Introducción al gemelo digital

¿Alguna vez has hecho una máquina? En caso afirmativo, ¿cuántos intentos se necesitaron para que funcionara perfectamente, para que fuera el ideal? Suponemos una bonanza de estos intentos fallidos. No solo usted, sino todas las fábricas se enfrentan a esta problemática situación. A veces, un defecto en un determinado fragmento puede provocar que el dispositivo no funcione. Esto requerirá desmantelar los fragmentos, descubrir la parte dañada, repararla y volver al día uno.

¿Alguna vez quiso averiguar cómo va a funcionar la máquina antes de ensamblar todos los componentes? ¿Qué pasa si decimos que puede simular su dispositivo en su escritorio de la misma manera que lo hará en el mundo real? No, no estamos hablando de videojuegos sino de la réplica exacta del dispositivo con todos sus componentes desde el nivel micro atómico hasta el nivel macro geométrico. Sí, esto se encuentra dentro del ámbito de la posibilidad y se puede realizar con la ayuda de un » gemelo digital «.“. El próximo paso importante en los servicios industriales será predecir con precisión el futuro de los activos físicos a través de sus gemelos digitales. Es posible que no esté familiarizado con este término «gemelo digital» en este momento, pero créame, una vez que lo vea, deseará saber todo sobre un «gemelo digital». Comencemos por delinearlo.

Hay muchas definiciones de un » gemelo digital » que inundan Internet, pero la más simple es: un gemelo digital es un clon digital en tiempo real de un dispositivo físico.¿Sigue siendo ambiguo? Permítanme hacerlo sin ambigüedades. Un Gemelo Digital de cualquier dispositivo/sistema es un modelo de trabajo de todos los componentes (a nivel micro o macro o ambos) integrados y mapeados juntos utilizando datos físicos, datos virtuales y datos de interacción entre ellos para hacer una réplica completamente funcional del dispositivo/ sistema y eso también en un medio digital. Este gemelo digital del sistema físico no pretende desplazar al sistema físico, sino probar su optimización y predecir las características de rendimiento de las contrapartes físicas. Puede conocer el curso de vida operativo del sistema, la implicación de los cambios de diseño, el impacto de las alteraciones ambientales y muchas más variables utilizando este concepto. Hablando de curso de vida, me invita a aromatizar su conciencia del concepto con su origen.

Breve historia del gemelo digital

El concepto y modelo de Digital Twin fue presentado oficialmente en 2002 por el Dr. Michael Grieves como el modelo conceptual subyacente a la gestión del ciclo de vida del producto ( PLM). El concepto ha sido practicado desde la década de 1960 por la NASA. Usaron ideas básicas de hermanamiento para la programación espacial en ese momento. Hicieron esto mediante la creación de sistemas duplicados físicamente a nivel del suelo para que coincidieran con los sistemas en el espacio. Un ejemplo es cuando la NASA desarrolló un gemelo digital para evaluar y simular las condiciones a bordo del Apolo 13. Los esfuerzos se realizaron teniendo en cuenta solo una misión en particular y, por eso, este concepto no ganó reconocimiento hasta 2002 después del Dr. Grieves.lo presentó con todos los elementos, incluido el espacio real, el espacio virtual y la difusión de datos y el flujo de información entre el espacio real y el virtual. El concepto de integrar las partes digitales y físicas como una sola entidad se ha mantenido igual desde su aparición. Aunque la terminología ha cambiado a lo largo de los años hasta 2010, cuando John Vickers de la NASA lo llamó posteriormente ‘Digital Twin’ en un Informe de hoja de ruta de 2010.
Un gemelo digital consta de tres partes bien diferenciadas: la parte física , la parte digital y la conexión entre las dos . La ‘conexión aquí se refiere a los datos que fluyen desde los productos físicos al producto digital/virtual y la información que está disponible desde el entorno digital al entorno físico.

¿Cómo funcionan los gemelos digitales?

