Gemelo Digital, un aliado de oro para la transformación digital de las industrias

Introducción

El Gemelo Digital está considerado como una de las tendencias tecnológicas con mayor potencial de crecimiento. Para hacernos una idea, según Markets and Markets Research su mercado global se calculó en 3,1 billones (miles de millones) de dólares en 2020 y algunas estimaciones de distintas consultoras prevén que la utilización de Gemelos Digitales supere en 2035 los 115.000 billones en todos los sectores industriales, desde la mejora de Eficiencia Energética a la Industria Aeroespacial.

Muchos hemos oído hablar en los últimos tiempos de los Gemelos Digitales, pero ¿qué significa? ¿cuál es su origen? ¿qué ventajas, características y aplicaciones tienen? ¿cómo puede una organización definir y crear los requisitos que lo definan? y ¿cuáles son sus retos futuros?  Estas son algunas de las preguntas que en el presente artículo trataré de contestar.

¿Qué es un Gemelo Digital?

Podemos encontrar numerosas referencias y definiciones de este concepto tecnológico y, en todas, encontraremos un denominador común: nos hablarán de una representación virtual de cualquier activo (infraestructura, objeto, …) físico y/o proceso real. Sin embargo, la representación 3D y virtual por sí misma no es un Gemelo Digital.

Un Gemelo Digital se puede definir como representaciones virtuales de entidades (activos) y procesos del mundo real sincronizados entre sí a una frecuencia y con una fidelidad especificadas. Nos brinda la oportunidad de simular escenarios y optimizar nuestras decisiones utilizando conjuntos de datos del mundo real dentro de la relativa seguridad de los espacios virtuales. También es una piedra angular en el famoso y actual metaverso (espacio compartido virtual que emerge rápidamente y que ya está influyendo en la economía digital).

Los Gemelos Digitales son reconocidos como un habilitador esencial de la transformación digital. Además, la pandemia de la COVID-19 nos ha hecho replantearnos muchos modelos y procesos productivos, laborales y de mantenimiento, y sin duda, esto ha hecho que la adopción de las tecnologías y soluciones digitales, y entre ellas, el Gemelo Digital, se hayan acelerado e impulsado.

El origen

Sus primeros usos se encuentran dentro de la industria aeroespacial, aunque su concepto pudo verse referenciado y relacionado por primera vez con la presentación de la metodología PLM (Product Lifecycle Managenet) en 2002, en la Universidad de Michigan, llevada a cabo por Michael Grieves.

El concepto de Gemelo Digital está asociado desde sus orígenes a resultados sorprendentes. Prueba de ello es la experiencia de los tripulantes del Apolo 13 en abril de 1970 y su regreso exitoso tras días de zozobra. Animo a leer la apasionante crónica de Stephen Ferguson para el blog de Siemens donde nos cuenta la utilización de una tecnología precursora del Gemelo Digital para la misión Apolo 13 de la NASA. En su artículo, Ferguson evidencia que la utilización por parte de la NASA de simuladores, con escenarios creados a partir de datos de la situación real que estaban viviendo, hizo posible traer con vida a la Tierra a los tripulantes del Apolo 13.

En 2010, la NASA le pone nombre por primera vez al concepto y se empieza a hablar específicamente de “Gemelo Digital”, en un borrador de roadmap tecnológico.

Características y ventajas

Como dijimos anteriormente, la representación virtual a partir de un modelo 3D es una de las características de un Gemelo Digital, pero es solo una parte. Considero que la piedra angular de todo Gemelo son los datos. Es muy importante, la utilización de datos históricos, si existen en el caso de sistemas legados, con los que alimentar al Gemelo, para que pueda comprender el comportamiento y tenga conocimiento de incidencias pasadas. Asimismo, es fundamental la utilización de los datos provenientes de los sensores del activo o procedimiento real.

Los datos deben ser cargados automáticamente, con una frecuencia definida y conocida, y la información debe fluir de forma bidireccional, desde el Gemelo Digital al activo real y viceversa. La conjugación de estos datos con algoritmia de simulación y la aplicación de inteligencia artificial, tanto en el ámbito del machine learning como en el del deep learning, nos proporcionará la definición de un Gemelo Digital completo. Además, no hay que descuidar, obviamente, todas las implicaciones de ciberseguridad que lleva implícito el intercambio de datos y el trabajar a través de redes, internet y conexiones en la nube, así como el conocimiento del estado del contexto que rodea al Gemelo.

Los beneficios de un Gemelo Digital bien construido y alimentado son muchos:

• Incrementar la fiabilidad, funcionalidad y disponibilidad operativa del activo y/o proceso real
• Reducir riesgos de operación
• Reducir costes de mantenimiento
• Mejora de la producción
• Implementación de mejoras o actualizaciones óptimas con mayor agilidad

Todo lo anterior lo conseguimos realizando simulaciones en el Gemelo o corriendo algoritmos de predicción de comportamientos en él, a partir de los datos recibidos.

