Gemelos digitales

Se aproxima la revolución industrial 4.0, todo gracias a los avances en la tecnología. Esta vez los motores, grúas, aerogeneradores y otros equipos industriales tienen la capacidad de comprenderse entre ellos mismos, además de comunicarse en lenguaje natural con los ingenieros. Todo gracias a la tecnología disruptiva de los gemelos digitales. Esta tecnología reducirá costes, optimizará la producción y contribuirá a la creación de nuevos productos.

Esta tecnología de gemelos digitales, en ingles digital twins, se refiere a la unión del mundo físico y virtual a través de la realización de una réplica virtual a imagen y semejanza de un determinado producto, servicio o proceso (una fachada de un edificio, una turbina de avión, entre otros), al que se le añaden datos en tiempo real, captados a través de sensores o tecnologías asociadas al Big Data.

Cuando tienen toda la información recolectada, se procesa por Inteligencia Artificial, Cloud Computing y Machine Learning para dar vida a una representación que siente, piensa y actúa, simulando el comportamiento de su homólogo físico, permitiendo monitorearlo, analizar su reacción ante determinadas situaciones para prever posibles problemas, mejorar su rendimiento y eficacia pudiendo experimentar sin correr riesgos antes de lanzar nuevos proyectos o funciones.

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Gemelos digitales
Aplicación de los Gemelos Twins – ejemplos

La puesta en marcha de los gemelos digitales brinda muchas ventajas, como la aceleración de los procesos de innovación dentro de una empresa. Es por ello que cada día son más los adeptos que se integran a la era de industrias 4.0. Se trata de visionarios que conocen la cantidad de aplicaciones que ofrece ésta tecnología, que inició en el 2003, pero fue en 2017 cuando la consultora Gartner lo mencionó, y tuvo realmente su gran boom.

Las aplicaciones de los gemelos digitales en la actualidad van desde áreas como operaciones de mantenimiento y fabricación, hasta el sector de salud, favoreciendo el bienestar de los pacientes. Te detallamos tres aplicaciones, una más sorprendente que la otra.

Gemelos digitales en la empresa

 

Dentro de una empresa, son varias las áreas donde un gemelo digital puede ser potencialmente útil, dependiendo de la fase en la que se encuentre el ciclo de vida del producto. La que más se conoce es la aplicación del producto gemelo, pero no es la única y por eso, te mencionamos los cuatro principales usos de esta tecnología dentro de una empresa:

  1. Desarrollo de productos: se construye un gemelo digital del producto que se desea generar, referido a modelos 3D/CAD, éste permite definir dicho producto de forma visual previo a su fabricación, pues con los datos que se obtienen durante las pruebas y simulaciones se mejoran todos los aspectos del producto a lo largo de su desarrollo.
  2. Diseño de fábricas: al diseñar una fábrica, maquinarias, sistemas, herramientas y pruebas se usa una fábrica gemela digital, la cual ayuda a monitorizar y optimizar los procesos de producción.
  3. Registro digitalizado de un producto: para poder registrar las cifras y tiempos de producción, la precisión de los tiempos de entrega y la calidad del producto, utilizan un gemelo digital del servicio.
  4. Réplica de procesos: permite incrementar la seguridad y protección de los datos gracias a la construcción de un gemelo digital de la organización, que replique todos sus procesos de forma global y optimizada.

Ventajas para la empresa

 

Ahora bien, te damos 5 ventajas que ofrecen los gemelos digitales para que veas que son útiles en todas las áreas de una empresa:

  1. Reducción de hasta de un 30% en los plazos de ejecución, además, gracias a que los sensores suministran análisis de datos en tiempo real, mejora la eficiencia en un 20% del uso de las máquinas de fabricación.
  2. Mejora exponencialmente la comprensión y capacidad de predecir las potencialidades actuales, eficiencia y operaciones de los equipos y productos.
  3. Gracias al uso del internet de las cosas (IoT, por sus siglas en ingles), la visualización de datos y su análisis, mejora los resultados de negocio objetivamente.
  4. Otorga una visión completa de los productos y sistemas en tiempo real, motivado a la integración de gemelos digitales con la IT.
  5. Reflejan la estructura organizacional de un negocio, sus sistemas, procesos y flujos de trabajo, así que es aplicable y beneficia a cualquier área dentro de una empresa.

