El término Digital Twin emergió en 2017 como unas de las principales tendencias tecnológicas según la consultora Gartner y sus resultados han quedado demostrados en múltiples áreas de aplicación. Este artículo tiene como finalidad introducir el concepto de la tecnología de los Digital Twin revisando algunos de sus principales beneficios y presentando un ejemplo práctico. Con el objetivo de desarrollar una solución de optimización de su almacén co-innovamos en colaboración con Frit Ravich, el fabricante líder y distribuidor de marcas externas de empresas tan consolidadas como Mars España, Nestlé o Ferrero (3.000 referencias) que atienden a unos 50.000 puntos de venta cada semana.

Introducción a los Digital Twin

A grandes rasgos, los Digital Twin persiguen la convergencia entre el mundo real y el virtual, eso es, donde los procesos implicados en el ciclo de vida de un bien o servicio encuentran su representación digital. Es precisamente en este modelo virtual donde todo queda interconectado, traduciéndose esto en una fuente de información valiosa como soporte para:

La confección de análisis más detallados y fieles a la realidad
La predicción temprana de problemas, previniendo los tiempos de inactividad
El desarrollo de nuevas oportunidades de negocio
Preparar mejores productos para el futuro a costes inferiores mediante simulaciones

Gracias al uso cada vez más extendido del Internet of Things (IoT), los costes asociados a la confección de estos modelos se han visto reducidos y en consecuencia resultan más accesibles a organizaciones de todos los tamaños.

Beneficios de los Digital Twin

La tecnología basada en los Digital Twin brinda un amplio abanico de beneficios, de los cuales a continuación se mencionan algunos de los más relevantes:

Visibilidad: facilita en gran medida la visibilidad en las operaciones de dispositivos y máquinas, así como en los sistemas interconectados más grandes y complejos.
Análisis predictivos: permite interactuar con el modelo a través de interfaces y hacer consultas para ver cuál sería el comportamiento del modelo bajo diferentes escenarios.
Ayuda a comprender y explicar los comportamientos: el modelo puede ser utilizado como herramienta de documentación y comunicación para comprender y explicar los comportamientos de colecciones de máquinas.
Conexión entre sistemas: el modelo puede ser utilizado para conectarse con otras aplicaciones empresariales (como ERP’s), logrando mejoras en el contexto de operaciones en la cadena de suministro.

Aplicación a un caso real

En esta sección presentamos un escenario ficticio, pero similar al que hemos trabajado juntamente con Frit Ravich, y que nos servirá para articular, a grandes rasgos, los principales pasos y consideraciones que deben tomarse en la implementación de modelos basados en Digital Twin.

Presentación del caso

Supongamos un distribuidor de productos F&B que dispone de un almacén convencional para preparar sus pedidos y entregarlos. Se desea saber si sería posible implementar un modelo basado en Digital Twin para ejecutar simulaciones sobre el diseño virtual y determinar qué distribuciones de productos a través del almacén serían aquellas que minimizarían la cantidad de metros recorridos, lo que se traduciría en una disminución en el tiempo de preparación de los pedidos.

Obtención de datos

Teniendo en cuenta el contexto anterior, primero procedemos al estudio del posicionamiento físico y la estructuración de pasillos dentro del almacén. El resultado de este primer paso será un mapa preciso con las coordenadas, donde cada punto mostrará un espacio físico disponible para almacenar productos. A partir de aquí, se deberá abordar el estudio de las restricciones de movimientos.

Análisis exploratorio de datos

Los datos obtenidos en la sección anterior se someten a un proceso de revisión (inspección de volúmenes, calidad de datos, etc.) con el fin de aplicar posteriormente métodos exploratorios para comprender las interrelaciones entre productos: control de la volumetría por campaña y pedidos, evoluciones, detalle de productos, reglas de asociación para la detección de patrones, etc.

Restricciones y creación del modelo

Tomando como entrada el sistema de coordenadas, el direccionamiento de la planta y los datos históricos de los pedidos por campaña, el modelo virtual en este punto integra todos los elementos para permitir la ejecución de simulaciones. Aquí se definen, asimismo, los parámetros gráficos para la interacción por parte del usuario con el modelo, así como la incorporación de restricciones adicionales asociadas a los productos, como podrían ser las físicas de estos (volumen y peso) o condiciones especiales de almacenaje (temperaturas o almacenado según embalaje, entre otros).

Simulación

Para poder proceder con la optimización, es preciso antes evaluar los resultados alcanzados con las configuraciones proporcionadas originalmente. Por esta razón, tomando directamente los datos históricos de las órdenes realizadas, se trasladan al modelo para obtener las distancias que se han requerido para confeccionar los pedidos sin ningún tipo de optimización. Para cada uno de los diferentes pedidos, se obtiene la distancia requerida (o coste) entre los diferentes productos. Desde aquí se obtienen los resultados de la situación actual, que servirán como base para proceder con la optimización.

Optimización de los resultados

Tomando los resultados de la simulación anterior, determinamos qué productos tienen un mayor o menor impacto durante las rutas de la campaña de forma agregada. A partir de este momento, el algoritmo sugerirá reordenaciones a lo largo de los pasillos. Los productos más solicitados terminarán en los corredores más cercanos a la ruta estándar (ruta mínima a llevar a cabo para alcanzar la salida) y los menos solicitados en posiciones más alejadas. El resultado final se muestra como un fichero con la nueva relación de posiciones por producto y servirá como entrada para las siguientes ejecuciones.

Resultados

Los Digital Twin se presentan como una pieza clave en la cuarta revolución industrial, que como se ha visto, abarca las tecnologías de automatización, intercambio de datos y fabricación. En efecto, lo más significativo es el cambio producido en el paradigma, puesto que el enfoque tradicional de producción se ve reemplazado por un conjunto de procesos de diseño basados en sistemas virtuales mucho más eficientes que permiten evaluar, simular y predecir características únicas, rendimientos esperados o bien posibles problemas y fallas.

Conclusiones

Los Digital Twin se presentan como una pieza clave en la cuarta revolución industrial, que como se ha visto, abarca las tecnologías de automatización, intercambio de datos y fabricación. En efecto, lo más significativo es el cambio producido en el paradigma, puesto que el enfoque tradicional de producción se ve reemplazado por un conjunto de procesos de diseño basados en sistemas virtuales mucho más eficientes que permiten evaluar, simular y predecir características únicas, rendimientos esperados o bien posibles problemas y fallas.

Sin lugar a duda, hay un futuro prometedor por desarrollarse en el mundo de la fabricación y la ingeniería y los Digital Twin son un paso significativo para su consecución.