¿Se puede imaginar un mundo en el que se pueda simular el diseño de un nuevo producto o proceso antes de invertir los recursos necesarios para diseñar, poner en marcha y optimizar la producción? Los gemelos digitales, réplicas virtuales ‘vivas’ de activos físicos, hacen de este objetivo una realidad.
Como concepto, un gemelo digital no tiene una definición universal. Por ejemplo, se han identificado al menos 11 tipos diferentes de gemelos digitales, por lo general, aplicados principalmente a tres fases distintas: diseño, operación y mantenimiento. Eso equivale a más de 30 posibles casos de uso; y eso es solo aplicado a procesos de fabricación. Hay incluso más casos de uso si se consideran las fases de instalación/puesta en marcha y de desmantelamiento.
Por ejemplo, algunas empresas confían en un gemelo digital para optimizar el diseño del producto o del proceso de fabricación, mientras que otros lo utilizan para mejorar la producción del producto o el mantenimiento de la línea de producción. Ya sea que esté interesado en la fase de diseño, optimización o mantenimiento, una característica clave de los gemelos digitales es que son réplicas vivas: aprenden y cambian en respuesta a estímulos ambientales simulados.
Innumerables escenarios
Un gemelo digital se puede aplicar en numerosas aplicaciones de fabricación. Por lo general, los gemelos digitales se aplican en las siguientes tres fases: diseño, operación y mantenimiento. Además de la complejidad de estas opciones, los gemelos digitales ofrecen innumerables escenarios. Por ejemplo, se puede tener un gemelo digital de un dispositivo (como un variador o motor), un proceso, una célula de fabricación o máquina, una línea de producción completa, una planta o varias plantas (empresa), del personal e, incluso, de la conducta del cliente. Además, no hay dos que sean exactamente iguales.
Para aprovechar el potencial de un gemelo digital, primero hay que asegurarse de estar de acuerdo en la meta. Su valor se debe a la comunicación sobre el problema y al acuerdo sobre cómo utilizar el gemelo digital para resolverlo. Por ejemplo: ¿Podría utilizar el gemelo digital que desarrolló como un producto capaz de predecir cuándo será necesario el mantenimiento? ¿Se podría utilizar el gemelo digital de un dispositivo en un gemelo digital de una operación de una máquina o línea de producción?
Si ya está utilizando un gemelo digital, seguramente ya se esté dando cuenta de los beneficios. Sin embargo, puede sacar mucho más rendimiento a su gemelo digital si expande su uso y lo aprovecha entre las fases del proceso.
Los gemelos digitales ayudan a aumentar la eficacia en el proceso de fabricación, así como a establecer las bases para un mantenimiento predictivo que ayude a incrementar la productividad.
Importancia en el mundo real
El gemelo digital imita de forma virtual el funcionamiento de las máquinas, controles, procesos, flujos de trabajo y sistemas de una empresa. A través de la experimentación y las mejoras en el gemelo digital, los fabricantes obtienen información sobre los comportamientos potenciales de los activos en el mundo real:
- Experimentar con nuevas configuraciones de equipos para optimizar la calidad, la fiabilidad y la velocidad, mucho antes de que se creen los prototipos o se construyan las máquinas.
- Probar la puesta en marcha de la línea y la programación/secuenciación de la producción para optimizar las mezclas de productos y los volúmenes de una planta o cartera.
- Permitir a los empleados de producción, como gerentes, operadores de primera línea y técnicos de mantenimiento, operar y mantener de forma virtual nuevos equipos y líneas, lo que reduce al mínimo los costes derivados de los problemas de arranque (mala calidad, seguridad, paradas de máquinas) en el mundo real.
- Diagnosticar y resolver problemas de procesos y equipos antes de que ocurran, así como experimentar de forma virtual con técnicas de cambio rápido para aumentar el tiempo productivo y la productividad. Después, durante el funcionamiento del equipo, los equipos de mejora continua monitorean las cadenas de datos de los dispositivos inteligentes integrados para mejorar aún más los flujos de trabajo, los tiempos de cambio y las operaciones generales.
Rockwell Automation ha ayudado a numerosas empresas a aplicar y aprovechar los gemelos digitales. Por ejemplo, un fabricante de alimentos probó y validó la actualización de una instalación antes de la implementación, lo que le ayudó a reducir en un 80 % el tiempo improductivo y a aumentar el rendimiento en más de un 10 %.
Otra gran empresa multinacional probó virtualmente escenarios de producción (por ejemplo, aumentar la producción para una promoción de productos, cambiar a materiales de producción menos costosos), lo que le hizo ahorrar millones de dólares con el mismo equipo.
Tecnología para desarrollar gemelos digitales
Maplesoft, Encompass Product Partner de Rockwell Automation, presentó su software MapleSim en la Automation Fair de Filadelfia. El software MapleSim es una avanzada herramienta de simulación y modelado multidominio que desarrolla gemelos digitales de máquinas de producción para el diseño conceptual, la puesta en marcha virtual y el “dimensionamiento adecuado” de los componentes.
La integración del software MapleSim con Studio5000 Simulation Interface permite crear un gemelo digital de una máquina para ejecutar modelos en tiempo real. Esto permite probar el sistema en tiempo real, lo que ayuda a las empresas a reducir riesgos en el desarrollo, así como ofrecer productos de alta calidad al mercado de forma más rápida.
Como cualquier industria que se enfrenta a una competencia feroz, el mundo del diseño de máquinas está aumentando su capacidad para crear dispositivos avanzados que funcionen sin fallos.
A medida que los nuevos productos superan los actuales límites de la ingeniería, se necesitan nuevas herramientas que ayuden a los ingenieros cuando sus intuiciones y habilidades se ven sobrepasadas.
Un gemelo digital es una de estas nuevas herramientas y, a medida que continúa su adopción, se esperan ver nuevos productos que superen los límites actuales de la industria de la automatización.
El futuro de los gemelos digitales
A medida que la competencia a nivel mundial obliga a los productores industriales a aumentar su productividad, las principales empresas siguen aprovechando los beneficios que proporcionan las nuevas y revolucionarias tecnologías. La tecnología de los gemelos digitales ayuda a los fabricantes a crear productos más inteligentes dentro de los plazos y sin exceder en la inversión.
Una reciente encuesta realizada por Gartner reveló que el 13 % de los encuestados ya utilizaba gemelos digitales, mientras que el 62 % estaba en proceso de utilizarlos, o se planteaba hacerlo durante el próximo año. Este rápido crecimiento en su adopción se debe a una amplia comercialización y educación por parte de los proveedores de esta tecnología. También se debe al valor comercial que ofrecen y que los han convertido en parte de las estrategias digitales y de Internet de las Cosas a nivel empresarial.
Artículo publicado en Automática e Instrumentación
