Gemelos digitales: ¿qué son?

¿Te imaginas poder anticiparte a los problemas antes de que ocurran en tu empresa? Los gemelos digitales hacen posible lo que antes parecía ciencia ficción: crear réplicas virtuales de los procesos, sistemas o activos de tu negocio que, en tiempo real, te permiten monitorear, simular y optimizar cada uno de ellos. Esta tecnología está revolucionando sectores clave, desde la manufactura hasta la salud, brindando nuevas oportunidades para reducir costos, aumentar la eficiencia y mejorar la toma de decisiones estratégicas.

En este artículo, no solo te explicaremos qué es un gemelo digital, cómo funciona y sus aplicaciones, sino que, al final, te guiaremos paso a paso para que puedas empezar a aplicar esta tecnología en tu negocio.

¿Qué es un gemelo digital?

Un gemelo digital (Digital Twin) es una réplica virtual de un objeto físico, sistema o proceso, creada mediante la integración de datos en tiempo real. Esta réplica digital se mantiene sincronizada con su contraparte física, lo que permite realizar simulaciones, monitoreo y análisis continuo. El objetivo es optimizar el funcionamiento, predecir posibles fallos y tomar decisiones informadas, mejorando la eficiencia y reduciendo riesgos operativos.

Gemelos digitales vs simulaciones

Aunque tanto los gemelos digitales como las simulaciones se utilizan para optimizar sistemas y prever comportamientos, existen diferencias clave entre ambos:

• Simulaciones: Generalmente replican un sistema o proceso bajo condiciones predeterminadas, sin reaccionar a cambios en tiempo real. Esto las limita a escenarios hipotéticos, útiles en fases de diseño o planificación.
• Gemelo digital: A diferencia de las simulaciones, el gemelo digital es un modelo dinámico que refleja el comportamiento continuo de un objeto o proceso físico, gracias a su sincronización en tiempo real. Además, tiene la capacidad de ajustarse automáticamente a las condiciones cambiantes, permitiendo una optimización continua.
  
  

En resumen, la principal diferencia entre ambos radica en que los gemelos digitales integran datos en tiempo real, lo que permite adaptarse de manera proactiva a las variaciones del sistema o proceso.

¿Cómo funciona un gemelo digital?

El funcionamiento de un gemelo digital se basa en una serie de pasos interconectados que permiten modelar, monitorizar y optimizar un objeto o sistema físico en tiempo real. A través de la recopilación y análisis de datos continuos, un gemelo digital no solo simula el estado actual del objeto, sino que también predice su comportamiento futuro y realiza ajustes en tiempo real. Este ciclo de interacción consta de varias etapas clave:

1. Captura de datos en tiempo real

El primer paso fundamental para que un gemelo digital funcione es la captura de datos. Sensores ubicados en el objeto o proceso físico recopilan constantemente datos sobre parámetros específicos. Estos sensores miden variables como:

• Temperatura
• Vibración
• Presión
• Humedad
• Desgaste de componentes

La precisión de estos sensores es clave, ya que la exactitud de los datos determinará la efectividad del modelo digital al reflejar la realidad de manera fiel.

2. Flujo de datos y transmisión

Una vez capturados, los datos deben transmitirse a un sistema central para su análisis. El flujo de datos es gestionado mediante protocolos de conectividad que aseguran una comunicación eficiente y segura entre los sensores y las plataformas de procesamiento. Protocolos como MQTT y OPC UA son esenciales para que los datos viajen sin pérdidas, permitiendo que el gemelo digital responda a cualquier cambio o anomalía de manera rápida y eficaz.

3. Análisis y predicción: Machine Learning y simulaciones

Con los datos ya en el sistema, se procesan a través de modelos predictivos que utilizan Machine Learning y simulaciones físicas. Estos modelos permiten que el gemelo digital no solo replique el estado actual, sino que también pueda predecir su comportamiento futuro. A través del análisis de patrones en los datos, el gemelo digital puede:

• Mantenimiento preventivo: Detectar fallos antes de que ocurran.
• Optimización de procesos: Mejorar la eficiencia operativa, reduciendo tiempos de inactividad y costos operativos.
• Simulaciones de escenarios: Probar cómo cambiaría el comportamiento de los activos ante condiciones variables (temperatura, carga, etc.).

