Si ha seguido las noticias relacionadas con el desarrollo de productos, el análisis predictivo o
Vigilancia medioambiental basada en el Internet de las CosasEn los últimos años, es más que probable que haya escuchado el término "gemelo digital" o "modelado de gemelos digitales". Pero, ¿qué es exactamente un gemelo digital? En términos sencillos, es una representación virtual de un objeto, dispositivo o estructura física que existe en el mundo real.
Hay mucho más en esta innovadora tecnología, y nos adentraremos en las implicaciones de sus casos de uso en rápida evolución en la fabricación, la atención sanitaria y la gestión de la cadena de suministro, entre otros sectores. Pero primero, es importante entender qué ha llevado a un interés e inversión generalizados en el desarrollo de gemelos digitales y los casos de uso que se ven hoy en día.
Los gemelos digitales existen desde los años 60La innovación en este ámbito no se ha disparado hasta hace poco tiempo, cuando se popularizó a partir de 2002. A medida que las capacidades digitales se han ido convirtiendo en el centro de la experiencia del cliente y de las operaciones,
conocimientos basados en datos se han convertido en la fuerza que impulsa la innovación y la generación de valor.
Como resultado, los gemelos digitales están empezando a optimizar el desarrollo y el rendimiento de los productos y procesos. Exploremos cómo.
¿Qué es la tecnología Digital Twin?
Empecemos con una definición de gemelo digital. Los gemelos digitales son modelos virtuales basados en datos recogidos en tiempo real mediante sensores conectados. Estos gemelos virtuales, como se les llama a veces, están diseñados para reflejar objetos, máquinas y procesos del mundo real, lo que permite a los diseñadores de sistemas y al personal técnico simular las propiedades físicas y el rendimiento del sistema del mundo real.
En
proceso de hermanamiento digital crea una representación digital que puede actualizarse a medida que la versión física cambia con el tiempo, ya sea por las condiciones ambientales o por una reparación. Para captar estos cambios, el objeto debe estar dotado de
IoT sensores diseñados para capturar y transmitir datos sobre las características físicas y el rendimiento del objeto o dispositivo.
Esta información puede incluir la forma del objeto, el uso de energía, los niveles de tensión del material, la temperatura o el rendimiento. A continuación, la información recopilada se procesa y se utiliza para crear o actualizar la representación virtual.
Una vez creados, los gemelos digitales pueden utilizarse para ejecutar
dos tipos de simulaciones:
- Basado en el presente: Visualizar cómo reaccionaría el objeto físico si se modificaran las condiciones actuales.
- Basado en el futuro: Realización de simulaciones predictivas para mostrar las respuestas a las condiciones futuras.
¿Cuáles son los tipos de gemelos digitales?
En general, la forma en que se crean los gemelos digitales - utilizando
IoT dispositivos y software - es bastante coherente independientemente del tipo de objeto, equipo o proceso que se represente digitalmente.
La complejidad de un gemelo digital puede variar significativamente, ya que la cantidad de datos necesarios depende del uso previsto para la representación virtual. A menudo, las organizaciones crean un prototipo inicial del gemelo digital para determinar la mejor manera de incorporar todos los datos necesarios.
Hay
tres tipos funcionales de los gemelos digitales utilizados habitualmente:
- Gemelos de estado: Se utilizan para controlar el estado físico de los objetos y equipos físicos
- Gemelos de operaciones: Se utilizan para que los usuarios puedan ajustar los parámetros de funcionamiento en función de las acciones o los flujos de trabajo vinculados
- Gemelos de simulación: Se utilizan para predecir cómo responderá el objeto o dispositivo a las condiciones de funcionamiento en el futuro, lo que resulta útil para el mantenimiento predictivo y el desarrollo de productos
¿Cómo se utiliza la tecnología de gemelos digitales?
Dado que existen tantas variantes de diseño de gemelos digitales, también hay numerosas formas de clasificar los diseños y las funciones de estas réplicas virtuales.
Por ejemplo, una organización puede necesitar todos estos sistemas
arquitecturas de gemelos virtuales:
- Gemelos digitales discretos: Se utilizan para visualizar, supervisar y analizar un único dispositivo
- Gemelos digitales compuestos: Formados por múltiples gemelos digitales discretos para representar un dispositivo o proceso con múltiples componentes
- Un gemelo digital de una organización (DTO): Una representación altamente compleja de los componentes e interacciones de toda una organización
Entonces, para cualquiera de esas tres arquitecturas de sistemas de gemelos digitales, la forma en que se pueden utilizar los datos puede caer en
cinco categorías o niveles:
- Los gemelos descriptivos son representaciones virtuales de un objeto o dispositivo que pueden editarse y analizarse con el software de modelado de información de edificios (BIM) en 3D.
- Los gemelos informativos llevan el hermanamiento digital un paso más allá, y toman los datos físicos y operativos de los sensores de IoT en el objeto o dispositivo de interés y actualizan la réplica virtual en tiempo real para que coincida con su homólogo del mundo real.
