La implantación de procesos de transformación digital en la industria manufacturera ha sido un proceso continuo durante aproximadamente tres décadas. Primero, los fabricantes utilizaron la digitalización para recopilar datos con fines de almacenamiento, antes de pasar a aplicaciones más complejas. La optimización del diseño industrial se convirtió en el siguiente paso lógico para aplicar las tecnologías de transformación digital. Sin embargo, habría que esperar a la introducción de los modelos empresariales de la Industria 4.0 en 2011 para que los fabricantes aplicaran la digitalización a la mejora de los procesos operativos.
Lógicamente, lo correcto es iniciar cualquier debate sobre la digitalización con la aplicación de modelos virtuales. Las plataformas de diseño asistido por ordenador (CAD) proporcionaron a los fabricantes la primera herramienta de digitalización para diseñar productos y validar sus funcionalidades. El modelado 3D dotó a los fabricantes de una herramienta intuitiva orientada a objetos para diseñar modelos con diversos niveles de complejidad.
Por un lado, las herramientas de modelado como Revit de Autodesk se utilizan para diseñar productos con geometrías complejas, modelar entornos de fabricación y preparar modelos digitales para la fabricación mediante tecnologías de fabricación sustractiva o aditiva. Es posible editar modelos de objetos físicos, pero ése era el límite al que se podía llegar con el CAD.
El gemelo digital
Mejorando las capacidades de digitalización del CAD, el gemelo digital se desarrolló para funcionar en paralelo e interactuar con los sistemas físicos de fabricación del mundo real. En primer lugar, los gemelos digitales son representaciones digitales de sistemas físicos que reciben datos en tiempo real de los activos productores de datos dentro del taller, formando un sistema ciberfísico.
El intercambio continuo de datos ofrece a los usuarios del gemelo digital una opción virtualizada para ver las funciones dentro de una instalación. En consecuencia, el entorno virtual que proporciona sirve como plataforma de validación precisa para evaluar problemas de fabricación complejos. Utilizar el gemelo digital como herramienta de monitorización remota, monitorización de estado y herramienta de prueba y validación son algunos de los casos de uso del gemelo digital.
Dentro del sistema ciberfísico de un gemelo digital funcional, el intercambio de datos es un proceso bidireccional. Los datos de la fábrica se envían al gemelo digital y éste también puede enviar datos a los sistemas de la fábrica para iniciar acciones específicas. Por ejemplo, un proveedor de servicios de petróleo y gas interesado en determinar sus necesidades de ampliación de capacidad utilizó un gemelo digital para determinar sus necesidades de ampliación de capacidad.
Determining the capacity requirements started with the development of a digital twin of the facilities current operational processes. The digital twin enabled the enterprise to analyze the effects of increased demand on the facility’s servicing capacity. Diverse terminal flow configurations were also evaluated and the result was an optimized service level which improved patient satisfaction levels.
La sombra digital
Confundir la sombra digital con los gemelos digitales es algo normal en el sector industrial. En primer lugar, ambos utilizan datos de objetos físicos para reconstruir representaciones digitales y, en segundo lugar, pueden crear representaciones de objetos y procesos. Ahí acaban las similitudes.
Generalmente, las sombras digitales se basan en datos láser escaneados para capturar objetos as-built. Y lo que es más importante, el flujo de datos es un proceso unidireccional. Los datos fluyen de la entidad física a la sombra digital, pero no al revés. También pueden crearse sombras digitales de gemelos digitales porque pueden capturar y simplificar la plétora de información que pasa por un gemelo en periodos concretos.
Utilizando el ejemplo de la empresa de Petróleo y Gas anterior, al ofrecer a las partes interesadas presentaciones sobre la aplicación del gemelo digital diseñado se puede utilizar una sombra digital. Los datos semánticamente adecuados y conscientes del contexto de la aplicación del gemelo digital es lo que la sombra proporciona a los responsables no técnicos de la toma de decisiones.
El papel de los modelos digitales, el gemelo digital y las sombras digitales en la fabricación
Los nichos industriales de fabricación utilizan estos conceptos digitalizados de varias maneras. Los modelos digitales son estupendos para el diseño industrial y el desarrollo de ideas, las sombras digitales son útiles para el seguimiento de la producción, mientras que el gemelo digital apoya la evaluación de los procesos de fabricación en tiempo real.
Utilizar una plataforma con capacidad para proporcionar las tres cosas dota a los fabricantes de una potente herramienta de transformación digital para el análisis basado en datos. Las plataformas de gemelos digitales inteligentes basadas en objetos incorporan el uso de modelos 3D para crear gemelos digitales precisos que apoyan la captura de sombras digitales. Los gemelos digitales totalmente desarrollados se convierten en un centro de análisis continuo de los procesos de fabricación, supervisión remota y una herramienta de toma de decisiones.
Conclusión
El gemelo digital conecta todo el proceso de fabricación junto con modelos y sombras digitales. Estos conceptos de digitalización pueden aplicarse conjuntamente para optimizar los procesos de producción y supervisar cada aspecto del ciclo de fabricación.