Los Gemelos Digitales, tecnología innovadora del futuro

¿Qué es un gemelo digital?

Los Gemelos digitales, comprenden una representación virtual de un objeto o sistema, el cual incluye su fase o ciclo de vida, se renueva mediante datos en tiempo real, empleando la simulación machine learning y el razonamiento lógico para la toma de decisiones.

Gemelo Digital de una plataforma petroquímica
https://bit.ly/42ov1C8
Gemelo Digital de una plataforma petroquímica. FOTO: DNV GL – Oil & Gas

¿Cómo funciona un gemelo digital?

El gemelo digital es la representación virtual, diseñado con el fin de proyectar con mucha precisión un objeto físico, por ejemplo, una turbina eólica, contiene diversos sensores que se relacionan con áreas que son de vital importancia para su optimo funcionamiento. Los sensores crean datos acerca de diversos aspectos del rendimiento del objeto, como lo es la producción de energía, la temperatura, el clima entre otros. Después, los datos se transfieren a un sistema de proceso para luego aplicar la copia digital.

Una vez se obtengan dichos datos, el modelo virtual se usa para realizar simulaciones, estudiar posibles problemas de rendimiento y proporcionar mejoras, con el objetivo de generar información útil, el cual se puede adaptar de nuevo al objeto físico original.

Gemelos inteligentes vs. simulaciones

La diferencia que existe entre un gemelo digital y una simulación es en cuestión de escala: por lo que una simulación generalmente estudia un solo proceso exclusivo, en cambio un gemelo digital o inteligente puede efectuar por sí solo la cantidad de simulaciones utilizadas para estudiar diversos procesos.

Tipos de Gemelos Digitales

Comprende diferentes tipos de gemelos digitales acorde con el nivel de aumento del producto. Existen diferentes clases de gemelos digitales en el interior de un sistema. A continuación, se observan los tipos de gemelos digitales con el propósito de conocer las diferencias y su aplicabilidad.

  • Componentes gemelos/ partes gemelas

Los componentes son la unidad fundamental del gemelo digital, es la parte más pequeña de un componente en función. Las partes se aproximan a ser lo mismo, pero estas pertenecen a los componentes que tienen menos relevancia.

  • Gemelos activos

Son aquellos en los que dos o más componentes trabajan en conjunto. Permite estudiar la interacción de dichos componentes, diseñando una mayor cantidad de datos de rendimiento en el que se procesan y posteriormente transformarlos en información procesable.

  • Gemelos de sistema o unidad

En este nivel implica unidades gemelas, donde permite visualizar como los distintos activos se vinculan entre sí, a fin de crear un sistema en funcionamiento totalmente completo. Los gemelos del sistema aportan mayor visibilidad en cuanto a la interacción de los activos y recomiendan mejoras en el rendimiento.

  • Gemelos de proceso

El nivel macro de incremento, manifiesta como los sistemas deben trabajar en conjunto para crear una instalación de producción total. Los gemelos de proceso aportan a establecer esquemas de tiempo determinado que pueden influir en la eficacia en general.

Historia de la Tecnología de los gemelos digitales

David Gelernter expresó por primera vez el término de la tecnología de gemelos inteligentes en el año 1991, en la publicación de Mirror Worlds. Mas tarde, al Dr. Michael Grieves profesor de la universidad de Michigan, se le atribuye el concepto de gemelos digitales relacionado a las operaciones de la manufactura en el año 2002, como también el concepto de software de gemelo digitales. Por último, John Vickers de la NASA expresó un nuevo concepto denominado “gemelo digital” en el año 2010.

Se deduce que la NASA es pionera en la utilización de la tecnología de los gemelos inteligentes, ya que, en sus misiones espaciales de los años 1960, las naves espaciales que se encontraban en órbita fueron replicadas, para ser más exactos en una versión terrestre, donde fue empleada con el objetivo de estudio y simulación por parte de la tripulación de vuelo que hacían parte de la NASA.

