Por qué los gemelos digitales deben incorporar la sostenibilidad y no solo la productividad

Aunque no se trata de una tecnología nueva, los gemelos digitales -representaciones virtuales de objetos o sistemas del mundo real- son cruciales para impulsar la Cuarta Revolución Industrial. Con escalas que van desde un coche a una ciudad, los datos constantes en tiempo real y los bucles de retroalimentación garantizan que los gemelos digitales sean representaciones virtuales exactas. Esto permite a los fabricantes utilizarlos y aprender como si estuvieran realizando pruebas en el mundo real.

En la actualidad, los fabricantes aprovechan los gemelos digitales para una amplia variedad de fines, aunque los más comunes se centran en mejorar el proceso de producción o la sostenibilidad. Los gemelos digitales de producción pueden mejorar la fabricación mediante el ahorro de costes y la mejora de la eficiencia. Esto suele tener efectos secundarios positivos, aunque pasados por alto.

Las nuevas operaciones eficientes tienden a reducir el consumo de energía y agua, los residuos y las emisiones, lo que se traduce en una menor huella ambiental. Del mismo modo, aunque no sea el objetivo principal, los gemelos digitales centrados en la sostenibilidad pueden suponer un ahorro de costes y mejorar la eficiencia.

Considerar los gemelos digitales centrados en la producción y los centrados en la sostenibilidad como entidades separadas es una oportunidad perdida para los fabricantes. No incorporar todos los aspectos de la producción crea un modelo incompleto. A medida que los gemelos digitales maduran, los fabricantes deben incorporar métricas de producción y sostenibilidad en un único gemelo digital para obtener todos los beneficios del modelo.

Un gemelo digital puede describirse como un modelo espejo de información o una representación virtual 3D exacta de sistemas del mundo real. Los gemelos digitales suelen simular cómo se comportará un "gemelo" en una amplia gama de escenarios, identifican cuellos de botella operativos y comparan los resultados esperados con la producción en tiempo real.

Los gemelos digitales reciben datos de varios sensores que controlan al gemelo del mundo real. En un entorno de fabricación, por ejemplo, los sensores pueden medir una amplia gama de información, como resultados de rendimiento (número de agujeros perforados, energía consumida, etc.) o información ambiental (condiciones meteorológicas, por ejemplo). A continuación, esta información se analiza con ayuda del aprendizaje automático y la inteligencia artificial (IA).

Lo bueno del sistema de gemelos digitales es que permite una mejora continua: el gemelo real alimenta de datos al gemelo digital, y éste identifica las áreas susceptibles de mejora y aporta soluciones. Estas sugerencias se adaptan y el ciclo vuelve a empezar. La solución de gemelos digitales de Hitachi es un buen ejemplo: se crea un gemelo digital para cada máquina de su planta de fabricación y recibe un flujo constante de datos. El gemelo digital permite a la fábrica identificar problemas a tiempo y con frecuencia, evitando que surjan problemas más importantes.

Otro adaptador del gemelo digital es la industria del automóvil. BMW ha digitalizado muchas de sus fábricas y ha creado BMW iFACTORY, una herramienta digital similar a Google Street View. Según BMW, este gemelo digital fomenta la colaboración internacional entre fábricas. El equipo de producción utiliza BMW iFactory para visitar cualquier fábrica del mundo y obtener datos cuantitativos de la planta y comparar las mejores prácticas.

Muchos fabricantes de todo el mundo utilizan gemelos digitales para mejorar la eficiencia de la producción. Un reciente libro blanco de la iniciativa Global Lighthouse Network (GLN), del Foro Económico Mundial, destaca las fábricas que lideran las transformaciones digitales. Muchas de estas fábricas usan los gemelos digitales centrados en procesos como facilitadores críticos para el éxito.

Un ejemplo es la fábrica de LG Electronics en Changwon (Corea). La fábrica transformó su herramienta de simulación visual de la cadena de montaje en un gemelo digital mediante la integración continua en el sistema de datos de producción en tiempo real, con actualizaciones cada 30 segundos. Como resultado, mejoraron la productividad en un 17%, la calidad del producto en un 70% y redujeron el consumo de energía en un 30%.

Otro ejemplo es la fábrica de Procter & Gamble en Guangzhou (China). La fábrica empleó un gemelo digital para mejorar las operaciones de almacén. En un periodo de tres años, el gemelo digital permitió realizar el 99,9% de las entregas a tiempo, reducir el inventario en un 30% y los costes logísticos en un 15%.

Estos ejemplos y muchos otros de gemelos digitales de producción han pasado por alto la sostenibilidad como efecto secundario. El nuevo funcionamiento eficiente reduce el consumo de energía y los residuos, lo que se traduce en una menor huella ambiental. Como ya se ha mencionado, la fábrica de LG Electronics minimizó el consumo de energía en un 30%, mientras que la de Procter and Gamble redujo el inventario en un 30%. Esto supone una drástica reducción del consumo de recursos, lo que hace que sus procesos sean más sostenibles.

Del mismo modo, los gemelos digitales de sostenibilidad mejoran la sostenibilidad de una fábrica y a menudo conducen indirectamente a una mayor eficiencia y ahorro de costes. Un ejemplo es la planta de Schneider Electric en LeVaudreuil, que utiliza gemelos digitales de sus instalaciones. Según The "No-Excuse" Framework, Schneider Electric utiliza los datos para optimizar la gestión de la energía (-25%), reducir los residuos de materiales (-17%) y minimizar las emisiones de CO2 (-25%). Además de ayudar a Schneider Electric a alcanzar su objetivo de cero emisiones netas para 2025, el gemelo digital es más rentable y crea procesos más eficientes.

En una entrevista con el Foro Económico Mundial de 2022, Peter Herweck, director general de Schneider Electric, declaró: "La digitalización y la sostenibilidad efectivamente integradas impulsan un cambio más profundo y amplio cuando están alineadas."

Los gemelos digitales deben diseñarse con la misma mentalidad: derivar soluciones basadas en métricas y objetivos predeterminados. Al integrar la eficiencia y la sostenibilidad de los procesos como parámetros principales, los problemas detectados y las mejoras sugeridas tendrán un impacto más holístico.

Aunque reducido en número, el gemelo digital de doble enfoque no es una idea del futuro. Western Digital, en Penang (Malasia), ha utilizado gemelos digitales para crear un sistema de "automatización a luces apagadas". La "fabricación a luces apagadas" o "sin luces" -en la que un sistema puede dejarse desatendido por un periodo de tiempo- transforma todo el proceso al integrar objetivos de sostenibilidad y eficiencia. Mientras el centro manufacturero ha crecido con una tasa compuesta de crecimiento anual (TCAC) del 43% en los últimos cuatro años, la automatización sin luces ha reducido el consumo de energía en un 41%.

La sostenibilidad y la eficiencia de la producción se refuerzan mutuamente. No incorporar todos los aspectos al modelo de gemelos digitales crea una imagen digital incompleta e impide la mejora continua. Si la sostenibilidad o la eficiencia se consideran un subproducto y no un resultado, la información no se introduce en el modelo. Como resultado, es imposible basarse en estos conocimientos para facilitar nuevas mejoras. A medida que maduran los gemelos digitales, la sostenibilidad y la eficiencia de la producción deben considerarse componentes integrados de un sistema complejo o componentes centrales del metaverso industrial.

Veronique Adenis, investigadora del proyecto Fabricación Avanzada y Cadenas de Suministro del Foro Económico Mundial, ha contribuido a este artículo.