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Imagina que debes diseñar una operación minera subterránea. Necesitas planificar cada fase, desde la extracción hasta el procesamiento de minerales. Cada equipo, cada procedimiento y cada regulación deben considerarse minuciosamente. ¿Cómo puedes asegurarte de que funcione según lo planeado? Una opción, aunque costosa, es construir y corregir problemas a medida que surgen durante la operación.
Pero esto no es muy eficiente, seguro, o asequible, ¿no te parece?
Para suerte de todos, existe una forma mucho más simple de convertir tus ideas en una “realidad” antes de implementarla y hacer todos los ajustes necesarios antes que se instale el primer robot: los gemelos digitales. Este recurso te permite simular todos los aspectos de tu proyecto, ver su funcionamiento y anticipar eventualidades futuras sin la inversión de construir y poner en marcha el proceso.
En el siguiente artículo abordaremos varios aspectos de esta herramienta digital: qué es, para qué sirve, cómo funciona y hacia dónde va esta tecnología. Adicionalmente, veremos algunos casos prácticos que te ayudarán a ver los resultados de utilizar gemelos digitales en la minería.
ÍNDICE
¿Qué es un gemelo digital?
En términos sencillos, un gemelo digital es una representación virtual de un objeto físico, como una persona, un producto, un lugar o un proceso que simula su comportamiento en el mundo real. Su finalidad es recoger información de su comportamiento y predecir su funcionamiento en detalle.
Un gemelo digital comienza con un objeto físico. Además de su forma, componentes y datos, muchos datos, mientras más, mejor. La información de desempeño del objeto en el mundo real, recogida por sensores, sumada a modelos matemáticos cuidadosamente diseñados, dan como resultado un objeto virtual con el que puedes modelar, monitorear o predecir comportamientos futuros, basado en información real y no en conjeturas.
gemelos digitales
Compartimos un ejemplo: en la Fórmula 1, disciplina conocida por sus avances tecnológicos, los gemelos digitales se han convertido en una tecnología muy útil que permite a los equipos simular el comportamiento del auto en la pista en diferentes condiciones y definir configuraciones o anticiparse a situaciones que pueden surgir durante las carreras. Todo esto sin arriesgar el auto en la pista, donde pueden ocurrir imprevistos.
Ahora, imagina hacer lo mismo con el nuevo producto que estás diseñando, o con el complejo proceso que involucra múltiples equipos, piezas móviles y ambientes agresivos como una mina o una planta de químicos.
¿Para qué sirve un gemelo digital?
El objetivo principal de un gemelo digital es ayudarte a entender mejor cómo se comporta un elemento en el mundo real, como un producto, un proceso o una planta entera, por ejemplo. Algunas de las principales funciones de los gemelos digitales son:
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Diseño y prototipado: Cuando se utilizan gemelos digitales en la etapa de diseño, puedes probar y refinar tus productos o sistemas antes de crear un prototipo físico. Esto ahorra tiempo y recursos al identificar problemas y mejoras potenciales antes de la fabricación.
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Simulación y pruebas: Los gemelos se utilizan para simular cómo funcionan las cosas en la vida real. Por ejemplo, los fabricantes de máquinas pueden crear un gemelo digital de su producto para ver cómo sería y cómo se comportaría antes de fabricarlo. Las empresas pueden crear escenarios hipotéticos para ver la respuesta de máquinas o procesos enteros ante condiciones específicas. Esto ahorra tiempo y dinero al evitar posibles problemas.
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Optimización: Ayudan a encontrar la mejor manera de hacer las cosas. Puedes usar un gemelo digital de una planta para determinar cómo producir de forma más eficiente, reducir el consumo de energía o el peso de un componente, ahorrando en costo o espacio
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Mantenimiento y reparaciones: No importa el modelo de mantenimiento, sea reactivo, correctivo, predictivo, prescriptivo u otro, los gemelos digitales permiten proyectar situaciones y planificar estrategias. Esto evita tiempos de inactividad no planificados y reduce los costos de mantenimiento.
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Control de calidad mejorado: Puedes utilizar gemelos digitales para monitorear y controlar la calidad de tus productos o procesos en tiempo real. Cualquier desviación o problema se detecta rápidamente, lo que garantiza productos de alta calidad y reduce el desperdicio.
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Formación y capacitación: Los gemelos digitales son una herramienta efectiva para capacitar a tu personal. Puedes crear entornos virtuales de capacitación que les permitan practicar y adquirir habilidades sin riesgo para la seguridad o el equipo real.
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Monitoreo en tiempo real de activos: Puedes utilizar gemelos digitales para realizar un seguimiento en tiempo real de tus activos, como maquinaria, vehículos o infraestructura. Esto facilita la gestión eficiente y prolonga la vida útil de tus activos.
La complejidad es determinada por las necesidades de la tarea: a veces necesitas saber cómo interactúan dos componentes de una máquina al juntarlos, otras cuál sería el comportamiento de todos los elementos trabajando juntos, o quizás necesites entender el funcionamiento de varias máquinas en la misma línea de producción. La ventaja de esta herramienta es precisamente su versatilidad, además del ahorro de tiempo y dinero.
Podemos ver a los gemelos digitales como una vuelta de tuerca a la idea de un dispositivo inteligente, y de hecho, estos tienen una relación cercana. Una máquina inteligente da información clave del proceso y de sí misma; un gemelo digital además te facilita información del comportamiento futuro de un objeto. En el fondo, el resultado es el mismo: facilitar la toma de decisiones.