Estos análisis permiten que el gemelo digital anticipe problemas y ofrezca soluciones proactivas.

4. Toma de decisiones y acciones automáticas

Con los datos analizados y las predicciones generadas, el gemelo digital puede tomar decisiones o enviar instrucciones al sistema físico. Dependiendo de la configuración, estas decisiones pueden ser:

• Automáticas: Si el sistema detecta una posible falla, como un motor que se está sobrecalentando, el gemelo digital puede ajustar parámetros automáticamente o enviar una señal para realizar un mantenimiento preventivo.
• Acción manual: En otros casos, el gemelo digital alertará a los operadores sobre anomalías, recomendando medidas correctivas basadas en la predicción de fallos.

5. Retroalimentación continua

El ciclo de funcionamiento del gemelo digital no termina con una acción tomada. Uno de sus mayores beneficios es la retroalimentación continua. A medida que el objeto físico responde a los ajustes realizados (ya sean automáticos o manuales), esos cambios se reflejan de inmediato en el gemelo digital, asegurando que esté siempre actualizado y alineado con la realidad.

Este proceso de ajuste continuo permite que el gemelo digital mejore con el tiempo, incrementando la precisión de las predicciones y mejorando la toma de decisiones a medida que se recopilan más datos.

Puntos clave del funcionamiento de un gemelo digital:

Tipos de gemelos digitales

Existen diferentes tipos de gemelos digitales, que se pueden clasificar según su nivel de ampliación o alcance o según la fase del ciclo de vida del producto o sistema modelado. A continuación, veremos ambos enfoques.

Tipos de gemelos digitales según el nivel de ampliación o alcance del objeto

1. Gemelos de Componentes o Partes Gemelas (Component Twins / Part Twins)
   Estos gemelos representan únicamente una pieza o componente dentro de un sistema más grande, como un sensor, motor o bomba. Son comunes en sectores como la automoción, aeroespacial y electrónica, donde el objetivo es mejorar el rendimiento de las piezas y prolongar su vida útil mediante el monitoreo continuo.
   
   
2. Gemelos de Activos (Asset Twins)
   Los gemelos de activos modelan equipos o maquinaria compuesta por varios componentes que trabajan juntos, como motores o turbinas. Se utilizan en manufactura, energía y minería, principalmente para optimizar el mantenimiento predictivo y minimizar los costos asociados a las paradas no planificadas de los activos.
   
   
3. Gemelos de Sistemas o Unidades (System Twins / Unit Twins)
   Estos gemelos representan un conjunto de activos interconectados que forman un sistema funcional completo, como una línea de producción o un vehículo. Se aplican en sectores como la automoción y la fabricación para mejorar la eficiencia y la coordinación entre los diferentes activos que componen el sistema.
   
   
4. Gemelos de Procesos (Process Twins)
   Los gemelos de procesos modelan la interacción de sistemas o activos en un proceso completo, como el flujo de trabajo de una refinería o una planta de fabricación. Son utilizados en sectores como la industria química, alimentaria y petrolera, con el objetivo de optimizar los flujos de trabajo y mejorar la eficiencia energética.

Tipos de gemelos digitales según la fase del ciclo de vida del producto

Además de su clasificación por alcance, los gemelos digitales también pueden clasificarse según la fase del ciclo de vida en la que se encuentran. A continuación, presentamos los tres tipos principales según esta clasificación:

1. Prototipo de Gemelo Digital (DTP - Digital Twin Prototype)
   Este tipo de gemelo crea una réplica digital del producto antes de su fabricación, lo que permite probar su comportamiento en un entorno virtual. Se utiliza en sectores como el diseño industrial, automoción y electrónica, donde se busca optimizar el diseño antes de la fabricación física del producto.
   
   
2. Instancia Gemela Digital (DTI - Digital Twin Instance)
   Se crea una vez que el producto físico ya existe, lo que permite monitorearlo en tiempo real. Se aplica principalmente en la gestión de activos, mantenimiento predictivo y optimización operativa de productos o sistemas que ya están en funcionamiento.
   