- Los gemelos predictivos combinan los datos en tiempo real utilizados para crear gemelos informativos con datos contextuales adicionales y análisis predictivos. Esto permite modelar y realizar simulaciones basadas en el presente que pueden identificar o predecir problemas de rendimiento o integridad estructural.
- Los gemelos integrales utilizan modelos más avanzados para predecir cómo responderá el objeto o dispositivo presentado en escenarios futuros que aún no se han producido. El análisis prescriptivo utilizado para este tipo de gemelos digitales puede informar de las recomendaciones sobre los pasos a seguir (por ejemplo, el mantenimiento o el diseño del producto).
- Los gemelos autónomos también utilizan simulaciones basadas en el futuro, junto con algoritmos avanzados, para tomar decisiones basadas en la inteligencia artificial y el aprendizaje automático (AI/ML) para responder a las condiciones cambiantes del entorno, basándose en el rendimiento o el estado físico del objeto en el pasado.
¿Qué sectores utilizan hoy los gemelos digitales?
La tecnología de gemelos digitales puede utilizarse para crear valor empresarial de diversas maneras. Todo depende de la variedad de fuentes de datos, del tipo funcional (es decir, discreto, compuesto o DTO) y del nivel (es decir, descriptivo, informativo, predictivo, exhaustivo o autónomo) de la representación virtual creada.
La tecnología de gemelos digitales puede adaptarse para beneficiar a organizaciones de casi todos los sectores, y algunas de las industrias que utilizan gemelos digitales hoy en día incluyen en múltiples espacios verticales donde
Digi ofrece soluciones tecnológicas para IoT desarrollo de productos, redes, automatización, análisis predictivo y el futuro de la Industria 4.0:
- Fabricación: Esta tecnología puede utilizarse para visualizar, supervisar y mejorar los procesos de fabricación en la planta de producción. Con gemelos digitales completos o autónomos, las organizaciones pueden incluso identificar formas de evitar daños en los activos y pérdidas de ingresos en el futuro.
- La sanidad: En la actualidad, los gemelos digitales se utilizan con mayor frecuencia en tres tipos de casos de uso sanitario:
- Simulación y prueba de diferentes modelos de organización y prestación de cuidados
- Formación para procedimientos quirúrgicos invasivos y
- Genoma, estilo de vida y modelización fisiológica para desarrollar una medicación personalizada.
- El sector aeroespacial: El hermanamiento digital se utilizó por primera vez en laingeniería aeroespacial , y ahora los ingenieros de este campo pueden utilizar mejor el análisis predictivo para probar los componentes y las piezas en busca de fallos sin arriesgar los costosos equipos o la seguridad.
- Automoción: Además de mejorar la fabricación estándar en la industria del automóvil, el hermanamiento digital también se está utilizando para ayudar a desarrollar vehículos autónomos. Los coches de conducción autónoma requieren IoT sensores que recogen datos sobre el estado del coche y su entorno. Las réplicas virtuales pueden utilizarse para probar el funcionamiento del vehículo en diversos escenarios.
- Construcción e ingeniería: Los gemelos digitales de los edificios pueden utilizarse para diseñar arquitecturas de edificios que se adapten mejor a su entorno y para supervisar los edificios existentes para detectar fallos en los materiales, reduciendo el riesgo de colapso y apoyando el mantenimiento predictivo.
Casos generales de uso de la tecnología de gemelos digitales
Antes de que se pueda implementar un caso de uso específico de la industria, los desarrolladores y los científicos de datos deben trabajar juntos para determinar exactamente qué componentes deben representarse. Y el mismo objeto del mundo real podría requerir entradas de datos radicalmente diferentes en función del
objetivo final del modelo de gemelo digital:
- Materiales o componentes
- Un activo o producto completo
- Un sistema
- Un proceso
Exploremos tres amplias categorías de casos de uso que la tecnología de gemelos digitales puede ayudar a acelerar y mejorar.
Desarrollo y diseño de productos
Las organizaciones invierten mucho en el desarrollo y el diseño de productos para seguir siendo competitivas, especialmente en sectores como el de la automoción, el farmacéutico y el manufacturero, entre otros. Además, las empresas siempre buscan formas de desarrollar productos más rápidamente sin sacrificar la calidad y la adecuación del producto al mercado.
