Digital Twin: el concepto de Gemelo Digital.
Representación digital en tiempo real de procesos y productos.
¿Qué es un gemelo digital?
Entender en qué consiste un gemelo digital es bastante sencillo. Una forma importante de afrontar los retos del desarrollo de sistemas complejos es construir un conjunto de modelos muy precisos que ayuden a predecir el comportamiento del producto durante todas las fases del ciclo de vida. Estos modelos, llamados "gemelos digitales", se presentan en múltiples escalas e instancias para diversas aplicaciones, integran múltiples aspectos físicos, contienen las mejores descripciones físicas disponibles y reflejan el producto real y su proceso de producción.
El concepto es aplicable en las distintas fases del ciclo de vida de un producto o sistema:
- Fase de ideación, con un gemelo digital del producto que ayuda a definir/mejorar los diseños y analizar el rendimiento.
- Fase de realización, con un gemelo digital del proceso de fabricación.
- Fase de utilización, con un gemelo digital del producto en servicio y hasta su retirada.
Cuando las empresas integran todos estos gemelos digitales, dan lugar a un gemelo digital completo, que se convierte en la base del proceso de desarrollo del producto y es capaz de ofrecer una mayor visión, reducir el tiempo del ciclo de desarrollo y mejorar la eficiencia.

El concepto
EL PRIMER GEMELO DIGITAL: APOLLO 13
El concepto de utilizar modelos que imitan el comportamiento de productos reales no es nuevo. Por ejemplo, el programa Apolo de la NASA utilizó vehículos espaciales idénticos para que uno de los vehículos pudiera utilizarse para probar procedimientos en la tierra mientras el otro estaba en el espacio.
El primer uso del concepto "gemelo digital" apareció en un informe de la NASA en 2010 y se definió de la siguiente manera:
"Un gemelo digital es una simulación integrada multifísica y multiescala de un vehículo o sistema que utiliza los mejores modelos físicos disponibles, las actualizaciones de los sensores, el historial de la flota, etc., para reflejar la vida de su correspondiente gemelo volante".
GEMELO DIGITAL: TIPOLOGÍAS
Existen tres tipos de gemelo digital, cada uno de los cuales se basa en las otras versiones de sí mismo y las retroalimenta:
- Gemelo digital del producto.
- Gemelo digital de la producción.
- Gemelo digital del rendimiento.
GEMELO DIGITAL DEL PRODUCTO
El gemelo digital del producto se crea ya en la fase de definición y diseño de un producto planificado. Esto permite a los ingenieros simular y validar las propiedades del producto en función de los requisitos: estabilidad, usabilidad, fiabilidad, etc. Tanto si se trata de la mecánica, la electrónica, el software o el rendimiento del sistema, el gemelo digital puede utilizarse para probar y optimizar todos estos elementos por adelantado.
GEMELO DIGITAL DE LA PRODUCCIÓN
El gemelo digital de la producción implica todos los aspectos de la misma: desde las máquinas y los controladores de la planta hasta las líneas de producción completas en el entorno virtual. Como resultado, las fuentes de error pueden identificarse y, los errores, prevenirse antes de que se ponga en marcha el proceso de fabricación real. Esto ahorra tiempo y sienta las bases para una producción en masa personalizada, ya que incluso los planes de producción más complejos pueden calcularse, probarse y programarse con un coste y un esfuerzo mínimos en muy poco tiempo.
El gemelo digital del rendimiento es diferente. Aunque muchos fabricantes ya utilizan los del producto y la producción, carecen de la capacidad para habilitar completamente el gemelo digital del rendimiento y crear el bucle de retroalimentación necesario para dar lugar a un gemelo digital de bucle cerrado. Para ello, es necesaria una solución de IoT basada en la nube que no solo pueda supervisar los activos de forma remota, sino que también se integre sin problemas con las demás tecnologías utilizadas en los modelos de producto y producción.
El hilo digital
El concepto "hilo digital" está relacionado con el gemelo digital. El hilo digital recopila información y datos sobre modelos, procesos y recursos, desde los requisitos hasta el diseño y la ingeniería y el uso para el gemelo digital. Y, lo hace en todas las áreas funcionales y para todas las partes interesadas. Así, donde el gemelo digital puede considerarse como la entidad virtual que puede predecir el rendimiento, el hilo digital realiza un seguimiento de la evolución del gemelo digital y ayuda a mantenerlo actualizado y vigente.
Siemens es la empresa más innovadora en este campo: la única que ofrece un gemelo digital de bucle cerrado (ver figura abajo). Su solución de IoT industrial como servicio añade el gemelo digital del rendimiento a un ya robusto gemelo digital del producto y de la producción. El hilo digital completo se gestiona con soluciones de software integradas -CAD, CAM, CAE, PDM e IoT-, lo que favorece la transparencia operativa y un gemelo digital de bucle cerrado que abarca la totalidad de la empresa y todo el ciclo de vida del producto. Con todos los procesos conectados y actualizados en tiempo real, puedes aprovechar el gemelo digital de bucle cerrado para impulsar un mantenimiento más inteligente en todos los productos, plantas, sistemas y máquinas.

