¿Qué es un gemelo digital?

La digitalización industrial ha dado paso a tecnologías innovadoras como el gemelo digital, un avance en la industria 4.0 que ha ayudado a muchas empresas a optimizar procesos y mejorar su eficiencia productiva.

Un gemelo digital es una copia virtual de un activo físico en una plataforma digitalizada donde se obtienen los datos y se representa el estado, el funcionamiento y el ciclo de vida completo en tiempo real

Gracias a los avances en software y modelado 3D, los digital twins han revolucionado la industria al permitir una monitorización detallada y predictiva de los activos, mejorando el mantenimiento preventivo y la predicción de errores.

¿Cómo funciona un gemelo digital?

Un gemelo digital, también conocido como digital twin o gemelo virtual utiliza sensores para recoger los datos de la máquina que esta representando, con estos datos el gemelo digital puede representar de manera visual el funcionamiento y el estado real del activo.

Por ejemplo, se utilizan sensores para recoger los datos del motor de una embarcación y se envían a una plataforma digital donde se genera el modelo 3D y 4D del barco y una serie de gráficos y elementos donde visualizar y monitorizar el estado, los movimientos y la vida útil del activo.

Las aplicaciones de un gemelo digital son amplias y abarcan sectores como la manufactura, la energía, el transporte y la salud. Gracias a la conexión entre el software y el activo físico, se pueden prever fallos, mejorar el mantenimiento y aumentar la productividad.

El mayor beneficio de los digital twins en el sector industrial es la capacidad de prever problemas antes de que ocurran, lo que reduce costos y mejora la eficiencia.

Diferencias entre gemelo virtual y simulación 3D o realidad virtual

A menudo, los gemelos digitales se confunden con tecnologías de simulación como la simulación 3D, 4D, realidad virtual (VR) y realidad aumentada (AR). Sin embargo, existen diferencias clave.

Los gemelos digitales tienen como objetivo representar al activo gracias a una conexión física en tiempo real, es decir, si un motor está arrancado el gemelo digital debe indicar que el motor está encendido de manera clara e intuitiva.

Sin embargo, las simulaciones se realizan con datos hipotéticos, generando posibles escenarios. Las simulaciones son realmente útiles para crear escenarios críticos que nos ayudan a entrenar a operarios y a capacitarlos en entornos seguros.

El gemelo digital es una representación virtual y real del activo con sincronización de datos en tiempo real y la simulación genera escenarios hipotéticos con datos prediseñados

En resumen, los gemelos digitales van más allá de la simulación tradicional al proporcionar una representación en tiempo real, facilitando la toma de decisiones basada en datos actualizados en lugar de escenarios teóricos.

Tipos de gemelo digital

Existen diferentes tipos de gemelos digitales, cada uno con aplicaciones específicas que permiten mejorar la gestión y el rendimiento de activos físicos en distintas industrias.

Gemelo de producto

Este tipo de gemelo digital se centra en el diseño y desarrollo de productos. Permite a los ingenieros y diseñadores probar distintas configuraciones, materiales y procesos de fabricación antes de la producción física. Además, el gemelo digital puede representar cada una de las fabricas de producción físicas en una sola plataforma virtual identificando diferencias en la producción manteniendo la misma calidad en cada una de las fabricas de producto.

Por ejemplo, en la industria automotriz, los fabricantes pueden utilizar gemelos digitales para probar la aerodinámica y eficiencia energética de un vehículo antes de construir el primer prototipo físico. Empresas como Tesla aplican este enfoque para mejorar la seguridad y rendimiento de sus automóviles eléctricos.

Gemelo de proceso

El gemelo digital de proceso permite representar y simular operaciones industriales desde un solo panel de control para optimizar su rendimiento, identificando cuellos de botella en cualquier línea de producción y mejorando la eficiencia en toda la planta.

Por ejemplo, en una planta química, un gemelo digital puede modelar los flujos de producción para ajustar la cantidad de materia prima y minimizar desperdicios sin comprometer la calidad del producto final.

Gemelo de sistema

Este tipo de gemelo digital representa sistemas complejos formados por múltiples activos interconectados. Este tipo de gemelo virtual permite identificar posibles problemas en las partes mas pequeñas de la línea de producción ya que se representa virtualmente cada una de las partes que complementa el sistema completo.

Se emplea para gestionar el comportamiento del sistema en su conjunto y evaluar su rendimiento bajo distintas condiciones.

Por ejemplo en las redes eléctricas inteligentes, los operadores utilizan gemelos digitales para simular escenarios de demanda energética, predecir fallos y optimizar la distribución de energía en tiempo real.

