El mercado de los gemelos digitales se expandió un 71 % entre 2020 y 2022. El 63% de los fabricantes están desarrollando actualmente un gemelo digital o tienen planes para desarrollarlo. El último informe sobre el mercado de gemelos digitales 2023-2027 destaca las seis principales aplicaciones de gemelos digitales en la actualidad: predicción de sistemas, simulación de sistemas, interoperabilidad de activos, mantenimiento, visualización de sistemas y simulación de productos.
Los gemelos digitales se han convertido en un tema clave para la Industria 4.0. El mercado de software de gemelos digitales autónomos creció un 71% entre 2020 y 2022, según el Informe del Mercado de Gemelos Digitales 2023-2027, publicado recientemente. Los resultados de las encuestas, que también forman parte de esta investigación, indican una fuerte adopción. Por ejemplo, el 29% de las empresas manufactureras a nivel mundial han implementado completamente o están implementando una estrategia de gemelos digitales para una parte de sus activos operativos, y otro 63% está desarrollando actualmente o ya ha desarrollado su estrategia de gemelos digitales.
Aunque las raíces de los gemelos digitales se remontan al programa Apolo de la NASA en 1970, el concepto de crear réplicas digitales de activos físicos y visualizar/simular/predicciones en un mundo virtual es extremadamente adecuado para las empresas que están tratando de hacer realidad la Industria 4.0 o apuntan a futuros proyectos metaversos industriales.
No se equivoque: Aunque la definición de gemelo digital puede ser sencilla, sus aplicaciones son numerosas. En 2020, publicamos nuestro primer estudio de mercado sobre el tema y demostramos que, de hecho, puede haber 200 o más tipos diferentes de gemelos digitales.
Los comentarios que recibimos de ustedes fueron que la clasificación ayuda a garantizar las comparaciones entre gemelos digitales, pero siguen existiendo dudas sobre los focos de actividad. Por lo tanto, como parte de nuestro nuevo informe de 233 páginas sobre el mercado de gemelos digitales 2023-2027, hemos clasificado 100 proyectos reales de gemelos digitales en las tres dimensiones y hemos encontrado seis áreas principales de actividad. Estas seis áreas de actividad abarcan dos tercios de todos los proyectos de gemelos digitales analizados.
Clasificación de los gemelos digitales
IoT Analytics define un gemelo digital como un modelo virtual que replica el comportamiento de un activo, sistema o múltiples sistemas existentes o potenciales del mundo real.
Hay tres dimensiones principales que describen el concepto de gemelos digitales. Cada eje del cuboide representa una dimensión del gemelo digital:
- Fase del ciclo de vida: El eje X representa las seis fases del ciclo de vida para las que se utiliza un gemelo digital, desde el diseño hasta el desmantelamiento.
- Niveles jerárquicos: El eje Y representa los cinco niveles jerárquicos que representa un gemelo digital, desde la información hasta el multisistema.
- Uso/finalidad de la aplicación: El eje Z representa los siete usos más comunes de los gemelos digitales, como la simulación y la predicción.
Existen 210 combinaciones posibles de gemelos digitales (5 x 6 x 7 = 210), aunque nuestra investigación indica que muchas iniciativas de gemelos digitales responden a más de una combinación.
