La simulación de productos o procesos, también denominada gemelo digital, se puede definir muy básicamente como la representación virtual de una realidad física. Para que esto sea posible, debe existir al menos una realidad física (equipo, proceso, producto), una realidad digital (modelo digital), la conexión entre ambas realidades (datos) y un software que lo integre todo (IT). Bajo esta definición básica, multitud de compañías están desarrollando sus propias definiciones adaptadas a sus necesidades y modelos de negocio, así como otras muchas ofrecen productos y/o servicios en múltiples y variopintas versiones. Desde Metales&Máquinas, nos preguntamos por la validez de esta definición y queremos conocer cuáles son sus principales aplicaciones en el entorno del metal.  

PREGUNTAS

   1. En muy pocas palabras, ¿cómo define su compañía el gemelo digital? 

    2. ¿Qué tipos de productos y/o servicios ofrecen que respondan a esta definición?

    3. ¿Es esta tecnología aplicable a la industria del metal/metalurgia?

    4. ¿Cuáles son los beneficios esperados de su aplicación en este sector?

1. Los gemelos digitales representan la forma de objetos físicos en 3D. Gartner define un gemelo digital como una "representación virtual de una entidad o sistema del mundo real", que adopta la forma de un "objeto o modelo de software que refleja un objeto físico, proceso, organización, persona u otra abstracción única". Las soluciones de Dassault Systèmes ayudan a dar vida a estos modelos de software, pero nosotros vamos más allá al ofrecer experiencias de gemelos virtuales.

¿Cuál es la diferencia entre un gemelo digital y una experiencia de gemelo virtual? A diferencia de un prototipo de gemelo digital, que se centra en un objeto estático específico, las experiencias de gemelo virtual permiten visualizar, modelar y simular todo el entorno de una experiencia sofisticada. Facilitan la innovación empresarial sostenible a lo largo de todo el ciclo de vida del producto.

Una experiencia gemela virtual comienza con el diseño de un modelo 3D enriquecido con datos que representa la forma, las dimensiones y las propiedades de un producto o sistema físico. Se realizan simulaciones en ese modelo virtual para explorar cómo se comportará el producto cuando se ensamble, funcione o se someta a una serie de eventos.

El número de pruebas sólo está limitado por la imaginación. Las pruebas ayudan a optimizar y validar el diseño, los materiales y los procesos de producción, y como todo esto se hace virtualmente, hace que todo el ciclo de vida sea más sostenible.

2. Para responder a esta definición y a las cambiantes necesidades del mercado, Dassault Systèmes ha desarrollado la plataforma 3DEXPERIENCE, que permite a las empresas acceder y aplicar colectivamente el conocimiento a hipervelocidad y probar infinitas posibilidades de innovación. Representa tanto un sistema de operaciones para que las empresas dirijan sus negocios, como un modelo de negocio para que cambien las relaciones y los roles en toda su cadena de valor.  Las empresas pueden conectar digitalmente el pensamiento con el diseño, la ingeniería, la fabricación, las ventas, el marketing y la propiedad.  La industria puede transformar su forma de inventar, aprender, producir y comercializar, para crear valor y experiencias diferenciadoras para los clientes. También permite crear gemelos virtuales mediante la integración de tecnologías y servicios de modelado 3D, colaboración social, simulación e inteligencia de la información.  Estas capacidades digitales se adaptan en función de los complejos procesos empresariales de 11 sectores diferentes mediante una combinación estratégica de las 12 marcas de la empresa.

La plataforma 3DEXPERIENCE se integra en el compromiso general de la empresa con la sostenibilidad y su reconocimiento del papel de la sostenibilidad como motor de la innovación en el siglo XXI.  Al utilizar gemelos virtuales para probar el uso de un producto en el mundo real -incluido su impacto en el medio ambiente y en las personas-, las empresas pueden crear nuevos productos y servicios que aborden los principales retos globales, así como dotar a su personal de las nuevas habilidades necesarias para mantener el crecimiento en un mundo de consumidores cada vez más exigentes.  Por ello, las empresas pueden integrar las mejores prácticas de innovación sostenible en todos los ámbitos de su proceso de desarrollo de productos: El modelado en 3D para el diseño ecológico, la simulación y la producción para la fabricación ajustada y ecológica, la inteligencia de la información para la gestión de los datos medioambientales y la colaboración social para la gestión de las demandas cambiantes. 

