No son máquinas inteligentes, tampoco impresoras 3D o cosas conectadas a Internet. Y, al mismo tiempo, tienen que ver con todas ellas y muchas otras. Los gemelos digitales son una de las tecnologías transversales clave de la industria 4.0. Su nombre quizá no ocupe portadas todavía, pero los digital twins están llamados a transformar la forma en que entendemos las fábricas.
La cuarta revolución industrial implica mucho más que una única dimensión tecnológica. Según la consultora KPMG, tiene que ver con nuevos modelos de negocio, el buen gobierno, la gestión de riesgos o la eficiencia operativa. Se trata de revolucionar la industria con la tecnología y la digitalización como palanca de cambio. Y, dentro de los nuevos sistemas tecnológicos, los gemelos digitales engloban mejor que ningún otro el gran paradigma de cambio que supone la industria 4.0.
“El gemelo digital es la primera solución real que aprovecha todo el potencial alrededor de la industria 4.0. El digital twin es una de las tecnologías nativas de la industria 4.0 que es capaz de aprovechar todo lo que nos aportan todas las otras tecnologías,” explica Salvador Santonja, coordinador del grupo de investigación en comunicaciones avanzadas del Instituto Tecnológico de Informática (ITI), de la Universidad Politécnica de Valencia.
Una nueva forma de producir
“Tenemos un sistema que aprende automáticamente como funciona un sistema real, con autómatas, robots, personas, vehículos, objetos, productos… Esos sistemas están interconectados a través del Internet de las Cosas y generan un flujo de información muy grande. Todo esto circula a través de la planta a un punto donde todo se recoge y se va aprendiendo cómo se comporta este modelo”, continúa Salvador Santonja.
El gemelo digital pasa, así, por recoger datos sobre un producto, su producción o su funcionamiento para crear una copia virtual del mismo. El objetivo último, todavía lejos de hacerse realidad, es contar con una gran factoría virtual que nos permita simular multitud de escenarios. Es decir, probar cambios en la producción, en los productos o en cualquier punto de la cadena sin afectar a la operación física real. Pero para llegar a poder simular multitud de escenarios hay que empezar por el principio.
Al final, “la tecnología nos permite abaratar costes, flexibilizar la producción, consumir menos y alcanzar más calidad. Una planta virtual nos permitiría generar multitud de escenarios y ver cuál compensa más”, añade el investigador del ITI.
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De la copia digital a la simulación
Las capacidades de la tecnología del digital twin van de la mano de la potencia del resto de tecnologías. Desde la capacidad de conectividad del Internet de las Cosas al análisis de Big Data y a la inteligencia artificial. Por eso, hablar de gemelos digitales, hoy, no es hablar de una solución cerrada y lista para usar. Es hablar de un proyecto de ingeniería y de desarrollo en sí mismo.
Describir
“Para mí, el gemelo digital empieza con una copia digital de los elementos físicos de la planta. La primera cosa que te permite, la más sencilla y ya muy útil, es poder reproducir el estado de la planta en cualquier momento”, explica Ángel García Bombín, business data analytics project manager de Sonae Arauco, una compañía internacional de producción de tableros de madera que tiene en su planta de Valladolid su avanzadilla en la industria 4.0.
[hde_summary] “Podemos hacer pruebas virtuales que no conllevan costes ni pérdidas de tiempo. Podemos cambiar las condiciones y ver cómo se comporta el proceso”, explican desde Sonae Arauco[/hde_summary]
De hecho, esta primera fase de gemelo digital, con la que llevan tres años experimentando, ha tenido resultados tan positivos que el grupo ya la está desplegando en varias plantas de Alemania y Portugal. “Nos ha permitido enfocarnos mucho más en la causa raíz de los problemas. Ha ayudado en todas las áreas: producción, control de calidad y trazabilidad, mantenimiento y averías…” añade García Bombín.
Predecir
Tras esta primera etapa descriptiva, el gemelo digital permite dar pie a una segunda fase: la de predecir situaciones. En el caso de Sonae Arauco, se está poniendo a prueba en calidad de producto y en mantenimiento predictivo.
“Lo que más llama la atención a las empresas es el mantenimiento predictivo. Trabajamos con una empresa que utiliza unas brocas para perforar metal. Cuando se rompía una broca tenían que parar un turno entero de producción y suponía miles de euros. Con el digital twin aplicado a mantenimiento les permite detectar el problema dos meses antes de que se produzca y así planificar el recambio”, explica Salvador Santonja desde el ITI de Valencia.
https://youtu.be/ePZheUvsH0w
Y simular
La tercera fase, la más ansiada, es también la más lejana y complicada. Se trata de la capacidad de simulación, el objetivo último del gemelo digital. En la planta vallisoletana de Sonae Arauco, por ejemplo, lo están probando ya en la parte de secado de las fibras de la madera. “Podemos hacer pruebas virtuales que no conllevan costes ni pérdidas de tiempo. Podemos cambiar las condiciones y ver cómo se comporta el proceso”, puntualiza García Bombín.
