“Los gemelos digitales están transformando las prácticas modernas de ingeniería, puesta en marcha y operación”

El gemelo digital es un componente clave de la megatendencia de digitalización industrial. El principal desafío para muchas empresas es cómo comenzar a construir gemelos digitales. Rares Curatu, gerente de Industria de MathWorks, y Juan Nasarre, director de la compañía en Iberia, explican en esta entrevista su perspectiva acerca de los gemelos digitales, cuál es su visión y cómo los clientes lo están adoptando internacional y localmente.

Rares Curatu: Muchas de las organizaciones líderes en ingeniería con las que trabajamos, y por extensión MathWorks, tienden a definir un gemelo digital como una representación digital de un producto, proceso o sistema, ya sea en operación o en desarrollo. Cuando está en operación, un gemelo digital refleja el estado del activo e incluye datos históricos relevantes. Esto permite evaluar el estado actual del activo y, más importante aún, predecir el comportamiento futuro, refinar los sistemas de control u optimizar las operaciones. Durante la fase de desarrollo, el gemelo digital actúa como un modelo basado en la física del producto, proceso o sistema que se va a construir. Esto facilita el desarrollo, prueba y validación.

Rares Curatu: Los gemelos digitales impactan significativamente en la eficiencia e innovación del desarrollo de productos al permitir la simulación de sistemas complejos incluyendo simulación en tiempo real. Esta capacidad permite la optimización del diseño al mejorar el comportamiento del sistema bajo diversas condiciones, reducir el consumo de energía y mejorar la eficiencia general. A diferencia de los métodos tradicionales, los gemelos digitales ofrecen verificación y validación virtual temprana, creando réplicas digitales para probar y validar conceptos en la fase de diseño. Este enfoque identifica problemas potenciales de forma anticipada, reduce la dependencia de prototipos físicos y por lo tanto los costes, y acorta el ciclo de diseño, llegando al mercado más rápidamente.

Además, los gemelos digitales facilitan la puesta en marcha virtual, permitiendo realizar pruebas y optimización exhaustivas en un entorno virtual simulado. Esto también ofrece la posibilidad de entrenar a los operadores antes de comenzar las operaciones reales. Al hacer esto, se reducen los riesgos y costes asociados con el despliegue y arranque en el lugar, garantizando una transición a régimen más fluida, y de nuevo acelerando la llegada del producto al mercado. Asimismo, los gemelos digitales mejoran la sensorización virtual, reduciendo la dependencia de sensores físicos y mejorando la monitorización y operación del sistema, y por tanto su rendimiento.

Rares Curatu: Las empresas pueden esperar varios resultados clave al usar gemelos digitales, pero destacaría cuatro principales: en primer lugar, el desarrollo y personalización mejorada de productos, mejor toma de decisiones a través de información en tiempo real; en segundo lugar, la puesta en marcha virtual en el despliegue; y en tercer lugar, la reducción de costes de operación mediante la monitorización basada en la condición y cuarta el mantenimiento predictivo, que es una versión más avanzada del tercer punto.

Rares Curatu: Los líderes de la industria utilizan las herramientas de MathWorks, para construir gemelos digitales basados en modelado, simulación, diseño de control, procesamiento de señales, generación de datos sintéticos, análisis de datos, inteligencia artificial y más. Nuestros clientes emplean una combinación de modelado basado en física y enfoques basados en datos, dependiendo de su aplicación particular.

Los sistemas de ingeniería, que son conjuntos complejos de componentes interconectados diseñados para realizar funciones específicas, se benefician enormemente de los modelos basados en la física. Estos modelos son fundamentales para un enfoque en ingeniería digital conocido como Diseño Basado en Modelos. Este enfoque implica el uso sistemático de modelos a lo largo del proceso de desarrollo, reduciendo tiempos en la entrega de sistemas complejos.

Juan Nasarre: Por supuesto. Atlas Copco, un fabricante líder de compresores de aire, es un ejemplo notable. Utilizan enfoques basados en modelos para diseñar e implementar la funcionalidad del sistema, integrando modelos físicos de subsistemas mecánicos y eléctricos; de software con la lógica y la regulación permitiendo la colaboración entre distintas disciplinas ingenieriles. Esto actúa como un gemelo digital del sistema tal y como fue diseñado: como un gemelo digital para diseño.