3. Sí, por supuesto, la plataforma 3DEXPERIENCE permite crear gemelos virtuales integrando tecnologías y servicios de modelado 3D, colaboración social, simulación e inteligencia de la información. Estas capacidades digitales se adaptan a los complejos procesos empresariales de 11 industrias diferentes, incluida la industria metalúrgica. La fabricación de metales es adecuada para productos en los que la resistencia al calor y una fuerza superior son cruciales. Además, el metal es un material que puede fabricarse mediante diversos procesos, lo que le confiere una gran versatilidad.

Gracias a nuestro potente algoritmo, en cuestión de segundos se puede obtener un presupuesto para un proyecto de fabricación de metal de docenas de proveedores de servicios de fabricación de metal. Dassault Systèmes cuenta con una red de proveedores de servicios de fabricación metálica que trabajan en proyectos de sectores como aeroespacial y defensa, servicios a empresas, construcción, bienes de consumo envasados y comercio minorista, energía y materiales, alta tecnología, hogar y estilo de vida, maquinaria industrial, ciencias de la vida y salud, náutica y alta mar, y transporte y movilidad.

4. Los beneficios que obtienen las empresas que implanten la plataforma 3DEXPERIENCE son inmediatos. Se trata de una plataforma colaborativa en la nube que permite conectar a todas las partes interesadas de la cadena de valor y a los trabajadores, con acceso a toda la información en tiempo real. Esto supone una mayor agilidad en los procesos, ahorro de costes y un mayor rendimiento de los trabajadores.

1. El Gemelo Digital es una representación virtual de un proceso industrial que utiliza modelos matemáticos para simular el comportamiento y las interacciones de los elementos del proceso: sistema(s) de control, proceso, instrumentación e interfaces de usuario.

2. Emerson tiene una amplia experiencia en el desarrollo e implementación de Gemelos digitales para una variedad de industrias: energía, refino, química y química fina, farmacéutica, y minería, entre otras. Para dar soporte a las necesidades específicas de cada industria, Emerson tiene un extenso portafolio de software dedicado para Gemelos Digitales: DeltaV Simulate y Ovation para la simulación de sistemas de control, simuladores de proceso basados en primeros principios como Mimic y Aspen HYSYS, así como varios software para la creación de interfaces de usuario amigables para interactuar con el gemelo digital. Es importante destacar el carácter agnóstico de estas tecnologías; éstos nos permiten implementar Gemelos Digitales en cualquier sistema, permitiendo que el cliente tenga un plataforma común para los Gemelos Digitales de los distintos procesos.

3. Emerson ha colaborado con empresas del sector para implementar Gemelos Digitales basados en sistemas de control DeltaV. En el caso de la metalurgia, el Gemelo Digital puede ser utilizado para simular las operaciones de fundición, laminado, forjado, entre otras. Además, éste puede usarse para predecir el comportamiento y vida útil de los equipos y sistemas, lo que permite planificar el mantenimiento y sustitución de los mismos de manera proactiva.

4. El proyecto de desarrollo de un Gemelo Digital debe ir íntimamente ligado al de la planta real, de este modo pueden exprimirse al máximo los beneficios que se obtienen del Gemelo digital y reducirse el retorno de la inversión a menos de 6 meses. A grandes rasgos, el uso del Gemelo Digital durante las distintas fases de diseño y comisionado permite a los equipos de ingeniería y construcción simular el proceso de construcción y operación de la planta en un entorno virtual antes de que se construya físicamente. Esto permite identificar y solucionar posibles problemas de diseño antes de la puesta en marcha de la planta, así como identificar oportunidades de mejora, planificar y optimizar el uso de recursos y materias primas, y minimizar el impacto en el medio ambiente por vía de optimizar la eficiencia del proceso, reducir las emisiones y residuos.

En este sentido, los Gemelos Digitales pueden ayudar a reducir los costos de construcción y acelerar el tiempo de puesta en marcha, al permitir a los equipos de proyecto experimentar con diferentes escenarios y tomar decisiones informadas sobre la selección de equipos y sistemas, la configuración del proceso y la gestión del proyecto en general. Asimismo, el Gemelo Digital puede usarse como plataforma de entrenamiento de operarios para mejorar la eficacia de las operaciones y disminuir incidencias derivadas de errores humanos, minimizando a su vez los riesgos de seguridad.

