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INNOVACIÓN

'Digital twin', un gemelo virtual para aconsejar a la industria 4.0

Foto: Los gemelos digitales se basan en la virtualización y simulación de elementos reales para monitorizar su funcionamiento y establecer posibles mejoras. Crédito: Pixabay. 

Por Alba Casilda

Las copias digitales de elementos físicos, como fábricas y edificios, aprenden automáticamente de los sistemas reales a los que imitan. Simulan su comportamiento y lo mejoran al instante, lo que traduce en más eficiencia y ahorro de costes, y son aplicables a todos los sectores.

 

¿Sabía que tener un hermano gemelo no es sólo cosa de humanos y animales? Gracias a los avances tecnológicos, espacios tan diferentes como plantas industriales y edificios comparten su ADN con una copia de sí mismos. Pero en este caso las copias no se encuentran en el mundo físico, sino en el virtual. Son los llamados gemelos digitales (o digital twins, en inglés). Se trata de sistemas informáticos que se conectan con sus compañeros de la vida real a través de sensores, para simular su funcionamiento, analizarlo y definir posibles mejoras.

Aunque el concepto de gemelo digital no es nuevo, estos sistemas son cada vez más populares gracias a la proliferación del big data, de internet de las cosas (IoT, por sus siglas en inglés de Internet Of Things) y de los servicios en la nube. Ahora, los gemelos digitales se erigen como una figura clave para el desarrollo de la industria 4.0. "Un gemelo digital es una virtualización y simulación [a través de herramientas de modelado] de los datos reales de un proceso, producto o servicio", explica el responsable TIC del Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja (IETcc-CSIC), Jorge Hernando. "Esto permite prevenir errores, modificar parámetros y predecir comportamientos, algo que conllevaría una pérdida de dinero o tiempo si se hiciera con el modelo del mundo real", añade su compañero del departamento de Construcción del IETcc-CSIC Eduardo Muñoz.

 

Foto: Esquema de un gemelo digital y los elementos que participan en su construcción. Crédito: Instituto Tecnológico de Informática (ITI).

"Por ejemplo, si se necesitan mezclar unos aceites para hacer un producto, a través de la analítica de datos, el gemelo digital comprueba si se está desperdiciando aceite e indica una fórmula más óptima para realizar el producto", apunta el coordinador del grupo de I+D de Comunicaciones Avanzadas del Instituto Tecnológico de Informática (ITI), Salvador Santonja.

 

Los primeros hermanos virtuales

El gemelo digital no consiste en una única tecnología. "Su desarrollo varía según el proyecto. Puede ser desde una copia de un producto o incluso de una planta entera, pero todavía no se puede hablar de una implantación masiva de gemelos digitales", matiza el director del máster en Industria 4.0 de la Escuela de Organización Industrial (EOI), Pablo Oliete. A pesar de ello, añade que "ya hay algunos referentes". Es el caso de la empresa del sector de la madera Sonae Arauco. Un gemelo digital dirige parte de su proceso y realiza, entre otras cosas, pruebas virtuales del secado de fibras para optimizar este procedimiento.

"Los gemelos digitales se pueden aplicar en cualquier sector", apunta Santonja. Así, están empezando a nacer propuestas para que todo tipo de empresas los incorporen. Destaca la compañía Bentley System, especializada en el modelado de sistemas de agua. Recientemente, ha realizado una colaboración con Siemens para desarrollar PlantSight, una solución en la nube que representa los datos reales y su funcionamiento a través de modelos 2D y 3D. De esta manera, las partes interesadas pueden realizar cambios en los procedimientos y ver al instante el trabajo de los demás.

Otros sectores cuentan con su propio lenguaje para establecer gemelos digitales. Así sucede en la construcción, que emplea la metodología BIM (por sus siglas en inglés de Building Information Modeling) para monitorizar y realizar representaciones de las infraestructuras. El secretario de buildingSMART, Sergio Muñoz, explica que esta metodología no sólo incluye el modelado de las edificaciones, sino también información sobre sus componentes: datos de los fabricantes, materiales, fechas de mantenimiento, etcétera. Y desde el IETcc-CSIC, Hernando matiza: "Con este sistema se detectan interferencias entre los diferentes elementos constructivos. No estamos ante un dibujo de software simple, es un modelo que dota al plano datos relevantes para su construcción y facilita la gestión de equipos y tareas".

