Gemelos digitales: creación de productos más inteligentes a tiempo y dentro del presupuesto

De hecho, los problemas de diseño encontrados durante la puesta en marcha a menudo se reconocen simplemente como el costo de hacer negocios, dado que los nuevos diseños son cruciales para el éxito de muchos.

Sin embargo, en la industria de diseño de máquinas, algunas empresas están invirtiendo más recursos en el diseño inicial, reduciendo drásticamente la cantidad de problemas que encontrarán en las etapas posteriores de desarrollo.

Esta técnica es una práctica probada en los campos aeroespacial y automotriz, y las revisiones de varias estrategias de diseño han demostrado que incluso un aumento de 5–10 % al principio puede reducir los excesos de costos en un 50–100 %.

¿Dónde va la inversión adicional? Una tecnología clave que está ganando terreno en la industria de diseño de máquinas es el uso de gemelo digital, una representación virtual basada en modelos del sistema físico.

El gemelo digital puede ayudar a tener en cuenta la dinámica de todo el sistema, en un entorno de modelado unificado, lo que ayuda a proporcionar información específica sobre las interacciones entre componentes.

Con esta información disponible, los ingenieros disponen de una nueva herramienta para detectar problemas de diseño, especialmente cuando sus productos implican diseños nuevos y no probados.

Cuando se trabaja en un nuevo producto en la fase conceptual, el gemelo digital puede desempeñar un papel importante al ofrecer a los ingenieros nuevas capacidades para trabajar con diseños.

Para garantizar un proceso de puesta en marcha sin problemas, se puede utilizar un modelo de gemelo digital (derecha) para probar el código PLC (izquierda), un nuevo proceso que está disponible con software de automatización común.

Dado que los gemelos digitales son modelos a nivel de todo el sistema que proporcionan resultados de simulación rápidamente, los ingenieros pueden probar escenarios hipotéticos con facilidad y explorar compensaciones simplemente cambiando los parámetros de diseño y viendo los resultados en minutos.

Por ejemplo, si un ingeniero estuviera dimensionando un motor para una nueva máquina de retorno rápido, su gemelo digital podría proporcionar una imagen completa de las cargas dinámicas experimentadas por el motor, reduciendo el riesgo de fallo de componentes después de la entrega.

Además de una fase de desarrollo conceptual más segura y eficaz, hay una amplia gama de beneficios que los ingenieros pueden implementar mediante el uso de la tecnología de gemelo digital:

• Puesta en marcha virtual: Mucho antes de la primera construcción, los ingenieros pueden predecir las cargas de régimen permanente y transitorias a las que se enfrentarán los accionadores durante sus ciclos de servicio. Para garantizar el rendimiento adecuado, pueden probar su hardware PLC frente al gemelo digital utilizando software de automatización común, o probar su código PLC directamente antes de descargarlo al hardware, todo lo cual da como resultado controles ajustados con precisión en todo un sistema.
• Diagnóstico en línea: La ejecución del gemelo digital en paralelo con la máquina real puede proporcionar información valiosa sobre dónde podría surgir un problema a medida que la respuesta de la máquina se desvía del modelo a medida que envejece.

• Sensores virtuales: Dado que la respuesta dinámica del gemelo digital se basa en leyes físicas rigurosas, ciertas propiedades internas calculadas pueden ser suficientes para usarse como entradas al sistema de control, ya sea para reemplazar temporalmente un sensor defectuoso hasta que pueda repararse, o para eliminar el uso de ese sensor por completo.
• Mantenimiento predictivo: Con un gemelo digital, los ingenieros pueden evaluar el impacto de la carga dinámica en cojinetes, engranajes y motores, causado por cambios en el ciclo de servicio. Someter un gemelo digital a un ciclo de servicio propuesto puede ayudar a determinar las cargas en estos componentes y el impacto en la vida útil del componente.
• Herramienta de ventas: Fuera del departamento de ingeniería, el gemelo digital puede usarse en el proceso de venta para calificar las especificaciones del cliente y proporcionar información precisa especializada para cada cliente. Esta información puede ayudar a validar el rendimiento y la operación de una máquina con diferentes cargas útiles o condiciones de operación, sin necesidad de una consulta completa por parte del ingeniero.

Al igual que cualquier industria que se enfrenta a una competencia feroz, el mundo del diseño de máquinas está aumentando su capacidad de crear máquinas avanzadas que funcionen sin fallos.

A medida que los nuevos productos llevan al límite las prácticas de ingeniería actuales, se requieren nuevas herramientas para ayudar a los ingenieros cuando sus intuiciones y sus destrezas actuales se ven sobrepasadas.

Un gemelo digital es una de estas nuevas herramientas y, a medida que continúe su adopción, podemos esperar ver nuevos productos que empujen los límites de lo que es posible en la industria de la automatización.