Las ciudades digitales

 

El uso de gemelos digitales también es extrapolable a los entornos urbanos, pues impulsa el desarrollo de ciudades inteligentes, gracias a su aplicación dentro de la ingeniería de infraestructura. Esta tecnología permite mejorar la eficacia de las operaciones regionales y urbanas, aunado infraestructuras más conectadas y resistentes.

Los gemelos digitales integran las representaciones de ingeniería y topografía en 4D con los activos físicos para dar paso a nuevos flujos de trabajo digitales colaborativos, que sean útiles tanto para ingenieros de obras públicas como para planificadores, organismos públicos, las partes interesadas de una ciudad, gestión y desarrollo de propiedades.

El entorno 4D proporcionado por la nube de los gemelos digitales, es intuitivo y envolvente, se unen el contexto digital con sus componentes de manera tal que cuenten con la cronología digital y así obtener gemelos digitales perdurables de infraestructura en vez de ciclos de vida de activos.

Además, gracias los gemelos digitales en 4D, los sistemas BIM y GIS han evolucionado eficazmente, favoreciendo a los profesionales de infraestructura.

En función de esto, a escala de ciudad, los gemelos digitales iniciaron su implementación y actualización a través de la topografía en 4D y el modelado de realidad mediante ContextCapture y Orbit GT, que proporcionan modelos 3D que funcionan a partir de fotogrametría o nubes de punto.

Gracias al desarrollo de estos modelados de realidad se obtiene un contexto preciso de ingeniería y en condiciones reales que impulsan de mejor manera la planificación, el diseño, la construcción y las operaciones, ayudando a que se modelen nuevos y mejores edificios, caminos, sistemas de tránsito, túneles, puentes, entre otros.

Por su parte, los gemelos digitales cuentan con un contexto base que incluye mallas de realidad, modelos de terreno, imágenes y fuentes GIS. Al integrarse con los modelos de ingeniería de infraestructura urbana, basados en la metodología BIM, que están alineados y cuentan con referencias geográficas, éstos potencian su eficacia y relevancia a lo largo del tiempo.

La aplicación de esta tecnología proporciona una vista contextual completa y actual de los entornos construidos, facilitándole a las empresas de ingeniería y arquitectura los nuevos desarrollos de servicios y la gestión de activos digitales a través de sus ciclos de vida, beneficiando no solo a los organismos de obras públicas si no a las ciudades en sí, dándoles a los activos rendimiento, sostenibilidad y resistencia en el tiempo.

Un ejemplo de cómo se aplica todo esto en una ciudad inteligente, es el uso de las simulaciones para evaluar la resistencia sísmica de los edificios construidos, para analizar y optimizar procesos como la evacuación de vehículos y personas en estaciones, estadios y otros lugares públicos.

Asimismo, puede ser aplicado en la red de agua urbana, contribuyendo en el trabajo de operadores de organismos de aguas residuales y blancas, proporcionando soporte operativo en tiempo real, planificación de respuestas inteligentes de suministro de agua y rendimiento optimizado.

Aunado a eso, gracias a la integración de IT (GIS) con telemetría, instrumentación, adquisición de datos, sensores y simulación hidráulica, consigue la inteligencia empresarial necesaria para dar soporte en las decisiones operativas en tiempo real, extendiéndose al control de supervisión para poder brindar ayuda a los usuarios en cuanto al monitoreo, mantenimiento y pronosticación de diversas situaciones como la calidad del agua y del sistema hidráulico.

Otros usos quizás no tan evidentes son la simulación del movimiento de personas, riesgos de inundación, el diseño inteligente de edificios y la gestión de energía mediante el seguimiento de ocupación. Incluso permite la simulación del tráfico, monitoreo y predicción de la calidad del aire, modelar infraestructuras verdes, economías urbanas circulares, y yendo mucho más allá, analizar amenazas cibernéticas.

No obstante, de acuerdo con la explicación dada por Dominique Bonte, vicepresidente de End Markets en ABI Research, los gemelos digitales no se crean para toda una ciudad, como podría pensarse, si no que se diseñan de forma específica para sistemas concretos como edificios inteligentes y todo lo que compone la ciudad, para luego integrarlos.

