El gemelo digital: del concepto a la estandarización

El Gemelo Digital (Digital Twin, DT) se ha consolidado como una de las tecnologías más disruptivas de la actualidad. Su adopción ha crecido exponencialmente, planteándose como un pilar de la Industria 4.0 y un elemento clave en la transformación digital. Sin embargo, su aplicación aún plantea interrogantes. A pesar de su popularización, persisten dudas sobre su definición exacta y los estándares necesarios para garantizar su interoperabilidad.

El concepto de gemelo digital, acuñado en el ámbito aeroespacial, surgió como una herramienta para la operación y el mantenimiento de sistemas en entornos de acceso limitado, como el espacio exterior. Inicialmente, su aplicación estuvo restringida a sectores con altos presupuestos y exigencias tecnológicas. Sin embargo, avances como el aumento de la potencia de cómputo, la simulación multifísica, la proliferación de sensores de bajo coste (IoT, IIoT) y la expansión de las capacidades de almacenamiento han hecho que esta tecnología sea hoy accesible para cualquier organización.

A pesar de su mayor disponibilidad, la adopción del gemelo digital debe abordarse como cualquier otro gran proyecto de transformación organizacional. Su verdadero valor no reside únicamente en replicar operaciones existentes, sino en replantear y optimizar procesos, permitiendo nuevas formas de operación y toma de decisiones basadas en datos.

Para subrayar su importancia en la industria, en 2020 se creó el Digital Twin Consortium, con GE Digital como socio fundador. Ese mismo año, la Federación Alemana de Ingeniería (VDMA) y la Asociación Alemana de Fabricantes Eléctricos y Electrónicos (ZVEI) fundaron la Industrial Digital Twin Association (IDTA), con el propósito de impulsar su desarrollo y promover la interoperabilidad en el ámbito industrial. En 2021, ambas entidades firmaron un acuerdo de colaboración para acelerar su adopción y maximizar su rentabilidad.

Actualmente, la adopción del gemelo digital sigue en aumento, especialmente en sectores como el aeroespacial —donde surgió el concepto—, la automoción, la energía y la fabricación. Según el 2022 Digital Twin Global Survey Report, el 69 % de los profesionales encuestados afirmaron que su organización ya usa o planea utilizar esta tecnología, mientras que un 23 % indicó que no lo hace y un 8 % no estaba seguro.

A pesar de este crecimiento, solo el 8% de las empresas lleva más de tres años invirtiendo en gemelos digitales. Además, el informe destaca que el 54 % de los profesionales tiene un conocimiento limitado o nulo sobre el concepto o lo considera confuso. En consecuencia, el 37% muestra un gran interés en una “definición concisa y estandarizada” que clarifique su significado.

Aunque el número de publicaciones científicas sobre el gemelo digital sigue en aumento, aún no existe un consenso claro sobre su alcance. Académicos y empresas han propuesto múltiples interpretaciones, así como diversas estructuras y arquitecturas para su desarrollo e implementación.

Ante esta falta de uniformidad, la Organización Internacional de Normalización (ISO) desarrolló la norma ISO 23247-1:2021, centrada en la automatización e integración de sistemas en la fabricación. Esta norma define el gemelo digital como “una representación digital adaptada a los fines de un elemento observable con sincronización entre el elemento y su representación digital” y establece un modelo de referencia basado en dominios y entidades. Estos incluyen al usuario, el gemelo digital y la comunicación con los dispositivos físicos, garantizando su interacción con la contraparte real.

La ISO 23247 no solo busca definir el concepto de gemelo digital, sino también establecer un marco estructurado para guiar su implementación en la industria. Su modelo de referencia organiza el sistema en tres entidades principales:

• Entidad de Usuario, que engloba la interfaz para la interacción humana con el sistema.
• Entidad de Gemelo Digital, encargada de la representación digital, la sincronización con el sistema físico y la gestión de datos y aplicaciones.
• Entidad de Comunicación de Dispositivos, que abarca la captura, procesamiento e intercambio de datos con los dispositivos físicos.

Esta arquitectura busca garantizar la coherencia en el desarrollo y aplicación de gemelos digitales, facilitando su integración en distintos entornos industriales. Además, la norma se estructura en cuatro secciones clave: principios generales, arquitectura de referencia, atributos esenciales de información y requisitos técnicos para el intercambio de datos. Su enfoque modular y estandarizado pretende no solo facilitar su adopción, sino también impulsar su interoperabilidad y eficiencia operativa. Más que un marco teórico, representa un paso hacia la consolidación de la digitalización industrial, proporcionando herramientas para optimizar procesos y mejorar la toma de decisiones.

Complementando esta norma, la ISO y la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) han desarrollado la ISO/IEC 30173:2023, titulada ‘Gemelo digital - Conceptos y terminología’. Esta norma establece un marco unificado de términos y conceptos clave, abordando aspectos esenciales como datos, modelos, rendimiento y aplicaciones. Al proporcionar una base conceptual y terminológica común, refuerza la ISO 23247, facilitando la comunicación, la interoperabilidad y la adopción de gemelos digitales en distintos sectores industriales.

El gemelo digital representa la convergencia entre la tecnología digital y el mundo físico, utilizando modelos para simular el comportamiento, estado y rendimiento de un sistema en un entorno virtual. Su eficacia depende de una sincronización bidireccional con la realidad y de la precisión de los modelos que lo conforman.

El modelado es un aspecto clave, ya que su granularidad y fidelidad determinan la capacidad del gemelo digital para reflejar con precisión su contraparte física. Sin modelos adecuados, la integración y sincronización con el sistema real se ven comprometidas. Además, dado que los sistemas físicos evolucionan con el tiempo debido al desgaste y las condiciones operativas, es imprescindible actualizar continuamente los modelos para mantener su fiabilidad y utilidad.

En este contexto, dentro del Comité Español de Automática (CEA), el Grupo Temático de Modelado, Simulación y Optimización ha trabajado en la aplicación del gemelo digital en distintos ámbitos de la automática. En particular, se han desarrollado estudios sobre su integración en la industria de procesos y su aplicación en sistemas de control y automatización. Estos trabajos han abordado tanto los desafíos técnicos de su implementación como su potencial para mejorar la toma de decisiones y la optimización de procesos industriales.

El gemelo digital sigue evolucionando, impulsado por avances tecnológicos que refuerzan la conexión entre el mundo físico y el virtual. La estandarización y el desarrollo de arquitecturas de referencia han reducido la brecha entre ambos entornos, facilitando su adopción en diversos sectores. La investigación en automática sigue explorando enfoques que mejoren su precisión y aplicabilidad, consolidándolo como una herramienta esencial en la transformación digital. Su evolución futura dependerá tanto de los avances tecnológicos como de su integración efectiva en los procesos industriales.

William David Chicaiza Salazar

Investigador en la Unidad de Excelencia Laboratorio de Ingeniería para la Sostenibilidad Energética y Medioambiental – ENGREEN, Universidad de Sevilla

Coordinador del grupo de trabajo Fuzzy Modelling and Control de la European Society for Fuzzy Logic and Technology (ESUSFLAT)

Miembro del Grupo Temático de Modelado, Simulación y Optimización, del Comité Español de Automática.

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Este artículo aparece publicado en el nº 562 de Automática e Instrumentación págs. 24 y 25.