Un digital twin (gemelo digital) es una representación virtual de un objeto o sistema que abarca su ciclo de vida, se actualiza a partir de datos en tiempo real y utiliza simulación, machine learning y razonamiento para ayudar en la toma de decisiones.
El objeto en estudio, por ejemplo, una turbina eólica, está equipado con varios sensores relacionados con áreas vitales de funcionalidad.
Estos sensores producen datos sobre diferentes aspectos del rendimiento del objeto físico, como la producción de energía, la temperatura, las condiciones climáticas y más. Luego, estos datos se transmiten a un sistema de procesamiento y se aplican a la copia digital.
Una vez informado con dichos datos, el modelo virtual se puede utilizar para ejecutar simulaciones, estudiar problemas de rendimiento y generar posibles mejoras, todo con el objetivo de generar información valiosa, que luego se puede aplicar de nuevo al objeto físico original.
Aunque las simulaciones y los gemelos digitales utilizan modelos digitales para replicar los diversos procesos de un sistema, un gemelo digital es en realidad un entorno virtual, lo que lo hace considerablemente más rico para el estudio.
La diferencia entre el gemelo digital y la simulación es en gran medida una cuestión de escala: mientras que una simulación normalmente estudia un proceso en particular, un gemelo digital puede ejecutar por sí mismo cualquier cantidad de simulaciones útiles para estudiar múltiples procesos.
Las diferencias no terminan ahí. Por ejemplo, las simulaciones generalmente no se benefician de tener datos en tiempo real. Pero los gemelos digitales están diseñados en torno a un flujo de información bidireccional que se produce primero cuando los sensores de objetos proporcionan datos relevantes al procesador del sistema y luego vuelve a suceder cuando los conocimientos creados por el procesador se comparten con el objeto de origen original.
Al tener datos mejores y constantemente actualizados relacionados con una amplia gama de áreas, combinados con la potencia informática adicional que acompaña a un entorno virtual, los gemelos digitales pueden estudiar más problemas desde muchos más puntos de vista que las simulaciones estándar, con un mayor potencial final para mejorar productos y procesos.
Hay varios tipos de gemelos digitales según el nivel de aumento del producto.La mayor diferencia entre estos gemelos es el área de aplicación.
Es común que coexistan diferentes tipos de gemelos digitales dentro de un sistema o proceso. Repasemos los tipos de gemelos digitales para conocer las diferencias y cómo se aplican.
Los componentes gemelos son la unidad básica del gemelo digital, el ejemplo más pequeño de un componente funcional. Las partes gemelas son aproximadamente lo mismo, pero pertenecen a componentes de menor importancia.
Cuando dos o más componentes trabajan juntos, forman lo que se conoce como activo. Los gemelos de activos le permiten estudiar la interacción de esos componentes, creando una gran cantidad de datos de rendimiento que se pueden procesar y luego convertir en información procesable.
El siguiente nivel de aumento involucra sistemas o unidades gemelas, que le permiten ver cómo los diferentes activos se unen para formar un sistema en funcionamiento completo. Los gemelos del sistema brindan visibilidad con respecto a la interacción de los activos y pueden sugerir mejoras en el rendimiento.
Los gemelos de proceso, el nivel macro de aumento, revelan cómo los sistemas trabajan juntos para crear una instalación de producción completa. ¿Están todos esos sistemas sincronizados para operar con la máxima eficiencia o los retrasos en un sistema afectarán a otros? Los gemelos de proceso pueden ayudar a determinar los esquemas de tiempo precisos que, en última instancia, influyen en la eficacia general.
El concepto de la tecnología de gemelos digitales se expresó por primera vez en 1991, con la publicación de Mirror Worlds, de David Gelernter. Sin embargo, al Dr. Michael Grieves (entonces profesor de la Universidad de Michigan) se le atribuye la primera aplicación del concepto de gemelos digitales a la manufactura en 2002 y el anuncio formal del concepto de software de gemelos digitales. Finalmente, John Vickers de la NASA introdujo un nuevo término, "gemelo digital", en 2010.
Sin embargo, la idea central de utilizar un gemelo digital como medio para estudiar un objeto físico se puede observar mucho antes. De hecho, se puede afirmar con seguridad que la NASA fue pionera en el uso de la tecnología de gemelos digitales durante sus misiones de exploración espacial de la década de 1960, cuando cada nave espacial en viaje fue replicada exactamente en una versión terrestre que fue utilizada con fines de estudio y simulación por el personal de la NASA que trabajaba en las tripulaciones de vuelo.
Mejor I + D
El uso de gemelos digitales permite una investigación y un diseño de productos más eficaces, con una gran cantidad de datos creados sobre los posibles resultados de rendimiento.
Esa información puede conducir a conocimientos que ayuden a las empresas a realizar los refinamientos de productos necesarios antes de comenzar la producción.
Mayor eficiencia
Incluso después de que un nuevo producto ha entrado en producción, los gemelos digitales pueden ayudar a reflejar y monitorear los sistemas de producción, con el objetivo de lograr y mantener la máxima eficiencia durante todo el proceso de fabricación.