Foto: Arriba. Gemelo digital del Instituto Lluis Requesens en Molins de Rei (Barcelona, España). Abajo. Edificio real del Instituto Lluis Requesens. Es el primer Proyecto BIM de infraestructures.cat.

 

Sea cual sea el sector en el que se aplique un gemelo digital, éste se comporta de una forma similar a como lo haría un hermano en la vida real: da consejos para mejorar día a día. En este caso, los gemelos digitales intervienen básicamente en tres puntos:

  • Optimización de procesos. Por ejemplo, si se está realizando un producto a través de modelado por inyección, como una botella de plástico, el gemelo digital permite modificar variables como la temperatura o la presión de manera ágil. Esto permite ahorrar tiempos.

 

  • Análisis predictivo. El gemelo digital se puede configurar para que trabaje en un tiempo futuro. De esta forma, si algo falla, los responsables pueden anticiparse a los errores que podría tener la infraestructura.

 

  • Simulación de nuevos escenarios. Si se quiere lanzar una nueva pieza, se pueden crear varios modelos virtuales sobre el gemelo digital y testearlos hasta dar con la fórmula correcta, sin alterar la cadena de producción real.

 

Barreras tecnológicas y personales

Los gemelos digitales precisan de un potente desarrollo tecnológico. Desde ITI, a través de su investigación Gemelos digitales en la transición a la industria 4.0, detallan que el primer paso para que estos sistemas funcionen es incorporar sensores en las infraestructuras.  "Aquí llega la primera barrera porque es un procedimiento caro", reconoce Santonja.

A esta sensorización hay que sumar sistemas de comunicación para que los dispositivos se relacionen entre sí, algo que se consigue a través del IoT. Esto sirve para ámbitos industriales y no industriales. "En BIM, el IoT es útil para hacer un control del ciclo de vida de cualquier infraestructura", comenta Sergio Muñoz. Por ejemplo, se puede ver cómo se están utilizando sus instalaciones y lanzar avisos si hay algún defecto.

"Al final, se trata de dar cada vez más inteligencia a los espacios", resume Oliete. Pero al mismo tiempo hay que saber manejar esta inteligencia. Aquí juegan un papel fundamental las herramientas de inteligencia artificial, que analizan miles de datos en apenas unos segundos para que el gemelo digital aprenda de los sistemas reales y responda a imprevistos de manera autónoma. "Así, si un dispositivo se está quedando sin batería, es capaz de gestionar el trabajo para que ese aparato se reponga y tenga tiempo para cargarse", apunta Santonja.

Gracias a esta especie de seres súper inteligentes, las organizaciones pueden tomar decisiones de manera más rápida, reducir sus residuos, mejorar la calidad de sus productos y documentar y dinamizar mejor sus procesos. Y es que, a largo plazo, estos beneficios se traducen en una mejora de la eficiencia y en un ahorro de costes.

"Eso sí, para disfrutar de todo esto aún queda camino por recorrer", asegura Oliete. No sólo hay que superar las barreras tecnológicas, también hay trabas que tienen que ver con las personas. "Uno de los retos principales es la mezcla de equipos multidisciplinares en sectores no acostumbrados a estas metodologías. Por ejemplo, el mundo de la construcción deberá contar con ingenieros civiles y arquitectos, y también con informáticos, matemáticos y analistas de datos", añade Muñoz desde el IETcc-CSIC.

Pese a estos obstáculos, Oliete asegura que no hay alternativa, ya que "así funcionarán las compañías del futuro". Un futuro en el que los hermanos gemelos no sólo serán una copia idéntica de un elemento real, sino que más bien serán una versión mejorada de éste para que su vida sea más sencilla y productiva.

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