Revolucionando el IIoT Industrial mediante Integración de Gemelos Digitales

El Internet Industrial de las Cosas (IIoT) utiliza sensores y actuadores inteligentes que monitorean, recopilan, analizan y comparten datos. El IIoT junto con la Industria 4.0 ha aumentado el uso de maquinaria inteligente que usa sensores para automatizar procesos y aumentar la eficiencia reduciendo la intervención humana. La enorme cantidad de datos generados por estos sensores se usa para obtener información importante sobre los procesos industriales. Diferentes modelos basados en IA/ML se entrenan con estos datos y la salida de estos modelos viene en forma de actualizaciones y cambios que podrían hacerse al sistema para mejorar la eficiencia. La implementación de estas actualizaciones y cambios en el sistema real implica el riesgo de fallo o daño a sistemas y procesos críticos. El fallo de sistemas críticos puede causar mucho daño tanto a la industria como al público en general. Además, servicios esenciales como sistemas de transmisión no pueden actualizarse o cambiarse directamente sin asegurar que el cambio no causará el colapso del sistema. Aquí es donde el Gemelo Digital (Digital Twin) interviene para ayudar a las industrias a implementar estos cambios de manera más segura y eficiente.

Un Gemelo Digital puede entenderse como un proxy del sistema físico en un mundo digital. Es una réplica digital de los activos que una industria particular tiene. El enlace que une el atributo físico con el digital se llama hilo digital (digital thread). Los datos recopilados de diferentes sensores y actuadores en la configuración industrial se usan para construir una réplica digital, que da al usuario acceso a la estructura, contexto y comportamiento del activo físico. Las condiciones pasadas y presentes del sistema pueden observarse y, basándose en ellas, se puede predecir el comportamiento futuro si se hacen actualizaciones o cambios. Esto no solo ahorra tiempo y dinero, sino que también previene cualquier daño a los sistemas reales. Los gemelos digitales permiten mejoras continuas de procesos, mejoras de diseño, operaciones eficientes, mantenimiento predictivo y estados condicionales de las máquinas.

Cómo el Gemelo Digital está transformando las industrias

La Industria 4.0 se trata de automatización y digitalización a través de la recopilación, procesamiento y gestión más rápida de datos. Los sensores de borde (edge) están reemplazando la tecnología de sensores convencional para facilitar el procesamiento más rápido y el intercambio más rápido de datos. Tecnologías como 5G están ganando impulso lentamente para mejorar la velocidad de transferencia de datos y la conectividad entre diferentes nodos. La integración de tales tecnologías aún tiene diferentes desafíos como alto costo de inversión, compatibilidad de sensores, seguridad de datos y escalabilidad. Estos desafíos dificultan que los propietarios de negocios inviertan grandes sumas en digitalización.

La mayoría de las deficiencias anteriores se resuelven con la tecnología de Gemelo Digital. Una configuración física existente se convierte en una forma digital conectada a la máquina del mundo real a través del hilo digital. Con la ayuda de modelos IA/ML, el funcionamiento completo de la máquina podría mapearse en forma digital tomando datos de los sensores, estadísticas pasadas y datos de código abierto. Esta máquina proxy se usa para predecir cómo respondería la máquina real cuando se le hacen cambios. Por lo tanto, para integrar tecnologías más nuevas como sensores de borde y compatibilidad 5G, los experimentos se realizan en el mundo virtual y solo la mejor solución se implementa en el mundo real. El proceso completo ahorra tiempo, costo y también crea una copia digital de la máquina que puede usarse para mayor digitalización.

Los gemelos digitales se están utilizando en una variedad de industrias, incluyendo manufactura, energía, transporte y construcción. Diferentes fabricantes y proveedores de servicios involucran gemelos digitales para construir un proxy de motores de aviones, locomotoras, plataformas marinas y turbinas eólicas. Las empresas en estos sectores están invirtiendo en gemelos digitales para optimizar la operación y mantenimiento de estos productos.

Los Gemelos Digitales proporcionan a las industrias un valor excepcional en tres áreas clave. La primera es impulsar mejoras en el proceso de manufactura. Desde la prototipación y diseño hasta la fabricación física del producto, las empresas pueden monitorear continuamente la salida real y esperada y hacer cambios para hacer un producto casi perfecto. Las operaciones de manufactura pueden optimizarse prediciendo fallos de línea y tomando los pasos necesarios para lograr el objetivo requerido.

La segunda área es el mantenimiento preventivo, donde el gemelo digital puede usarse para analizar datos pasados e ingresar entradas en tiempo real del sistema real para predecir fallos y sugerir mantenimiento preventivo para prevenir fallos. Los técnicos pueden analizar remotamente y hacer ajustes preventivos y cuando se requieren ajustes físicos, los técnicos pueden analizar remotamente y pedir piezas con antelación para ahorrar tiempo.

La tercera área es el desarrollo de nuevos productos y la entrada a nuevos mercados basados en el uso de productos y servicios existentes por los clientes. Los gemelos digitales ayudan a proporcionar información sobre cómo los clientes usan los productos y qué cambios podrían o deberían hacerse en el diseño y manufactura de nuevos productos para mejorar la penetración de mercado, capturar mercados más nuevos y mejorar la satisfacción del cliente. Esto puede reducir significativamente la cantidad que las empresas gastan en investigación de mercado y retroalimentación de clientes.

Qué sigue para el gemelo digital e IoT

Hacer un gemelo digital de un motor de avión o una máquina compleja de una unidad de manufactura no es el final, sino solo el inicio de la revolución que la tecnología está a punto de traer. Los avances en computación de borde (edge computing) y potentes dispositivos de borde desplegados en industrias conectados por sistemas de red avanzados como 5G privado pueden hacer posibles interconexiones de gemelos digitales. El resultado sería una cadena completa de equipos conectados formando una fábrica digital.

Por ejemplo, Singapur ha creado un gemelo digital completo de la ciudad para rastrear tráfico, contaminación, clima y diseños urbanos para que los gestores de la ciudad puedan probar opciones de accesibilidad, ver el impacto potencial de nuevas construcciones, gestionar respuestas de emergencia y monitorear la salud de la ciudad. Mientras tanto, los médicos están creando Gemelos Digitales específicos de pacientes de pulmones para ayudar a tomar decisiones sobre el uso de ventiladores al tratar pacientes de COVID-19.

Aunque aún es una tecnología emergente, no hay duda de que los Gemelos Digitales son el futuro. Tienen aplicaciones infinitas en departamentos de operaciones, mantenimiento, finanzas, ventas y marketing para acceder a una fuente unificada de datos del mundo real para predecir mantenimiento, mejorar diseño, entender uso y ajustar precios.