La tecnología del digital twin permite también virtualizar desde un producto hasta un proceso concreto. “Incluso podríamos centrarnos desde una pequeña parte de un producto, pero que puede ser especialmente compleja y nos interesa analizar en un entorno virtual, hasta una organización en su conjunto”, añade David Pozo, Director Tecnológico Siemens Industry.
[hde_summary] “La industria 4.0 es algo más amplio. Es una forma distinta de hacer las cosas. El ahorro inmediato no se consigue. Pero, dentro de cinco o diez años, quien no haya dado el paso quizá no sea capaz de competir”[/hde_summary]
“El gemelo puede ser tan detallado como queramos […] Incluso el comportamiento humano es modelizable”, continúa el ingeniero de Siemens. “De hecho, las propias herramientas de simulación disponen de funciones para evaluar el tiempo que una persona emplearía en realizar una tarea a la vez que podemos estar analizando la ergonomía del puesto de trabajo, el esfuerzo que tiene que realizar…”.
¿Qué ganan las fábricas y qué las frena?
El gemelo digital permite a las empresas contar con una copia digital completa de sus productos desde el diseño y desarrollo hasta el final del ciclo de vida. Esto, en primer lugar, supone contar con información detallada de todas las fases de producción.
Como se señala en el informe Industry 4.0 and the digital twin, de Deloitte Insights, las empresas pueden mejorar la comercialización de un nuevo producto, reforzar sus operaciones, reducir el margen de error y los fallos, resolver problemas físicos más rápidamente y detectarlos antes de que sucedan, predecir resultados, diseñar y construir mejores productos…
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Para David Pozo todo se resume en una frase. “La empresa, fundamentalmente, gana tiempo y dinero”. Según el ingeniero de Siemens Industry, un gemelo digital permite que varios equipos trabajen simultáneamente sobre él, reduciendo el tiempo necesario para poner en marcha una máquina o una línea de automatización en hasta un 30%.
“Para mí lo más importante es que cambia la forma de trabajo y de la industria. Es convertir la industria en data driven, algo que no es fácil”, señala Ángel García Bombín, de Sonae Arauco. “Ahora, si modificamos algo, sabemos por qué lo hacemos en base a datos. Se trata de cambiar el chip. Son muchas pequeñas cosas que aumentan la eficiencia”.
La lista de ventajas es larga. Entonces, ¿qué frena a las empresas a la hora de invertir en esta tecnología? Para Salvador Santonja, del ITI, existen dos grandes barreras:
- La dificultad de digitalizar sistemas en planta. Tal como están montadas, la mayoría de las plantas no es fácil sensorizar todo ni implantar redes de IoT. Es decir, sigue existiendo una barrera de base con la digitalización.
- Suponiendo que se supera este primer obstáculo, la segunda barrera es gestionar en tiempo real estos datos. Las tecnologías Big Data todavía pueden resultar costosas para algunas plantas.
Desde el lado de la industria, David Pozo y Ángel García Bombín añaden otras dos barreras más.
- La resistencia al cambio. Apostar por el digital twin es apostar por una transformación en el medio largo plazo. A veces se antoja demasiado compleja.
- La necesidad de formación en las tecnologías habilitadoras de la industria 4.0, en general, y el gemelo digital, en particular.
“Yo creo que aquí todo el mundo está esperando los casos de éxito. Nadie quiere arriesgarse. Poco a poco, se van oyendo más nombres de grandes y medianas empresas que apuestan por proyectos de este tipo. Todavía no se sabe mucho de los resultados. En cuanto empiecen a hacerse públicos los datos, el uso se va a disparar”, añade el ingeniero de Sonae Arauco.
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El futuro no es a corto plazo
Preguntados por el futuro, ninguno de los expertos consultados se atreve con plazos. Nadie tiene una bola de cristal y, menos aún, con una tecnología tan incipiente y en un entorno tan complejo. “El camino ya se ha abierto, pero no existe un modelo fijo de industria 4.0, es un paradigma abierto. En los próximos 20 o 30 años vamos a vivir una evolución de la industria tradicional, que va a ir implantando diferentes sistemas relaciones con el paradigma de la industria 4.0. Habrá un periodo en el que coexistirán varias tecnologías y se irá consolidando una industria 4.0 real”, reflexiona Salvador Santonja.
Según vayan mejorando y fortaleciéndose otras tecnologías base, como el machine learning, el análisis de Big Data o el IoT, irán ampliándose las capacidades y los beneficios directos de los gemelos digitales. “La industria 4.0 es algo más amplio. Es una forma distinta de hacer las cosas. El ahorro inmediato no se consigue. Pero dentro de cinco o diez años, quien no haya dado el paso, quizá no sea capaz de competir”, añade Ángel García Bombín.
El proceso no es distinto al que sigue la implantación del resto de tecnologías o la digitalización de los diferentes negocios. Hasta hace poco, era ciencia ficción hablar de una simulación virtual de una planta de producción. “Hoy, el nivel de madurez de las herramientas de simulación es más alto y la potencia de procesamiento permite hacerlo”, concluye David Pozo. “Gradualmente iremos desplazando muchas de las tareas que hoy día realizamos en el mundo real a un entorno virtual, donde experimentar será mucho más rápido, sencillo y económico”.
