¿Cuál es la diferencia entre una simulación y un gemelo digital?
El uso cada vez mayor de tecnología emergente para simplificar tareas complejas ha resultado gratificante en todas las industrias de diversas maneras. Esto incluye una mayor eficiencia operativa, automatización de tareas manuales, capacitación y validación, así como análisis de datos. Es un hecho conocido que la integración de la tecnología emergente ha provocado 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 Industrias 4.0 y, aquí, la simulación y el gemelo digital juegan papeles protagónicos. Pero, ¿cuáles son estos roles?
Este artículo discutirá:
- 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 modelos digitales que imitan las operaciones o procesos dentro de un sistema. Estas simulaciones se utilizan para analizar el rendimiento de los sistemas y para probar e implementar nuevas ideas. Los ingenieros y técnicos utilizan 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 computadora. Pero para simulaciones más avanzadas con muchas variables, se utiliza un software de simulación especializado. Los ejemplos típicos de cómo funcionan las simulaciones incluyen su uso en análisis de elementos finitos y análisis de tensiones. En el mundo real, estas pruebas implican analizar el efecto de la presión externa sobre metales o productos para mejorar su diseño o características.
Otros tipos de simulaciones incluyen simulaciones de eventos discretos, simulaciones estocásticas, simulaciones continuas, simulaciones basadas en agentes, simulaciones dinámicas y simulaciones deterministas. En estos tipos, las variables utilizadas para ejecutar la simulación son conocidas o aleatorias. Para ejecutar simulaciones, se necesita cierto nivel de digitalización. Este proceso puede involucrar solo conceptos matemáticos o el diseño de modelos 2D o 3D que representan activos dentro de un proceso o producto. Luego, la simulación se ejecuta mediante la introducción de 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 sistema de procesador que refleja. Por lo tanto, 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 gemelos digitales generalmente se recopilan de dispositivos de Internet de las cosas, hardware de borde, HMI, sensores y otros dispositivos integrados. Por lo tanto, los datos capturados representan información de alto nivel que integra el patrón de comportamiento de los activos 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 todo tipo de simulaciones. También se puede utilizar como una herramienta de planificación y programación para la formación, la gestión de instalaciones y la implementación de nuevas ideas. Esto destaca el hecho de que un gemelo digital es un entorno virtual, por lo que debe constar de activos 2D o 3D o de los datos que producen o se espera que produzcan. En el entorno virtual modelado, las personas pueden hacer lo que quieran con pocas limitaciones, incluida la ejecución de simulaciones.
Destacando las diferencias entre simulaciones y gemelos digitales
Aunque las definiciones de ambos conceptos ya destacan diferencias clave, el uso de estudios de casos hace que estas diferencias sean más identificables. En 2019, CKE Holdings Inc., la empresa matriz de Hardee's y Carl Jr's estaba interesada en mejorar los niveles de productividad dentro de estas instalaciones. La idea era facilitar la preparación de pedidos por parte del personal y reducir el tráfico en el taller mediante mejores diseños de distribución.
Si bien las simulaciones se pueden utilizar para analizar la distancia más corta entre estaciones de trabajo o los efectos de más instalaciones de almacenamiento dentro del restaurante, un gemelo digital puede hacer mucho más. Usando un gemelo digital, CKE Holdings Inc. pudo recrear representaciones digitales de los talleres existentes y ejecutar múltiples simulaciones, diseños e ideas de programación para mejorar la productividad. Esto dio como resultado mejoras en todos los aspectos de la operación de la instalación, desde la capacitación del personal, la programación y la satisfacción de las demandas de los clientes de manera más eficiente.
Esto muestra que, si bien 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 diferencias clave incluyen:
- 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 entorno físico correspondiente hace posible la simulación en tiempo real. Esto aumenta la precisión de los modelos analíticos predictivos y las políticas de gestión y seguimiento de las empresas.
- Mejora del diseño de productos - Las simulaciones avanzadas tienen la capacidad de analizar miles de variables para proporcionar respuestas diversas, pero se puede usar un gemelo digital para lograr más. La integración de Boeing de la tecnología de gemelos digitales en el diseño y la producción de aviones es un ejemplo de sus capacidades. En este caso, se utilizó un gemelo digital para simular partes de un avión y analizar cómo se comportarán los diversos materiales a lo largo del ciclo de vida del avión. Con estos cálculos, Boeing pudo lograr una mejora del 40% en la calidad de ciertas piezas que diseñó.
- Optimice los productos y procesos del mundo real - Todos los automóviles Tesla que funcionan hoy tiene un gemelo digital que captura los grandes conjuntos de datos que produce cada automóvil. Los datos capturados se utilizan para optimizar el diseño, el análisis predictivo, mejorar las iniciativas de conducción autónoma y el mantenimiento. Esto destaca 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 activos y procesos mejora el esfuerzo industrial de muchas maneras. Esto incluye refinar el diseño del producto, solucionar problemas en tiempo real e implementar nuevas ideas. Para lograr una transformación digital integral de entidades, sistemas y procesos existentes o planificados, se requiere una captura de datos precisa. Ingrese a la tecnología o dispositivos de borde inteligente.
La precisión de una simulación o un gemelo digital depende en gran medida de la precisión de los datos utilizados en el diseño de sus modelos. En las plantas de producción de hoy, la captura de datos es posible gracias a los dispositivos periféricos inteligentes y interfaces hombre-máquina, y solo con este tipo de datos se puede producir una transformación digital.