Aplicaciones de un Gemelo Digital: un caso práctico

Como hemos dicho al comienzo de este artículo, el Gemelo Digital puede aplicarse en múltiples industrias, si tomamos como aplicación en el campo del sostenimiento y del apoyo logístico de plataformas y sistemas navales en el mundo de la Defensa podríamos, por ejemplo, diseñar un Gemelo Digital que desde el principio de su concepción tuviera como objetivos a conseguir:

• Mantener la alta disponibilidad operativa de los sistemas y plataformas. Utilizando nuestro Gemelo para la definición de predicciones de averías, mantenimiento predictivo y prescriptivo.
• Ayudar a proporcionar una alta autonomía de nuestros sistemas y plataformas ante conflictos cada vez más largos. Con nuestro Gemelo Digital podríamos reducir los tiempos de suministro, a partir de la digitalización de la cadena logística y cadena de suministro para prever, por ejemplo, cuántos repuestos son realmente necesarios y predecir cuándo van a tener que ser enviados en función de la situación real de contexto.
• Incrementar la resiliencia mediante, por ejemplo, la implementación de las actualizaciones tecnológicos con garantías y simuladas previamente en distintos escenarios, o realizando una cura de obsolescencias proactiva.

Como vemos, un Gemelo Digital para el sostenimiento y apoyo al ciclo de vida de sistemas y plataformas es sin duda una de sus principales aplicaciones.

¿A qué retos futuros se enfrenta esta tecnología?

Uno de los retos actuales a los que nos enfrentamos en las organizaciones en la definición y desarrollo de un Gemelo Digital es la falta de estándares en cuanto a modelos y arquitecturas. Solo conozco un marco regulado y estandarizado para el desarrollo de Gemelos Digitales, únicamente aplicado al sector de la fabricación industrial, publicado por la Organización Internacional de Normalización en su norma técnica ISO 23247. Existen también asociaciones, como Digital Twin Consortium, que tratan de impulsar el conocimiento, la adopción, la interoperabilidad y el desarrollo de la tecnología de Gemelos Digitales y, por ende, la definición de reglas o estándares.

Otras dificultades y desafíos a superar para el establecimiento de una madurez tecnológica en el diseño y desarrollo de los Gemelos Digitales son:

• Todavía es una tecnología novel con pocos casos de uso y de éxito, prácticos y reales;
• Como toda tecnología novel, lleva asociado, por lo tanto, un mayor coste e inversión de tiempo para su desarrollo;
• Como se manejan datos críticos y relevantes del estado del activo y proceso real y su contexto, esto lleva asociado problemáticas de seguridad, privacidad, leyes de protección de datos, etc.;
• Por último, debemos pensar también que los Gemelos Digitales tendrán su propio ciclo de vida y necesidades de mantenimiento y actualización, en muchos casos ligados a activos con vidas medias de alguna década y que podrán, además, estar integrados en su propia red de Gemelos Digitales donde intercambien datos y modelos.

¿Cómo crear y definir los requisitos de un Gemelo Digital?

Alcanzado este punto, ya hemos visto el significado, las ventajas y la conveniencia de su utilización, pero cuando una organización decide o aprueba crear un Gemelo Digital es fácil que sufra de paralización temporal al plantearse, pero ¿cómo empiezo?

Particularmente, siempre me gusta, antes de iniciar la definición de un proyecto, responder un sencillo cuestionario: ¿para qué lo necesito?, ¿lo quiero para mejorar el apoyo al ciclo de vida de una plataforma legada?, ¿lo necesito para la mejora de mis diseños de ingeniería y fabricación? Tener claro el objetivo a conseguir y las funciones que voy a querer realizar con el Gemelo Digital adquiere una importancia capital.

Otras cuestiones que plantearse son: ¿por qué?, ¿es necesario?, ¿realmente me va a aportar beneficios o estoy siendo víctima de la adopción de una moda tecnológica? Una vez que respondamos con sinceridad y claridad a estas preguntas, el siguiente paso es definir los requisitos que deberá cumplir mi Gemelo Digital y, para ello, encuentro particularmente práctica la Tabla Periódica de Capacidades de un Gemelo Digital creada por Digital Twin Consortium  como guía de usuario:

La tabla periódica de Capacidades de Gemelos Digitales (CPT) es un marco de definición de requisitos independiente de arquitectura y tecnología. Está dirigido a organizaciones que desean diseñar, desarrollar, implementar y operar Gemelos Digitales, proporciona un marco fácil para describir las capacidades clave requeridas y un buen punto de partida en la definición y creación de nuestros Gemelos Digitales.

Pablo Segovia, KAM Sector Defensa en Tecnobit - Grupo Oesía