Las seis aplicaciones de gemelos digitales más comunes
Como parte de la investigación, IoT Analytics examinó 100 casos prácticos de gemelos digitales y clasificó cada proyecto en el cuboide del gemelo digital. El resultado fue que destacan seis grupos de actividad de gemelos digitales. Los denominamos aplicaciones de gemelos digitales:
Gemelos para la predicción de sistemas. Un gemelo digital orientado a la predicción de sistemas complejos (30%)
Gemelos para la simulación de sistemas. Un gemelo digital orientado a la simulación del comportamiento de sistemas complejos (28%)
Gemelos para la interoperabilidad de activos. Un gemelo digital orientado a los formatos de datos comunes y la extracción de datos racionalizada en sistemas complejos (24%)
Gemelos para el mantenimiento. Un gemelo digital orientado a ayudar en casos de uso relacionados con el mantenimiento (21%)
Gemelos para la visualización de sistemas. Un gemelo digital orientado a la visualización de un sistema complejo (por ejemplo, en 3D) (20%)
Gemelos para la simulación de productos. Un gemelo digital orientado a la simulación del comportamiento de (futuros) productos (principalmente durante la fase de diseño) (9%)
Aplicación Digital Twin 1: Predicción del sistema
El 30% de los proyectos de gemelos digitales analizados se consideran gemelos digitales para la predicción de sistemas, en los que los gemelos digitales se utilizan para predecir sistemas completos (como una parte o la totalidad de una fábrica, un edificio, un parque eólico o una ciudad) durante su fase de ciclo de vida de "funcionamiento" u "optimización".
Estos gemelos digitales se centran en predecir el comportamiento y el estado futuro de un sistema físico utilizando datos actuales y registros relevantes del historial operativo. El núcleo de los gemelos digitales predictivos son los modelos predictivos que se utilizan para predecir resultados futuros.
Ejemplo de proyecto de gemelos digitales de predicción de sistemas:
El operador coreano de parques eólicos Doosan Enerbility desplegó un gemelo digital para ayudar a predecir la producción de energía, ayudando así a las operaciones de sus parques eólicos. Los gemelos digitales incorporan datos de los sensores IoT de los aerogeneradores junto con datos meteorológicos y un modelo de la producción energética prevista. El gemelo digital tiene dos objetivos principales: a.) Actuar como un perro guardián del rendimiento, donde un modelo basado en la física de los aerogeneradores calcula la producción teórica, teniendo en cuenta las condiciones meteorológicas actuales, comparando la producción teórica con la producción real y señalando cualquier anomalía. b.) Actuar como una herramienta de predicción de la producción para mejorar la planificación que predice la futura generación de energía en función de los datos meteorológicos previstos.
Las predicciones de producción de energía basadas en gemelos digitales ayudaron a Doosan a mejorar los ingresos de los parques eólicos al aumentar los compromisos de producción que la empresa adquirió con los operadores de la red energética de Corea del Sur, evitando al mismo tiempo las multas por incumplimiento de dichos compromisos.
Aplicación Digital Twin 2: simulación de sistemas
El 28% de los proyectos de gemelos digitales analizados se consideran gemelos digitales para simulación de sistemas, en los que se simulaba un sistema durante sus fases de ciclo de vida de "construcción", "funcionamiento" u "optimización".
La simulación de sistemas enteros (complejos) permite a los ingenieros probar escenarios hipotéticos en un entorno de gran tamaño con muchas más variables interrelacionadas que en las simulaciones a nivel de producto. Algunos ejemplos son las simulaciones de fábricas antes de su apertura o de introducir cambios significativos, la simulación de redes ferroviarias o la simulación del tráfico. Una de las principales ventajas de estas simulaciones de sistemas es la reducción de costes, ya que permiten probar los tipos de activos utilizados, los parámetros operativos clave y otras variables importantes del sistema antes de realizar los cambios.
Simulación de sistemas Ejemplo de proyecto Digital Twin:
El fabricante de trenes Siemens Mobility necesitaba suministrar 170 nuevos trenes de alta velocidad al operador alemán Deutsche Bahn AG. Para estos trenes, Siemens desarrolló una nueva arquitectura de control de trenes basada en vagones que no se había implantado antes. Para reducir los costes de desarrollo, Siemens desarrolló un gemelo digital que simularía toda la funcionalidad del tren de 40 subsistemas diferentes. La principal característica de la solución era una simulación funcional que utilizaba una representación del esquema eléctrico del tren en el entorno simulado. Siemens calcula que la simulación basada en el gemelo digital redujo el coste entre 1 y 8 millones de dólares.
