¿Qué es la tecnología de gemelos digitales?
Un gemelo digital es un modelo virtual de un objeto físico. Abarca el ciclo de vida del objeto y utiliza los datos en tiempo real enviados por los sensores del objeto para simular el comportamiento y supervisar las operaciones. Los gemelos digitales pueden replicar varios elementos del mundo real, desde piezas individuales de un equipo en una fábrica hasta instalaciones completas, como turbinas eólicas e incluso ciudades enteras. La tecnología de gemelos digitales permite supervisar el rendimiento de un activo, identificar posibles fallos y tomar decisiones mejor fundamentadas en cuanto al mantenimiento y el ciclo de vida.
¿Qué ventajas ofrecen los gemelos digitales?
Los gemelos digitales ofrecen a los usuarios muchas ventajas. A continuación, encontrará algunas de estas.
Mejor rendimiento
Los conocimientos y la información en tiempo real que proporcionan los gemelos digitales permiten optimizar el rendimiento de los equipos, la planta o las instalaciones. Los problemas se pueden abordar a medida que se producen, lo que garantiza que los sistemas funcionen al máximo y reduce el tiempo de inactividad.
Capacidades predictivas
Los gemelos digitales tienen la capacidad de ofrecer una visión completa y digital de una planta de fabricación, un edificio comercial o unas instalaciones, incluso si están formados por miles de piezas de equipo. Los sensores inteligentes supervisan la salida de cada componente, e indican los problemas o fallos a medida que se producen. Es posible tomar medidas ante la primera señal de problemas en lugar de esperar a que el equipo se averíe por completo.
Supervisión remota
El carácter virtual de los gemelos digitales permite supervisar y controlar las instalaciones de forma remota. La supervisión remota también reduce el número de personas que tienen que controlar los equipos industriales potencialmente peligrosos.
Tiempo de producción acelerado
Puede acelerar el tiempo de producción de productos e instalaciones antes de que existan mediante la creación de réplicas digitales. Al ejecutar escenarios, puede ver cómo reacciona el producto o la instalación ante los fallos y realizar los cambios necesarios antes de la producción real.
¿Qué sectores utilizan la tecnología de gemelos digitales?
Varios sectores utilizan cada vez más los gemelos digitales para crear representaciones virtuales de los sistemas del mundo real. Algunos de estos se indican a continuación.
Construcción
Los equipos de construcción crean gemelos digitales para planificar mejor los proyectos residenciales, comerciales y de infraestructura, a la vez que proporcionan un panorama en tiempo real de cómo progresan los proyectos existentes. Los arquitectos también utilizan los gemelos digitales en la planificación de los proyectos, para lo cual combinan el modelado 3D de los edificios con la tecnología de gemelos digitales. Los administradores de edificios comerciales utilizan gemelos digitales para supervisar los datos históricos y en tiempo real de la temperatura, la ocupación y la calidad del aire dentro de las habitaciones y los espacios abiertos para mejorar la comodidad de los ocupantes.
Fabricación
Los gemelos digitales se utilizan en todo el ciclo de vida de la fabricación, desde el diseño y la planificación hasta el mantenimiento de las instalaciones existentes. Un prototipo de gemelo digital permite supervisar el equipo en todo momento y analizar los datos de rendimiento que indican cómo funciona una parte concreta o la totalidad de la planta.
Energía
Los gemelos digitales se utilizan ampliamente en el sector energético para apoyar la planificación estratégica de proyectos y optimizar el rendimiento y los ciclos de vida de los activos existentes, como las instalaciones en alta mar, las instalaciones de refinado, los parques eólicos y los proyectos solares.
Sector automotriz
El sector automotriz utiliza gemelos digitales para crear modelos digitales de vehículos. Los gemelos digitales pueden aportar información sobre el comportamiento físico del vehículo, así como sobre los modelos de software, mecánicos y eléctricos. Es otra área en la que el mantenimiento predictivo aporta valor porque un gemelo digital puede alertar a un centro de servicio o a un usuario si encuentra un problema en el rendimiento de un componente.
Sanidad
Los gemelos digitales se utilizan en el sector de la salud en varios casos. Por ejemplo, para crear gemelos virtuales de hospitales enteros, otras instalaciones de salud, laboratorios y cuerpos humanos para modelar órganos y realizar simulaciones que indiquen cómo responden los pacientes a determinados tratamientos.
¿Qué tipos de gemelos digitales existen?
Hay varios tipos de gemelos digitales, que con frecuencia se pueden ejecutar en paralelo dentro del mismo sistema. Si bien algunos gemelos digitales replican solo partes individuales de un objeto, todos son fundamentales para proporcionar una representación virtual. Los tipos más comunes de gemelos digitales son los siguientes.
Gemelos de componentes
Los gemelos de componentes, o gemelos de piezas, son la representación digital de una sola pieza de un sistema completo. Estas son partes esenciales de la operación de un activo, como un motor dentro de una turbina eólica.
Gemelos de activos
En terminología de gemelos digitales, los activos son dos o más componentes que funcionan juntos como parte de un sistema más completo. Los gemelos de activos representan virtualmente cómo interactúan los componentes y producen datos de rendimiento que se pueden analizar para tomar decisiones fundamentadas.
Gemelos del sistema
Los gemelos del sistema, o gemelos de la unidad, son un nivel de abstracción superior a los gemelos de los activos. Un gemelo del sistema muestra cómo los diferentes activos trabajan juntos como parte de un sistema más amplio. La visibilidad que ofrece la tecnología de gemelos del sistema permite tomar decisiones sobre mejoras de rendimiento o eficiencia.