Durante la producción, los modelos se integran con datos de fabricación y resultados de pruebas para asegurar que la calidad se mantenga dentro de los rangos objetivo. Esto es un ejemplo del gemelo digital del sistema tal y como se produce, es decir, un gemelo digital de fabricación.

Los modelos también se integran con herramientas de configuración de producto utilizadas por ingenieros de ventas y aplicaciones, para poder proporcionar configuraciones personalizadas que satisfacen las necesidades individuales de cada clientes. Nos referimos a esto como un gemelo digital tal y como se configura, o sea, un gemelo digital de configuración particular para el cliente.

Todos los sistemas desplegados están equipados con conexiones inalámbricas, lo que permite a Atlas Copco y al cliente detectar mejor fallos en funcionamiento, descubrir potenciales ahorros de energía y lograr el máximo tiempo de actividad para compresores y líneas de producción, resultando en un gemelo digital tal y como se mantiene, es decir, un gemelo digital para servicios de mantenimiento.

Como resultado, Atlas Copco puede proporcionar un compresor personalizado más confiable y de alto rendimiento, y continuar ofreciendo servicios de valor adicionales durante la operación, cubriendo todo el ciclo de vida. Esto maximiza el retorno de la inversión al cliente de forma significativa.

Gemelos digitales como una única fuente de verdad (fuente: estudio de caso de Atlas Copco).

Juan Nasarre: La industria española tiene una larga historia de colaboración con MathWorks. Estamos trabajando con empresas líderes en prácticamente todos los sectores industriales y también con centros tecnológicos que fomentan la innovación en los ecosistemas circundantes. Algunos ejemplos son:

1. Airbus Defense and Space, que presentó su concepto en esta charla ‘Buscando el Avión Gemelo Digital’, donde se destacó: Tenemos un modelo virtual 3D de la aeronave en el que podemos inyectar un fallo y ver todos los elementos afectados tal como aparecerían en la aeronave real, y detrás de esto hay una simulación ejecutando cientos de ecuaciones y haciendo que todo funcione.

2. Tecnalia desarrolló un gemelo digital que incluía los componentes eléctricos de una turbina eólica para predecir fallos, resultando en una reducción del 10% de falsos positivos y estimando un ahorro de costes de mantenimiento de 5 millones de euros para una flota de 1.000 turbinas.

3. Ideko, en esta charla ‘Gemelo Digital para la mejora de precisión en máquina herramienta’, explica el proceso de cómo construyeron un gemelo digital para fresadoras, permitiendo a operadores no especializados aumentar la precisión de la posición del cabezal de cada máquina a pesar del calor producido durante la operación de fresado.

Juan Nasarre: En conclusión, los gemelos digitales están transformando las prácticas modernas de ingeniería, puesta en marcha y operación al proporcionar un marco robusto para el diseño, simulación y análisis de datos en tiempo real. Empoderan a los ingenieros para construir gemelos digitales de manera incremental, optimizando el rendimiento del producto desde el diseño hasta la operación, mejorando significativamente la eficiencia y permitiendo servicios de valor añadido a los clientes. Como lo demuestran diversas empresas líderes en la industria, los gemelos digitales no son solo un avance tecnológico, sino un activo estratégico y un proceso que se construye de manera incremental, contribuyendo al crecimiento sostenible y la competitividad. Es un viaje de innovación, un viaje que es diferente para cada empresa. Un viaje en el que en MathWorks estamos encantados de acompañar apoyando a nuestros clientes.

Los puntos clave del gemelo digital

• El gemelo digital es como un viaje, y este viaje es diferente para cada empresa
• El gemelo digital no es una panacea; es mejor evaluar cada caso de manera individual
• Si las empresas no tienen suficiente capacidad de computación en sus instalaciones, deben poder desplegar fácilmente en la nube
• MathWorks cuenta con un portafolio de herramientas que permite avanzar más rápido en la creación de gemelos digitales.