Perspectiva de Capgemini: Gemelos digitales

por Corinne Jouanny – Vicepresidenta ejecutiva, Gestión de cartera y líder de la industria inteligente y Christophe Vidal – Vicepresidente, Director de Desarrollo de negocios para servicios de ingeniería digital

La ciudad-estado de Singapur ha llevado la tecnología logística a tal punto que parece como mirarse en un espejo. Las autoridades municipales pueden consultar un modelo dinámico para planificar rutas de evacuación de emergencia o decidir dónde instalar paneles solares; pueden guiar el tráfico con información en tiempo real; e incluso pueden identificar posibles brotes de dengue midiendo la densidad de personas picadas por mosquitos portadores de la enfermedad. Todo esto gracias a Virtual Singapore, el gemelo digital 3D de la ciudad.[1]

Tecnologías como la IA, el 5G y la nube han permitido el desarrollo de una red más inteligente que conecta productos, procesos, servicios y sistemas. El concepto de gemelo digital tiene un gran potencial para acelerar esta transformación en múltiples industrias. Los beneficios que ofrece a las organizaciones abarcan desde una mayor eficiencia y un mayor impacto ambiental durante el ciclo de vida hasta una mayor fiabilidad y ahorro de costes.

Modelando el entorno moderno

Un gemelo digital es una réplica virtual de un producto, sistema o proceso físico. La versión digital se puede utilizar para monitorear, controlar y optimizar todos los aspectos de su gemelo físico, en ecosistemas internos y externos y a lo largo del tiempo.

Un gemelo digital no es solo una simulación, un modelo computacional o una interfaz gráfica de usuario. Sus características clave incluyen:

• La existencia de un producto, sistema o proceso físico en el que se basa su contraparte digital.
• Conectividad y flujo de información entre entidades físicas y digitales.
• La capacidad de la entidad virtual para almacenar y rastrear datos a través de una red o sistema.
• Sincronización periódica o casi en tiempo real de los estados de los gemelos físicos y virtuales.
• La capacidad del gemelo virtual para simular la entidad física, sus características y sus niveles de rendimiento.
• La capacidad del gemelo virtual para predecir las características de su contraparte física y prescribir características para aumentar su eficiencia.
• La capacidad del gemelo virtual para supervisar, mantener y optimizar las operaciones del gemelo físico.

Esta combinación de características compartidas es lo que hace que el desarrollo de un gemelo digital sea útil en diversas industrias.

Gemelos digitales de sistemas de sistemas

Un gemelo digital, en su forma más simple, es el duplicado de una sola unidad de equipo, como un brazo robótico (nivel de unidad). Las organizaciones también pueden crear un sistema conectado de estos gemelos digitales individuales, aumentando así las ganancias de eficiencia de las unidades individuales a un nivel más amplio y sistémico. Por ejemplo, los gemelos digitales de múltiples brazos robóticos o máquinas pueden combinarse para crear el gemelo digital de una línea de producción (nivel de sistema). Llevando la idea un paso más allá, los gemelos digitales de múltiples líneas de producción de este tipo pueden utilizarse para crear el gemelo digital de una fábrica o incluso de varias fábricas que forman parte de una cadena de suministro compartida (nivel de sistema de sistemas). A un nivel aún más alto se encuentra el concepto de gemelo digital a escala de una ciudad o incluso de una nación, del cual “Singapur Virtual” es el ejemplo más destacado, pero sin duda no el último.

Gemelos digitales para la sostenibilidad

La Industria Inteligente permite a las organizaciones ser económicamente rentables y, al mismo tiempo, responsables con el medio ambiente. Si bien hoy en día las organizaciones se centran en reducir las emisiones de carbono en sus operaciones, solo cuando consideran toda su cadena de valor, incluyendo a sus clientes y proveedores, pueden marcar una diferencia significativa. Los gemelos digitales pueden desempeñar un papel importante en este sentido, ya que permiten a las organizaciones optimizar sus recursos, simular emisiones y optimizar las redes de suministro y transporte.

Los beneficios van desde la eficiencia de los procesos y una mayor productividad hasta la transición a una economía sostenible y circular.