Caso práctico: Gemelos Digitales en el proceso de molienda en minería
Los gemelos digitales recopilan datos de sensores instalados en los molinos de chancado en minería. Estos sensores pueden medir diversas variables, como el tamaño de la partícula, la distribución de su tamaño y la composición química de la pulpa. La recopilación de datos precisos es esencial para entender y controlar el proceso de molienda.
gemelo digital de producto y de producción
Una vez obtenidos los datos, se utilizan para crear un modelo matemático que representa la calidad de la molienda. Este modelo es una representación abstracta y cuantitativa del proceso. Puede involucrar ecuaciones matemáticas y algoritmos que relacionan las entradas (datos del proceso) con las salidas (calidad del producto).
Uno de los objetivos de crear un gemelo digital es utilizar el modelo matemático para identificar las causas de la variación en la calidad de la molienda. Esto implica analizar cómo las diferentes variables medidas por los sensores afectan la calidad del producto final. Por ejemplo, ¿cómo influye el tamaño de partícula en la calidad del producto?, ¿qué efecto tiene la composición química de la pulpa en la molienda?
Una vez identificadas las causas de la variación, las empresas mineras pueden tomar medidas para mejorar la consistencia de la calidad del producto. Esto puede implicar ajustes en el proceso de molienda, como la velocidad del molino, la adición de reactivos químicos o la gestión de la adición de mineral.
En última instancia, la creación del modelo permite tanto optimizar cómo prevenir: se aumenta la calidad del proceso y al mismo tiempo se anticipan las condiciones de fallo que pueden generar una parada o una disminución de la calidad del producto. Todo esto sin poner en riesgo la infraestructura, ni las personas.
¿Qué tecnologías se usan en los gemelos digitales?
La creación de gemelos digitales implica la utilización de diversas tecnologías y software para replicar sistemas físicos o procesos en un entorno virtual.
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Simulación por computadora
La simulación por computadora implica el uso de software especializado para modelar y simular el comportamiento de sistemas físicos en un entorno virtual.
Ejemplos de software de simulación SIMIT de Siemens o Studio 5000 Logix Emulate.
Se utiliza para crear modelos matemáticos detallados de sistemas físicos, como circuitos eléctricos, estructuras mecánicas, sistemas térmicos y fluidos.
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Realidad Virtual (RV) y Realidad Aumentada (RA)
La RV y la RA involucran la creación de entornos virtuales (RV) inmsersivos, o la superposición de elementos virtuales interactivos (RA) en el mundo real . Plataformas como NX, Tecnomatix Plant Simulation y Vuforia se utilizan para desarrollar aplicaciones de RV y RA. Estas tecnologías son valiosas para crear gemelos digitales interactivos y visualmente inmersivos (en el caso de la RV) de sistemas complejos, como edificios, fábricas o infraestructuras.
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Gemelos digitales de procesos (Process Digital Twins)
Estos gemelos digitales replican procesos y operaciones industriales, permitiendo la monitorización en tiempo real y la toma de decisiones basada en datos.
Plataformas como Siemens MindSphere, COMOS o FactoryTalk InnovationSuite se utilizan para crear gemelos digitales de procesos.Son ideales para la industria manufacturera, la gestión de activos y la optimización de operaciones.
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Internet de las cosas (IoT) Nuestro nicho es el de IIoT (Industrial Internet of Things)
La IoT implica la conexión de dispositivos y sensores a la red para recopilar datos en tiempo real. Los datos de sensores IoT son esenciales para alimentar gemelos digitales, proporcionando información en tiempo real sobre sistemas físicos. Hay plataformas como MindSphere de Siemens o FactoryTalk Analytics que apoyan el trabajo con dispositivos con capacidades IoT.
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Modelado y simulación en 3D
Herramientas de modelado y simulación en 3D permiten la creación de modelos visuales tridimensionales de sistemas y entornos físicos. Se utiliza software de modelado NX de Siemens para crear representaciones visuales y mecánicas precisas de sistemas físicos, lo que permite interactuar con los objetos tal como lo haríamos en el mundo real, viendo cómo reaccionarían en las condiciones indicadas.
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Plataformas de gestión de datos y análisis
Las plataformas de gestión de datos y análisis se utilizan para almacenar, procesar y analizar datos recopilados de sistemas físicos y sensores.
Plataformas como FactoryTalk Analytics y FactoryTalk VantagePoint de Rockwell Automation son ideales para la gestión de datos.Estas plataformas permiten el procesamiento masivo de datos y la generación de información útil para el gemelo digital.
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Machine Learning y Inteligencia Artificial (IA)
Descripción: Las tecnologías de Machine Learning e IA se utilizan para mejorar la toma de decisiones en gemelos digitales, identificando patrones y realizando análisis predictivos. La IA puede utilizarse para optimizar sistemas, predecir problemas potenciales y tomar decisiones basadas en datos en tiempo real.
La adopción de los gemelos digitales es clave para el futuro de las industrias. Es una herramienta con un potencial enorme: si puedes imaginarlo, puedes simularlo, lo cual abre muchísimas posibilidades. Desde lo pragmático, es una herramienta que facilita el trabajo y la toma de decisiones, generando ahorros importantes en recursos humanos, dinero y tiempo gracias a la anticipación.
Con el crecimiento en popularidad y disponibilidad de herramientas de AI, IoT, diseño y colaboración, es el momento ideal para adentrarse en los gemelos digitales y comenzar a sacar provecho de esta tecnología. Visita nuestro sitio web y conoce cómo PRECISIONLABS te puede ayudar a usar gemelos digitales en tu empresa y a prepararla para el futuro.