Singapur, una ciudad con gemelo digital

 

Como se demostró en el punto anterior, los gemelos digitales son la nueva tendencia para la planificación de las ciudades. Esto incluye los modelados espaciales del entorno, modelos matemáticos de sistemas eléctricos y mecánicos, datos de sensores en tiempo real obtenidos de plataformas de internet de las cosas (IoT).

Un ejemplo de ciudad que ya tiene gemelos digitales es Singapur. Cuenta con un Singapur Virtual, un modelo dinámico tridimensional y a su vez una plataforma de datos colaborativa que tiene por objetivo que sea utilizada por diferentes sectores para resolver los distintos desafíos de esta ciudad.

El proyecto fue impulsado por la Fundación de Investigación Nacional (NRF), la Oficina del Primer Ministro de Singapur, la Autoridad de Tierra (SLA) y la agencia de Tecnología del Gobierno (GovTech). Cada uno se encarga de distintas etapas del proyecto, como el desarrollo va a cargo de NRF, los datos de mapeo topográfico 3D van de la mano de SLA, quien será el operador y propietario del Singapur Virtual una vez se termine, y finalmente, GovTech proporciona la experiencia en tecnologías de la información y comunicaciones.

Cuando se termine dicho proyecto sus usos potenciales serán casi ilimitados para poder abordar problemas de habitabilidad, gracias al uso de las tecnologías Big Data que permiten la integración de información tanto del sector público como privado.

Parte de la información que podrá proporcionar esta plataforma de Singapur Virtual serán: variación en el día de la temperatura ambiente y la luz solar, estimar cuánta energía solar se genera en un día típico y cuál será el ahorro y coste.

En el caso de los planificadores será de utilidad para observar los efectos de la construcción de nuevas edificaciones o instalaciones sobre las condiciones ambientales de un determinado espacio, se podrán superponer mapas de calor y ruido para crear simulaciones que permitan diseñar ambientes más cómodos y frescos para los residentes.

Otra ventaja que ofrece Singapur Virtual es que cuenta con la planificación semi-automatizada, que admite procesos como filtrar edificios en función de parámetros preestablecidos y así tomar decisiones más adecuadas como por ejemplo identificar qué bloques son los adecuados para instalar paneles solares de acuerdo al número de pisos y el tipo de techo.

Todo en beneficio de desarrollar una ciudad que optimice sus recursos, más sostenible y que está diseñada pensando en quienes la habitan.

Es así cómo la tecnología de los gemelos digitales se abre paso en distintas áreas, que van más allá de las empresas, pues su potencial es casi infinito y no deja de mejorar a diario. No obstante, es importante que, si pretendes iniciar y avanzar en esta tecnología, sigas las recomendaciones de los expertos, para que así obtengas los resultados esperados.

Funcionamiento de los gemelos digitales

La esencia de un gemelo digital se basa en un programa de ordenador que coge datos de un objeto físico o sistema del mundo real, para luego producir predicciones o simulaciones de estos acerca de cómo se verán afectados por diferentes variables a futuro. Por tanto, es necesario contar con soluciones que sean capaces de recolectar la información generada por los distintos componentes del objeto real. Por ello el funcionamiento de un gemelo digital se puede detallar en varias secciones:

  1. Inicia con su construcción, realizada por especialistas en ciencias de datos o matemáticas aplicadas. Estudiarán el objeto que será duplicado en digital, mediante la instalación de sensores y otras herramientas que obtienen datos sobre todo el proceso, producto o servicio y los usan para el desarrollo de un modelo matemático que simula el objeto real, pero en digital.
  2. Una vez terminado, el gemelo sigue recibiendo información mediante los sensores que van recopilando datos de su contraparte real, pues están conectados a un sistema basado en la nube, para poder ir recibiendo y procesando información. Así, el gemelo podrá simular dicho objeto físico en tiempo real, a la vez que va dando información sobre el rendimiento y los potenciales problemas gracias a que va comparando con otros parámetros contextuales proporcionados por la nube.
  3. También se puede construir el gemelo basado en un prototipo de un modelo físico, siendo de utilidad para dar retroalimentación mientras se refina el producto.
  4. Dependiendo de la cantidad de datos usados en su construcción y actualización se obtendrá un gemelo digital con mayor o menor precisión y complejidad de la simulación del objeto real.

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