Tecnología de gemelos digitales: 5 retos a los que se enfrentan las empresas al pasarla por alto

Una tecnología disruptiva es un producto, concepto o servicio que tiene la capacidad de redefinir la forma tradicional de hacer las cosas. Hoy en día, el concepto de gemelo digital está siendo aclamado como una tecnología disruptiva con capacidad para cambiar la forma en que diseñamos, resolvemos problemas complejos y colaboramos. De hecho, un informe de Gartner predijo que para 2021 aproximadamente el 50% de las empresas industriales integrarán el uso de tecnologías de gemelos digitales para aumentar el rendimiento de la mano de obra y la eficiencia de la fabricación. Entonces, ¿en qué consiste este concepto tecnológico disruptivo?

El gemelo digital se refiere a una réplica en tiempo real de una entidad física. Esta entidad puede ser un ser vivo, un objeto físico inanimado, así como activos, procesos y sistemas que funcionan en el mundo o entorno físico. Aunque este concepto tiene en realidad tres décadas de antigüedad, la convergencia de tecnologías emergentes como Internet de las cosas (IoT), la inteligencia artificial (IA) y el aprendizaje automático lo han llevado a nuevas cotas. Los gemelos digitales yuxtaponen estas tecnologías emergentes para crear modelos digitales de entidades físicas con la capacidad de simular en tiempo real los cambios que se producen en el modelo físico.

Un ejemplo de cómo funciona este concepto es el desarrollo del gemelo digital de un avión. Con el gemelo digital, se puede aplicar el análisis de elementos finitos (FEA) para determinar el límite de fatiga de la estructura del avión. Los resultados de esta simulación pueden utilizarse entonces para diseñar o elegir materiales más adecuados o diseñar un avión más duradero. Fuera de la fabricación, los gemelos digitales pueden emplearse en diversas industrias, incluida la sanitaria, para simular cómo reacciona el cuerpo humano ante fuerzas externas. Entre las ventajas de integrar los gemelos digitales se encuentran una mayor eficiencia en el diseño, la mejora del análisis predictivo y la colaboración, por lo que se espera que su mercado alcance aproximadamente los 15.000 millones de dólares en 2023. Los beneficios de los gemelos digitales son enormes, pero los retos a los que se enfrentarán las empresas que no los adopten son aún mayores.

En este artículo se analizan:

• Los retos a los que se enfrentan las empresas que no integran el gemelo digital en sus operaciones comerciales.
• Los efectos de no adoptar el gemelo digital.
• Las capacidades disruptivas del gemelo digital.

Los cinco retos a los que se enfrentan las empresas que no integran los gemelos digitales

Con aproximadamente el 50% de las empresas industriales integrando el uso de gemelos digitales, el 50% que no lo haga perderá definitivamente su ventaja competitiva. Esto se debe a que los gemelos digitales redefinirán las aplicaciones de simulación en tiempo real de una forma a la que el software de modelado 3D o la plataforma de modelado de información de construcción no pueden aspirar. Entre los retos que cabe esperar se incluyen:

Conservación de soluciones, diseños o datos heredados : a medida que la generación del baby boom continúa jubilándose a diario, podría perderse la probabilidad de perder los conocimientos con los que se construyeron los equipos y sistemas heredados. Esto incluye las copias en Mylar de los equipos de fabricación tradicionales o los diseños de las aeronaves militares heredadas. Independientemente de los avances tecnológicos, la pérdida de datos heredados destruye los cimientos sobre los que se construyeron los nuevos prototipos.

Con la ayuda del concepto de gemelo digital, las empresas de todos los sectores pueden crear un modelo digital preciso de equipos o soluciones heredados. El modelo digital puede almacenarse para la posteridad o analizarse con el fin de desarrollar prototipos mejorados. Los modelos también pueden utilizarse como material para formar a las nuevas generaciones de trabajadores mediante entornos de realidad virtual.

Mejora de los procesos de fabricación ajustada: la integración de la fabricación ajustada por parte de Toyota para acelerar la producción utilizando los recursos de forma eficiente se ha convertido en folclore en la industria del automóvil. La integración de modelos de fabricación ajustada -que en su momento fueron disruptivos- ayudó a Toyota a dominar el sector durante décadas. Esta es la ventaja que ofrece el concepto de gemelo digital. La capacidad de optimizar cadenas de valor de productos enteras es algo que puede lograrse en tiempo real a través del gemelo digital.