La columna vertebral de la industria futura
Los gemelos digitales serán la base de la innovación del futuro debido a su capacidad de ofrecer representaciones virtuales de productos, sistemas y ciudades del mundo real.
Por ejemplo, el gemelo digital de un motor eléctrico no solo muestra la forma, sino que también analiza sus funciones: desde la rotación del eje hasta la conductividad térmica, pasando por los datos de los sensores. Es más, el gemelo digital evoluciona continuamente gracias al flujo de datos, a las opiniones de los usuarios y a nuevas aportaciones. Y, esto tiene un gran impacto en el desarrollo, la producción y el funcionamiento.
Durante su desarrollo, puede simularse y probarse el comportamiento de un producto mucho antes de que se haya construido un prototipo físico. Siemens utilizó el gemelo digital para desarrollar un motor eléctrico de avión que pesa 50 kilogramos y que es cinco veces más potente que otros motores eléctricos comparables.
Pero, la cosa no acaba ahí. Los gemelos digitales también dan rienda suelta al poder de la impresión en 3D. En un estudio reciente sobre sistemas de mezcla de gases, se combinaron los conocimientos de la simulación del comportamiento de la forma y el flujo con algoritmos generativos. ¿El resultado? Una forma y una configuración de canal realmente únicas, mucho más eficaces que las diseñadas anteriormente.
En el ámbito de la producción, se pueden simular y probar desde máquinas individuales hasta fábricas enteras. Por ejemplo: los robots. Para ellos resulta difícil realizar tareas de fresado porque las grandes fuerzas del proceso de fabricación provocan movimientos imprecisos. Pero, con un gemelo digital, las fuerzas que alejan al robot de la trayectoria de fresado pueden calcularse y compensarse en tiempo real para mantener al robot en su trayectoria.
En cuanto a las operaciones, los gemelos digitales pueden comparar los datos de los sensores de un punto determinado, en tiempo real, gracias a la simulación del mismo. La disponibilidad del punto en paralelo a las operaciones puede predecirse de forma fiable y las interrupciones repentinas pasan a ser cosa del pasado.
Y, esto es solo el principio. La fusión del gemelo digital con la inteligencia artificial permite a los ordenadores diseñar de forma independiente productos avanzados.
El gemelo digital rompe con los paradigmas tradicionales y abre las puertas a posibilidades extraordinarias. Por eso, los gemelos digitales son la base de la innovación del futuro.
Apoyo a la sostenibilidad
Hoy en día, la sostenibilidad ambiental se ha convertido en una prioridad no solo para los consumidores, sino también para las empresas. El uso del Gemelo Digital emerge como un poderoso aliado en esta misión. Creando una réplica digital precisa de un sistema físico, un gemelo digital permite realizar simulaciones detalladas y análisis predictivos en un entorno virtual. Esto es especialmente útil para probar la eficacia de nuevas estrategias de sostenibilidad, como la optimización del uso de la energía o la reducción de emisiones, sin interferir con el sistema físico real.
Además, el Gemelo Digital puede ayudar a las empresas a identificar puntos críticos en sus procesos que podrían mejorarse para reducir el desperdicio y el uso ineficiente de los recursos. Esto no solo contribuye a reducir el impacto ambiental, sino que también puede llevar a ahorros económicos significativos.
Finalmente, el uso del Gemelo Digital facilita la recopilación de datos precisos que pueden utilizarse para informes de sostenibilidad, proporcionando así una mayor transparencia a los interesados y a los reguladores. De esta manera, las empresas no solo pueden hacer su parte para un futuro más sostenible, sino que también pueden demostrarlo de manera tangible.
Los beneficios del uso del Gemelo Digital
El gemelo digital incluye toda la información necesaria para predecir, continuamente, el rendimiento del producto, la vida útil restante o, en el caso de algunas aplicaciones, incluso las probabilidades de éxito de una misión. También, puede predecir la respuesta del sistema a eventos críticos para la seguridad y comparar las respuestas previstas y las reales para detectar problemas, previamente desconocidos, antes de que se vuelvan críticos.
En última instancia, si están disponibles al máximo de sus capacidades, los gemelos digitales podrían ser capaces de mitigar los daños o la degradación. Podrían activar mecanismos de autocuración o recomendar cambios en el perfil de una misión para disminuir las cargas y, así, aumentar tanto la vida útil como las probabilidades de éxito de la misión. O, podrían sugerir actualizaciones de los sistemas inteligentes para mejorar el rendimiento del producto y reducir el consumo de combustible.

Libro blanco
Maturing simulation and test capabilities for the digital twin
Este libro blanco de Siemens explica qué es un gemelo digital, su valor y cómo las empresas pueden sacarle partido.
Además, se presenta la cartera de productos Simcenter.







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