Hasta comienzos del siglo XXI, la única forma de obtener información detallada sobre el estado de cualquier equipo industrial en funcionamiento era estar físicamente presente y tener la capacidad de inspeccionarlo. Hoy en día, el aumento de la potencia informática y la conectividad hacen posible virtualizar esta tarea mediante la creación y el mantenimiento de una representación digital, o «gemelo digital», de cualquier equipo real y, por tanto, de cualquier planta o motor.
«La visión definitiva del gemelo digital es crear, probar y construir nuestros equipos en un entorno virtual. Solo cuando logramos que su rendimiento cumpla nuestros requisitos lo fabricamos físicamente. Después queremos que esa construcción física se vincule con su gemelo digital mediante sensores, de modo que el gemelo digital contenga toda la información que podríamos obtener inspeccionando la construcción física», afirma John Vickers, experto líder en fabricación de la NASA y director del Centro Nacional de Fabricación Avanzada de la NASA.
Algunos elementos de este concepto de gemelo digital ya existen en la industria. Los modelos 3D CAD, por ejemplo, son representaciones digitales ricas y precisas que permiten garantizar que distintas piezas encajen tanto estática como dinámicamente. Las simulaciones de fabricación también pueden determinar si los diseños virtuales pueden realmente construirse con las máquinas disponibles. Por último, pero no menos importante, los flujos de datos de sensores en tiempo real de un activo físico en funcionamiento se utilizan ahora para conocer el estado y la condición exactos de un producto de activo en funcionamiento, independientemente de dónde se encuentre en el mundo.
La verdadera ventaja del gemelo digital, sin embargo, se materializa cuando todos los aspectos, desde el diseño hasta los datos en tiempo real, se integran para optimizar a lo largo de la vida útil del activo. Una descripción digital precisa de un activo físico, por ejemplo, no solo reduce los costes de prototipado o de construcción, sino que también permite predecir los fallos con mayor facilidad una vez que los datos en tiempo real se introducen en el modelo, reduciendo así tanto los costes de mantenimiento como el tiempo de inactividad.
Del mismo modo, adoptar un enfoque digital para todos los componentes críticos de una línea de producción permite crear un gemelo digital de todo el sistema productivo, abriendo nuevas vías para mejorar la productividad. GE, por ejemplo, está probando actualmente un concepto de «parque eólico digital», que utiliza para orientar la configuración de cada aerogenerador antes de la adquisición y la construcción. Una vez construido el parque, cada turbina virtual recibe datos de su equivalente físico, y un software permite optimizar la producción de energía a nivel de planta ajustando parámetros específicos de cada turbina, como el par del generador o la velocidad de las palas. La esperanza es generar mejoras de eficiencia del 20 %. «Para cada activo físico del mundo, tenemos una copia virtual que funciona en la nube y que se enriquece con cada segundo de datos operativos», afirma Ganesh Bell, director digital y director general de Software y Analítica en GE Power & Water. «El gemelo digital no es un modelo genérico. Es un conjunto de modelos basados en la física real que reflejan las condiciones operativas exactas, como la vida útil, el rendimiento y los modos de fallo, en el mundo real.» Del mismo modo, Black & Decker, fabricante de herramientas eléctricas utilizadas en todo el mundo, ha equipado una fábrica con gemelos digitales de líneas de montaje y materiales. Informan de mejoras en la utilización de mano de obra del 12 % y de un aumento del 10 % en la capacidad de producción.
Como suele ocurrir con las oportunidades de optimización, cuanto más integrado verticalmente esté el actor, más fácil será captar todos los beneficios derivados de un enfoque de gemelo digital a nivel de sistema. Si bien esto sitúa a las grandes corporaciones en una posición estratégica para demostrar la viabilidad de un concepto, no bastará para lograr ganancias en toda la economía. Para ello, es necesario aplicar un enfoque de gemelo digital a lo largo de cadenas de suministro completas, muchas de las cuales se están volviendo más complejas como consecuencia de la globalización, las nuevas técnicas de fabricación y, en sectores como la generación de energía, las políticas de liberalización.
Por ello, ayudar y apoyar a los pequeños proveedores en la adopción de un enfoque digital es clave. Con esto en mente, el Digital Manufacturing and Design Innovation Institute (DMDII), una organización de investigación y desarrollo financiada con fondos federales de EE. UU., ha publicado recientemente una convocatoria de proyectos para demostrar tecnologías que puedan ofrecer visibilidad dinámica en tiempo real (o gemelos digitales) de todos los participantes de la cadena de suministro, especialmente de los pequeños fabricantes. Otro elemento importante será garantizar que los primeros adoptantes puedan integrar los nuevos modelos de gemelos digitales de sus proveedores o socios a medida que estén disponibles. El parque eólico digital de GE antes mencionado, por ejemplo, está diseñado para acoger y optimizar los gemelos digitales de turbinas de otros fabricantes.
El concepto de gemelo digital no es nuevo; fue introducido por primera vez por Michael Grieves en la Universidad de Míchigan en 2001. Lo nuevo es que ahora estamos en una etapa en la que la conectividad industrial y la inteligencia de las máquinas están lo suficientemente avanzadas como para demostrar las ventajas a gran escala del método. A medida que se desplieguen los proyectos piloto y lleguen los resultados, es muy probable que aumente el interés por la técnica.
Este artículo se publica en colaboración con GE Lookahead. La publicación no implica el respaldo de las opiniones por parte del Foro Económico Mundial.
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Autor: Dr Michael Grieves es redactor de GE Lookahead.
Imagen: Un empleado escribe en un teclado de ordenador. REUTERS/Stoyan Nenov.
