Digital Twins: la quintaesencia de la Industria 4.0

La cuarta revolución industrial es ya una realidad, y su llegada, está siendo protagonizada por varios actores que han venido para quedarse en nuestro día a día. Mientras el Big Data, el IoT o el machine learning, copan las portadas de la prensa tecnológica internacional, durante estos últimos años, ha ido creciendo, de manera discreta, pero significativa, una tecnología que aúna todas las anteriores.  Estoy hablando de los Digital Twins o Gemelos digitales, y su aparición en la industria va a cambiar para siempre la forma en que se entendían los procesos de producción.

Los Digital Twins son una de las tecnologías clave de la Industria 4.0.  Hay que tener en cuenta, que esta revolución industrial implica mucho más que una única dimensión tecnológica, tiene que ver con nuevos modelos de negocio, la prevención de riesgos o la eficiencia operativa. Gracias a los gemelos digitales, podemos llegar a conseguir estos objetivos a través de una solución real que aprovecha todo el potencial que nos aportan las otras tecnologías protagonistas de la Industria 4.0.

¿Pero… qué son realmente los gemelos digitales y cómo funcionan?

Un Digital Twin o gemelo digital es una réplica virtual de un activo físico o sistema que simula el comportamiento de su homólogo real con el fin de monitorizarlo para analizar su comportamiento en determinadas situaciones y mejorar su eficacia.

Normalmente, el modelo reside en la nube y, por lo tanto, se puede supervisar y controlar desde cualquier lugar de forma remota.

La clave de esta tecnología es la interconexión que se genera entre el mundo físico y el virtual, ya que los gemelos digitales, permiten tener una representación exacta de lo que está ocurriendo en su contraparte física. Para conseguir esto, es necesario que existan unos sistemas de captación de datos y un sistema cloud del que hablaremos más adelante.

Y entonces, ¿cómo puede ayudarme esta tecnología a transformar mi industria?

Si nos centramos en el mundo industrial, existen 4 áreas determinantes que van a experimentar una revolución, gracias a la aplicación de los Digital Twins.

• Diseño: cuando se está trabajando en el diseño de un nuevo producto, hay que tomar una serie de decisiones estratégicas como la elección de los materiales o los componentes, que afectarán significativamente al resultado final del mismo. La necesidad de conocer el comportamiento del producto en el futuro se ha resuelto hasta ahora mediante simulaciones y definiciones de parámetros de diseño basados en tablas. Pero ahora, gracias a la implementación de los gemelos digitales, puedo tener una versión virtual de mi producto, recibir datos de este activo en tiempo real, y predecir su comportamiento sin necesidad de tablas; lo que convierte el proceso de diseño, en un proceso mucho más ágil y efectivo.

• Mantenimiento: todo elemento sufre un deterioro a lo largo del tiempo y es muy difícil medir y pronosticar cuándo y dónde va a fallar un sistema o producto. Gracias al empleo de gemelos digitales, podemos conseguir a través de una monitorización continua, una evolución mucho más realista de las variables que afectan al deterioro de nuestros activos. Basándonos en simulaciones vamos a poder predecir qué es lo que va a ocurrir y generar unas bases de datos en tiempo real que me permitan recibir avisos antes de que se produzca el problema.

• Monitorización: Dentro de la industria, es bastante frecuente que los activos se encuentren distribuidos de manera descentralizada, incluso en zonas geográficas diferentes, lo que hace muy difícil su monitorización. Lo que vamos a conseguir con la aplicación de los gemelos digitales en esta área, es una unificación de estos activos, que nos permita tenerlos de manera centralizada y de esta forma, poder automatizar la gestión de su monitorización.

• Operación: disponer del gemelo digital de una máquina me va a permitir tener un análisis en tiempo real de cuál es su comportamiento y con esta información, optimizar su funcionamiento. Al conocer los parámetros de operación, puedo recibir recomendaciones y conocer si alguno de estos debe ser modificado, lo que va a incrementar considerablemente la eficiencia de mis procesos. Esta aplicación va a permitir que mis operaciones sean dinámicas, realizando acciones que me permitan modificarlas en tiempo real.

El ciclo de los Digital Twins

Para hacer realidad el proceso de convertir el mundo físico en digital, debemos seguir una serie de pasos o acciones que son las que componen lo que hemos denominado como: el ciclo de los Digital Twin.