Gemelos del proceso
Los gemelos del proceso muestran el entorno digital de un objeto completo y ofrecen información sobre cómo sus diferentes componentes, activos y unidades funcionan juntos. Por ejemplo, un gemelo del proceso digital puede reproducir digitalmente el funcionamiento de toda la planta de fabricación y reunir todos los componentes que esta contiene.
¿Cómo funciona un gemelo digital?
Un gemelo digital funciona al replicar digitalmente un activo físico en el entorno virtual, con sus funcionalidades, características y comportamiento. Se crea una representación digital en tiempo real del activo mediante sensores inteligentes que recopilan datos del producto. Se puede utilizar la representación a lo largo del ciclo de vida de un activo, desde las pruebas iniciales del producto hasta el funcionamiento y la desactivación en el mundo real.
Los gemelos digitales utilizan varias tecnologías para proporcionar un modelo digital de un activo. Entre estas se incluyen las siguientes.
Internet de las cosas
Internet de las cosas se refiere a una red colectiva de dispositivos conectados y a la tecnología que facilita la comunicación entre los dispositivos y la nube, así como entre los propios dispositivos. Ante la llegada de chips de computadora baratos y a las telecomunicaciones de gran ancho de banda, ahora existen miles de millones de dispositivos conectados a Internet. Los gemelos digitales se basan en los datos de los sensores de IoT para transmitir información del objeto del mundo real al objeto del mundo digital. Los datos se introducen en una plataforma de software o en un panel donde es posible ver cómo se actualizan los datos en tiempo real.
Inteligencia artificial
La inteligencia artificial (IA) es el campo de la informática que se dedica a resolver problemas cognitivos comúnmente asociados a la inteligencia humana, como el aprendizaje, la resolución de problemas y el reconocimiento de patrones. El machine learning (ML) es una técnica de IA que desarrolla modelos estadísticos y algoritmos para que los sistemas informáticos realicen tareas sin instrucciones explícitas, basándose en patrones y en la inferencia. La tecnología de gemelos digitales utiliza algoritmos de machine learning para procesar grandes cantidades de datos de sensores e identificar patrones de datos. La inteligencia artificial y el machine learning (AI/ML) proporcionan información sobre la optimización del rendimiento, el mantenimiento, la producción de emisiones y la eficiencia.
Los gemelos digitales frente a las simulaciones
Tanto los gemelos digitales como las simulaciones son simulaciones virtuales basadas en modelos, pero existen algunas diferencias clave. Las simulaciones se utilizan normalmente para el diseño y, en ciertos casos, para la optimización sin conexión. Los diseñadores introducen cambios en las simulaciones para observar situaciones hipotéticas. Los gemelos digitales, en cambio, son entornos virtuales complejos con los que se puede interactuar. Estos entornos se actualizan en tiempo real. Son más grandes en términos de escala y aplicación.
Por ejemplo, considere una simulación de automóvil. Un nuevo conductor puede obtener una experiencia de entrenamiento inmersiva, aprender cómo funcionan varias partes del vehículo y medirse ante diferentes escenarios del mundo real mientras conduce virtualmente. Sin embargo, los escenarios no están vinculados a un automóvil físico real. Un gemelo digital del automóvil está vinculado al vehículo físico y sabe todo sobre el automóvil real, como las estadísticas de rendimiento vitales, las piezas reemplazadas en el pasado, los posibles problemas observados por los sensores, los registros de servicio anteriores y más.
¿Cómo puede AWS ayudar con la tecnología de gemelos digitales?
AWS IoT TwinMaker ayuda a optimizar las operaciones y el rendimiento mediante la creación de gemelos digitales de sistemas del mundo real. AWS IoT TwinMaker ofrece las herramientas para replicar digitalmente edificios, fábricas, instalaciones de fabricación, líneas de producción y equipos industriales. Es posible importar modelos 3D existentes, como archivos de diseño asistido por computadora (CAD) y de modelado de información de construcción (BIM), a AWS IoT TwinMaker para crear visualizaciones 3D de los sistemas. Al utilizar AWS IoT TwinMaker, puede hacer lo siguiente:
- Optimizar las operaciones del edificio.
- Acelerar la producción.
- Mejorar el rendimiento de los equipos.
- Encontrar y abordar las anomalías de los procesos.
- Supervisar y mejorar las condiciones del edificio
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¿En qué consisten los proyectos de gemelos digitales de AWS?
AWS trabaja con muchas empresas en proyectos de gemelos digitales. Entre estas se encuentran algunas de las siguientes.
Carrier
El proveedor de soluciones de construcción y cadena de frío, Carrier, utiliza AWS para desarrollar rápidamente sus soluciones digitales. La compañía utiliza los servicios de AWS IoT para desarrollar su plataforma de servicios compartidos, carrier.io. También utilizó la tecnología de AWS para el modelado de activos, así como la creación e integración de gemelos digitales para replicar sus sistemas físicos.
INVISTA
La filial de Koch Industries, INVISTA, se especializa en materiales especiales que se utilizan en varios sectores, como ropa, automóviles y computadoras. Trabajó con AWS para crear gemelos digitales de las operaciones de fabricación y proporcionó al personal una visión digital completa de los activos y datos.
John Holland
John Holland es una de las principales empresas de infraestructuras e inmobiliarias integradas de Australia. Como parte de una transformación digital, fue capaz de crear gemelos digitales de construcción y proporcionar a los gerentes una imagen digital de los proyectos. AWS captura datos operativos para la supervisión del rendimiento, la supervisión del entorno, las reclamaciones y los datos históricos.
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