Ventajas y beneficios

  • Mejor I+D

La implementación de gemelos digitales permite una investigación a profundidad y el diseño de productos con mayor eficiencia, teniendo en cuenta una gran cantidad de datos producidos a partir de los resultados de rendimiento. Esa información brinda conocimientos para que las empresas lleven a cabo refinamientos en sus productos antes de enviarlos a producción.

  • Mayor eficiencia

Cuando un producto ha ingresado a la etapa de producción, los gemelos digitales ayudan a evidenciar y supervisar los sistemas de producción, esto con el fin de alcanzar la máxima eficiencia a lo largo del proceso de fabricación.

  • Fin de vida del producto

Los gemelos digitales es una herramienta útil, el cual ayuda a los fabricantes a tomar decisiones precisas, en cuanto que se debe hacer con los productos que alcanzan el ciclo final de vida y requieren un proceso final, ya sea por medio del reciclaje u otras opciones.

Industrias y Gemelos Digitales

Los gemelos digitales son de gran beneficio por los aportes que brindan, pero su uso es de garantía para los fabricantes o productos producidos. Se debe tener en cuenta que no todos los objetos tienen complejidad como para requerir los datos de sensores que necesitan los gemelos.

Se tienen diferentes proyectos que se favorecen exactamente del uso de los modelos digitales como:

  • Proyectos físicos grandes: estructuras complejas relacionadas con las reglas de la ingeniería como: edificios, puentes
  • Proyectos mecánicos que tienen complejidad: Los gemelos digitales son una herramienta útil, en la mejora de la eficiencia de una maquinaria compleja y
  • Motores grandes. Se tienen ejemplos como: automóviles y aviones.
  • Equipo de poder: tienen en cuenta mecanismos para producir energía y transmitirla.
  • Proyectos de manufactura: Los gemelos enfatizan en ayudar a la optimización de la efectividad de los procesos, como aquellos que se encuentran en el medio industrial, con sistemas de máquinas que operan de manera unida.

Las industrias que alcanzan el éxito con los gemelos digitales son aquellas que abarcan productos a mayor escala como:

  • Ingeniería de sistemas
  • Fabricación de automóviles y aviones
  • Construcción de edificios o puentes
  • Empresas que brindan servicio eléctrico
  • Diseño de vagones
Gemelo Digital de un avión
https://www.interempresas.net/MetalMecanica/Articulos/397348-Un-doble-Quien-necesita-un-gemelo-digital.html
Imagen Gemelos Digitales

Aplicaciones

Los gemelos digitales se usan en las siguientes aplicaciones:

  • Equipos de generación de energía
gemelo digital de un motor a reacción
https://webinars.sw.siemens.com/es-ES/digital-twins-to-improve-jet-engine/ Imagen motor de reacción

Se benefician con el uso de gemelos digitales, los motores de mayor proporción como los motores de reacción, los motores de locomotoras y las turbinas que producen energía, en particular para ayudar a implementar plazos para su debido mantenimiento.

  • Estructuras y los sistemas

Gracias a la ayuda de los gemelos digitales las grandes estructuras durante su diseño se benefician y aportan al mejoramiento de sus sistemas, principalmente aquellas estructuras tales como: grandes edificios o plataformas perforadas en alta mar.

  • Operaciones de manufactura

Los gemelos digitales se han convertido en “omnipresentes” en el ciclo de vida de los objetos o productos en los procesos de manufactura ya que guían a los productos desde el inicio de su diseño hasta su ciclo de terminado, incluyendo las fases intermedias.

  • Servicios en la atención medica

Tal cual como los productos de apoyan por medio de la utilización de los gemelos, también los pacientes que reciben servicios médicos se benefician de esta herramienta. El sistema de datos producidos por los sensores, se usan para inquirir una variedad de indicadores de salud del paciente.

  • Industria automotriz

Se sabe que los automóviles tienen gran cantidad de clases de sistemas muy complejos que actúan en relación, los gemelos se usan para el diseño de automóviles, como también para perfeccionar el rendimiento del vehículo e incrementar la eficacia en relación con su producción.

  • Planificación Urbana

Se benefician los ingenieros civiles como las persona que se vinculan en proyectos urbanísticos haciendo uso de los gemelos, en el que proyectan datos espaciales en 3D y 4D en tiempo real, igualmente incluir sistemas de realidad aumentada en ambientes construidos.

