Imagine una planta de producción que sabe de antemano qué ajustes ofrecen los mejores resultados. Y todo ello sin tediosos ensayos, tiempos de inactividad ni consumo energético innecesario. Los gemelos digitales hacen realidad esta visión. 

Como copias virtuales de sistemas físicos, máquinas o procesos de fabricación completos, pueden registrar, simular y optimizar parámetros como temperaturas o mezclas de materiales en tiempo real.

Gemelos digitales en la Industria 4.0

En la Cuarta Revolución Industrial, los gemelos digitales desempeñan un papel cada vez más importante en áreas como:

En el camino hacia la transformación digital

Para Wienerberger, los gemelos digitales son mucho más que una tendencia en rápido crecimiento en la Industria 4.0. Son una palanca estratégica para la  transformación digital de la empresa . Por ello, el Grupo lleva varios años acelerando el desarrollo de gemelos digitales en sus plantas.

Los modelos virtuales facilitan una producción más eficiente, sostenible y sin problemas, ya que los experimentos virtuales permiten extraer conclusiones para su aplicación práctica. Al mismo tiempo, estos modelos de datos se benefician de la validación mediante experimentos reales, ya que esto ayuda a mejorar la precisión de sus pronósticos. Antes de la implementación, las optimizaciones de producción pueden probarse en experimentos virtuales basados ​​en datos empíricos modelados matemáticamente, lo que aumenta la probabilidad de una implementación exitosa.

Mayor eficiencia, menos fallos, más información

El valor añadido concreto se puede ver en múltiples niveles:

• Los gemelos digitales pueden detectar desviaciones de un estado objetivo, tiempos de inactividad inesperados, desperdicio excesivo, pasos de trabajo duplicados y mayor consumo de energía en tiempo real.
• Los datos precisos y en tiempo real proporcionan la base para intervenciones específicas: los errores se pueden corregir rápidamente y los procesos se pueden mejorar continuamente. Wienerberger puede así aumentar la velocidad y la eficiencia de su producción, al mismo tiempo que reduce el consumo de material y los costes.
• Gracias a un “pasaporte digital” cada producto puede rastrearse sin problemas desde el principio hasta el final del proceso de producción.

Implementación exitosa en Pipelife

Un proyecto de investigación en la planta de Enkhuizen de la marca de soluciones Pipelife, en los Países Bajos, ofrece una impresionante demostración del potencial de los gemelos digitales: se utilizó un gemelo digital en el complejo proceso de extrusión de tuberías de PVC biaxialmente orientadas para agua potable. En este proceso, el material se estira simultáneamente en dirección longitudinal y circunferencial bajo alta presión y temperatura. El resultado es una tubería que, a pesar de sus paredes extremadamente delgadas, es altamente resistente a la tensión y a los impactos. 

Transparencia, previsibilidad y control 

Este es un proceso altamente complejo, influenciado por diversos factores e interdependencias. Esto puede resultar en fases de arranque difíciles, deformaciones de las tuberías, altas tasas de rechazo y tiempos de inactividad. Por consiguiente, existe un gran potencial de optimización , afirma el director del proyecto, Jos Oud.

Precisamente aquí es donde el gemelo digital demostró ser un punto de inflexión: instalado en una computadora portátil y complementado con un enfoque de intervención humana, hizo que conexiones y procesos previamente opacos fueran transparentes, predecibles y controlables por primera vez.

«El gemelo digital nos mostró un potencial de mejora específico. Basándonos en sus sugerencias, ajustamos la configuración en la fábrica y optimizamos los procesos», afirma Oud.

Nuevas perspectivas sobre los procesos

De este modo, el gemelo digital proporcionó información clave sobre la influencia de la

• temperatura del agua de enfriamiento,
• configuración de sistemas de control, como unidades de dosificación,
• alimentación del material, como la proporción de mezcla,
• temperatura de la tubería,
• condiciones ambientales, como puertas abiertas o temperatura ambiente.

«El gemelo digital nos ha permitido predecir la producción y la calidad final de nuestros productos con gran precisión», afirma Oud. Este conocimiento abre la puerta a una producción más eficiente y sostenible.

Ejemplos prácticos en producción

El gemelo digital predijo, por ejemplo, la temperatura en las tuberías y el efecto de cambios incluso mínimos en los valores establecidos. Los ajustes adecuados no solo resultaron en una mayor eficiencia de producción, sino también en mejoras en la calidad de las tuberías.   

Con la ayuda del análisis predictivo, que detecta patrones recurrentes para predecir resultados futuros, el gemelo digital identificó anomalías antes de que provocaran pérdida de calidad o daños en las máquinas. Los equipos operativos recibieron alertas rápidas y recomendaciones prácticas, lo que les permitió prevenir problemas antes de que surgieran.

Además, la copia digital de los procesos permitió al equipo realizar simulaciones para diversos escenarios: ¿qué sucede si aumenta la velocidad de enfriamiento? ¿Cuáles son los efectos de los cambios en la mezcla de materiales? 

Enorme potencial para la optimización de la producción

El proyecto de investigación en la planta de Pipelife demuestra cómo el uso de un gemelo digital puede revolucionar el proceso de fabricación:

• Ahora es posible realizar predicciones exactas sobre el comportamiento del proceso y la calidad del producto.
• Parámetros como temperatura, refrigeración y entrada de material se pueden optimizar automáticamente.
• La estabilización de los procesos conduce a una mayor eficiencia.
• Los residuos se pueden reducir aproximadamente un 20 % al año. Esto se logrará principalmente reduciendo las desviaciones dimensionales en un 80 %. 
• La prevención de la ovalidad u otros errores de dimensión en el diámetro y el espesor de la pared durante la producción ha aumentado aún más la proporción de productos que cumplen con los estándares de calidad requeridos.
• La detección temprana de anomalías en el proceso de producción permite una intervención rápida, ayudando a prevenir problemas como daños a los sistemas, tiempos de inactividad y trabajos de reparación costosos y que requieren mucho tiempo.
• Las medidas de gestión específicas optimizan el consumo de recursos y energía, ahorrando así costes. 

Ninguna de estas cosas es una visión; todas son oportunidades que pueden realizarse sobre la base de grandes volúmenes de datos.

Base para el cambio 

En la planta holandesa de Pipelife, el gemelo digital permitió una mejor comprensión del proceso de extrusión, basada en datos. «Creemos que el uso de gemelos digitales en la producción tiene un gran potencial. Podemos usarlos para automatizar cambios de configuración, simular mejoras, reducir el consumo de energía, reducir significativamente los desperdicios, seguir la planificación de la producción con mayor precisión y, por lo tanto, aumentar nuestra eficiencia», afirma Jos Oud.

La sostenibilidad como beneficio adicional

Las ventajas del gemelo digital no se limitan solo a la calidad y la eficiencia. Los modelos virtuales también contribuyen significativamente a la producción sostenible:

• Menos chatarra, por ejemplo, también significa menos trabajo y menores costes de reciclaje.
• La optimización del consumo de material aumenta la eficiencia energética en la producción, reduciendo así la huella de carbono.

Por lo tanto, los gemelos digitales no son solo un instrumento para una mayor eficiencia económica, sino también una clave para una producción responsable y con visión de futuro. 

Según Johannes Rath, director de tecnología de wienerberger, precisamente aquí es donde reside el mayor potencial:

¿Cómo se crea un gemelo digital?