Aplicación Digital Twin 3: interoperabilidad de activos
El 24% de los proyectos de gemelos digitales analizados se consideran gemelos digitales para la interoperabilidad de activos, donde los gemelos digitales racionalizan los formatos de datos comunes y permiten la entrada/salida de datos estandarizados durante la fase del ciclo de vida de "funcionamiento" u "optimización".
Los gemelos de interoperabilidad de activos permiten la extracción en tiempo real de datos de activos a lo largo de varias dimensiones, incluidos los rasgos, características, propiedades, estados, parámetros, datos de medición y capacidades de los activos. Aunque la interoperabilidad de los activos es un objetivo subyacente de cualquier proyecto de gemelos digitales, la idea principal a la hora de implantar un gemelo de interoperabilidad de activos específico es desarrollar una forma normalizada de abordar los activos y la capacidad de integrar rápidamente nuevos activos en el sistema general. Muchas de las iniciativas específicas de gemelos de interoperabilidad de activos se alinean en marcos de interoperabilidad proporcionados por los principales consorcios de la industria, como el marco de Interoperabilidad del Consorcio Digital Twin o la Concha de Administración de Activos de la Plataforma Industrie 4.0/IDTA.
Ejemplo de proyecto Digital Twin de interoperabilidad de activos:
El equipo de Fórmula Uno Scuderia Ferrari construyó un gemelo digital para ayudar a integrar y analizar los diversos puntos de datos de sensores procedentes del vehículo y permitir que diversos equipos colaboren en el análisis de la aerodinámica, la potencia, la dinámica del vehículo y la ingeniería de carrera.
La capacidad de tener todas las fuentes de datos racionalizadas en un gemelo digital ayuda al equipo a tomar decisiones más rápidas y basadas en datos.
Aplicación Gemelo Digital 4: Mantenimiento
El 21% de los proyectos de gemelos digitales analizados se consideran gemelos digitales para el mantenimiento, en los que el objetivo principal del gemelo digital es ayudar (a un sistema) durante la fase de "mantenimiento" del ciclo de vida, lo que a menudo implica algún tipo de "predicción".
Los gemelos digitales que se ocupan de la fase de mantenimiento del ciclo de vida están orientados principalmente a garantizar la eficacia operativa de un sistema, por ejemplo, ayudando al personal de mantenimiento durante las paradas programadas o las tareas de reparación, proporcionándoles información detallada sobre el activo físico o el sistema. Los gemelos digitales de mantenimiento también permiten casos de uso de mantenimiento predictivo cuyo objetivo es prevenir totalmente los fallos de los activos, evitando así costosos tiempos de inactividad.
Ejemplo de proyecto de gemelos digitales de mantenimiento:
La empresa alemana de servicios públicos E.ON se embarcó en un proyecto que le permitió cambiar a un método de mantenimiento de sus activos más preventivo, predictivo y basado en el riesgo. Como parte de este proyecto, E.ON implantó un gemelo digital basado en la nube que se utiliza para predecir mejor los fallos de los activos. El gemelo digital permite a la empresa evaluar los modos de fallo por tipo de activo y determinar la vida útil restante de la flota de equipos.
Aplicación Digital Twin 5: Visualización del sistema
El 20% de los proyectos de gemelos digitales analizados se consideran gemelos digitales para la visualización de sistemas, en los que el gemelo digital se utiliza para visualizar un sistema durante su fase de ciclo de vida "operativo".
Entre los tipos de visualización más utilizados se encuentran los elementos visuales en 3D (a menudo mediante dibujos CAD) que ayudan a crear una mayor transparencia, por ejemplo, sobre las condiciones actuales de funcionamiento del sistema.
