Gemelos digitales: ¿qué son y cuáles son sus beneficios?

¿Qué son los gemelos digitales?

 

Un gemelo digital es como una versión en línea de algo real, como un objeto o sistema. Desde su creación hasta su funcionamiento actual, se actualiza con datos en tiempo real. Usa simulaciones, machine learning y razonamiento para ayudar en la toma de decisiones.

 

 

¿Cómo surgieron?

 

La historia de los gemelos digitales tiene sus raíces en el pasado, mucho antes de que se acuñara el término oficialmente en la década de 1990. Si retrocedemos en el tiempo, veremos que la esencia de la tecnología de los gemelos digitales se gestaba desde hace décadas.

Aunque el término «gemelos digitales» se mencionó por primera vez en 1991 en el libro «Mirror Worlds» de David Gelernter, fue el Dr. Michael Grieves, un profesor de la Universidad de Michigan, quien aplicó por primera vez este concepto a la fabricación en 2002, marcando un hito al formalizar el concepto de software de gemelos digitales. Luego, en 2010, John Vickers de la NASA introdujo el término «Digital Twin».

Sin embargo, la idea subyacente de emplear gemelos digitales para estudiar objetos físicos tiene una historia más antigua y fascinante. Se puede rastrear su uso hasta las misiones de exploración espacial de la NASA en la década de 1960. Durante esta época, cada nave espacial fue replicada exactamente en una versión terrestre. El personal de la NASA, incluyendo a las tripulaciones de vuelo, utilizó estas réplicas para estudios detallados y simulaciones que ayudaron a comprender y abordar desafíos antes de las misiones reales.

Así, aunque los términos y la formalización de los gemelos digitales llegaron más tarde, el concepto fundamental de crear réplicas virtuales para comprender mejor objetos físicos y sistemas ya estaba arraigado en los esfuerzos pioneros de la NASA décadas atrás. Esta historia nos muestra cómo la evolución de los gemelos digitales ha sido una combinación de avances tecnológicos, adaptaciones creativas y la aplicación práctica de ideas que se remontan mucho tiempo atrás.

 

¿Cómo funciona un gemelo digital?

 

Un gemelo digital es esencialmente una réplica virtual detallada de un objeto físico o sistema. Imagina que es como un hermano virtual de algo tangible, como una maquinaria compleja o incluso una red eléctrica. Este «gemelo» digital no solo se ve y se comporta como su contraparte real, sino que también está conectado a una red de sensores que capturan una enorme cantidad de información sobre su funcionamiento.

Estos sensores registran datos cruciales sobre el rendimiento del objeto físico: desde la producción de energía y la temperatura hasta las condiciones ambientales que lo rodean. Estos datos son como el ADN del gemelo digital, ya que se transmiten y procesan en un sistema computarizado para alimentar y actualizar constantemente la versión virtual.

¿Y para qué sirve esto? Bueno, una vez que se procesan estos datos, el gemelo digital se convierte en una herramienta invaluable. Se utiliza para realizar simulaciones detalladas, permitiendo estudiar a fondo el comportamiento del objeto físico en diferentes escenarios. Además, se puede emplear para detectar posibles problemas de rendimiento antes de que ocurran en la realidad, y también para probar nuevas estrategias o mejoras que podrían optimizar su funcionamiento.

El objetivo final es generar conocimientos y soluciones que se puedan aplicar directamente al objeto físico original. Este proceso de retroalimentación continua entre el gemelo digital y su contraparte real ayuda a mejorar constantemente el rendimiento, la eficiencia y la fiabilidad del objeto físico, lo que tiene un impacto significativo en diversos sectores, desde la industria manufacturera hasta la gestión de la energía y más allá.

 

Gemelos digitales vs Simulaciones

 

Los gemelos digitales y las simulaciones comparten el uso de modelos digitales para recrear procesos, pero sus diferencias son notables. Mientras que una simulación se enfoca en un proceso específico, un gemelo digital es un entorno virtual completo, lo que lo hace más valioso para el análisis.

La escala es la principal diferencia: una simulación típicamente aborda un solo proceso, mientras que un gemelo digital puede ejecutar múltiples simulaciones, explorando así diversos procesos de manera autónoma.

Las disparidades no se detienen allí. Las simulaciones suelen carecer de datos en tiempo real, al contrario de los gemelos digitales, que se basan en un flujo constante de información bidireccional. Estos gemelos están diseñados para recibir datos de sensores, procesarlos y luego retroalimentar el conocimiento al objeto físico.

Gracias a esta capacidad de tener datos actualizados y su potencia computacional, los gemelos digitales pueden abordar una amplia gama de áreas y puntos de vista, lo que los hace más eficientes para mejorar productos y procesos que las simulaciones estándar.

 

 

Tipos de gemelos digitales

 

Existen diversas categorías de gemelos digitales que varían según la profundidad con la que representan un producto. La principal disparidad entre ellos radica en su campo de uso. Es habitual encontrar múltiples tipos de gemelos digitales operando simultáneamente en un sistema o proceso. Vamos a revisar los tipos de gemelos digitales, sus distinciones y cómo se aplican:

1. Componentes gemelos o partes gemelas: 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.
2. Duplicados de activos: 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.
3. Gemelos de sistemas o unidades: 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.
4. Gemelos de procesos: 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.​

 

¿Qué beneficios tienen?

 

Los gemelos digitales brindan una serie de ventajas que transforman la forma en que investigamos, diseñamos y gestionamos productos:

1. 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.
2. 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.
3. 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.

Estas ventajas no solo agilizan el proceso de diseño y producción, sino que también tienen un impacto positivo en la sostenibilidad y en la toma de decisiones responsables, permitiendo a las empresas optimizar continuamente sus procesos y productos para el mundo en evolución.

 

 

Mercado de los gemelos digitales

 

Aunque los gemelos digitales son valorados por sus ventajas, su aplicabilidad no es universal entre todos los fabricantes o productos. No todos los objetos requieren la complejidad o el constante flujo de datos que demandan los gemelos digitales. Además, desde una perspectiva financiera, invertir recursos considerables en la creación de un gemelo digital no siempre resulta rentable, ya que replicar exactamente un objeto físico puede aumentar significativamente los costos de producción.

Sin embargo, existen ciertos tipos de proyectos que se benefician considerablemente del uso de modelos digitales:

1. Grandes proyectos físicos, como edificaciones imponentes, puentes desafiantes y otras estructuras complejas que están sujetas a estrictas normativas de ingeniería.
2. Proyectos con intrincaciones mecánicas, como turbinas de reacción, vehículos automotores y aeronaves. Los gemelos digitales desempeñan un papel crucial en la mejora de la eficiencia en maquinaria compleja y motores de gran envergadura.
3. Equipos de potencia, englobando tanto los mecanismos de generación como de transmisión de energía.
4. Proyectos de manufactura, donde los gemelos digitales sobresalen al optimizar la eficiencia de los procesos. Esto es especialmente relevante en entornos industriales, como sistemas de máquinas interconectadas.

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

 

¿Crecerá este mercado?

 

El mercado de gemelos digitales está creciendo rápidamente, lo que sugiere que, aunque ya se utilizan en varias industrias, su demanda continuará en alza por un tiempo considerable. En el año 2020, este mercado tenía un valor de 3,1 mil millones de dólares. Según algunos analistas de la industria, se espera que este valor aumente significativamente, posiblemente hasta alcanzar los 48,2 mil millones de dólares para el año 2026.

 

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