Gemelo de rendimiento

El gemelo digital de rendimiento se centra en el monitoreo continuo de activos en operación para predecir el desgaste, planificar mantenimientos y maximizar su vida útil.

Por ejemplo en parques eólicos, los gemelos digitales analizan el comportamiento de las turbinas en distintas condiciones climáticas para ajustar la orientación de las aspas y mejorar la producción de energía renovable.

Gemelo de infraestructura

Este gemelo digital se aplica en edificios, fábricas y otras infraestructuras para mejorar su gestión, mantenimiento y eficiencia energética.

Por ejemplo en la gestión de aeropuertos, se pueden emplear gemelos digitales para modelar el tráfico de pasajeros, optimizar la disposición de las puertas de embarque y mejorar la experiencia del usuario reduciendo tiempos de espera.

Gemelo de organización

El gemelo digital de organización replica el funcionamiento completo de una empresa, permitiendo la simulación de estrategias de negocio y la optimización de procesos internos.

Por ejemplo en grandes corporaciones pueden utilizar gemelos digitales para evaluar cambios en la cadena de suministro y su impacto en los costos operativos, ayudando a la toma de decisiones basada en datos.

Ventajas y beneficios del uso de gemelos digitales

Los digital twins o gemelos digitales ofrecen múltiples ventajas, entre ellas:

• Optimización del mantenimiento: Permite predecir fallos antes de que ocurran, lo que reduce tiempos de inactividad y costes asociados a reparaciones imprevistas. Las empresas pueden planificar mantenimientos preventivos de manera más eficiente, maximizando la vida útil de sus activos.
• Simulación y prueba sin riesgos: Los gemelos digitales permiten probar cambios en un entorno virtual antes de implementarlos en el mundo real. Esto es crucial en sectores como la manufactura y la salud, donde cualquier error puede generar riesgos para la seguridad.
• Reducción de costos operativos: La implementación de gemelos digitales permite una mejor gestión de recursos, optimizando la producción y reduciendo el desperdicio de materiales. Empresas de sectores industriales han logrado ahorros significativos gracias a la detección temprana de ineficiencias.
• Mayor eficiencia en la producción: Al contar con un monitoreo en tiempo real de los procesos productivos, las empresas pueden hacer ajustes inmediatos para mejorar su rendimiento y productividad, evitando retrasos o interrupciones en la cadena de suministro.
• Mejor análisis de datos: Los gemelos digitales recopilan y procesan grandes volúmenes de datos en tiempo real, permitiendo a las empresas tomar decisiones más informadas y basadas en evidencia utilizando la big data.
• Mayor seguridad en entornos críticos: En sectores como la energía o la industria aeroespacial, los gemelos digitales pueden simular escenarios de emergencia y evaluar medidas de seguridad, reduciendo riesgos y garantizando la integridad de los sistemas.
• Sostenibilidad: La optimización de recursos mediante gemelos digitales contribuye a reducir el impacto ambiental de las operaciones industriales. Por ejemplo, en la gestión de infraestructuras energéticas, se pueden reducir emisiones de carbono al mejorar la eficiencia en la distribución de energía.

Casos de uso y aplicaciones de gemelos digitales

Existen muchos casos de uso, nuestra plataforma de monitorización de activos con amplia experiencia la gestión de gemelos digitales se ha integrado en diversos productos de diferentes sectores, como por ejemplo:

Estación de Saneamiento y Abastecimiento

Dragsa ha diseñado gemelos digitales para el sector del agua. Apemsa es uno de nuestros clientes y ha podido incorporar sistemas de detección de fugas a través de un modelo 3D de los tanques con un flujo de datos en tiempo real que notifican sobre el mal uso de las instalaciones o de cambios inesperados en el caudal.

Monitorización de los motores en maquinaria pesada

Dragsa lideró la parte de digitalización de la maquinaria pesada Caterpillar de la empresa Finanzauto distribuyendo gemelos digitales visualizados desde paneles de monitorización y control.

Finanzauto redució los costes de digitalización incorporando avanzados protocolos de comunicación como el J1939 además de una clara información sobre el estado de los motores en tiempo real.

Control en la Producción de Grúas

Dragsa ha desarrollado diversos sistemas de digitalización para Navantia, incluido paneles de control con gemelos virtuales que representaban a las grúas en movimiento.

Esto permitió mejorar la trazabilidad y la detección de errores obteniendo respuestas rápidas en tiempo real.