Telecomunicaciones

5G, gemelos digitales y productos inteligentes: la transformación permanente

  • Las grandes firmas experimentan estos días con los gemelos digitales

La virtualización a escala de las realidades físicas permite su observación en tiempo real y a partir de ahí, con datos fundados, su recreación con el fin de mejorar su rendimiento o eficiencia. La categoría del "gemelo digital" expresa la réplica de un objeto, de un ámbito, de un sistema o de una infraestructura y su comportamiento, sea en tareas productivas, de ordenación de tráficos o de su mera subsistencia. La razón de ser de los gemelos digitales está asociada a la gestión del ciclo de vida de un producto y su origen a las simulaciones sobre el comportamiento en determinadas circunstancias de los equipamientos en las misiones espaciales. De hecho, Arthur C. Clarke en "2001: Odisea del Espacio" presagiaba en 1968 con el ordenador HAL 9000 la idea del sistema-espejo.

El término "gemelo digital" se atribuye a Michael Grieves, quien lo pronunció por vez primera en 2003 y lo popularizó a través de su colaboración con la publicación GE Lookahead del conglomerado norteamericano, que por otro lado promovió el "Digital Twin Consortium", como entidad de investigación, prescripción de estándares, metodologías y prácticas, con el objetivo de potenciar el conocimiento, la adopción la interoperabilidad y el desarrollo de la tecnología de gemelos digitales. Los gemelos digitales tienen cuatro características: modularidad (es decir, la posibilidad de dividir el elemento real o físico replicado en diversas partes o capas); conectividad y generación de rastros digitales, que permiten su observación y determinadas actuaciones sobre su referente en la realidad; posibilidad de homogeneizar los datos obtenidos del elemento físico y la reprogramabilidad basada en el conocimiento obtenido de los datos extraídos del elemento físico replicado o de su réplica ante distintos supuestos temporales, ambientales o de funcionamiento.

De los resultados genéricos obtenidos gracias a la implantación de gemelos digitales en la industria pueden señalarse un aumento de la fiabilidad del 93% a cerca del 99,5% en un plazo inferior a dos años, una reducción próxima al 40% de las averías en menos de un año, un acortamiento de cerca del 75% en el plazo requerido para la consecución de objetivos asociados al elemento representado y una reducción sensible de las mermas y de las paradas en entornos de fabricación y montaje gracias a la detección y prevención de fallos de funcionamiento.

Tan importante como el legado industrial para la eclosión de los gemelos digitales ha sido la transferencia de conocimientos y experiencias del ámbito de los videojuegos y de la realidad virtual, que genéricamente se conoce como tecnología de reproducción en tres dimensiones en tiempo real ("RT3D" en su acrónimo en inglés), cuyo líder actualmente quizás sea la empresa Unity, cuyos patrones, métodos y entornos son empleados de manera generalizada para la programación de juegos en terminales móviles y que recientemente anunció que sería posible hacer un gemelo digital de la Tierra, tal vez para imaginar las posibles evoluciones de sus condiciones en función del uso que del mismo hacemos sus habitantes.

El número de accesos de IoT en España crece a ritmos anuales de casi el 18%

Desde el diseño y la impresión asistida por ordenador ("CAD", en su acrónimo en inglés), pasando por maquetas de simulación y los prototipos asociados al equipamiento disponible para la fabricación se llega a la reproducción del objeto, sistema o proceso en operación y en constante supervisión mediante el empleo de sensores y testigos que informan, si es preciso de manera inmediata y constante, sobre su comportamiento y rendimiento. Esto no sería posible sin aplicaciones para la captura de los datos, su tratamiento y en su caso conversión en instrucciones, requiriendo además una comunicación entre los dispositivos asociados y el servidor -con sus respectivas direcciones del protocolo de comunicaciones de Internet-, próximo o alojado en modo virtual en una nube, para el procesamiento de la información. Entran aquí en funcionamiento el Internet de las Cosas ("IoT" en su acrónimo en inglés) y las redes móviles 5G, que ofrecen una fiabilidad, ancho de banda y mínimo retardo -todo ello englobado en la etiqueta de "comunicaciones ultrafiables de baja latencia"- además de un plano único de control de los dispositivos según su categoría (enrutadores, sensores, drones), que permiten actuaciones "en caliente" sobre un potencial número elevadísimo de elementos reales -por medio de "comunicaciones masivas entre máquinas"- en base a la "inteligencia artificial perimetral" de las simulaciones sobre sus gemelos digitales junto a la posibilidad de implementar soluciones ya probadas y repetibles en un entorno equiparable a partir de su homologación. Según datos de la Comisión Nacional de los Mercados y la Competencia (CNMC) y elaboración propia, al final de marzo los tres operadores de redes móviles públicas en España tenían cerca de 10,5 millones de accesos IoT, liderando el mercado Vodafone con el 38,9 por ciento (incluyendo 1,29 líneas facturadas en el extranjero pero operadas en España), seguida de Orange con 31,6 por ciento y Telefónica con el 29,5 por ciento. El número de accesos IoT creció en España casi un 18 por ciento en los doce meses anteriores, lo que contrasta con la saturación del mercado de accesos para uso personal.

