresa.

CV Ramachandran es un experto en transformación digital y mejora de operaciones, y Vignesh Ramesh es un experto en salud digital, en PA Consulting.