   
3. Agregado de Gemelos Digitales (DTA - Digital Twin Aggregate)
   Este tipo de gemelo recopila y analiza la información proveniente de múltiples instancias gemelas para obtener una visión global de gran escala. Se utiliza en la gestión de flotas, plantas industriales o redes de distribución, mejorando la operación a gran escala y ayudando a la toma de decisiones estratégicas a nivel global.

Aplicaciones de los gemelos digitales

1. Manufactura: Optimiza líneas de producción y predice fallos en equipos, reduciendo tiempos de inactividad y costos operativos.
   
   
2. Energía: Facilita la monitorización de plantas y redes, mejorando la gestión de generación, distribución y mantenimiento.
   
   
3. Automotriz: Optimiza el diseño de vehículos, mejora la cadena de montaje y permite mantenimiento predictivo en flotas.
   
   
4. Salud: Modela órganos y procesos biológicos, personaliza tratamientos y simula cirugías para mejorar la atención al paciente.
   
   
5. Construcción: Mejora la planificación de proyectos y el mantenimiento preventivo de infraestructuras y edificios.
   
   
6. Agricultura: Optimiza cultivos, gestiona recursos como agua y nutrientes, y predice rendimientos para mejorar la productividad.
   
   
7. Transporte y Logística: Gestiona flotas de vehículos, optimiza rutas y monitorea infraestructuras para reducir costos logísticos.
   
   
8. Aeronáutica: Optimiza el mantenimiento de aeronaves y la gestión de rutas, mejorando la seguridad y eficiencia operativa.
   
   
9. Telecomunicaciones: Mejora la gestión de redes, prevé fallos y optimiza el rendimiento de los servicios.

Beneficios de aplicar un gemelo digital a tu empresa o negocio

1. Optimización de la producción y operaciones
   Los gemelos digitales permiten identificar ineficiencias en tiempo real, mejorar los flujos de trabajo y realizar ajustes sin interrumpir las operaciones. Esto aumenta la productividad y reduce tiempos muertos.
   
   
2. Reducción de costes operativos
   Al implementar mantenimiento predictivo, se evitan reparaciones de emergencia y paradas no planificadas, reduciendo costos y mejorando la utilización de recursos como energía y materiales.
   
   
3. Mejora de la toma de decisiones estratégicas
   Los gemelos digitales proporcionan datos precisos y en tiempo real, lo que facilita decisiones informadas, mejora la planificación y permite anticiparse a escenarios futuros.
   
   
4. Innovación y desarrollo de nuevos productos
   Simula y prueba productos o procesos en un entorno digital antes de su fabricación, lo que reduce riesgos, acelera el tiempo de desarrollo y mejora la calidad de los productos finales.
   
   
5. Mejora en la calidad del servicio al cliente
   Al tener una réplica precisa de tus productos, puedes diagnosticar problemas en tiempo real y ofrecer soluciones rápidas, mejorando la satisfacción y fidelización del cliente.
   
   
6. Ventaja competitiva
   Los gemelos digitales permiten optimizar procesos y mejorar la calidad, lo que te posiciona como líder en el sector, incrementando tu competitividad y cuota de mercado.
   
   
7. Sostenibilidad y reducción de impacto ambiental
   Al optimizar el uso de recursos y reducir el desperdicio, los gemelos digitales contribuyen a la sostenibilidad de tu negocio, ayudando a cumplir normativas medioambientales y mejorar la imagen de la marca.

Cómo implementar un gemelo digital en tu negocio

Aviso importante:

La implementación de un gemelo digital es un proceso técnico y complejo que debe ser gestionado por profesionales cualificados. Es esencial contar con expertos en IoT, Machine Learning y análisis de datos para obtener resultados eficaces. Si buscas adquirir las competencias necesarias para liderar proyectos de este tipo, el Máster en Transformación Digital de la Universidad Internacional de Andalucía te proporcionará la formación adecuada.

1. Definir los objetivos y necesidades del negocio

Antes de empezar, define qué quieres lograr con el gemelo digital. Pregúntate:

• ¿Qué proceso o activo necesitas digitalizar?
• ¿Qué problemas quieres resolver? (mantenimiento, eficiencia, reducción de costes)
• ¿Cómo medirás el éxito de la implementación?

