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El término “Gemelo Digital” surge a raíz del concepto de Industria 4.0 con un alcance muy amplio, siendo preciso detallar y acotar su significado.
El concepto de gemelo digital
Todo gemelo requiere una entidad gemelar. No existe gemelo sin otra entidad espejo. En nuestro caso de gemelo digital, ambas entidades serán sistemas o partes de sistemas. Una de estas entidades será un sistema físico, y la otra será una representación virtual del mismo.
¿Qué entendemos por representación virtual? Un modelo software, diseñado por computador, que reproduce las principales características del sistema físico y también su comportamiento. Por ejemplo, podemos tener una línea de producción y ensamblado de vehículos y su gemelo digital será su representación virtual en un programa de ordenador.
Sin embargo, esto no es suficiente para caracterizar un “gemelo digital”. La descripción anterior podría ser perfectamente asimilada a un “simulador” . Entonces, ¿qué diferencia un “simulador” de un “gemelo digital”? La respuesta vuelve al símil de los gemelos: entre ellos existe una conexión especial que les hace interaccionar de forma única.
En el caso del gemelo digital, la conexión entre las entidades física y virtual es real: el gemelo digital modela los atributos, características y comportamientos del sistema real, y además intercambia datos con él, tanto en extracción de medidas como en generación de métricas, predicciones y configuraciones, para que el sistema real pueda usarlas.
Así pues, un gemelo digital es una representacion virtual de un sistema físico que comprende tanto sus objetos, atributos como comportamientos, estados y ciclo de vida, que se actualiza extrayendo datos en tiempo real del sistema físico, y que emplea estrategias de simulación e inteligencia articial (aprendizaje automático, predicción, razonamiento y otras) para facilitar y mejorar la toma de decisiones, y para analizar las posibles consecuencias e impactos.
Propósito de un gemelo digital
Para entender la necesidad y objetivo de un gemelo digital, tenemos que considerar la complejidad, coste y viabilidad de la operación y casuística del sistema real que replica. Muchas veces es muy costoso, o simplemente inviable, hacer modificaciones en los sistemas reales. Sería el caso de la modificación de parámetros de un sistema en funcionamiento sin pararlo.
Otras veces, en cambio, no es posible determinar los efectos e impactos que ciertos cambios a realizar pueden tener en un sistema real, por la complejidad que ello supone, o simplemente por ser sólo hipótesis de trabajo. Hemos de tener en cuenta que muchos cambios vienen impuestos por el contexto, por la evolución del negocio, por la obsolescencia, es decir, son no deseados. Otras veces los cambios se plantean como fruto de la optimización de las operaciones, la reducción de coste, la irrupción de nuevas tecnologías, productos y mercados, y otros factores.
En otras ocasiones, para la correcta gestión de riesgos, simplemente es necesario simular los potenciales impactos que ciertos riesgos pueden tener para nuestro sistema productivo.
En todos estos casos, disponer de un gemelo digital conectado al sistema real, permite recopilar datos, medir, analizar impactos, y preparar acciones de contigencia y alternativas para la protección y mejora del sistema real.
¿Cómo funciona un gemelo digital?
Como hemos visto, un gemelo digital es un modelo virtual diseñado para reflejar con precisión un objeto físico. Imaginemos, por ejemplo, una turbina eólica como objeto en estudio. Esta turbina está equipada con sensores que recopilan datos sobre diferentes aspectos de su rendimiento, como la producción de energía, la temperatura y las condiciones climáticas.
Estos datos se transmiten a un sistema de procesamiento y se aplican a la copia digital del objeto. Una vez procesados, el gemelo digital se utiliza para ejecutar simulaciones, estudiar problemas de rendimiento y generar posibles mejoras.
El objetivo es generar información valiosa que luego se puede aplicar al objeto físico original. A diferencia de las simulaciones, los gemelos digitales utilizan datos en tiempo real y pueden estudiar múltiples procesos desde diferentes perspectivas.
¿Qué tipos de gemelos digitales puede haber?
En función del grado de cobertura funcional y de integración entre las dos partes del gemelo, la física y la virtual, podemos hablar de:
- Gemelos de componentes: Son la unidad básica del gemelo digital y representan el ejemplo más pequeño de un componente funcional.
- Gemelos de partes: Son similares a los gemelos de componentes pero pertenecen a componentes de menor importancia.
- Gemelos de sistemas: Representan sistemas completos y se utilizan para monitorizar y analizar el comportamiento de sistemas más amplios.
Conclusion
Los gemelos digitales son herramientas poderosas que nos permiten comprender, simular y mejorar objetos y sistemas físicos mediante su representación virtual y el uso de datos en tiempo real.
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