Aprovechamiento de los gemelos digitales para el diseño y la fabricación de tecnología

Los gemelos digitales equipan a los ingenieros con potentes simulaciones de diseño, entornos limitados virtuales, predicciones de rendimiento holísticas y rutinas de optimización. Dependiendo de la aplicación, esto acelera el trabajo de diseño iterativo o aumenta el rendimiento operativo sobre la marcha.

Los gemelos digitales integran la simulación con el aprendizaje automático y el análisis de datos para permitir que los ingenieros prueben, refinen y perfeccionen los diseños en dos etapas clave de diseño: antes de que se realicen físicamente y (para sistemas más sofisticados) una vez que estén en funcionamiento y posicionados para beneficiarse de la optimización continua. En ambas etapas, los gemelos digitales pueden mejorar significativamente la calidad del diseño, el costo e incluso la seguridad y la ciberseguridad.

Cada vez es más común que estas representaciones virtuales, incluidos los modelos conectados de componentes físicos, ensamblajes de productos, procesos y sistemas, se actualicen en tiempo real con datos analizables.

Figura 1: El software de simulación de productos Ansys Discovery 3D y las plantillas NVIDIA Omniverse Blueprint (flujos de trabajo) permiten que CAE en tiempo real genere gemelos digitales de flujos de trabajo a gran escala. (Fuente de la imagen: Ansys)

El núcleo de la función del reflejo de los diseños de los gemelos digitales en el mundo físico son los sensores y los dispositivos IoT que alimentan de datos al software que, a su vez, construye el diseño en el espacio virtual. Aquí, la llamada computación periférica es cada vez más común, con sensores que procesan los datos que recopilan sobre los sistemas físicos antes de transmitirlos a la contraparte virtual.

Figura 2: Las unidades de medición inercial (IMU) de Honeywell son sensores inteligentes integrados que rastrean la orientación y el movimiento de las aeronaves para el modelado de la dinámica de vuelo con gemelos digitales. (Fuente de la imagen: Honeywell Aerospace)

Considere los gemelos digitales para el trabajo de diseño de productos en la industria electrónica. Los modelos permiten una investigación y un ajuste relativamente libres de riesgos del rendimiento de los circuitos mecánicos, los modos potenciales de interferencia electromagnética y el comportamiento térmico sin la necesidad de costosos prototipos físicos que pueden llevar mucho tiempo adquirir y probar. Estos y otros productos desarrollados con el uso de gemelos digitales tienden a ser innovaciones que superan los requisitos de la industria. Las industrias automotriz, aeroespacial y de defensa son las que más tienen que ganar con estos enfoques de diseño, ya que incluso pequeñas modificaciones en estos espacios pueden afectar profundamente la funcionalidad y la capacidad de fabricación del diseño.

Video: Los acelerómetros piezoeléctricos son esenciales para incluir el comportamiento vibracional en los gemelos digitales de aplicaciones industriales. Las comunicaciones IO-Link simplifican el procesamiento de los datos de salida del acelerómetro. (Fuente del video: Amphenol PCB Piezotronics)

Cuando se amplían para modelar fábricas inteligentes y más allá, los gemelos digitales sirven cada vez más como base del gran metaverso industrial. Este ámbito digital modela y conecta máquinas completas, instalaciones industriales y cadenas de suministro para alimentar y distribuir fuera de las operaciones de producción.

¿El único inconveniente? La programación, las demandas computacionales y el consumo de energía para mantener el metaverso industrial son sustanciales. Al fin y al cabo, el uso de este metaverso requiere:

• Internet ultrarrápido y procesadores de alto rendimiento, especialmente cuando la configuración de realidad virtual 3D con uso intensivo de gráficos forma parte del sistema
• Asimilación en tiempo real de datos de sensores, a menudo muy extensos
• Instalaciones de fabricación virtuales y sus innumerables objetos digitales alojados en centros de datos (para la funcionalidad en la nube) y, en muchos casos, protegidos con tecnología blockchain
• Redes neuronales y analíticas impulsadas por IA que consumen mucha energía para funciones de aprendizaje automático

Cuando se justifican las inversiones en enfoques que aprovechan los gemelos digitales y el metaverso industrial, las empresas extremadamente grandes tienden a proporcionar las herramientas para respaldar su uso. Por el contrario, las pequeñas y medianas empresas son las que más se benefician de su uso. Por ejemplo, los ecosistemas de software de Siemens, Autodesk y Dassault Systèmes admiten el diseño y el uso de modelos virtuales holísticos. Las herramientas de simulación de Ansys y Altair Engineering (incluido el producto One Total Twin) permiten el modelado de productos que tiene en cuenta parámetros como las propiedades y el rendimiento de los materiales durante un ciclo de vida esperado.

Lectura adicional: Cómo las pymes pueden utilizar un metaverso industrial para explorar e implementar soluciones robóticas

Las aplicaciones del metaverso industrial que están experimentando la adopción más rápida son las de logística, fabricación, atención médica, educación, entretenimiento y planificación urbana. De hecho, parte del uso del metaverso atribuido a la fabricación en realidad se relaciona con la mejora de las cadenas de suministro, especialmente para los programas destinados a aumentar la eficiencia y la visibilidad del transporte.

Sin embargo, los usos de fabricación para el metaverso industrial están en aumento, especialmente para la reducción de cuellos de botella, la optimización de procesos, el control de calidad y los programas de mantenimiento predictivo.