¿Qué son los gemelos digitales?

Un gemelo digital es un modelo virtual diseñado para reflejar con precisión un objeto físico. El objeto que se estudia 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, entre otras. Estos datos luego se transmiten a un sistema de procesamiento y se reproducen en la copia digital. 

Una vez informado con todos los datos, el gemelo virtual se puede utilizar para ejecutar simulaciones, estudiar problemas de rendimiento y producir posibles mejoras, con el objetivo de generar información valiosa, que luego se puede aplicar al objeto físico original.

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Gemelos digitales frente a simulaciones

Aunque tanto las simulaciones como 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 interesante para el estudio. La diferencia entre el gemelo digital y la simulación es en gran medida una cuestión de escala. Mientras que una simulación típicamente estudia un proceso en particular, un gemelo digital puede ejecutar cualquier cantidad de simulaciones útiles para estudiar múltiples procesos.

Por lo general, las simulaciones no se benefician de tener datos en tiempo real. Pero los gemelos digitales están diseñados en torno a un flujo de información bidireccional que sucede primero cuando los sensores de objetos proporcionan datos relevantes al procesador del sistema y luego vuelve a ocurrir cuando los conocimientos creados por el procesador se comparten con el objeto original.

Al obtener datos mejorados y constantemente actualizados vinculados con una amplia gama de áreas y en combinación con la potencia informática adicional que acompaña a un entorno virtual, los gemelos digitales pueden analizar más problemáticas desde puntos de vista más diversos que las simulaciones estándar, con un mayor potencial final para optimizar productos y procesos.

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Historia de los gemelos digitales

La idea de la tecnología de los gemelos digitales surgió por primera vez en 1991, a partir de la publicación de Mirror Worlds, de David Gelernter. Sin embargo, se le atribuye la primera aplicación del concepto de gemelos digitales al Dr. Michael Grieves 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 usar un gemelo digital como medio para estudiar un objeto físico en realidad se puede presenciar mucho antes. De hecho, la NASA fue precursora en el uso de la tecnología de gemelos digitales durante sus misiones de exploración espacial en la década de 1960, cuando cada nave espacial que viajaba se replicaba exactamente en una versión terrestre que se usaba con fines científicos y simulación por parte del personal de la NASA que prestaba servicios en tripulaciones de vuelo.

Tipos de gemelos digitales

Existen varios tipos de gemelos digitales según el nivel de ampliación del producto. La mayor diferencia entre estos gemelos es el área de aplicación. Es común que diferentes tipos de gemelos digitales coexistan dentro de un sistema o proceso. A continuación, veremos los tipos de gemelos digitales para conocer las diferencias y cómo se aplican.

1. Gemelos de componentes/gemelos de piezas.

Los gemelos de componentes son la unidad básica de un gemelo digital, el más pequeño de un componente en funcionamiento. Las partes gemelas son más o menos similares, pero pertenecen a componentes de una importancia ligeramente menor.

2. Gemelos de activos.

Cuando dos o más componentes trabajan juntos, forman lo que se conoce como un activo. Los gemelos de activos permiten estudiar la interacción de esos componentes, generando una gran cantidad de datos de rendimiento que se pueden procesar y luego convertir en información procesable.

3. Gemelos de sistema o unidad.

El siguiente nivel de ampliación implica gemelos de sistemas o unidades, que permiten visualizar cómo los diferentes activos se unen para formar un sistema funcional completo. Los gemelos del sistema ofrecen visibilidad en función de la interacción de los activos y pueden sugerir mejoras de rendimiento.

4. Gemelos de proceso.

Los gemelos de proceso revelan cómo los sistemas funcionan juntos para crear una instalación de producción completa. Permite identificar si todos esos sistemas están sincronizados para operar con la máxima eficiencia o los retrasos en un sistema podrían afectar a otros. Los gemelos de procesos pueden ayudar a definir los esquemas de tiempo precisos que influyen en la eficacia general.

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Ventajas de los gemelos digitales

1. Mejor I+D.

El uso de gemelos digitales permite una investigación y un diseño de productos más efectivos, con una gran cantidad de datos creados sobre los posibles resultados de rendimiento. Esa información puede generar conocimientos que ayuden a las empresas a realizar los refinamientos necesarios del producto antes de comenzar la producción.

2. Mayor eficiencia.

Incluso después de que un nuevo producto haya ingresado a producción, los gemelos digitales pueden ayudar a reflejar y monitorear los sistemas de producción, a fin de lograr y mantener la máxima eficiencia durante todo el proceso de fabricación.

3. Fin de la vida útil del producto.

Los gemelos digitales pueden además ayudar a los fabricantes a decidir qué hacer con los productos que llegan al final de su ciclo de vida y necesitan recibir el procesamiento final, mediante el reciclaje u otras acciones. A través del uso de gemelos digitales, pueden determinar qué materiales del producto se pueden recuperar.

Conclusión

Es evidente que se está produciendo un cambio fundamental en los modelos operativos existentes y una reinvención digital disruptiva en las industrias intensivas, lo que requiere una visión integrada física y digital de los activos, equipos, instalaciones y procesos. Los gemelos digitales representan una parte vital de esa realineación.

El futuro de los gemelos digitales es casi ilimitado, debido al hecho de que constantemente se dedican cantidades cada vez mayores de recursos a su uso. Por lo tanto, están aprendiendo constantemente nuevas habilidades y capacidades, lo que significa que pueden continuar generando los conocimientos necesarios para mejorar los productos y hacer que los procesos sean más eficientes.