Por otro lado, una vez que la planta está construida, el Gemelo Digital también puede ser utilizado conectado en línea con la planta, recogiendo datos a tiempo real. Esto permite predecir el comportamiento futuro del proceso, así como una mejor planificación de las paradas de inspección y mantenimiento, lo que ayuda a las empresas en la toma de decisiones y la optimización del proceso en tiempo real. Esto se sucede porque el Gemelo Digital utiliza los datos recopilados de la operación para generar modelos de predicción de fallos, reemplazando los métodos de mantenimiento correctivo, en los que se espera que ocurra el problema para actuar sobre él, por métodos predictivos, corrigiendo cualquier inconsistencia en la operación antes de que afecte la producción. Estas acciones de mantenimiento predictivo sugeridas por el Gemelo Digital también reducen los riesgos a los que se ven sometidos los trabajadores de campo, tales como altas temperaturas, además de minimizar los accidentes por mal funcionamiento de los equipos, al llevar a cabo un mantenimiento más efectivo de estos activos. También se minimiza el tiempo dedicado a la revisión y reparación de éstos.

Es importante destacar el uso en este campo de software basados en Inteligencia Artificial y ‘Machine Learning’. En primer lugar, el Machine Learning puede ayudar a identificar patrones y correlaciones en los datos recopilados por el Gemelo Digital, lo que permite a los ingenieros y operadores obtener una comprensión más profunda de cómo se comporta el proceso en diferentes condiciones y cómo puede mejorarse. También es importante destacar que el Machine Learning puede mejorar la precisión y confiabilidad de los modelos de simulación utilizados en los Gemelos Digitales de Procesos. Esto se debe a que el Machine Learning puede ser utilizado para calibrar y ajustar los modelos en función de los datos recopilados en tiempo real, lo que permite una mayor precisión en la simulación y una mejor comprensión del comportamiento real del proceso.

En resumen, el uso Gemelos Digitales puede ayudar a mejorar la eficiencia, reducir costos, optimizar la calidad de los productos y servicios y minimizar los riesgos de seguridad, así como el impacto de la actividad industrial en el medio ambiente, lo que puede traducirse en un aumento de la rentabilidad y competitividad de las empresas.

1. Es la generación de una réplica virtual de un producto, servicio o proceso que simula el comportamiento de su homólogo físico, con el objetivo de monitorizarlo, analizar su reacción ante determinadas situaciones y mejorar su rendimiento y eficacia. Es el medio para conseguir resolver un problema del mundo real en un entorno virtual con datos reales.

2. Nuestra propuesta de valor va desde el diseño y concepción de los procesos, hasta la operación en tiempo real para poder llevar a cabo la simulación de los mismos en lazo abierto o cerrado. Para ello, utilizamos productos agnósticos de mercado, como APS (Advanced Process Simulation), PI System, OTS (Operation Training System) y Optimizadores de Proceso. Todos ellos conforman una simulación de procesos digital para cualquier entorno de proceso.

3. Por supuesto, todo el proceso que se puede simular con los procesos básicos de la termodinámica es aplicable a estas tecnologías. Si por algún motivo no se dispone del modelo del activo que se quiere simular, el sistema permite programarlo, adaptarlo y desplegarlo para el activo deseado.

4. El gemelo digital tiene muchos beneficios para el sector: 

• Minimizar riesgos en la operación a través de los escenarios ‘what if’; 
• Optimizar y minimizar el uso de los recursos tanto energéticos como materiales, así como asegurar los parámetros del entorno regulatorio, absolutamente fundamentales para el sector. El gemelo digital permite, a través de la propia simulación de los procesos, cumplir con el Compliance.  Por ejemplo, si tienes que emitir una cantidad concreta de partículas de Co2, para cumplir con la normativa, el gemelo digital te permite ejecutar los procesos de forma digital para pronosticar y hacer un forecast de las emisiones; 
• En este sentido, además, hace posible un entorno que nos permita hacer reingeniería del producto para evaluar y minimizar la huella de carbono de los productos que estamos elaborando. 
• Ofrecer un entrono virtualizado y seguro para poder entrenar al personal;
• Facilitar la puesta en marcha y minimizar los costes de despliegue de los activos, gracias a las FAT Digitales.  

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Este artículo aparece publicado en el nº 03 de Metales&Máquinas págs. 40 a 43