¿Qué es un gemelo digital?
El concepto de emplear modelos que imitan el comportamiento de productos reales, se remonta al programa Apolo de la NASA, en donde emplearon dos vehículos espaciales idénticos para permitir reflejar las condiciones del mismo durante las misiones.
La tecnología de gemelos digitales consiste en crear réplicas virtuales de objetos o procesos que simulan el comportamiento de estos, con el objetivo de analizar su efectividad y/o comportamiento en determinados casos para mejorar su efectividad.
En pocas palabras, un «Gemelo Digital» es un modelo virtual de un proceso, producto o servicio a través de la información obtenida de sensores o automatismos.
Esta unión del mundo físico con el virtual permite el análisis inteligente de datos y la monitorización de sistemas para (ciudadesdelfuturo, 2017):
- Evitar problemas antes de que se produzcan.
- Prevenir tiempos de inactividad.
- Desarrollar nuevas oportunidades de negocio.
- Planificar el futuro mediante simulaciones.
- Personalizar la producción a los requerimientos del cliente.
A pesar de que el concepto Gemelo Digital no es del todo nuevo, en la última década es cuando ha tomado mayor relevancia y popularidad gracias a las investigaciones en dicho campo.
Esta relevancia y popularidad se puede observar en el crecimiento exponencial del número de publicaciones encontradas en Scopus y ScienceDirect (limitado al idioma inglés) que contienen el término ‘Digital Twin‘ en el título del artículo, resumen o como palabras clave de 2011 a 2020. El aumento en las publicaciones es bastante reciente. (Singh, Fuenmayor, Hinchy, Qiao, Murray, & Devine, 2021).
Fuente: (Singh, Fuenmayor, Hinchy, Qiao, Murray, & Devine, 2021).
Como se indica en la misma publicación, el aumento en el número de publicaciones relacionadas con los gemelos digitales ha llevado a la confusión entre diferentes terminologías relacionadas con la digitalización de las industrias.
Además de generarse otro problema, como la falta de consenso sobre la descripción y distintos tipos de gemelo digital, lo que aumenta la confusión (Singh, Fuenmayor, Hinchy, Qiao, Murray, & Devine, 2021).
La primera definición de gemelo digital surge de la mano del profesor de la Universidad de Michigan, Michael Grieves, en 2002 durante una presentación sobre la gestión del ciclo de vida del producto en la industria. (Grieves & Vickers, 2017).
M. Grieves, estableció una arquitectura general de gemelo digital estándar (Grieves, 2014), en ella se presenta un gemelo digital como una estructura formada por tres componentes: un espacio real, un espacio virtual y la conexión entre ellos, es decir, el mecanismo de enlace para el flujo de datos e información entre los ambos.
El modelo se denominó «Mirrored Spaces Model’.
Un concepto similar en el que los modelos de software imitan la realidad a partir de la entrada de información del mundo físico fue imaginado por Gelernter en 1991 y fue denominado «Mirror Worlds». (Gelernter, 1993).
En 2003, Kary Främling et al. También propuso «Una arquitectura basada en agentes en la que cada elemento de producto tiene su correspondiente ‘contraparte virtual’ o agente asociado» como solución a la ineficiencia de la transferencia de información producción en papel para la Gestión del ciclo de vida de producto (PLM). (Främling, Holmström, Ala-Risku, & Kärkkäinen, 2003).
En 2006, el nombre del modelo conceptual propuesto por Grieves se cambió de «Mirrored Spaces Model» a “Information Mirroring Model”.
El modelo enfatiza que el mecanismo de enlace entre dos espacios es bidireccional y tiene múltiples espacios virtuales para un solo espacio real donde se alternan y se pueden explorar ideas o diseños.
Fuente: (Singh, Fuenmayor, Hinchy, Qiao, Murray, & Devine, 2021).
Los avances tecnológicos realizados en cuanto, a capacidad de almacenaje de datos y procesamiento de los mismos así como la irrupción del IIoT (Industrial Internet of Things) y la conectividad de los dispositivos, han dado la posibilidad de desarrollar los Gemelos Digitales.