Con la información anterior, es posible que haya esbozado una idea en su mente sobre el funcionamiento de un «gemelo digital». A estas alturas, después de tener una idea aproximada de un gemelo digital, es posible que se haya dado cuenta de que para crear un gemelo digital, necesitamos datos físicos, datos virtuales y los datos de interacción entre los dos para mapearlos y hacer una réplica digital del sistema. . Ahora, la pregunta que surge aquí es ¿cómo se recopilan todos estos datos? Cuando se trata de discutir sobre el funcionamiento de un gemelo digital, solo podemos comenzar por encontrar una respuesta a esta pregunta.
Para la creación de un gemelo digital de cualquier sistema, los ingenieros recopilan y sintetizan datos de varias fuentes, incluidos datos físicos, datos de fabricación, datos operativos e información del software de análisis. Los sensores están conectados al producto físico que ayuda a recopilar datos y enviarlos de vuelta al gemelo digital, y su interacción ayuda a optimizar el rendimiento del producto mediante un equipo de mantenimiento. Los ingenieros integran Internet de las cosas , inteligencia artificial , aprendizaje automático, y Software Analytics con Spatial Network Graphs para recopilar toda la información relevante y mapearla en un modelo de simulación virtual basado en la física y luego, al aplicar Analytics en estos modelos, obtenemos las características de rendimiento del activo físico. Para la mayoría de los dispositivos, el intercambio continuo de datos ayuda a obtener el mejor análisis posible, lo mismo ocurre con el gemelo digital. Por lo tanto, un gemelo digital se actualiza continuamente desde múltiples fuentes para representar su estado, condición de trabajo o posición casi en tiempo real. Su sistema de aprendizaje, aprende de sí mismo, utilizando sensores que transmiten datos de varios aspectos de su condición operativa; de expertos humanos, como ingenieros con un conocimiento profundo y relevante del dominio de la industria; de otras máquinas similares; y de los sistemas y entornos más amplios de los que puede formar parte. Un gemelo digital también utiliza los datos del uso anterior de la máquina para tener en cuenta su modelo digital. Luego, el modelo digital creado se aplica con análisis como las condiciones ambientales o el análisis de interacción con otros dispositivos para detectar anomalías y el ciclo de vida de la contraparte física. Luego, el gemelo determina un proceso óptimo que impulsa algunas métricas clave de rendimiento y proporciona pronósticos para la planificación a largo plazo que ayuda a optimizar el resultado comercial.

Necesidad de gemelos digitales

Sin duda, la construcción de un gemelo digital no tendría sentido si no hubiera razones prácticas para perseguirlo. Ya se señaló que uno no puede hacer una máquina perfecta en un solo intento y cuesta mucho dinero y mucho tiempo experimentando con productos físicos. En otra nota, los gemelos digitales e IoT (InternetOfThings) junto con la inteligencia artificial nos ayudan a analizar datos y monitorear sistemas para examinar y resolver estos problemas. Donde hacer un cambio en un producto físico podría ser agotador, una réplica digital puede revisarse rápidamente para demostrar modificaciones y ejecutar simulaciones. Si el resultado del sistema revisado no cumple con nuestras necesidades después de probarlo en Digital Twin antes de la máquina física, esto nos ayudaría a no desperdiciar recursos físicos y ahorrar tiempo. Al monitorear el estado de un sistema o proceso y usar múltiples mareas de datos en tiempo real para estudiar su gemelo digital, los ingenieros obtienen un conocimiento profundo sobre cómo mejorar los ciclos de vida del producto, optimizar el mantenimiento y optimizar. El uso de una réplica digital del sistema físico no solo acelera el desarrollo en varios aspectos, sino que también ayuda a analizar, observar y navegar hasta el último detalle con tanta precisión que no hay lugar para errores e imprecisiones, lo que garantiza un resultado de producción óptimo. Otro beneficio más es que los gemelos digitales permiten a los expertos trabajar en proyectos incluso cuando no están en contacto directo con el gemelo físico. Garantiza la seguridad de un bienestar sin riesgo de tragedia. El gemelo digital también ayuda a los ingenieros a trabajar en equipos que ya están en el espacio y son completamente inaccesibles para ellos. sin la molestia que conlleva la accesibilidad física de este tipo de equipos. Cualquier actualización o alteración puede probarse primero por sus resultados y repercusiones para evitar cualquier calamidad al implementarla directamente en el mundo físico. En pocas palabras, los gemelos digitales tienen el poder de remodelar el universo.

Aplicaciones de Gemelos Digitales

Estamos en las primeras etapas de desarrollo de la era industrial digital, donde el gemelo digital todavía está en su infancia. A pesar de esto, podemos vislumbrar tremendas transformaciones que tenemos por delante. Estos Gemelos Digitales personifican los ‘recuerdos’ de activos e incluso la ‘conciencia de grupo, ya que resultan ser los ‘modelos vivos de las entidades físicas’. Estamos siendo testigos de las principales aplicaciones de Digital Twins en los siguientes sectores:

1. Fabricación: no solo la aparición de Digital Twins nos ayuda a fabricar productos de alta calidad. Pero también podemos ahorrar dinero y tiempo, que de otro modo se desperdiciaría en la producción. Facilita a estas empresas probar nuevos diseños con rapidez. Hablar de pruebas virtualizadas de una nueva string de suministro es pan comido, mientras que probar el equivalente físico implica cerrar la producción, perder ganancias, lo que, por otro lado, puede ser como abrir la caja de Pandora. Dado que los gemelos digitales pueden brindar una vista en tiempo real de lo que sucede con el equipo u otros activos físicos, han sido muy útiles en la fabricación.