Aeroespacial: Airbus pretende reducir su ciclo de vida de producción en un 50% y está apostando por los gemelos digitales para ayudarle a lograr este ambicioso objetivo. “Para cada nuevo producto, en realidad estamos construyendo cuatro gemelos digitales. No solo creamos un gemelo para ese producto; también creamos uno para cada equipo de producción relacionado, proceso de producción y proceso de servicio. Simulamos todos estos aspectos antes de que realmente comencemos a construir el producto o la fábrica para fabricarlo. Esto nos ayuda a reducir significativamente nuestro ciclo de vida de ingeniería y el coste en la producción”, dice Peter Weckesser, ex oficial de transformación digital en la división de Defensa y Espacio de Airbus.[2]

Productos de consumo: Philip Morris International, PMI, ha creado un gemelo digital de su presencia global en el sector manufacturero. Esto le permite evaluar el impacto de los cambios en la cartera de productos, las regulaciones del mercado e incluso las disrupciones del negocio. En consecuencia, la empresa ha reducido el uso de simulaciones en hojas de cálculo en un 90 % y ha logrado reducir el tiempo necesario para la evaluación de escenarios de semanas a horas.[3]

Automotriz: BMW anunció recientemente el diseño de un gemelo digital de fábrica que puede utilizarse para simular las operaciones de 31 fábricas independientes. Todos los elementos (personal, robots, edificios y piezas de ensamblaje) pueden simularse en este modelo, que se espera que genere procesos de planificación un 30 % más eficientes.[4]

Atención médica: Se están realizando aplicaciones aún más interesantes de gemelos digitales en el sector de la atención médica. El Living Heart Project de Dassault Systèmes, una colaboración entre industrias, médicos e investigadores, con miembros en 130 organizaciones en 24 países, ha desarrollado la primera simulación 3D de un corazón vivo, lo que permite el desarrollo de paradigmas de prueba para la inserción virtual, la colocación y la monitorización del rendimiento de marcapasos y otros dispositivos cardiovasculares.[5] Hoy en día, hay investigaciones en curso sobre el uso de gemelos digitales para la planificación de procedimientos quirúrgicos; la optimización de la dosis de medicamentos para los pacientes; e incluso la mejora de la seguridad de los medicamentos en las fases de diseño y prueba.[6]

Fabricación: Kaeser, fabricante alemán de compresores de aire, implementó un sistema de gemelo digital para sus estaciones de aire. Este proporciona datos operativos, como el consumo de aire, que sus empleados pueden supervisar. Esto, a su vez, permite a la empresa implementar la “servitización”: cobrar a los consumidores según el uso, en lugar de por las máquinas en sí.[7]

Sostenibilidad: A través de simulaciones y análisis de escenarios, modelos predictivos y eficiencia operativa, los gemelos digitales permiten a las organizaciones optimizar la utilización de sus recursos.Por ejemplo, Unilever está utilizando gemelos digitales en una instalación en Brasil para hacer que la producción sea más eficiente. La empresa utilizó un gemelo digital para establecer parámetros de fabricación; por ejemplo, la temperatura a la que se expulsa el jabón antes de cortarlo en barras. El proyecto resultó en un ahorro de USD 2,8 millones al reducir el uso de energía y mejorar la productividad entre un 1% y un 3%.[8]Además, los gemelos digitales también permiten a los propietarios/operadores de infraestructura hacer que los edificios sean más sostenibles.

Para las industrias, los beneficios del uso de gemelos digitales abarcan todo el ciclo de vida de un producto. Algunos de estos beneficios se muestran a continuación:

Navegando por las aguas de los gemelos digitales

La conectividad y la gestión de datos son clave para la implementación exitosa de un gemelo digital

Para impulsar pilotos o pruebas de concepto (POC) exitosos, ciertos facilitadores son esenciales:[9]

• Conectividad: Para permitir la transferencia de datos de sensores a las contrapartes virtuales
• Gestión de datos: para analizar los datos sin procesar y convertirlos en información procesable
• Capacidades de simulación: Incluyendo inteligencia artificial y aprendizaje automático, para construir la vista virtual de las operaciones.
• Una interfaz hombre-máquina: para complementar a los empleados, tome las acciones necesarias
• Continuidad digital: En todos los procesos y activos para evitar silos de información y fortalecer la colaboración. Si bien esto es un factor clave para la implementación de gemelos digitales, los gemelos digitales de sistema de sistemas pueden impulsar aún más la continuidad digital en toda la cadena de valor de una organización.