El futuro de los gemelos digitales

Es claro que se está generando una transformación de los modelos operativos que existen. En la actualidad se están elaborando reinvenciones digitales en industrias en activos, en donde cambian modelos operativos de forma inadecuada, el cual se necesita una inspección integral tanto física como digital de los activos, procesos, maquinas e instalaciones, por lo tanto, los gemelos digitales son una parte fundamental de esa alineación. El futuro de los gemelos inteligentes es prácticamente ilimitado, por el simple hecho a que se dedican continuamente cantidades cada vez más grandes de poder cognitivo a su empleo. Por consiguiente, los gemelos inteligentes o digitales están continuamente instruyéndose en nuevas habilidades, con el fin de poder continuar aportando la información requerida para incrementar el mejoramiento de los productos y que estos resulten ser más eficientes.

https://www.youtube.com/watch?v=g1JFfTObGgY
Video Gemelos Digitales en la industria 4.0

Conclusiones

Tras un análisis exhaustivo de la investigación anteriormente mencionada se deduce, que la implementación de las tecnologías de los gemelos digitales es de gran importancia, tanto en las industrias como en otras áreas ya que, ayudan a mejorar el rendimiento y buen funcionamiento de los objetos físicos que tienen una mayor complejidad como las turbinas que se usan en los embalses de las hidroeléctricas, las partes de un automóvil, las edificaciones, los aviones entre otros.

Además, se concluye que este tipo de tecnologías son ilimitadas ya que están en constante innovación para la obtención de habilidades con el fin de incrementar el mejoramiento de los productos u objetos y que éstos sean más eficientes en el rendimiento.

Autor: Edna Geraldine Cardona Rodríguez

Editor: Carlos Iván Pinzón RomeroDavid Santiago Báez

Código: UCPSG6-3

Universidad: Universidad Central

Fuentes

IBM.(s.f).¿Qué es un gemelo digital?. https://www.ibm.com/co-es/topics/what-is-a-digital-twin

SIEMENS.(s.f).Desarrollo de gemelos digitales para mejorar el rendimiento de los motores de reacción. https://webinars.sw.siemens.com/es-ES/digital-twins-to-improve-jet-engine

Margetts, M.(6 de septiembre de 2022).¿Un doble? ¿Quién necesita un gemelo digital?. Canales Sectoriales Metalmecánica. https://www.interempresas.net/MetalMecanica/Articulos/397348-Un-doble-Quien-necesita-un-gemelo-digital.html

Novack, J. Tarragó, J. (jueves 8 de abril 2021). Gemelos Digitales (Digital Twins): Qué Son, Sus Beneficios y Cómo Crearlos Rápidamente. CALAMIT. https://bit.ly/42ov1C8

Malakuti,S.(marzo 2021). El gemelo digital: del hype a la realidad. ABB. https://new.abb.com/news/detail/80770/the-digital-twin-from-hype-to-reality

Innovación y tecnología.(11 de junio 2021). GEMELOS DIGITALES 💫 [ DIGITAL TWINS ] en la Industria 4.0 ¿Qué son y Para qué sirven?. .YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=g1JFfTObGgY 

SIEMENS.(s.f).Desarrollo de gemelos digitales para mejorar el rendimiento de los motores de reacción. [imagen].https://webinars.sw.siemens.com/es-ES/digital-twins-to-improve-jet-engine/

Margetts, M.(6 de septiembre 2022).¿Un doble? ¿Quién necesita un gemelo digital?.[imagen]. https://www.interempresas.net/MetalMecanica/Articulos/397348-Un-doble-Quien-necesita-un-gemelo-digital.html

Novack, J. Tarragó, J. (jueves 8 de abril 2021). Gemelos Digitales (Digital Twins): Qué Son, Sus Beneficios y Cómo Crearlos Rápidamente. [imagen].https://www.automaticaeinstrumentacion.com/texto-diario/mostrar/2827229/gemelos-digitales-digital-twins-beneficios-como-crearlos-rapidamente