2. Automotriz: a medida que los automóviles, especialmente los automóviles, se integran progresivamente con IoT y la tecnología digital, la capacidad de replicar cada detalle se vuelve cada vez más indispensable. Con la ayuda de los gemelos digitales, se ha vuelto pan comido para los ingenieros predecir el rendimiento de las máquinas. Podemos construir un gemelo digital de todo tipo de vehículos autónomos y rastrear el vehículo desde el día de su creación hasta el día en que va al depósito de chatarra. Los ingenieros pueden probar nuevas características de seguridad en el mundo digital, sin necesidad de que el nuevo vehículo físico pruebe los cambios. Por una razón similar, los fabricantes de automóviles inteligentes también están probando su IA autónoma en un entorno digital.

3. Atención médica: un gemelo digital puede ayudar a virtualizar un sistema hospitalario para crear un entorno seguro y evaluar el impacto de los posibles cambios en el rendimiento del sistema. Además, los Gemelos Digitales en el sector de la salud pueden identificar fallas en los diversos equipos (que a menudo son muy costosos y deben operar a niveles óptimos) involucrados en varios campos médicos. No solo eso, sino que el gemelo digital ha ayudado a los médicos a realizar cirugías difíciles. Tome un ejemplo de los cardiólogos, usaron gemelos digitales del corazón del paciente para determinar con precisión la posición de los cables que funcionarían mejor en este paciente específico antes de la cirugía, lo que también reduce el riesgo de falla.

4. Venta al por menor: la implementación de este concepto de gemelo digital juega un papel clave en el aumento de la experiencia del cliente minorista mediante la fabricación de una simulación que podría representar con precisión cómo se lleva a cabo un modelo específico de un producto en la vida de un individuo. No solo esto, sino que también le permite probar si existe algún potencial en un nuevo diseño del producto para reducir los gastos sin tener que realizar cambios físicos a gran escala en toda su gama de productos, lo que puede reducir el precio de mercado del producto. Tener una copia digital exacta de su activo físico puede conducir a innovaciones que marcan tendencia. Una vez que la innovación funciona bien para el modelo digital, se puede comenzar a invertir en activos físicos.

5. Ciudades inteligentes: las ciudades tienen numerosos bloques de construcción en movimiento e interconectados. Con un modelo avanzado bien adaptado, los ingenieros civiles, los gobiernos y otras empresas relacionadas pueden probar nuevas soluciones de la mejor manera posible. Esta herramienta puede resultar muy ventajosa para analizar las diferentes formas de transporte y patrones de movimiento de peatones y para una buena planificación para garantizar que se cumplan sus requisitos. Cuando se prepara con Machine Learning, este modelo puede probar posibles soluciones a problemas como la gestión del tráfico en muy poco tiempo. Este modelo sería beneficioso en otras situaciones problemáticas. Por ejemplo, en caso de emergencia por incendio, los bomberos pueden tener acceso al modelo 3D del edificio. Con la ayuda de la Realidad Aumentada y la IA, los bomberos pueden saber dónde están las personas y cómo predecir el comportamiento del fuego.

Futuro de los gemelos digitales

Se espera que el mercado mundial de gemelos digitales crezca muy rápidamente. Hablando en números, en casi un 38 por ciento anual, alcanzando $15,700 millones para 2023, según la investigación de MarketsandMarkets. Pero esto no es tan fácil como parece, ya que las agencias enfrentan muchos desafíos al construir un gemelo digital. Su construcción es solo la punta del iceberg, el desafío real radica en la falta de estándares claros para implementarlos, la necesidad de capacitar a las personas para usarlos y un plan de gobernanza. Los gemelos digitales tienen el potencial de cambiar enormemente la atención médica en el futuro. Permitirán el poder de superar las limitaciones de la medicina y utilizarán los datos como una herramienta para comprender verdaderamente el cuerpo humano. Los órganos simulados pueden cambiar el funcionamiento de la medicina, de una manera hiperpersonal y menos invasiva. Con vistas a lo próximo, un gemelo digital de ciudades es una posibilidad que podría hacer que los motores de búsqueda sean capaces de encontrar cualquier cosa en el mundo físico. Los seres humanos también tendrán sus gemelos digitales, que recopilará información en tiempo real de los dispositivos portátiles y contendrá el código genético único de un usuario. Con esta información, se pueden resolver muchas inquietudes, como problemas de salud y delincuencia. Pero junto con la tecnología emergente, tendremos que trabajar a través de etapas de mierda antes de obtener las cosas buenas. Muchos grandes nombres como Bosch, Microsoft, IBM, GE y muchos más han comenzado a invertir en esta tecnología y los que se quedan atrás pueden sufrir una caída para sus empresas.