Digital Twins, Machine Learning e IoT

Paloma Recuero de los Santos    13 octubre, 2020

En este post, vamos a contar qué son los Digital Twins, qué papel juegan en la Industria 4.0, y su relación con el Machine Learning, IoT y, por ende, el concepto de “hiperautomatización”.

La creación de gemelos digitales o “digital twins” es un recurrente en los informes de tendencias tecnológicas más relevantes de las principales consultoras en los últimos años. (Gartner los incluye en sus “Top 10 Strategic Technology Trends” para 2017, 2018 y 2019. Y eso que, como hemos comentado antes, no son algo nuevo. (Por cierto que seguro que os preguntáis qué pasa con el informe de 2020. En el informe de 2020 no aparece explícitamente, sino integrado en el concepto de hiperautomatización)

Aunque el término en sí mismo surgió en 2003, en una presentación de Michael Grieves sobre la gestión del ciclo de vida de un producto, el origen del concepto fue un par de décadas anterior. En este vídeo, vamos a contar qué son los Digital Twins, qué papel juegan en la Industria 4.0, y su relación con el Machine Learning, IoT y, por ende, el concepto de “hiperautomatización”.

Figura 1: Modelo del Gemelo Digital, Grieves 2003 (fuente)

Un poco de historia

En los años 80, NASA fue la primera organización en crear simulaciones sobre el comportamiento de las naves o equipamientos para asegurar la viabilidad y seguridad de sus misiones de exploración espacial.

De hecho, fue esta estrategia la que permitió el rescate de la misión Apolo 13, en abril de 1970. (¿Recordáis?: “Houston, tenemos un problema“).

Esta tecnología consiste en realizar un “emparejamiento” entre la cápsula en el espacio, y una réplica en tierra. El control de la misión simula sobre ésta última cualquier problema que pueda surgir en la que está en el espacio para averiguar rápidamente cómo corregirlo.

¿Qué es un Gemelo Digital o “Digital Twin”?

Un gemelo digital no es más que una réplica virtual de un proceso, producto o servicio que  simula el comportamiento de su homólogo físico. La monitorización del gemelo virtual permite adelantarse a posibles problemas que puedan surgir, probar, sin correr riesgos distintas soluciones (“las pruebas, con gaseosa” 😉 y mejorar de esta forma su rendimiento y eficacia.

¿Para qué se utilizan?

Este poder probar sin correr riesgos, el poder hacer prácticamente todo lo que queramos en un entorno virtual, y saber cómo se comportará al llevarlo al entorno real, ha convertido a los gemelos digitales en una de las claves de la transformación de los procesos industriales. De hecho, se han incorporado con pleno derecho a la estrategia de empresas dedicadas a la innovación y diseño de productos de la industria 4.0.

Figura 3: Ejemplo de gemelo digital : turbina
Figura 3: Ejemplo de gemelo digital : turbina

La traslación del mundo físico al virtual gracias a los gemelos digitales hace posible disponer de gran cantidad de información sobre los sistemas de producción. Saber sacarle partido a esta información, se traduce en encontrar nuevas formas de reducir costes, monitorizar activos, optimizar el mantenimiento, reducir el tiempo de inactividad etc… En definitiva, mejorar la eficiencia operativa.

¿Cómo funcionan?

El funcionamiento de los gemelos digitales se basa en la confluencia de distintas tecnologías que nos resultan bien conocidas:

  • Tecnologías IoT: sensores y herramientas que recopilan información en tiempo real sobre los procesos, productos o servicios
  • Sistemas cloud: los componentes físicos deben estar conectados a un sistema basado en la nube, que recibe y procesa la información, comparándola con los parámetros adecuados al contexto.
  • Herramientas de Inteligencia Artificial: los gemelos digitales “aprenden” continuamente, gracias al uso de algoritmos de machine learning y software de análisis de datos. También aprende del pasado, mejorando el modelo digital con datos “históricos”.

Las réplicas virtuales ofrecen un feedback inmediato de la actividad, gracias al cual es posible aplicar las correcciones que sean precisas en un tiempo récord. Por este motivo, los gemelos digitales son especialmente útiles para el mantenimiento de máquinas y equipos conectados que generan y analizan grandes volúmenes de datos.

Algunos ejemplos

No hace falta irse a la NASA para encontrar ejemplos de aplicación de los gemelos digitales. Uno de los más cercanos es el coche conectado.

Hoy día, muchas personas disponen de vehículos conectados a la nube (sistemas cloud), donde se crea una simulación digital del vehículo, con información útil como el consumo de combustible, el kilometraje, los registros de sustitución de piezas y la ubicación.

Este último dato, la ubicación, es uno de los retos que debe superar el desarrollo de los gemelos digitales, especialmente en interiores. Esto ha llevado a una intensa investigación en el desarrollo de aplicaciones de robótica para almacenes basadas en tecnologías de microlocalización.

Por ejemplo, Siemens, ya se están preparando para convertir sus plantas industriales en fábricas de datos con su gemelo digital, y afirman ser capaces de crear la mayoría de los productos en el mundo virtual.

El siguiente paso consistirá en transferir esa información, en tiempo real, a las instalaciones de producción, donde los operadores humanos, asistidos por robots semiautónomos, convertirán esos datos en objetos físicos. Por tanto, estas nuevas plantas de producción funcionarán como un Internet de las Cosas autoorganizado y basado en la inteligencia artificial.

También han aplicado esta tecnología fabricantes tan conocidos como Airbus, para fabricar su A-320, General Electric, para monitorizar virtualmente la cadena de suministro, McLaren para optimizar su Formula 1 para la competición y Masseratti para el diseño de sus nuevos modelos.

Un ejemplo propio y reciente: Torre Outlet Zaragoza

La Torre Outlet Zaragoza, cuyo “encendido digital” tuvo lugar el pasado 22 de septiembre, se ha convertido en el primer centro comercial a nivel mundial con un gemelo digital 3D. La recreación virtual del mismo desarrollada por Imascono, estudio aragonés especializado en realidad extendida permite, entre otras cosas, pasear por el centro, descubrir sus tiendas y, en un futuro, realizar compras (e-commerce 3D) así como reunirse con amigos y conocer a nuevas personas (red social 3D).

Figura 4: Torre Outlet Zaragoza
Figura 4: Torre Outlet Zaragoza

Hiperautomatización

Las empresas que emprenden el camino de la hiperautomatización, combinan herramientas de automatización de procesos robóticos, software de gestión empresarial e Inteligencia Artificial, con el objeto de basar las decisiones de negocio en insights de datos.

Esto se traduce, en muchas ocasiones, en la creaciñon de un gemelo digital de la organización (DTO) que permite visualizar cómo interactúan las funciones, los procesos y los indicadores clave de rendimiento para impulsar el valor. Disponer de información continua y en tiempo real es clave para impulsar importantes oportunidades de negocio.

Conclusión

Los gemelos digitales no son más que réplicas virtuales de objetos reales, como pueden ser la turbina de un avión, la fachada de un edificio, o un robot en una planta de producción. Estos objetos disponen de sensores IoT que captan datos en tiempo real y los envían a sistemas cloud. Allí, son procesados por algoritmos de machine learning que permiten tomar las mejores decisiones a partir de los insights obtenidos.

En resumen, esta combinación de tecnologías de IA, Big Data, Iot y Cloud es clave para el desarrollo de la industria 4.0.


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