Gemelos digitales: una herramienta disruptiva para enfrentar los desafíos actuales.

La tarea de administrar las operaciones industriales con éxito se está volviendo cada vez más compleja para los gerentes de planta, los ingenieros de procesos y los operadores.

La necesidad de tomar decisiones oportunas para satisfacer los intereses competitivos de eficiencia, calidad y costo, y al mismo tiempo cumplir con los elevados estándares de seguridad y sustentabilidad, significa una presión enorme para las personas y los sistemas. A veces, las estrictas expectativas de las operaciones industriales actuales van más allá de las capacidades de muchas instalaciones, incluso aquellas que tienen sistemas de control de procesos avanzados.

Sin embargo, hay un camino posible. En este artículo examinaremos los desafíos más apremiantes de las operaciones industriales actuales y veremos cómo la creación de "gemelos digitales" sirve para hacerles frente.

Los desafíos clave de las operaciones industriales actuales

Mientras las plantas intentan abrirse camino en un entorno operativo en constante evolución, vemos que los siguientes desafíos se repiten en nuestros encargos con los clientes:

• El estado y la seguridad de los activos sigue siendo la preocupación número uno para los gerentes de planta. Los riesgos deben monitorearse, evaluarse y administrarse constantemente. Esto se hace más dificultoso a medida que las instalaciones crecen, van quedando obsoletas o cambian, o cuando la rigurosidad de estos requisitos aumenta y es mayor la necesidad de tener en cuenta los impactos sociales y ambientales.
• Los silos de datos creados por la estratificación de sistemas sin una integración apropiada conduce a una toma de decisiones ineficiente. Como sucede en muchas plantas, un sinfín de aplicaciones internas y desarrolladas por el proveedor se han implementado de forma independiente durante décadas en diferentes áreas de procesamiento para colaborar con la gestión de la producción, el monitoreo de los procesos y el control de las operaciones. Una integración deficiente de esos sistemas crea muchos silos de datos que generan una visión fragmentada, en lugar de holística, de la cadena de valor en la industria. Se pierden las oportunidades para mejorar la comunicación, el análisis y la captura de valor provenientes de cosas como la optimización integrada de la compra de materias primas, la gestión del inventario/logística y la planificación de la producción. Esta falta de integración también limita la posibilidad de contar con nuevas tecnologías, como el aprendizaje automático y la inteligencia artificial, para lograr transformaciones comerciales innovadoras.
• La escasez de habilidades significa un riesgo considerable para el futuro. Debido a la antigüedad del personal, cada vez más plantas encuentran dificultades a la hora de sostener y transferir los conocimientos sobre los procesos a las nuevas generaciones. Los nuevos empleados generalmente tienen conocimientos más orientados a la tecnología y están menos adaptados a las formas de trabajo más anticuadas. Los ingenieros de plantas a veces deben atender los asuntos operativos de todos los días y eso deja poco tiempo y recursos para inversiones a largo plazo en capacitación, transferencia de conocimientos y mejora del desempeño.
• Las capacidades remotas son cada vez más necesarias. La industria ha experimentado una creciente demanda de monitoreo, diagnóstico, operaciones y soporte técnico remotos. Las capacidades remotas ya no son un detalle, son una parte fundamental de los negocios. No solo son clave para impulsar aspectos como la seguridad y la productividad bajo circunstancias normales, sino que son indispensables para poder responder con rapidez, seguridad y un tiempo de inactividad mínimo a los riesgos emergentes, como la pandemia mundial de coronavirus a la que nos enfrentamos hoy.

¿Qué es un gemelo digital y por qué tantas empresas los están creando?

Durante los últimos cinco años, el concepto de la cuarta revolución industrial, o la Industria 4.0, que puede entenderse a grandes rasgos como la digitalización de la fabricación, ha sido el tema central de artículos, conferencias y estudios de investigación. Pero ya no se trata solo de algo que está de moda. La convergencia de la presión del mercado, las innovaciones tecnológicas y la aceptación de la digitalización en toda la industria está dando lugar a una verdadera transformación en todos los sectores.

La creciente madurez de los desarrollos digitales, como la internet de las cosas, la infraestructura en la nube, los entornos de realidad extendida y las herramientas de aprendizaje automático e inteligencia artificial, están ayudando a muchas empresas de una amplia variedad de industrias a que puedan crear gemelos digitales.

Un gemelo digital es una representación digital dinámica de los activos físicos o los sistemas. La representación se construye a partir de varias tecnologías de modelado (modelado de principios básicos, basado en datos, y con CAD 2D y 3D), junto con herramientas de datos en tiempo real y de análisis de datos avanzados. El resultado permite obtener conocimientos más profundos, más avanzados y más significativos de las operaciones más importantes para mejorar la toma de decisiones.

