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Gemelo digital o realidad aumentada en la industria

Gemelo digital o realidad aumentada en la industria

La realidad aumentada es el presente de la industria actual. La digitalización de todos los procesos de la industria no tiene vuelta atrás, enriqueciendo la industria 4.0. El gemelo digital (digital twins) es uno de estos avances, que introduce la realidad aumentada, a través del modelado 3D, en la industria.

Historia del gemelo digital

Estamos inmersos en una nueva revolución industrial. Si en el siglo XVIII vino de la mano de la facturación del textil o el ferrocarril, ahora, más de 200 años después, llega con la digitalización de las plantas o la industria 4.0. Uno de los elementos esenciales en este proceso son los gemelos digitales, que permiten hacer una copia digital de elementos o procesos y tiene multitud de usos en industria, todos para ser más eficientes.

Puede sonar a tecnología moderna y futurista, pero el gemelo digital encuentra su origen en los años 80. Concretamente, en las simulaciones de la NASA sobre el comportamiento de las naves o equipamientos para asegurar la viabilidad de sus misiones y la integridad física de los astronautas.

No es hasta principios de los 2000, cuando el ingeniero informático Michael Grieves hace alusión por primera vez al término en una conferencia sobre la gestión del ciclo de vida de los productos en la Universidad de Michigan, junto al director de tecnología de la NASA, John Vickers.

Entonces, se hablaba de la posibilidad de crear representaciones digitales de sistemas físicos que tuvieran entidad por sí mismas. Casi 20 años después, en 2018, el gemelo digital entró en la lista de las 10 tendencias tecnológicas de la consultora Gartner y, actualmente, su uso se ha podido extender a otros ámbitos, organizaciones y sectores.

¿Qué es exactamente un gemelo digital?   

Es una réplica exacta de un producto o servicio con las mismas prestaciones o funcionalidades del original. El “digital twins” permite interaccionar con él, hacer pruebas, ver resultados, etc. sin correr los riesgos de hacerlo con el real.

La ingeniería es necesaria para implantar la industria 4.0. Es la herramienta que permite que existan las copias o gemelos digitales. En el ámbito industrial las plantas se construyen por niveles, siendo el 1 la versión más básica del gemelo (es solo el mapa digitalizado), y el 5 la más perfecta donde miles de objetos inteligentes interaccionan con la información a tiempo real, reproduciendo predicciones sobre el comportamiento de la planta física real.

El gemelo digital se sustenta sobre procesos de automatización y digitalización característicos de la industria 4.0 como la Inteligencia Artificial, Big Data, o Internet de las cosas.

Ventajas de un gemelo digital

Poner en práctica esta tecnología supone una mejora en la competitividad de las plantas industriales ya que un gemelo digital:

  1. Permite hacer análisis exhaustivos y precisos de los parámetros y situaciones que pueden afectar al objeto físico real y predecir posibles incidentes, ahorrando tiempo y dinero en la toma de decisiones.
  2. Posibilita la planificación en la producción, tanto para introducir productos nuevos como para personalizarla según el cliente.
  3. Ayuda a encontrar áreas críticas de los proyectos a las que hay que prestar atención. Esto es fundamental para evitar problemas o encontrar soluciones rápidas y seguras.
  4. Mejora el proceso de formación del equipo humano. Permite a los interesados entender la maquinaria y los procesos sin necesidad de desplazamientos para la observación física.

El gemelo digital permite tener una recreación virtual de la realidad del ente simulado. En este sentido, se hace necesaria la recopilación de grandes volúmenes de información que permitirán que el gemelo sea más o menos fidedigno y, por tanto, haga predicciones más o menos exactas. Por ello, las herramientas de IA, IoT y Big Data que participan en el proceso deben contar con la potencia y capacidad de almacenaje suficiente.

Las simulaciones son el resultado de la unión del uso de Inteligencia Artificial (IA) e IoT (“Internet of Things”). La información se capta mediante sensores de IoT, que la recopilan en tiempo real, la envían a sistemas “cloud” y, con herramientas de IA, realizan el análisis y la respuesta a todos los datos.