Actualmente, AIDIMME está desarrollando un proyecto para crear un modelo y la infraestructura que permita construir modelos de procesos mediante gemelos digitales (DIGITUIN), proyecto financiado por IVACE con fondos FEDER. El proyecto finalizará en septiembre, fecha en la que se presentarán los resultados obtenidos.
Número de proyecto: 22100064
Expediente: IMDEEA/2021/52
Duración: Del 01/07/2021 al 30/09/2022
Coordinado en AIDIMME por: SÁNCHEZ ASINS,JOSÉ LUIS
Línea de I+D: INDUSTRIA 4.0
Para más información contacte con AIDIMME.
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AIDIMME desarrolla «gemelos digitales» para potenciar los sistemas de depuración de aguas residuales
• La iniciativa DIGITUIN, financiada por el IVACE y los Fondos FEDER, impulsa un desarrollo para mejorar los procesos productivos mediante gemelos digitales, como es el caso de la central de depuración de aguas de Algemesí.
Los gemelos digitales (GD) son representaciones virtuales y dinámicas de sistemas, productos, o servicios, que permiten simular su comportamiento incluso antes de existir físicamente.
El Instituto Tecnológico AIDIMME está desarrollando un GD específico para una centrífuga de la central de depuración de Algemesí, gestionada por la empresa “Depuración de Aguas del Mediterraneo (DAM)”.
Esta máquina tiene la función de separar el agua del lodo líquido, obteniendo dos productos: agua y lodo sólido. El proceso se realiza rotando a gran velocidad el material introducido, consiguiendo así su separación.
Real y digital
No resulta novedad destacar que el mundo real sufre de grandes carencias que no vemos en el mundo digital, por ejemplo, si una máquina se rompe, nos implicará una reparación costosa, mientras que si un programa se rompe se puede reiniciar a un coste similar a 0. El caso contrario también es cierto, un sistema digital no puede fabricar, mientras que un sistema físico sí.
El proyecto Digituin, “Desarrollo de una infraestructura digital para la construcción de modelos de procesos mediante gemelos digitales”, tiene el objetivo de conseguir un sistema híbrido que permita tener lo mejor de ambos mundos, y para ello se realiza una copia del sistema físico en el mundo digital.
El caso de uso elegido ha sido una centrífuga de la central de depuración de Algemesí, gestionada por la empresa “Depuración de Aguas del Mediterraneo (DAM)”.
Para obtener una copia digital de la centrífuga se están desarrollando dos pilares: la visualización y la algoritmia.
Para la visualización del gemelo se ha creado una copia en 3D del sistema, esto permite una interacción mucho más fluida con el sistema digital mediante realidad virtual. Se consigue de esta manera, una interfaz mucho más humana y una forma de interaccionar mucho más directa.
Para la parte algorítmica es necesario tener un feedback directo del estado real del aparato y de la relación que existe entre las distintas variables recogidas. Para esto se utilizan sensores que recogen en tiempo real diversas magnitudes como las vibraciones, la velocidad de rotación, la temperatura del lodo, o la corriente que está utilizando la máquina.
Una vez se mide los datos, estos son enviados a la API del gemelo que recibe, clasifica y almacena los datos.
La ventaja digital
Esta colección de información tiene 2 usos principales. El primero y más directo es la monitorización continua del sistema físico permitiendo optimizar los mantenimientos de la máquina y adelantar posibles averías.
Por otra parte, el modo de simulación genera modelos que permiten predecir el resultado de alterar las distintas variables de entrada, conduciendo de esta manera a diversas mejoras en la producción.
Número de proyecto: 22100064
Expediente: IMDEEA/2021/52
Duración: Del 01/07/2021 al 30/06/2022
Coordinado en AIDIMME por: SÁNCHEZ ASINS, JOSÉ LUIS
Línea de I+D: INDUSTRIA 4.0
Para más información contacte con AIDIMME.
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