¿De dónde proviene la idea del gemelo digital? Si bien el concepto de gemelo digital ha estado circulando por años, la primera definición clara fue brindada por la NASA[2] en el año 2010: “Un gemelo digital es una simulación integrada multifísica, multiescala y probabilística de un vehículo o sistema que usa los mejores modelos físicos, actualizaciones de sensores, historial de flota, etc., para reproducir la vida de su gemelo volador”.

Entre la gran cantidad de tecnologías disruptivas emergentes, la creación de gemelos digitales es uno de los primeros y más trascendentales pasos que las organizaciones (que ahora incluyen muchas operaciones industriales) están realizando para obtener un mayor valor para sus negocios.

Tres pilares clave de un gemelo digital de Hatch

Según nuestra experiencia, un gemelo digital eficaz debe incluir los siguientes tres pilares clave: integración, inteligencia e interacción (ver la Figura 1).

1. Conexión de datos a través de la integración de internet de las cosas. Imaginemos un entorno de visualización dinámica donde todas las fuentes de datos de la operación de procesos, el mantenimiento de los equipos y la calidad del producto, junto con modelos de activos 2D/3D de alta definición, se combinan para crear una versión digital de lo que sucede en la vida real. Un intercambio de datos en tiempo real entre la representación digital y su gemelo digital crea una única versión de la verdad (Single Version of Truth, SVOT) para presentar información contextualizada a demanda y garantizar la transparencia y la disponibilidad de los datos para todos los usuarios designados a través de una infraestructura en la nube segura.
2. Conexión del conocimiento con inteligencia incorporada. La inteligencia incorporada es el diferenciador clave entre la generación anterior de paneles de inteligencia comerciales y un gemelo digital. Este último tiene la capacidad de consolidar varios tipos y fuentes de conocimiento en un solo lugar centralizado, incluyendo datos generados por otros sistemas. Un gemelo digital proporciona una plataforma analítica verdaderamente conectada para combinar con eficacia los modelos de principios básicos, datos masivos y tecnología de aprendizaje automático e inteligencia artificial, con el fin de generar conocimientos prácticos y tomar decisiones inteligentes relacionadas con la seguridad, la confiabilidad, la eficiencia y la rentabilidad del gemelo físico.
3. Conexión del valor mediante la interacción. Un gemelo digital añade valor a los negocios porque crea puntos nuevos y más significativos de interacción con humanos y máquinas a través de varios servicios. Las funciones como el mantenimiento predictivo, el análisis de escenarios, la capacitación ampliada y la asistencia remota especializada son solo algunos de los posibles servicios con valor agregado que puede proporcionar un gemelo digital. El gemelo digital ofrece un modelo más simplificado y centralizado (ver la Figura 2) que el estándar ISA-95 existente para la integración de sistemas empresariales y de control. El enfoque del gemelo digital elimina los silos y promueve nuevas formas de colaboración entre las divisiones operativas, los departamentos funcionales y los socios externos como los fabricantes de equipos originales y los proveedores de servicios.

Punto de partida del recorrido hacia la transformación digital

Con el desarrollo avanzado de la Industria 4.0, no hay duda de que cada vez más industrias orientarán sus operaciones tradicionales hacia una sofisticación digital cada vez mayor. Siguiendo la idea de crear gemelos digitales a través de la integración, la inteligencia y la interacción, hemos logrado un progreso significativo en el diseño y la implementación óptima. Nuestra experiencia indica que el gemelo digital es un punto de partida ideal en el recorrido hacia la digitalización. Las mejoras en la transparencia, la conectividad, la participación y la toma de decisiones que permite un gemelo digital son los elementos fundamentales de un negocio digitalmente sustentable; uno que pueda responder y adaptarse a los nuevos cambios inesperados que son cada vez más comunes para los líderes empresariales en una sociedad verdaderamente globalizada.

Varias aplicaciones de gemelos digitales que hemos desarrollado a través de sociedades colaborativas ya están demostrando la viabilidad de esta tecnología como una poderosa herramienta disruptiva. En el próximo artículo hablaremos acerca de nuestro enfoque de desarrollo, algunas de las lecciones más importantes que hemos aprendido y la manera en la que los gemelos digitales nos ayudan a enfrentar los desafíos más complejos de la industria.

¿Cómo están usando la innovación digital para enfrentar los desafíos más grandes de la industria? Cuéntennos sus experiencias en los comentarios de abajo.

REFERENCIAS

M. Shafto, M. Conroy, R. Doyle, et al., DRAFT Modeling, Simulation, Information Technology & Processing Roadmap Technology Area 11, NASA, Nov. 2010