Fin de vida del producto
Los gemelos digitales pueden incluso ayudar a los fabricantes a decidir qué hacer con los productos que llegan al final del ciclo de vida del producto y necesitan recibir un procesamiento final, a través del reciclaje u otras medidas.
Mediante el uso de gemelos digitales, pueden determinar qué materiales de los productos se pueden recolectar.
Si bien los gemelos digitales son apreciados por lo que ofrecen, su uso no está garantizado para todos los fabricantes o productos creados.
No todos los objetos son lo suficientemente complejos como para necesitar el flujo intenso y regular de datos de sensores que requieren los gemelos digitales. Tampoco siempre vale la pena, desde el punto de vista financiero, invertir importantes recursos en la creación de un gemelo digital. (Tenga en cuenta que un gemelo digital es una réplica exacta de un objeto físico, lo que podría hacer que su creación sea costosa).
Por otro lado, diversos tipos de proyectos se benefician específicamente del uso de modelos digitales:
Proyectos físicamente grandes
Edificios, puentes y otras estructuras complejas sujetas a estrictas reglas de ingeniería.
Proyectos mecánicamente complejos
Turbinas a reacción, automóviles y aviones. Los gemelos digitales pueden ayudar a mejorar la eficiencia dentro de maquinaria complicada y motores gigantes.
Equipo de poder
Esto incluye tanto los mecanismos para generar energía como para transmitirla.
Proyectos de manufactura
Los gemelos digitales se destacan por ayudar a optimizar la eficiencia de los procesos, como los encontrados en entornos industriales, con sistemas de máquinas que funcionan conjuntamente.
Por lo tanto, las industrias que logran el mayor éxito con los gemelos digitales son las que involucran productos o proyectos a gran escala:
- Ingeniería (sistemas)
- Fabricación de automóviles
- Producción de aviones
- Diseño de vagones
- Construcción de edificios
- Fabricación
- Empresas de servicio eléctrico
Mercado de gemelos digitales: preparado para crecer
El mercado de gemelos digitales en rápida expansión indica que, si bien los gemelos digitales ya se utilizan en muchas industrias, su demanda seguirá aumentando durante algún tiempo.
En 2020, el mercado de gemelos digitales se valoró en USD 3,1 mil millones. Algunos analistas de la industria especulan que podría seguir aumentando drásticamente hasta al menos 2026, subiendo a un valor estimado de USD 48,2 mil millones.1 .
El uso de gemelos digitales end-to-end permite a los propietarios / operadores reducir el tiempo de inactividad del equipo mientras aumentan la producción. Descubra una solución de gestión del ciclo de vida del servicio creada por IBM y Siemens.
Los gemelos digitales ya se utilizan ampliamente en las siguientes aplicaciones:
Los motores grandes, incluidos los motores a reacción, los motores de locomotoras y las turbinas de generación de energía, se benefician enormemente del uso de gemelos digitales, especialmente para ayudar a establecer los plazos para el mantenimiento necesario con regularidad.
Las grandes estructuras físicas, como grandes edificios o plataformas de perforación en alta mar, pueden mejorarse mediante gemelos digitales, especialmente durante su diseño. También es útil para diseñar los sistemas que operan dentro de esas estructuras, como los sistemas HVAC.
Dado que los gemelos digitales están destinados a reflejar el ciclo de vida completo de un producto, no es sorprendente que los gemelos digitales se hayan vuelto omnipresentes en todas las etapas de la manufactura, guiando los productos desde el diseño hasta el producto terminado y todas las etapas intermedias.
Así como los productos pueden perfilarse mediante el uso de gemelos digitales, también pueden hacerlo los pacientes que reciben servicios de salud. El mismo tipo de sistema de datos generados por sensores se puede utilizar para rastrear una variedad de indicadores de salud y generar insights clave.
Los automóviles representan muchos tipos de sistemas complejos que funcionan en conjunto, y los gemelos digitales se utilizan ampliamente en el diseño de automóviles, tanto para mejorar el rendimiento del vehículo como para aumentar la eficiencia en torno a su producción.
Los ingenieros civiles y otras personas involucradas en actividades de planificación urbana se benefician significativamente con el uso de gemelos digitales, que pueden mostrar datos espaciales 3D y 4D en tiempo real y también incorporar sistemas de realidad aumentada en entornos construidos.
Es evidente que se está produciendo un cambio fundamental en los modelos operativos existentes. Se está produciendo una reinvención digital en industrias intensivas en activos, que está cambiando los modelos operativos de una manera disruptiva, lo que requiere una vista integrada física y digital de los activos, equipos, instalaciones y procesos. Los gemelos digitales son una parte vital de esa realineación.
El futuro de los gemelos digitales es casi ilimitado, debido al hecho de que se dedican constantemente cantidades cada vez mayores de poder cognitivo a su uso. Por lo tanto, los gemelos digitales están constantemente aprendiendo nuevas habilidades y capacidades, lo que significa que pueden continuar generando la información necesaria para mejorar los productos y tornar los procesos más eficientes.
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Nota a pie de página
1 "Digital Twin Market con un valor de USD 48.2 mil millones para 2026 (enlace externo a ibm.com), "Aashish Mehra, Markets and Markets