¿Cuál es la diferencia entre una simulación y un gemelo digital?

Esto incluye el aumento de la eficiencia operativa, la automatización de las tareas manuales, la formación y la validación, así como el análisis de datos. Es un hecho conocido que la integración de la tecnología emergente ha dado lugar a la cuarta revolución industrial, en la que el análisis de datos y la automatización son componentes importantes. La transformación digital de los procesos tradicionales es también otro aspecto de Industria 4.0 y, en este caso, la simulación y el gemelo digital juegan papeles relevantes. Pero ¿cuáles son estos papeles?

Este artículo habla sobre:

• La definición y aplicación de la tecnología de simulación y el gemelo digital
• Las diferencias entre una simulación y un gemelo digital
• La relación simbiótica entre las simulaciones y el gemelo digital

¿Qué es la simulación?

En informática, las simulaciones se refieren a los modelos digitales que imitan las operaciones o procesos dentro de un sistema. Tales simulaciones se utilizan para analizar el rendimiento de los sistemas y para probar e implementar nuevas ideas. Los ingenieros y técnicos hacen uso de las simulaciones en una variedad de industrias para probar productos, sistemas, procesos y conceptos.

En muchos círculos, las simulaciones se ejecutan utilizando aplicaciones de software de diseño asistido por ordenador. Pero para simulaciones más avanzadas con muchas variables, se utilizan programas de simulación especializados. Entre los ejemplos típicos del funcionamiento de las simulaciones se incluye su uso en el análisis de elementos finitos y en el análisis de tensiones. En el mundo real, estas pruebas implican el análisis del efecto de la presión externa sobre los metales o productos para mejorar su diseño o características.

Otros tipos de simulaciones incluyen simulaciones de eventos discretos, simulaciones estocásticas y simulaciones deterministas. En estos tipos, las variables utilizadas en la ejecución de la simulación son conocidas o aleatorias. Para ejecutar las simulaciones, se necesita cierto nivel de digitalización. Este proceso puede implicar sólo conceptos matemáticos o el diseño de modelos 2D o 3D que representen los activos dentro de un proceso o un producto. La simulación se ejecuta entonces introduciendo variables en el entorno o interfaz digital.

¿Qué es un gemelo digital?

En su forma básica, un gemelo digital es la representación digital de procesos, sistemas u objetos físicos o no físicos. El gemelo digital también integra todos los datos producidos o asociados con el proceso o sistema que refleja. Así, permite la transferencia de datos dentro de su ecosistema digital, reflejando la transferencia de datos que ocurre en el mundo real. Los datos utilizados en los gemelos digitales se recogen generalmente de dispositivos IOT, hardware, HMIs, sensores y otros dispositivos incorporados. Así, los datos capturados representan información de alto nivel que integra el patrón de comportamiento de los bienes digitalizados en el gemelo digital.

La representación digital en tiempo real que proporciona un gemelo digital sirve como un mundo propio. Dentro de este mundo digital, se pueden ejecutar todos los tipos de simulación. También se puede utilizar como una herramienta de planificación y programación para la formación, la gestión de instalaciones y la aplicación de nuevas ideas. Esto pone de relieve el hecho de que un gemelo digital es un entorno virtual, por lo que debe consistir en activos en 2D o 3D o los datos que producen o se espera que produzcan. En el entorno virtual modelado, los individuos pueden hacer lo que quieran con pocas limitaciones, incluyendo la ejecución de simulaciones.

Diferencias entre las simulaciones y los gemelos digitales

Aunque las definiciones de ambos conceptos ya ponen de relieve diferencias clave, el estudio de casos hace que estas diferencias sean más remarcables. En 2019, CKE Holdings Inc., la empresa matriz de Hardee's y Carl Jr. estaba interesada en mejorar los niveles de productividad de estas instalaciones. La idea era facilitar la recogida de pedidos por parte del personal y reducir el tráfico en el taller mediante mejores diseños de la distribución en planta.

Mientras que las simulaciones pueden utilizarse para analizar la distancia más corta entre las estaciones de trabajo o los efectos de más instalaciones de almacenamiento dentro del restaurante, un gemelo digital puede hacer mucho más. Utilizando un gemelo digital, CKE Holdings Inc. fue capaz de recrear representaciones digitales de las plantas de producción existentes y ejecutar múltiples simulaciones, diseños e ideas de programación para mejorar la productividad. Esto dio lugar a mejoras en todos los aspectos del funcionamiento de la instalación, desde la formación del personal, la programación y la satisfacción de las demandas de los clientes de manera más eficiente.

Esto muestra que mientras las simulaciones pueden ayudar a comprender lo que puede suceder cuando se introducen cambios, un gemelo digital ayuda a comprender tanto lo que está sucediendo actualmente como lo que puede suceder dentro de un proceso. Algunas de las principales diferencias son:

• Simulaciones en tiempo real - Las simulaciones tradicionales se ejecutan en entornos virtuales que pueden ser representaciones de entornos físicos, pero no integran datos en tiempo real. La transferencia regular de información entre un gemelo digital y su correspondiente entorno físico hace posible la simulación en tiempo real. Esto aumenta la precisión de los modelos analíticos predictivos y las políticas de gestión y vigilancia de las empresas.

• Mejorar el diseño del producto - Las simulaciones avanzadas tienen la capacidad de analizar miles de variables para proporcionar diversas respuestas, pero un gemelo digital puede utilizarse para lograr más. La integración de la tecnología digital gemela de Boeing en el diseño y la producción de aeronaves es un ejemplo de sus capacidades. En este caso, se utilizó un gemelo digital para simular partes de una aeronave para analizar cómo se comportarán los diversos materiales a lo largo del ciclo de vida de la aeronave. Con estos cálculos, Boeing fue capaz de lograr un 40% de mejora en la calidad de ciertas partes que diseñó.
• Optimizar los productos y procesos del mundo real - Cada automóvil Tesla que funciona hoy en día tiene un gemelo digital que captura los grandes conjuntos de datos que cada coche produce. Los datos capturados se utilizan para optimizar el diseño, el análisis predictivo, mejorar las iniciativas de autoconducción y el mantenimiento. Esto pone de relieve cómo un gemelo digital afecta inmediata o directamente a la entidad física que representa, a diferencia de los resultados teóricos que proporcionan las simulaciones.

Conclusión

Independientemente del camino que se tome, la transformación digital de los activos y procesos mejora el esfuerzo industrial de muchas maneras. Esto incluye el perfeccionamiento del diseño del producto, la resolución de problemas en tiempo real y la aplicación de nuevas ideas. Para lograr una transformación digital completa de las entidades, sistemas y procesos existentes o planificados, se requiere una captura de datos precisa. Ingresar en la tecnología o los dispositivos de vanguardia.

La precisión de una simulación o de un gemelo digital depende en gran medida de la exactitud de los datos utilizados en el diseño de sus modelos. En los talleres de hoy en día, la captura de datos es posible gracias a los dispositivos inteligentes y a las interfaces hombre-máquina, y sólo con estos tipos de datos puede producirse una transformación digital.