Visualización del sistema Ejemplo de proyecto Digital Twin:
El operador ferroviario nacional de Italia, Ferrovie dello Stato, construyó un gemelo digital de la infraestructura ferroviaria que incluía más de 16.000 kilómetros de vías, estaciones, túneles, puentes, señales, agujas, hardware de electrificación y sistemas informáticos que lo coordinan todo. El gemelo digital obtuvo los datos de sensores como cámaras y receptores GPS y empleó algoritmos de aprendizaje avanzados para crear una réplica interactiva en 3D del sistema ferroviario. Se utilizó ArcGIS para la visualización 3D de los elementos geográficos, creando un inventario visual completo de la infraestructura ferroviaria.
El gemelo digital resultante ayuda a los gestores ferroviarios de la sala de control a visualizar a distancia infraestructuras como puentes y estaciones en toda la red ferroviaria. También ayuda al personal local a prevenir riesgos para la seguridad y mejorar la puntualidad.
Aplicación Digital Twin 6: Simulación de productos
El 9% de los proyectos de gemelos digitales analizados se consideran gemelos digitales para la simulación de productos, en los que se simula un producto (futuro) durante la fase del ciclo de vida de "diseño" o "construcción".
Los gemelos digitales desempeñan un papel fundamental en el desarrollo de productos nuevos y mejorados. El caso de uso clave es simular diferentes diseños de un posible producto futuro antes de construirlo, eliminando así la necesidad de construir costosos prototipos y permitiendo probar rápidamente miles (en algunos casos millones) de variantes del producto. Los gemelos digitales de simulación de productos suelen residir o estar estrechamente relacionados con programas de ingeniería asistida por ordenador (CAE) y, en ocasiones, con programas de diseño asistido por ordenador (CAD). Los tipos típicos de simulaciones incluyen dinámica de fluidos, rendimiento mecánico o compatibilidad electromagnética.
Simulación de productos Ejemplo de proyecto Digital Twin:
El fabricante alemán de máquinas de envasado y embotellado Krones utilizó un gemelo digital para probar nuevos diseños de productos para uno de sus sistemas automatizados de envasado de bebidas. La empresa quería incorporar un robot trípode dinámico en el diseño del producto. Para ello había que comprobar la fricción y la fuerza de la gravedad al deslizar los paquetes por una cinta transportadora en movimiento y muchos otros factores similares. Krones desarrolló un modelo para el robot trípode importando datos geométricos y de inercia de archivos STEP exportados del software CAD. Para analizar el comportamiento del sistema en estos casos, el equipo probó en las simulaciones muchos escenarios, p. ej. inyectando fallos como rozamientos extremadamente altos. Gracias a la modelación y simulación del robot trípode, Krones pudo aumentar la eficiencia del rendimiento del robot, se acortó el tiempo de desarrollo del producto y se redujo significativamente el tiempo de prueba.
Nuestra opinión
La investigación muestra que existe un gran interés por los gemelos digitales, pero no todos son iguales. Cada proyecto de gemelos digitales es distinto en términos de sofisticación, fase del ciclo de vida a la que se destina y uso.
Es importante darse cuenta de que no hay un único uso o la mejor solución para los gemelos digitales. En realidad, depende del objetivo final. Para algunas aplicaciones de gemelos digitales, la simulación puede ser el uso clave (por ejemplo, cuando se quieren probar escenarios "qué pasaría si..."); para otras, la emulación puede ser el uso clave (por ejemplo, cuando se comprueban errores de configuración o cuando se entrena a operadores); y para otras aún, la predicción es el uso clave (por ejemplo, cuando se estima el rendimiento futuro).
Identificamos seis grupos de aplicaciones de gemelos digitales que reflejan dos tercios de todos los proyectos de gemelos digitales actuales. En cuanto al uso más común, el 31% de los proyectos de gemelos digitales se centran en la predicción a nivel de sistema.
¿Qué significa para las empresas que desean adoptar gemelos digitales?
Es importante que las organizaciones consideren los gemelos digitales como un medio para lograr una transformación digital más amplia. Aunque las empresas suelen empezar a pequeña escala, muchas acaban ampliando e integrando las iniciativas de gemelos digitales en hilos digitales más amplios. Las empresas deben plantearse preguntas como:
- ¿Qué problemas debería resolver nuestro gemelo digital?