Un estudio de la Universidad de Bayreuth(Alemania) se centró en analizar el impacto de los gemelos digitales en la recopilación de datos en tiempo real y la optimización de los sistemas de producción. El estudio comparó la eficacia de los gemelos digitales y las soluciones de mapeo del flujo de valor utilizadas habitualmente. Al final, los resultados mostraron que los gemelos digitales superaban a las soluciones tradicionales en la adquisición de datos, la derivación automatizada de medidas de optimización y la captura de datos de movimiento. Estos datos, que son cruciales para optimizar la producción, también podrían utilizarse en un entorno de gemelos digitales para optimizar diversos procesos. Por tanto, evitar los gemelos digitales dejará a las empresas en la estacada, mientras que los competidores que aprovechen este concepto podrán optimizar las variables de producción en tiempo real.

Limitaciones en la integración y el uso de datos - La revolución de la Industria 4.0 que se está produciendo actualmente se basa en gran medida en la recopilación y el uso de datos para obtener información empresarial importante y automatizar procesos. Las herramientas o aplicaciones que se utilizan actualmente son el software de gestión de relaciones empresariales y las soluciones industriales en la nube. Aunque estas soluciones funcionan excelentemente bien a la hora de recopilar datos de dispositivos inteligentes o del internet industrial de las cosas (IIoT), siguen teniendo problemas con la recopilación de datos de equipos heredados o tontos. Esto limita la penetración de la Industria 4.0 en las capas más profundas de los talleres de fabricación, que es lo que la Fundación OPC pretende resolver.

Los conceptos de gemelo digital pueden ayudar a las fábricas inteligentes a integrar los equipos tontos de los niveles más profundos de un taller en modelos de la planta de fabricación. Esto hace posible capturar los cientos de datos no medidos del taller en un entorno digital, cumpliendo así realmente los estándares de Industria 4.0 y OPC UA. Si se realiza con éxito, el gemelo digital con los datos capturados puede utilizarse para predecir la respuesta transitoria de las instalaciones a perturbaciones externas, fallos de los equipos y averías del sistema.

Los fabricantes que pasen por alto los conceptos de gemelo digital se quedarán estancados en el uso de datos procedentes únicamente de equipos inteligentes y dispositivos IoT para realizar un seguimiento de los cambios en tiempo real en el taller. Las limitaciones asociadas a la no captura de datos no medidos conducirán a aproximaciones a la hora de automatizar las operaciones en una fábrica inteligente. Esto podría provocar tiempos de inactividad, una mano de obra ineficiente y, en situaciones extremas, accidentes laborales.

Limitación de la eficacia del análisis predictivo - Otro reto importante que rechaza la integración de los gemelos digitales en las operaciones industriales son las dificultades que conlleva realizar cambios a ciegas o con información a medias. Realizar cambios a ciegas a la hora de tomar decisiones importantes, como diseñar un nuevo sistema de manipulación de materiales o reducir el número de procesos necesarios para desarrollar un producto, tendrá consecuencias terribles. Entre ellas, el despilfarro de recursos, un producto final de calidad inferior o la confusión en el taller.

Según Gartner, el tiempo de inactividad en la industria manufacturera puede acarrear enormes pérdidas. Sólo en la industria del automóvil, el tiempo de inactividad es responsable de una pérdida de 22.000 dólares por minuto. Aunque las cifras pueden ser menores en otras industrias, los efectos siguen siendo considerables. Los gemelos digitales pueden ayudar a eliminar estos retos o pérdidas ayudando a las empresas a simular el efecto en tiempo real de realizar ciertos cambios. Por ejemplo, un cambio en el programa de producción durante un periodo de transición habría impedido al fabricante aeronáutico Lockheed Martin cumplir sus plazos de entrega. Con la ayuda del software de simulación Simio, el fabricante pudo tomar decisiones informadas que optimizaron el proceso de producción.

Próximos pasos

La adaptación a la industria 4.0 y a una fábrica más conectada es algo que debe planificarse si los fabricantes pretenden seguir siendo competitivos a largo plazo. Una forma de lograrlo es integrando un gemelo digital para simular y recibir los conocimientos necesarios para automatizar los procesos industriales. Si se ejecuta correctamente, estará convirtiendo la naturaleza disruptiva del gemelo digital en su beneficio.

Recursos:

https://www.gartner.com/smarterwithgartner/prepare-for-the-impact-of-digital-twins/

https://news.thomasnet.com/companystory/downtime-costs-auto-industry-22k-minute-survey-481017

https://www.isw.uni-stuttgart.de/en/institute/highlights/digital-twin/

https://www.gartner.com/smarterwithgartner/prepare-for-the-impact-of-digital-twins/