Digital Twin

El Digital Twin para la Industria 4.0

El concepto de "gemelo digital" surgió en 2002 en la Universidad de Michigan en el contexto de la gestión del ciclo de vida del producto (PLM). Aunque la terminología ha cambiado con el tiempo a medida que se ha extendido a otras industrias, el concepto se ha mantenido sin cambios y se ha centrado en la simulación. El gemelo digital se basa en la idea de que una construcción de información digital de un sistema físico podría crearse como una entidad propia. Esta información digital sería un "gemelo" de la información incorporada en el sistema físico real, y ambos permanecerían estrechamente acoplados durante todo el ciclo de vida y evolucionarían juntos. Por tanto, la definición de Gemelo Digital puede darse como un conjunto de construcciones de información virtual que describe completamente un producto, sistema o proceso físico potencial o real desde el nivel micro al macro. En el mejor de los casos, cualquier información que pudiera obtenerse del estudio de un bien físico debería poder obtenerse de su Gemelo Digital. Aunque las diferentes escalas de implementación del Gemelo Digital indican diversos niveles de complejidad, los principales conceptos, características y retos siguen siendo los mismos. En pocas palabras, el Gemelo Digital actúa como una imagen digital casi en tiempo real de un sistema físico que ayuda a los expertos y a las organizaciones a comprender cómo funciona ese sistema y cómo responde a determinadas entradas o restricciones, facilitando así la supervisión y optimización de ese sistema en el mundo real.

Nuestra práctica de simulación y ciencias de la decisión

El modelado de simulación, el medio por el que podemos crear un Gemelo Digital, es omnipresente en la mayoría de las organizaciones industriales y de ingeniería, y lo ha sido durante muchos años. Utilizar la tecnología para imitar un proceso o sistema del mundo real permite a los fabricantes estudiar ese proceso o sistema en un entorno digital libre de riesgos, controlado y repetible. Por ejemplo, un fabricante de aviones realizará simulaciones del flujo de aire y la resistencia aerodinámica alrededor de su aeronave durante el proceso de diseño. Los resultados se utilizarán para validar el diseño o identificar los cambios de diseño necesarios para reducir la resistencia. Pero mientras que la simulación está bien establecida durante el diseño y la verificación del producto, las organizaciones industriales no suelen emplear esta potente metodología en las siguientes fases de su cadena de valor: la fabricación y la cadena de suministro del producto. Como resultado, estas organizaciones pierden oportunidades de estudiar el comportamiento de sus procesos de fabricación y sistemas de cadena de suministro antes de su implantación. Dado que la puesta en marcha de nuevas instalaciones de fabricación, líneas de producción y procesos suele ser costosa y requerir mucho capital, la aplicación de métodos de simulación a la fabricación y la cadena de suministro puede reportar enormes beneficios.

Engineering Industries eXcellence se enorgullece de contar con una de las pocas prácticas tecnológicas globales dedicadas a la simulación industrial y la ciencia de la decisión. Nuestro equipo de expertos en simulación y científicos de datos está especializado en la aplicación de métodos de simulación a los procesos de diseño de productos, fabricación y cadena de suministro. Nuestros consultores ayudan a las organizaciones a identificar oportunidades con el fin de emplear estratégicamente la simulación para estudiar sus procesos y sistemas, proporcionando a los equipos la información y las herramientas necesarias para impulsar mejoras reales.

Aplicación de modelos de simulación para la Industria 4.0

1. Modelado de simulación de fabricación

¿Cómo podemos encontrar mejoras y ganar eficiencia en nuestros procesos de fabricación?
¿Cómo podemos demostrar a la dirección que merece la pena invertir en nuevos equipos?
La empresa nos dice que aumentemos la velocidad de la línea de producción. ¿Cómo podemos estar seguros de que, en última instancia, esto ayudará a aumentar la producción y el rendimiento?

Antes de realizar cualquier cambio en la planta de producción real, podemos aprovechar la simulación para modelar nuestra planta de fabricación y su disposición. Hay dos razones principales por las que querríamos construir un gemelo virtual de una instalación y ejecutar simulaciones con él: En primer lugar, para comprender mejor el rendimiento actual de una planta de producción. Una instalación puede estar funcionando, pero debido a la complejidad de los procesos, el número de variables y las limitaciones del sistema, es muy difícil comprender todas las piezas móviles. ¿Cómo se puede determinar la capacidad real, identificar los cuellos de botella y generar indicadores clave de rendimiento (KPI) fiables? Realizar una simulación de una planta permite descubrir estos factores cruciales e identificar los problemas existentes, así como las oportunidades para aumentar el rendimiento.