- ¿Necesitamos más de un proyecto de gemelo digital?
- ¿Deberíamos considerar el gemelo digital con la mentalidad más amplia de las más de 200 combinaciones potenciales?
Nuestra investigación también indica que, a pesar del éxito de los gemelos digitales, el 72% de las organizaciones que se embarcaron en un proyecto de gemelos digitales informaron de que se enfrentaban a un reto con el coste de crear soluciones de gemelos digitales.
Como ocurre con cualquier iniciativa tecnológica incierta, quienes la adoptan también deberían:
- Evaluar su preparación para adoptar gemelos digitales en términos de la pila tecnológica existente y el talento interno. Nuestro estudio pone de relieve que una serie de herramientas de software "heredadas", como CAD, CAE y PLM, pero también otras nuevas, como las plataformas IoT y la nube, desempeñan un papel importante en el desarrollo de gemelos digitales.
- Cuantificar los beneficios del gemelo digital y compararlos con el coste de oportunidad de no implantar un gemelo digital para los respectivos casos de uso/aplicación propuestos.
- Diseñar indicadores que ayuden a medir el progreso. Algunos proyectos de gemelos digitales tardan años en materializarse porque el mapeo ontológico, la creación de visualizaciones complejas o el desarrollo de algoritmos de predicción adecuados a veces llevan más tiempo del previsto.
¿Qué significa esto para las empresas del ecosistema de proveedores de gemelos digitales?
Los vendedores de gemelos digitales disfrutan actualmente de unas condiciones de mercado favorables, siendo los gemelos digitales una de las áreas de mayor crecimiento del software empresarial en estos momentos.
Sin embargo, los vendedores deberían tener en cuenta los tres aspectos siguientes:
- Es posible que necesiten seis estrategias diferentes de salida al mercado de los gemelos digitales. Las seis áreas de aplicación de los gemelos digitales que destacamos en este artículo son claramente distintas, con necesidades de cliente inherentemente diferentes. Las áreas de aplicación como la predicción de sistemas y la simulación de sistemas son puntos calientes en este momento, y más clientes están dispuestos a adoptarlos; sin embargo, como proveedor, ¿está abordando cada grupo correctamente en su estrategia de salida al mercado?
- Las asociaciones son importantes. Los proveedores deben estar atentos para perfeccionar las ofertas de gemelos digitales existentes fusionándolas con nuevas tecnologías y nuevos socios. Esto les permite ofrecer una solución completa de extremo a extremo que ningún proveedor cubre hoy por sí solo. Por ejemplo, el proveedor de gemelos digitales Siemens se asoció con Nvidia en una alianza que respalda los ecosistemas de ambas empresas.
- Los gemelos digitales no siempre se basan en soluciones independientes. Muchas soluciones de gemelos digitales se integran en un entorno de software más amplio (por ejemplo, CAD, CAE y simulación). Aunque las arquitecturas de referencia que analizamos como parte de la investigación destacan la necesidad de un software específico para gemelos digitales, también puede residir dentro de una oferta de software diferente o más amplia.
Metodología
Como parte de nuestro nuevo informe de 233 páginas sobre el mercado de gemelos digitales 2023-2027, hemos preparado una base de datos exhaustiva de 100 estudios de casos de gemelos digitales con información esencial sobre empresas, proyectos e industrias concretas. La información se obtuvo a través de investigación primaria y secundaria: investigación cualitativa en conferencias como la Cumbre Europea de Digital Twin o Hannover Messe 2022, seminarios web, sesiones informativas con analistas y reuniones individuales con expertos del sector.
Los estudios de casos se incluyeron en el informe sobre la base de la suficiencia de la información y el cumplimiento de los requisitos básicos para ser considerado un gemelo digital, según la definición de IoT Analytics.
(IoT Analytics)
