Gemelos Digitales (Digital Twins): Qué Son, Sus Beneficios y Cómo Crearlos Rápidamente

Hace 120 años, los hermanos Wright consiguieron volar 37 metros durante 12 segundos. Ahora volamos sin pensarlo mucho entre continentes en aviones que son más largos que este vuelo inicial. Sin embargo, en comparación, el diseño y mantenimiento de nuestras plantas industriales no ha cambiado mucho en el último siglo.

Esta congelación de la innovación en muchos casos viene dictada por requisitos de certificación y hábitos que no permiten la sustitución de equipos obsoletos para evitar problemas de seguridad imprevistos, por restricciones presupuestarias y finalmente por mera inercia. Sin embargo, igual que los simuladores de aviones permiten a los pilotos entrenar en cualquier circunstancia de vuelo, ahora tenemos la posibilidad de crear modelos de nuestras instalaciones industriales para:

• Mayor eficiencia con mayor seguridad
• Reducción o eliminación de paradas no programadas
• Retención de conocimientos, mejores prácticas y resolución colaborativa de problemas

Este artículo busca describir el estado actual de la creación rápida de entornos inmersivos de Gemelos Digitales para su uso en la documentación, capacitación, simulación, mantenimiento avanzado y nuevas formas de colaboración. Los objetivos son la gestión óptima de instalaciones industriales complejas con mayor seguridad y con ahorros combinados cercanos al 30% sobre los métodos existentes.

1.  ¿Qué es un Gemelo Digital (Digital Twin)?

Un Gemelo Digital (en inglés Digital Twin) es un modelo de una planta industrial, objeto o proceso representado en un formato digital que, cuando conectado a sensores en la planta, proporciona un simulador en tiempo real o “gemelo” de la instalación física.  Los datos recibidos muestran el funcionamiento en tiempo real, pero también pueden recopilarse, almacenarse y analizarse para operar, simular y predecir mejor cómo responderá la planta, el objeto o el proceso en condiciones reales y de prueba.

El problema con la definición exacta y por consiguiente la confusión resultante de lo que es un Gemelo Digital se debe a que existen diferentes niveles posibles de sofisticación y a que a menudo se confunde con un modelo CAD 3D o BIM de uso habitual en arquitectura.  La metodología idónea para construir de manera progresiva un Gemelo Digital se basa en sumar sucesivamente los siguientes niveles de complejidad creciente que mejoran la sincronización entre el modelo y su correspondiente planta física:

• Nivel 1: Una instalación que tiene un conjunto preciso de planos tal y como está construida la planta (en inglés "as built”) en formato CAD 3D, en programas como AutoCAD Plant3D® y Revit®, SmartPlant3D® de Hexagon, E3D® de AVEVA, modelados a partir de datos de nubes de puntos obtenidos con un escáner láser.
• Nivel 2: La información industrial en tiempo real se muestra para monitorizar la operación de la planta.
• Nivel 3: Un inventario de los equipos críticos en uso en la planta con registros de mantenimiento requerido, manuales de operación, información de costes y proveedores.
• Nivel 4: Integración de datos de sensores en tiempo real con Gestión de Mantenimiento Asistido por Ordenador, o GMAO (en inglés Computerized Maintenance Management System o CMMS) para su uso en tareas gestión de órdenes de trabajo, de mantenimiento predictivo y soluciones de telepresencia.
• Nivel 5: Entornos colaborativos inmersivos que proporcionan simulación en tiempo real de la planta física e incluyen análisis históricos de tendencias, modelado matemático y simulación9 para conectarse a una variedad de servicios de inteligencia artificial (IA) y aprendizaje automático (Machine Learning), en apariencia similar a videojuegos como Second Life10 y SimCity11, pero para realizar trabajos reales.

Un Gemelo Digital con entornos de simulación de Nivel 5 consiste en una base de datos de miles de objetos inteligentes, como un LEGO® virtual en 3D, cada parte reproducida visualmente e imitando el comportamiento del sistema físico.  Agregando datos en tiempo real provenientes de sensores en la planta física, más el histórico almacenado en formatos de datos estandarizados con IFC y CFIHOS12, asegurados con tecnología Blockchain, el Gemelo Digital puede ejecutar simulaciones matemáticas para que los operarios comprendan cómo operan todos los componentes y procesos para una mayor seguridad y eficiencia, anticipar fallos y evitar paradas inesperadas durante todo el ciclo de vida de la planta.  Una vez que la información de la planta industrial está conectada utilizando este y otros estándares abiertos y securizados, las aplicaciones de software internas y de terceros comparten fácilmente el repositorio de datos seguro para ofrecer servicios avanzados a los clientes durante las décadas de vida útil esperada de la planta.

Por ejemplo, establecidos los enlaces al GMAO para la gestión integral del mantenimiento, los operarios simplemente hacen clic sobre los equipos de interés para recuperar los manuales de mantenimiento y las órdenes de trabajo de reparación. El uso del GMAO sirve para determinar el control técnico y económico de los activos, así como la Seguridad y Salud, la gestión del personal asociado, la gestión de almacenes, la gestión de compras etc. dotando a la empresa de una mayor eficiencia y optimización de recursos y facilitar las comunicaciones entre los distintos departamentos y sistemas.

Estas recomendaciones para un mejor desempeño de Mantenimiento y Operaciones permiten a los trabajadores “caminar” virtualmente por la planta y tienen un carácter narrativo, como en "La bomba X parece inestable, la probabilidad de que se averíe en los próximos dos días es 85 %. Recomendamos crear una orden de trabajo para una inspección". A medida que las capacidades del software evolucionan, el repositorio de datos proporciona un archivo histórico inalterable y auditable de operación llamado en inglés “Digital Thread”, mejorando aún más la eficiencia y el diseño de la planta con avances continuos en Inteligencia Artificial y aprendizaje automático, o “Machine Learning”.

El Gemelo Digital permite crear un modelo dinámico visual intuitivo de la planta física correspondiente, en el que el personal técnico es representado por avatares digitales.  Estos entornos virtuales de trabajo colaborativos (en inglés Collaborative Work Environments o CWE) dentro de los cuales los trabajadores ubicados en la planta física están conectados y puede interactuar con otras personas en lugares remotos, gestionando de manera conjunta plantas industriales complejas. Esta nueva forma de trabajar, cuya adopción se verá acelerada por las restricciones de viajes por el COVID, optimizará el rendimiento operativo de las empresas industriales (medioambientales, petroquímicas, industriales y energéticas), al contar con la experiencia y los conocimientos de toda la plantilla global que gestionan y operan múltiples y valiosos activos industriales complejos con equipos de personas altamente cualificadas en todo el mundo.

¡Bienvenido al Tecno-Renacimiento de la Industria 4.0!

(Continuará...)

Jim Novack, Presidente DYNATEC, S.A. y CEO de TalentSwarm

y Jaume Tarragó CEO de DYNATEC, S.A.

Págs. 42 a 43