En segundo lugar, ejecutar escenarios "hipotéticos". Estos escenarios nos permiten realizar cambios virtuales en una planta en términos de disposición y flujos de trabajo, y luego evaluar esos cambios. Debido al tiempo, el esfuerzo y los costes que conlleva realizar cambios en el mundo real, es fundamental que los cambios que se realicen sean correctos para la instalación y permitan obtener el resultado deseado. Esto es mucho más rápido, barato y fácil de hacer virtualmente utilizando la simulación.

2. Modelado de simulación de ergonomía humana y robótica

¿Cómo podemos minimizar el tiempo de preparación de los operarios al introducir una nueva línea de productos en la planta?
¿Cómo afectará a la seguridad esta nueva modificación del proceso?
La dirección quiere minimizar los costes de despliegue en varios emplazamientos de las nuevas operaciones robotizadas. ¿Cómo podemos prever dónde encontraremos la mayoría de los problemas?

La simulación de procesos y operaciones de fabricación puede ayudar a las organizaciones a comprender y prevenir cualquier problema de diseño, seguridad y/o ergonomía durante la puesta en marcha de nuevos productos, plantas y procesos. Los modelos de simulación de procesos proporcionan un entorno 3D avanzado capaz de emular el comportamiento realista de los procesos de fabricación para impulsar la optimización de los tiempos de ciclo y la secuencia de procesos. También permiten simular los procesos de montaje, las operaciones humanas y los procedimientos mecánicos y el comportamiento de herramientas, dispositivos y robots.

¿Es factible fabricar el producto basándonos en nuestro diseño? ¿Cumplirá los requisitos de tiempo de ciclo que esperamos? Todas estas preguntas pueden responderse realizando simulaciones del proceso con una herramienta de simulación. La simulación del proceso puede tener en cuenta muchos factores y abarcar las limitaciones y los participantes tanto manuales como automatizados. El modelado de humanos, robots, transportadores, herramientas y otros elementos típicos del flujo de trabajo puede ayudar a los fabricantes a comprender realmente su proceso e identificar las mejores formas de realizar mejoras reales.

3. Modelado de simulación de la cadena de suministro

¿Cuáles son las mejores ubicaciones para almacenes, centros de distribución y centros de producción?
¿Cuáles son las mejores políticas de reposición, aprovisionamiento y transporte?
¿Hasta qué punto es estable y fiable nuestra cadena de suministro?
¿Y si cambiamos la política de inventario?
¿Y si aumentamos la capacidad de un centro de distribución?
Absorbemos a un competidor. ¿Cuál es la forma más rentable de unir nuestras cadenas de suministro?

A la hora de tomar decisiones, los fabricantes globales tienen varias opciones, y el modelado de simulación puede permitirles estudiar y comprender con precisión los riesgos y beneficios que cada opción supondría tanto para sus operaciones como para sus clientes y el rendimiento de su negocio. El modelado de dinámica de sistemas, la simulación de eventos discretos y las metodologías de simulación basadas en agentes pueden utilizarse para ayudar a las organizaciones empresariales a estudiar y optimizar su cadena de suministro regional y global y sus redes logísticas. Las tecnologías de simulación adecuadas pueden ayudar a los directivos a calcular, identificar y tomar decisiones de diseño y gestión de la cadena de suministro menos arriesgadas y más rentables.

Los modelos de simulación son muy útiles para determinar el impacto de la variabilidad de la oferta y la demanda, las limitaciones de la red y los cuellos de botella en el funcionamiento eficiente de una cadena de suministro. Mientras que las herramientas analíticas permiten comprender y gestionar mejor los problemas a gran escala, las herramientas de simulación permiten aislar y manipular factores y aspectos específicos de una cadena de suministro para comprender cómo pueden afectar a los procesos posteriores o a la dinámica de la red en su conjunto. El mejor enfoque consiste en aprovechar conjuntamente estas dos técnicas. De este modo, es posible identificar una solución y, a continuación, comprobar su calidad y validez simulando el escenario resultante y viendo cómo repercutiría en otros nodos a lo largo de la red de la cadena de suministro.