Finalmente, se presenta la simulación con un dispositivo de realidad virtual (VR) para que la experiencia sea lo más cercana a la realidad posible y los operadores humanos puedan generar respuestas en las entidades físicas reales.

En Eman Ingeniería, convencidos de la importancia de la ingeniería para implantar la industria 4.0, la sustitución de los sistemas tradicionales de flujo de información y control de procesos por la hiperconectividad y automatización, ya trabajamos en el modelado de instalaciones gracias al láser 3D, un escáner que nos permite obtener coordenadas geográficas, realizar mediciones, visitas virtuales, reproducción digital… Es la herramienta que permite que existan las copias o gemelos digitales.

Gemelos digitales para pymes

Según el estudio Smart Industries, el 70% de las empresas industriales ya se encuentran inmersas en un plan de digitalización con datos como un 9% de crecimiento en aquellas que han automatizado sus procesos. Esto muestra que el modelo de industria 4.0 es cada vez más real.

En las empresas medias la digitalización y automatización, y los gemelos digitales en concreto, son útiles para el análisis de riesgos, simulaciones, pruebas de modelos de negocio y el enriquecimiento de los ensayos con interacciones a tiempo real.

A la hora de implementar la tecnología de los gemelos digitales, se debe hacer una transformación completa de la empresa hacia una digitalización casi total. Esto supone superar algunos retos como la monitorización masiva con arquitectura de integración y automatización industrial, o el aumento de los sistemas de almacenamiento de información, gestión y análisis de datos.

En el caso de las pymes, se recomienda comenzar la adaptación paulatinamente y crear gemelos de objetos o grupo de productos que almacenen los datos proporcionados. Así, se configura un punto de partida del hilo conductor de información, minimizando los riesgos.

¿Cuáles son los usos del gemelo digital?

Aunque ya en los años 80 la NASA trabajaba con este concepto, realizando simulaciones gracias a copias de sus productos e instalaciones sin poner en riesgo a sus equipos de profesionales, es ahora cuando el gemelo digital está despegando y tiene usos en diferentes áreas, y no sólo de la industria. Por ejemplo:

La bajada del coste permite obtener energía más barata y libre de emisiones contaminantes, pero, además, consigue la integración de esta instalación y las plantaciones agrícolas.

  • Visitas virtuales. Realiza un escaneo de tus instalaciones, reales o en proyecto.
  • Formación. Permite la formación en entornos reales simulados, ahorrando costes, disminuyendo los riesgos.
  • Seguridad. ¿Necesitas estudiar una infraestructura sin necesidad de acceder a ella? Haz pruebas de tus proyectos o instalaciones antes de que sea real.
  • Rendimiento. Haz un gemelo digital de toda tu infraestructura: analiza, captura, opera… sobre los datos de tu industria. Analízate y optimízate al máximo.

Caso real: Gemelo digital de un sistema de tuberías y equipos

Desde 2018 los gemelos digitales se han convertido en un activo fundamental de muchas empresas relevantes, incluso en ciudades que ya cuentan con un modelo simulado, como Singapur.

  • General Electrics: busca una solución para proteger las turbinas de viento de su plataforma IoT de los vendavales del Atlántico Norte mediante los gemelos digitales.
  • Rolls Royce: quiere hacer mejoras en el diseño de sus motores de avión apoyándose en gemelos digitales.

En el sector aeroespacial las simulaciones han encontrado su hueco desde el comienzo. Nacieron en la NASA y a día de hoy se han convertido en elemento fundamental, por lo complejo de sus productos y la problemática en seguridad que supone cualquier fallo no detectado. Este riesgo se reduce gracias a las predicciones de los “digital twins”.

  • Sacyr: tiene un proyecto de gestión de plantas industriales de agua mediante gemelos digitales.

En Eman Ingeniería ofrecemos a nuestros clientes la posibilidad de contar con este modelado 3D, adaptándolo a sus necesidades. Os mostramos un trabajo real, con el que creamos el gemelo digital de un sistema de tuberías y equipos.

A partir de la tecnología láser generamos la nube de puntos y, sobre ésta, modelamos y recreamos las tuberías y equipos del cliente. Nos permite trabajar sobre la realidad de las instalaciones existentes.