Un gemelo digital es un modelo virtual diseñado para reflejar con precisión un objeto físico. 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 que los datos han sido procesados, el modelo virtual se puede utilizar para ejecutar simulaciones, estudiar problemas de rendimiento y generar posibles mejoras. El objetivo es 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 reproducir los diversos procesos de un sistema, un gemelo digital es en realidad un entorno virtual, por lo que es mucho más valioso 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 que servirán 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 del objeto 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.
Gracias a que disponen de datos más completos —que se actualizan constantemente y que están relacionados con una amplia gama de áreas— y a la potencia computacional adicional que proporciona un entorno virtual, los gemelos digitales pueden estudiar más cuestiones desde muchos más puntos de vista que las simulaciones estándar. Además, tienen un mayor potencial para mejorar productos y procesos.
Hay distintos tipos de gemelos digitales dependiendo del nivel de ampliación del producto. La mayor diferencia entre ellos 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, sus diferencias y aplicaciones.
Los componentes gemelos son la unidad básica del gemelo digital, el ejemplo más pequeño de un componente funcional. Las partes gemelas son más o menos lo mismo, pero pertenecen a componentes de menor importancia.
Cuando dos o más componentes funcionan juntos, forman lo que se conoce como activo. Gracias a los duplicados de activos es posible estudiar la interacción de dichos componentes. A partir de los estudios, se genera una gran cantidad de datos de rendimiento que se pueden procesar y, luego, se pueden convertir en conocimientos útiles.
El siguiente nivel de ampliación involucra gemelos de sistemas o unidades, que le permiten ver cómo los diferentes activos se unen para formar un sistema funcional completo. Los gemelos de sistemas brindan visibilidad con respecto a la interacción de los activos y, también, pueden sugerir mejoras en el rendimiento.
Los gemelos de procesos, el nivel macro de ampliación, muestran cómo los sistemas trabajan juntos con el objetivo de crear una instalación de producción completa. Todos estos sistemas están sincronizados para funcionar con la máxima eficiencia o ¿los retrasos en un sistema afectarán al resto? Los gemelos de procesos ayudan a determinar esquemas de tiempo precisos que, en última instancia, influyen en la eficacia general.
El concepto de la tecnología de gemelos digitales se nombró 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 fabricación en 2002 y el anuncio formal del concepto de software de gemelos digitales. Finalmente, John Vickers de la NASA introdujo un nuevo término, «Digital Twin», en 2010.
No obstante, en realidad, la idea 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 una de las naves fue replicada exactamente en una versión terrestre. El personal de la NASA que formaba parte de las tripulaciones de vuelo empleó estas réplicas con fines de estudio y simulación.
Mejor I&D
El uso de gemelos digitales permite una investigación y un diseño de productos más eficaces, gracias a la gran cantidad de datos que se generan sobre los posibles resultados de rendimiento. Esta información puede conducir a conocimientos que ayudarían a las empresas a optimizar sus productos incluso antes de comenzar la producción.
Mayor eficiencia
Incluso después de que un nuevo producto haya entrado en producción, los gemelos digitales pueden ayudar a reflejar y supervisar los sistemas de producción, con el objetivo de lograr y mantener la máxima eficiencia durante todo el proceso de fabricación.
Fin de la vida del producto
Los gemelos digitales también pueden ayudar a los fabricantes a decidir qué hacer con los productos que llegan al final del ciclo de vida y necesitan un tratamiento final, como el reciclaje u otras soluciones. Con la ayuda de los 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 grandes cantidades de recursos en la creación de un gemelo digital. (Hay que tener en cuenta que un gemelo digital es una réplica exacta de un objeto físico, lo que podría encarecer su producción).
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 reglas de ingeniería estrictas.
- 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 potencia Esto incluye tanto los mecanismos tanto para generar energía como para transmitirla.
- Proyectos de fabricación Los gemelos digitales destacan por ayudar a optimizar la eficiencia de los procesos, como los que se encuentran en entornos industriales (por ejemplo, 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 3,1 mil millones de USD. Algunos analistas de la industria especulan que podría seguir aumentando drásticamente hasta al menos 2026 y llegar a un valor estimado de 48,2 mil millones de dólares1.
El uso de gemelos digitales de extremo a extremo permite a los propietarios / operadores reducir el tiempo de inactividad del equipo a la vez que 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 la fase de 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 se hayan vuelto omnipresentes en todas las etapas de la fabricación, ya que guían los productos desde el diseño hasta la fase final, pasando por todas las etapas intermedias.
Al igual que ocurre con los productos, los pacientes que reciben atención médica también pueden identificarse mediante el uso de gemelos digitales. El mismo tipo de sistema de datos generados por sensores se puede utilizar para rastrear una variedad de indicadores de salud y generar información clave.
Los automóviles representan muchos tipos de sistemas complejos que funcionan de manera conjunta. En este sector, los gemelos digitales se utilizan muy a menudo en la fase de diseño del automóvil, tanto para mejorar el rendimiento del vehículo como para aumentar la eficiencia de 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 e 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 con grandes 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 potencia cognitiva 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.
Descubra cómo el cambio afectará a su industria en este artículo sobre la transformación de las operaciones de activos con gemelos digitales.
Vea dónde fabricantes, OEM y proveedores externos comparten recursos como gemelos digitales.
Conozca una solución integral para el modelado y el diseño de sistemas, que le ayudará a entregar sistemas y software con más rapidez.
Maximice el rendimiento de los activos al aumentar su disponibilidad y reducir los costes y el riesgo de fallos del equipo.
Conozca el tema gracias a un trío de expertos de IBM que también abordan temas relacionados, por ejemplo: cómo usar los gemelos digitales para resolver problemas del mundo real, consideraciones clave sobre el uso de gemelos digitales y una ojeada a su arquitectura de referencia.
Póngase al día rápidamente sobre los gemelos digitales con esta visión general, que define el término en pocas palabras, trata posibles casos de uso, explica el valor del gemelo digital y presenta estimaciones de hacia dónde se dirige esta tecnología dinámica.
Los gemelos digitales pueden ayudar a abordar varios problemas a los que se enfrentan las organizaciones, pero juntar todas las piezas requiere un buen plan y una idea clara de los objetivos de la organización.
Hong Kong Applied Science and Technology Research Institute Company Limited (ASTRI) redujo los costes y el tiempo de integración tras adoptar los procesos de Ingeniería de Sistemas Basados en Modelos (MBSE, por sus siglas en inglés).
El puerto de Róterdam está utilizando la tecnología de gemelos digitales de IBM para pasar de ser el más grande al más inteligente.
Al construir sus nuevas instalaciones de atención médica con la ayuda de un gemelo digital creado con IBM Maximo, la universidad está ahorrando tiempo, reduciendo costes y agilizando las operaciones en curso.
Nota a pie de página
1 «Digital Twin Market valorado en 48,2 mil millones de dólares para 2026 (enlace fuera de ibm.com)», Aashish Mehra, Markets and Markets