Si bien el modelo de gemelo digital tiene aplicaciones en toda la cadena de valor, las empresas no deberían caer en el “purgatorio de los pilotos”. Esto se puede evitar concentrándose en un número limitado de casos de uso (por ejemplo, un gemelo de activo o de proceso simple) que tengan el mayor valor potencial y asegurándose de que estos casos de uso se completen. Una vez completadas estas pruebas de concepto, los aprendizajes de estos proyectos se pueden implementar en otros proyectos piloto.

Una gobernanza adecuada y una mayor colaboración son cruciales

Una implementación exitosa de un gemelo digital en una parte de la empresa inspirará más proyectos similares en otras funciones. Sin embargo, es en este punto cuando las empresas deben tomar medidas adicionales:

• Para extraer más valor, las empresas no deberían simplemente construir gemelos digitales individuales, sino también planificar el desarrollo de un sistema de gemelos digitales que combine información y recursos, amplificando los beneficios y las economías de escala. Establecer y seguir estándares comunes en la gestión y comunicación de datos facilitará la integración de múltiples gemelos digitales.
• Un programa de gobernanza para gemelos digitales, con roles definidos para cada equipo (global vs. local; negocio vs. TI, ecosistema de socios y proveedores, etc.), facilitará la gestión. Un aspecto crucial de esto es la gobernanza de datos y seguridad. Deben existir directrices claramente definidas sobre a qué datos tienen acceso los gemelos digitales, quién puede acceder a ellos y cómo se utilizan en toda la empresa.
• Para gemelos complejos, una implementación exitosa requeriría no solo colaboración intraorganizacional, sino también vínculos sólidos con sus socios del ecosistema, tanto en las fases iniciales como finales.

Los consorcios pueden desempeñar un papel importante en el desarrollo de gemelos digitales. Los problemas de comunicación que enfrentan los primeros usuarios, en particular al tratar con un sistema de sistemas, pueden abordarse mediante la adopción de formatos estándar. El Consorcio de Gemelos Digitales, por ejemplo, cuenta entre sus fundadores con empresas como Microsoft, GE Digital y Northrop Grumman, y trabaja en la creación de arquitecturas y definiciones de referencia intersectoriales, el perfeccionamiento de las mejores prácticas de gemelos digitales y la creación de un centro de recursos para productores y consumidores de gemelos digitales.[10]

A medida que se consolida la idea de los gemelos digitales, queda claro que su uso puede extenderse a prácticamente cualquier cosa, desde tuberías de agua hasta líneas de producción. Si bien los gemelos digitales se desarrollaron originalmente principalmente para hardware, ahora podemos tener gemelos digitales con la misma facilidad para los dominios de procesamiento de información de finanzas y contabilidad, recursos humanos y gestión de la cadena de suministro. Esto abre la puerta a gemelos digitales de organizaciones enteras y promete beneficios exponenciales, incluyendo una mayor visibilidad de las operaciones comerciales, una monitorización más avanzada y la predicción de eventos que impactan en el negocio,[11] por nombrar solo algunos. Las posibilidades de los gemelos empresariales son realmente infinitas y, hasta la fecha, solo hemos arañado la superficie.

[1] GovInsider, “Conozca Virtual Singapore, el gemelo digital 3D de la ciudad”, enero de 2018.

[2] I-CIO, “Airbus destaca los factores críticos de éxito para la transformación digital”, septiembre de 2019.

[3] PR Newswire, “River Logic se asocia con Philip Morris International para crear un gemelo digital de la red de fabricación global de la empresa”, septiembre de 2020.

[4] FierceElectronics, “BMW presenta un gemelo de fábrica digital en Nvidia GTC21”, abril de 2021.

[5] Dassault Systèmes, “THE LIVING HEART PROJECT”, consultado el 15 de septiembre de 2021.

[6] VentureBeat, “21 maneras en que los gemelos digitales médicos transformarán la atención médica”, julio de 2021.

[7] Servicios de Planta, “Desarrollo de un nuevo modelo de negocio mediante la venta de suministros”, abril de 2019.

[8] The Wall Street Journal, “Unilever utiliza fábricas virtuales para optimizar su cadena de suministro”, julio de 2019.

[9] Capgemini Engineering, “Gemelos digitales: traducir datos en resultados empresariales”, octubre de 2021.

[10] Sitio web del Consorcio Digital Twin, consultado el 15 de septiembre de 2021.

[11] Capgemini, “Gemelos digitales para operaciones comerciales” por Lee Beardmore.