Clarificar estos puntos guiará todo el proceso, desde la selección de activos hasta la evaluación de resultados.

2. Seleccionar los activos o procesos a digitalizar

No es necesario digitalizar todo a la vez. Empieza por un activo clave que tenga un impacto directo en tus operaciones. Ten en cuenta:

• El valor de ese activo en tu negocio.
• El riesgo de fallos o ineficiencias.
• La disponibilidad de datos para crear el modelo.

Por ejemplo, podrías comenzar con una línea de producción crítica o un sistema de mantenimiento costoso.

3. Recopilar los datos necesarios

Instala sensores IoT y sistemas que permitan la recolección de datos en tiempo real. Los datos pueden incluir:

• Temperatura
• Presión
• Vibración
• Estado de los componentes

Asegúrate de que los datos sean relevantes y se actualicen frecuentemente para asegurar la sincronización en tiempo real.

4. Implementar la plataforma de gemelo digital

Necesitarás una plataforma para almacenar, procesar y gestionar los datos. Algunas opciones populares incluyen PTC ThingWorx o Siemens MindSphere. La plataforma debe permitirte:

• Organizar y almacenar los datos de manera eficiente.
• Visualizar el estado de los activos en tiempo real.
• Integrarse con otras herramientas, como sistemas de gestión de mantenimiento o ERP.

5. Modelar y simular el comportamiento del activo o proceso

Utilizando los datos recopilados, crea el modelo digital que replica el comportamiento del activo o proceso. Este modelo debe:

• Simular el comportamiento bajo diferentes condiciones.
• Predecir futuros comportamientos (fallos, mantenimiento).
• Optimizar procesos mediante análisis predictivos.

6. Monitorear y ajustar en tiempo real

El gemelo digital debe monitorearse continuamente para garantizar que el modelo se mantenga actualizado con el estado real del objeto o proceso. Los beneficios incluyen:

• Ajustes automáticos en caso de detectar anomalías (como un cambio en parámetros de una máquina).
• Alertas y notificaciones para los operadores en caso de problemas importantes.

7. Escalar y expandir la implementación

Una vez que el gemelo digital esté funcionando correctamente, puedes expandirlo a otros activos dentro de la empresa. Para ello, considera:

• Ampliar la capacidad de almacenamiento y procesamiento de datos.
• Integrar el gemelo digital con otros sistemas que complementen la solución.

8. Evaluar los resultados y continuar la mejora

Mide el impacto del gemelo digital en tu negocio, considerando:

• La reducción de costos operativos.
• La mejora en productividad y eficiencia.
• La mejora en la calidad y fiabilidad.

Con base en estos resultados, ajusta y optimiza el modelo para continuar con la mejora continua de tus procesos. 

FAQs sobre gemelos digitales aplicados a la empresa:

Referencias y fuentes consultadas

Fuentes institucionales del proyecto

• Establecimiento público Rebâtir Notre-Dame de Paris (misión, estructura y avances oficiales).
  
  
• Ministerio de Cultura de Francia – “El chantier científico de Notre-Dame” (coordinación de laboratorios y equipos de investigación).
  
  
• Portal oficial Notre-Dame de Paris – Ministerio de Cultura (síntesis de obra, cronología y recursos).
  

Ciencia y tecnología aplicadas

• Gros, A. et al. “Faceting the post-disaster built heritage reconstruction process within the digital twin framework for Notre-Dame de Paris”, Scientific Reports (Nature).
  
  
• Gros, A.; De Luca, L.; et al. “From surveys to simulations: Integrating Notre-Dame de Paris’ buttressing system diagnosis with knowledge graphs”, Automation in Construction (Elsevier).
  
  
• CNRS – Le Journal: Un “doble digital” para Notre-Dame (contexto divulgativo sobre el gemelo digital).

Marcos doctrinales de conservación

• ICOMOS: Carta de Venecia (1964) (principios internacionales de conservación).
  
  
• UNESCO/ICCROM/ICOMOS: Documento de Nara sobre la Autenticidad (1994).