Los gemelos digitales pueden ayudar a mejorar el desarrollo y el diseño de los productos, ya que permiten a los equipos de producto:
- Pruebas de resistencia de materiales mediante simulaciones virtuales
- Incorporar a las representaciones virtuales los primeros comentarios sobre los prototipos físicos
- Crear varias versiones del producto a la vez para probarlo y recabar opiniones
Optimización de procesos y operaciones
Las organizaciones actuales también quieren optimizar sus procesos y operaciones internas, ya sea en la planta de producción, en la cadena de suministro o en la planificación de recursos empresariales. La creación de gemelos digitales puede ayudar a las empresas a mejorar:
- Analizar los resultados de la producción y planificar formas de mejorar la productividad y la eficiencia
- Identificar áreas de desperdicio y pérdida de tiempo y probar simulaciones sobre cómo reducirlas
- Implantar el mantenimiento predictivo o las operaciones autónomas que protegen los equipos, sistemas o procesos valiosos de costosos daños o tiempos de inactividad
Vigilancia medioambiental y respuesta a las catástrofes
Al desarrollar gemelos digitales de los procesos de fabricación, agrícolas o de la cadena de suministro, las organizaciones pueden responder más rápidamente cuando
condiciones ambientales o el fallo de un equipo expone a su centro y a su personal a condiciones inseguras o pone a la
el medio ambiente local en peligro. Las alertas activadas con gemelos digitales más complejos también pueden ayudar a los directores de obra y a los empleados a responder con rapidez y eficacia para reducir los riesgos para la salud pública y la seguridad del medio ambiente cuando se produce una catástrofe.
¿Cuál es el valor de la tecnología Digital Twin?
Se espera que el mercado mundial de la tecnología de gemelos digitales siga experimentando un crecimiento explosivo en los próximos años, con una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) prevista de
31,7% a partir de 2022-2027. Esto se debe a que el uso de modelos de gemelos digitales no sólo aumenta la productividad y la eficiencia, sino que también ayuda a acelerar la innovación.
Aumentar la productividad y la eficiencia con los gemelos digitales
Hay un sinfín de escenarios en los que la creación de gemelos digitales puede proporcionar información y valor. Con los avances en el modelado de la IA y la recopilación de datos habilitada por IoT, las empresas pueden predecir mejor cómo reaccionarán los productos, los equipos y los procesos ante nuevas condiciones ambientales o factores de estrés.
En lugar de crear un costoso prototipo para probar o reaccionar después de que se produzca un incidente, las empresas pueden explorar los posibles efectos en un entorno virtual. Eso da lugar a
velocidad al valor a un coste significativamente menor, que es precisamente la razón por la que el hermanamiento digital ha crecido rápidamente en los últimos años.
Utilizar el hermanamiento digital para acelerar la innovación
Aunque los gemelos digitales se utilizan para representar lo que ya existe, en realidad son una de las mejores vías para
alcanzar la innovación que está por venir. La creación de gemelos digitales permite a los diseñadores de productos, desarrolladores, ingenieros y científicos de datos colaborar y prever futuras versiones de un material, producto o proceso, al tiempo que se simulan diversos escenarios para evaluar el rendimiento.
Como resultado, la tecnología de gemelos digitales puede ayudar a las organizaciones a determinar qué caminos tomar para alcanzar la innovación y ofrecer valor más rápidamente, con menos tiempo, esfuerzo y coste.
El hermanamiento digital y el futuro de las ciudades inteligentes
Hoy en día, las empresas de todos los sectores están muy interesadas en encontrar
soluciones tecnológicas ecológicas que reduzcan su impacto medioambiental y mejoren su productividad, al tiempo que reducen los costes operativos. Las empresas necesitan soluciones basadas en IoT para respaldar muchas de las
soluciones de sostenibilidad que pueden ayudarles a reducir su impacto medioambiental y a evitar o responder cuando se produzcan catástrofes.
Supervisar cómo responden los equipos y los materiales a las distintas condiciones ambientales no sólo ayuda a realizar un mantenimiento predictivo, sino que también contribuye a mejorar la supervisión general del medio ambiente. En el futuro, los gemelos digitales a nivel de sistema pueden ayudar a acelerar el desarrollo de
ciudades inteligentes que pueden equiparse con sensores habilitados en IoT y optimizarse para utilizar los recursos públicos de forma más eficiente, rentable y respetuosa con el medio ambiente.
Todavía hay
retos a superar para hacer realidad este futuro. Las organizaciones deben encontrar soluciones que les ayuden:
- Recoger eficazmente datos de diversas fuentes en lugares remotos distribuidos
- Mantener normas de datos coherentes para facilitar la integración y el análisis
- Coordinar el intercambio de datos entre organizaciones y municipios garantizando la seguridad
Pero con el derecho
gestión de infraestructuras a distancia y dispositivos seguros IoT , las organizaciones modernas pueden aprovechar fácilmente las ventajas de productividad e innovación que ofrecen las aplicaciones de hermanamiento digital.
Cómo Digi Solutions puede dar vida a un modelo de gemelo digital
Las soluciones de Digi IoT conectan el mundo físico con el mundo digital, proporcionando datos de máquinas y sensores en tiempo real procedentes de los dispositivos de IoT para alimentar estos datos en modelos y algoritmos de IA/ML que construyen gemelos digitales.
Más información sobre cómo
Soluciones Digi y
Servicios profesionales Digi puede ayudar a su organización a dar vida a los gemelos digitales, ayudándole a mejorar los productos, los procesos y los sistemas de su organización, al tiempo que acelera su camino hacia la innovación, siguiendo nuestro blog o poniéndose en contacto con nosotros.
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