Identificada por analistas tecnológicos de referencia cómo una de las principales tendencias estratégicas para la industria, el concepto gemelo digital es uno de los términos que más atención ha acaparado en el último año. ¿Terminología de moda? ¿Innovación? ¿Revolución o Evolución?
Poder “experimentar con el futuro”
Poder “experimentar con el futuro” a través de una representación virtual de una realidad física, para tomar mejores decisiones, evitar problemas potenciales y explorar escenarios hipotéticos de forma segura y económica.
Una idea bastante intuitiva, de gran impacto, pero no por ello, ajena a cierta incertidumbre.
Actualmente no existe una definición estandarizada de lo que es un gemelo digital. Su interpretación varía en función de lo que se pretende obtener de esa representación virtual y a menudo, la aproximación de los proveedores de este tipo de soluciones está influenciada por las tecnologías que ofrecen. No en vano, el recientemente creado Digital Twin Consortium pretende armonizar la comprensión del concepto gemelo digital, capturar las mejores prácticas e impulsar la innovación de estas soluciones.
El concepto de gemelo digital no es un término nuevo en la industria, que lleva usando herramientas de simulación, modelización y análisis hace décadas.
La tendencia de los gemelos digitales está ganando impulso debido a los avances tecnológicos actuales. Las herramientas de simulación y análisis permiten mayores niveles de precisión y la generación de conocimiento adicional. La recopilación de datos de operación es más sencilla y económica. Las capacidades de conectividad y computación son cada vez más mayores. La mejora de la interoperabilidad de los sistemas y de la infraestructura para almacenar y procesar grandes volúmenes de datos, permiten gestionar de manera eficiente, la información necesaria para construir esa réplica exacta de la realidad física. La mayor accesibilidad a las tecnologías que se emplean en los gemelos digitales contribuye a una mayor adopción de estas soluciones, para optimizar procesos, tomar decisiones basadas en datos en tiempo real y diseñar nuevos productos, servicios y modelos comerciales.
La tecnología actual permite construir un gemelo digital de casi todo: desde componentes y activos individuales (rotores, turbinas, tuberías, etc.) hasta procesos y entornos complejos (líneas de producción, plantas de fabricación, parques eólicos, etc.). Es importante definir por dónde se debe comenzar a obtener el mayor valor en el menor tiempo posible: evitar el desarrollo de un sistema que sea demasiado complejo de mantener y que por tanto no sea útil para el fin último que se persigue.
Componentes de un gemelo digital
En el diseño de un gemelo digital se pueden distinguir cuatro bloques fundamentales: la realidad física (equipo, proceso, producto), la realidad digital (modelos digitales), la conexión entre ambas (datos) y un entorno integrado de información.
La realidad física puede representar un equipo, un proceso, un producto, un sistema o un servicio. Pueden existir gemelos digitales de varios componentes individuales que se puedan interconectar posteriormente para formar un gemelo compuesto de un equipo o proceso más complejo. Por ejemplo, puedo tener gemelos digitales de cada uno de los equipos que componen una línea de producción. Éstos, se pueden combinar para tener el gemelo digital de la línea de producción y así sucesivamente hasta conformar el gemelo digital de toda la fábrica.
Los modelos digitales establecen la identidad de su equivalente en el mundo real. Para ello se emplean modelos computacionales o analíticos que permiten describir, comprender y predecir el comportamiento de su gemelo en el mundo real e incluso, prescribir acciones sobre él. Por ejemplo, un modelo 3D de una instalación industrial permite en fase de diseño, identificar la posibilidad de colisiones con otros elementos. Un modelo de analítica avanzada o inteligencia artificial puede ayudar a predecir un posible fallo en un equipo crítico y proponer actuaciones sobre el mismo para evitarlo.
Los datos proporcionan el vínculo entre el modelo digital y la realidad física. Los datos operativos en tiempo real (proceso, seguridad, estado de los equipos, etc.) describen el estado y comportamiento de su gemelo en la realidad. Deben capturarse, organizarse y contextualizarse adecuadamente antes de que puedan correlacionarse con el modelo digital. Una vez organizados, se pueden enriquecer con otros datos que describan el comportamiento (actual e histórico) de ese activo y las acciones tomadas para influir en ese comportamiento (órdenes de trabajo, inspecciones de calidad, datos comerciales, etc.) a lo largo del ciclo de vida de la instalación (especificaciones de diseño, P&IDs, manuales de operación, etc.).
El entorno integrado de información permite interactuar con el gemelo digital. Idealmente, debería ser posible navegar a través de un contexto común para acceder a las distintas piezas de información que contiene el gemelo digital. Generalmente, se seleccionan e integran las herramientas de visualización necesarias que permitan acceder de una manera sencilla a los distintos niveles de detalle requeridos por cada usuario. Un entorno de navegación 3D es adecuado para localizar dónde está un equipo en el que se ha detectado un potencial fallo. Un entorno de visualización en tiempo real permitirá realizar un análisis detallado del comportamiento de las variables que pueden haber influido en ese fallo. El reconocimiento de voz, los asistentes virtuales y la realidad aumentada pueden enriquecer además la interacción con el gemelo digital.
Flexibilidad, colaboración y abstracción
Un gemelo digital tiene muchas aplicaciones a lo largo del ciclo de vida de un producto o una instalación y será único, en función de las combinaciones de estrategias de modelado, datos incorporados y herramientas de análisis de la información.
Sectores como el aeronáutico o el de petróleo y gas, tienen trayectoria con este tipo de soluciones. En fases de ingeniería (diseño, construcción, comisionado) para mejorar tiempos de ejecución y evitar errores. En fase de funcionamiento, para optimizar la operación y el mantenimiento de las instalaciones. Y para promover la capacitación de las personas desde la puesta en marcha e idealmente durante el ciclo de vida de la instalación. El esfuerzo económico y humano necesario para implementar y mantener estas iniciativas era a menudo un condicionante para llevarlas a cabo.
Un gemelo digital debe ser un trabajo progresivo, que evoluciona y escala. Los gemelos digitales de varios componentes individuales pueden interconectarse posteriormente para formar un gemelo compuesto de un equipo o instalación más compleja. Es fundamental la selección de herramientas que proporcionen la flexibilidad necesaria para enriquecer y ajustar los distintos tipos de modelos construidos, el volumen de datos que se necesitan y los métodos por los cuales se comparte la información
Otro aspecto importante es definir el nivel óptimo de abstracción para cubrir los requisitos del caso de uso que persigue. El retorno de la inversión en un gemelo digital no está relacionado linealmente con la cantidad de datos recogidos. Su valor dependerá de la precisión de los modelos, la calidad de los datos y los tipos de análisis que se están utilizando.
En los gemelos digitales convergen tecnologías asociadas a diversos ámbitos (ingeniería, operación y tecnologías de la información). Por lo que es necesaria la cooperación de equipos multidisciplinares para en un desarrollo y mantenimiento efectivos durante el ciclo de vida de su gemelo real.
Por más versátiles y potentes que sean las tecnologías digitales, el propósito del gemelo digital debe ser determinante: permitir que las personas estudien los problemas más fácilmente, comprendan y actúen de manera pragmática y rápida.
Raquel Mateos Tejada
Executive Territory Manager, OSIsoft
Miembro Grupo de Trabajo ISA España Industria Conectada 4.0