1. Sistemas de captura de información: se trata de sensores que se encargan de capturar la información ambiental y operacional del mundo físico.
2. Ingesta de información: combinación de fuentes de datos que ayudan a obtener información referente al activo. Se incluyen sistemas industriales como MES, ERP, SCADA, CAD.
3. Integración: a través de sistemas de comunicación entre las diferentes fuentes de dato, se unifican todos los elementos en un entorno escalable y flexible: CLOUD.
4. Analítica inteligente y automática: Es necesario aplicar modelos inteligentes y automáticos de procesamiento de la información, con capacidad de generar respuestas en tiempo real.
5. Ejecución de la respuesta a través de acciones: Las acciones identificadas por el sistema de gestión tienen que volver al mundo a través de alertas, ajuste de variables, etc.

En resumen, los sensores instalados en el activo físico se utilizan para capturar los datos operativos y ambientales de forma continua, y estos datos dinámicos se transmiten a la nube donde se mejoran con datos estáticos, como los datos de especificación de ingeniería del activo físico. A continuación, los datos combinados se utilizan como entrada para un modelo estadístico o de ingeniería en la nube, y se analizan en tiempo real para generar información que se devuelve al activo físico para controlar su funcionamiento en curso, completando el bucle de comentarios como se muestra a continuación:

Componentes necesarios para desplegar los gemelos digitales en nuestra industria

Para poder desplegar cualquier sistema de Digital Twin, vamos a necesitar una serie de elementos que coinciden con los componentes principales del Internet de las Cosas:

• Sensores: origen de los datos del activo físico. Es necesario integrar una serie de sensores que permitan generar el gemelo digital del activo sobre las variables de interés de este.
• Comunicaciones: sistema para vincular los mundos físico y digital. Dependiendo de la aplicación nos condicionará en cuanto a consumo, latencia, etc.
• Plataforma: software de ingesta, análisis y gestión de la información. Aquí se podrán integrar nuevas fuentes de datos provenientes de ERP, MES, etc.

Y yo, ¿Cómo empiezo a generar mi proceso de gemelos digitales?

El primer paso sería determinar el por qué, definir cuáles son mis objetivos de digitalización, por qué quiero obtener información de un gemelo de digital en mi planta de producción.  Aplicar una mejora, incrementar la eficiencia de mis procesos o resolver un problema de coordinación, pueden ser algunas de las causas que me lleven a comenzar este proceso de implantación de Digital Twins en mi industria.

A partir de ahí, es muy interesante hacer una experimentación. Es decir, hacer una prueba que me permita, sin necesidad de modificar ningún sistema, experimentar con datos simulados. Si yo hago una toma de datos de parámetros operacionales, puedo llegar a generar simulaciones que me digan si hubieran conseguido resolver lo que estaba buscado.

El siguiente paso sería conectar los equipos de manera no invasiva, sin influir en la dinámica operacional que ya tengo. Desde Integra, concebimos el IoT como una tecnología que añade valor a un sistema, a través de una capa extra no invasiva, sin necesidad de sustituir PLCS, sistemas Mesh u otros elementos ya existentes.

Una vez que tengo conectados todos los equipos, llega el momento de contextualizar, añadir la capa de detalle y de visualización que me va a probar si realmente a través de mis sistema llego aplicar esa mejora que busco.

Tras el paso anterior, deberemos aplicar los cambios operacionales en la base a datos. Para que las decisiones se tomen de una forma automática, y es en este paso en el que le estamos dotando de una inteligencia al sistema que posteriormente me va a ayudar a hacer predicciones y ayudar a tomar decisiones de negocio.

 Y por último, una vez validado el por qué y el cómo, tenemos que pensar en escalar. Ese mismo problema que está resuelto, podemos escalarlo a muchas otras áreas de la empresa o activos y esto es lo que realmente me va a permitir tener una Industria 4.0 completamente digitalizada y con una gestión centralizada a través de gemelos digitales.

Y ahora que ya sabes todo lo que pueden aportar los Digital Twins a tu Industria, ¿a qué esperas para convertirla en una auténtica Industria 4.0? En Integra, contamos con una gran experiencia en proyectos de digitalización y  podemos ayudarte en todo lo que necesites.

Y si queréis descubrir mucho más acerca de este mundo de los gemelos digitales, no dudéis en descargaros el webinar de mi compañero Gabriel García a través siguiente enlace.