Gemelos digitales para aplicaciones de fabricación discreta

Descubra cómo la implementación del gemelo digital está contribuyendo a un impacto inmediato y significativo en la forma en que las empresas implementan tecnologías que permiten la fabricación inteligente.

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Por Dick Slansky

En los últimos años han surgido múltiples tecnologías que son fundamentales para impulsar el avance de la fabricación inteligente y el IoT industrial (Internet de las cosas). Estos incluyen análisis avanzados, inteligencia artificial (IA) y aprendizaje automático (ML), inteligencia operativa, robótica avanzada, sistemas ciberfísicos y diseño generativo para la fabricación aditiva. Si bien cada una de estas tecnologías está cambiando la faz de la fabricación actual, la investigación de ARC Advisory Group sugiere que el IoT industrial, los activos inteligentes conectados y el gemelo digital están teniendo el impacto más inmediato y significativo en la forma en que las empresas implementan tecnologías que permiten la fabricación inteligente.

Cómo se está implementando el gemelo digital hoy

Un componente integral de un gemelo digital de un sistema de producción es el modelo virtual de los productos, activos y procesos del mundo real. El modelado virtual brinda a los ingenieros de fabricación la capacidad de simular y modelar lo virtual y lo físico, simultáneamente o por separado. Este enfoque de modelado del sistema de gemelos digitales les permite comprender la naturaleza holística de sus activos y sistemas de producción dentro del ecosistema de fabricación general. Además, estamos viendo el surgimiento de poderosas herramientas de desarrollo de gemelos digitales ofrecidas por proveedores que permitirán a los fabricantes comprender exactamente cómo funcionan sus sistemas y equipos de fábrica, y les permitirán tomar decisiones para mejorar el rendimiento y la calidad del producto a través de inteligencia humana y artificial.

Los gemelos digitales se pueden aplicar a ecosistemas de fabricación discretos en tres áreas distintas: producto, producción y rendimiento.

El gemelo digital del producto se utiliza para permitir un diseño más eficiente y mejorar el producto. En algunos casos, el producto es el equipo y los activos reales que se utilizan en el sistema de producción. El modelado de simulación virtual puede validar el rendimiento del producto, mientras simula cómo se comporta actualmente el producto en un entorno físico. Esto proporciona al desarrollador del producto una conexión físico-virtual que le permite analizar el rendimiento de un producto en diversas condiciones y realizar cambios en el modelo de diseño virtual para garantizar que el producto físico funcionará como se diseñó en el campo. Esto elimina la necesidad de prototipos físicos y reduce el tiempo de desarrollo.

Los gemelos digitales de producción se utilizan en la fabricación y la planificación de la producción. Pueden ayudar a validar qué tan bien funcionará un proceso de fabricación en el taller antes de que el equipo de producción física y las celdas de trabajo entren en producción real. Hoy en día, la puesta en marcha virtual de la automatización de la producción, una tecnología y un proceso establecidos, se está fusionando con el alcance más amplio del gemelo digital. La puesta en marcha virtual suele ser una validación única de un sistema de producción automatizado. Por el contrario, el gemelo digital representa un proceso continuo de análisis y optimización que tiene lugar en tiempo real. Al simular el proceso de producción mediante un gemelo digital y analizar los eventos físicos a lo largo del hilo digital, los fabricantes pueden crear un entorno de producción que siga siendo eficiente en condiciones variables.

Los gemelos digitales de rendimiento se utilizan para capturar, analizar y actuar sobre datos operativos. Un paso inicial importante al desarrollar e implementar un gemelo digital es identificar la configuración operativa exacta del producto, activo o equipo de producción que representan los componentes físicos.

Contexto y datos de configuración requeridos

Al implementar, las empresas usuarias deben incluir contexto dentro de la configuración del gemelo digital. Para que el análisis predictivo o el IoT industrial sean efectivos, se requiere que el contexto (configuración física) del activo y el sistema sepa exactamente qué se necesita para recopilar los datos operativos y de rendimiento relevantes. Las empresas que implementan cualquier proyecto de gemelo digital deben comenzar por capturar y administrar la configuración física real del activo. Además, debido a los muchos casos de uso de un gemelo digital a lo largo del ciclo de vida del producto, los implementadores harían bien en emplear tecnología de gemelo digital que pueda integrar un modelo de datos flexible/dinámico.

El elemento operativo del gemelo digital se alinea estrechamente con los conceptos y tecnologías asociados con el IIoT. Mientras que los modelos CAD virtuales y las simulaciones de rendimiento del producto definen el ajuste, la forma y la función del producto, los datos operativos y en tiempo real son la salida digital de los activos físicos en funcionamiento. La información se captura a través de sensores, puntos finales de IoT industrial y dispositivos de borde inteligentes en tiempo real. Esto conecta el gemelo digital con la realidad física. Combinado con las diversas formas de datos contextuales, este conocimiento proporciona una base para la toma de decisiones perspicaces y oportunas, lo que lleva a la mejora y optimización de procesos.

Recomendaciones

Para obtener beneficios significativos al implementar un gemelo digital para la fabricación inteligente, las organizaciones deben pensar de manera integral. La implementación exitosa es mucho más que modelos de diseño de ingeniería o componentes mecánicos y eléctricos de una celda de trabajo de producción. Todo el sistema de gemelos digitales debe modelarse en función de los elementos virtuales y físicos y la salida y los resultados deseados. Para que un gemelo digital, el análisis y el rendimiento operativo sean efectivos, se requiere el contexto del producto o activo dentro del sistema. Los beneficios finales de un gemelo digital se pueden cuantificar al comprender de antemano que la configuración física es tan importante como el diseño virtual.

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