La dimensión, complejidad y mutabilidad de los elementos reales pueden adaptarse al gemelo digital, que podrá incorporar cuantos registros exija su instalación, operación, mantenimiento o modificación. Como escribió Rana Foroohar en "Davos and the new era of deglobalisation" en Financial Times el 22 de mayo pasado, en tanto los datos que les caracterizan están en los propios productos, la distinción entre economía de la fabricación y economía de la información ha desaparecido. De este modo, la captación de los datos, su empleo para la determinación de actuaciones en función de diferentes parámetros (temporal, ambiental, meteorológico, entre otros) tenidos en cuenta para la obtención de registros de capacidad, mermas, eficiencia energética, etcétera y la actualización del estado de los elementos físicos dan a los gemelos digitales un carácter dinámico cada vez más demandado por la personalización de ofertas, la optimización del uso de los equipamientos, la unificación de reglas asociadas a la unión de los mercados, la homogeneización de espacios y la reproducción de las cadenas de producción -no obstante la desintegración económica asociada al panorama geopolítico actual-, que requieren mismas especificaciones para proveer básicamente las mismas experiencias y resultados en las entregas en diferentes geografías.

Esta nueva tecnología tiene potencialmente efectos disruptivos sobre la empleabilidad y la ocupación, demandando perfiles laborales formados para llevar a cabo la digitalización masiva de procesos económicos con una arquitectura sostenible de integración y automatización. En efecto, buen número de los proyectos estratégicos para la recuperación y transformación (PERTEs) del Gobierno español financiados con los fondos "Next Generation EU" demandan un aumento inmediato de las personas que puedan realizar tareas propias de la digitalización, con diversos grados de complejidad. Llama la atención que con un número aproximado de 300 mil técnicos de sistemas de información en España, según un informe de IDC para Microsoft de finales de 2021 (alrededor del 1,5% de la población activa), el año pasado a través de la plataforma Infojobs se anunciarán más de 198 mil ofertas de empleo en esa categoría, en sentido amplio, con cerca de 17 inscritas por oferta frente a las 53 de media, lo que denota un déficit notable de perfiles que puedan satisfacer las necesidades del sector privado, mientras para el curso 2021-2 cerca de 21 mil solicitantes de plaza para el grado de ingeniería informática no pudieron acceder a tales estudios por falta de capacidad docente de las universidades españolas. Por su parte, Eurostat calculaba al comienzo de la década que cerca de 1,8 millones de empleos asociados a las nuevas tecnologías productivas dejarían de crearse por falta de personas con las cualificaciones requeridas, todo lo que en definitiva exige una estrecha coordinación entre la planificación económica asociada al nuevo ciclo y la previsión de capacitación de las personas para llevar a efecto el cambio profundo que representa la llamada Industria digital o "4.0".

A los desafíos para contar con el talento necesario hay que añadir la fragilidad de las cadenas de conocimiento, vinculadas en el plano de los sistemas a los esquemas occidentales, con un liderazgo todavía destacado de los Estados Unidos, pero asociado en el plano de la fabricación a la capacidad productiva de Extremo Oriente, con las complicaciones asociadas a la persistencia de la pandemia y a un clima de mutua desconfianza que sin duda ralentizará si es que no imposibilita la adopción masiva de los gemelos digitales para los bienes de consumo masivo. En paralelo, sin embargo, la capacidad de almacenamiento, tratamiento y análisis de datos no ha dejado de aumentar, con la extensión y perfeccionamiento de las tecnologías de "big data" y la profusión de aplicaciones de inteligencia artificial basadas en las primeras y residentes en las "nubes" públicas y privadas, de la mano de los titanes de este gigantesco entramado de las tecnologías de la información y la comunicación, Amazon (AWS), Microsoft (Azure) y Google Cloud. En España es destacable la tarea de investigación y asesoramiento a empresas alrededor de los gemelos digitales el ITI (radicado en la Universidad Politécnica de Valencia), aprovechando el programa de ayudas públicas para el desarrollo de habilitadores digitales del Ministerio de Industria, Comercio y Turismo "Activa Industria 4.0", pero también diversos proyectos en varios sectores, como la automoción, alimentación y metalúrgico (Iveco España, Aldelís y Compañía Española de Laminación han ganado en los últimos tres años el Premio Nacional Industria Conectada 4.0).

Además, a medida que se extienden las redes móviles 5G avanzadas (SA) se están llevando a cabo pilotos que permiten experimentar con el manejo de los gemelos digitales en fábricas, como el que actualmente desarrolla Gestamp en su instalación de Abadiano (Bizkaia) como Caso de Uso del proyecto "5G Euskadi", en el marco de la segunda convocatoria de pilotos 5G de Red.es. El Caso de Uso de Gestamp fue objeto de presentación el pasado 18 de Mayo en una sesión informativa en la Dirección General de Telecomunicaciones en Madrid de los programas UNICO Sectorial 5G y UNICO I+D 6G del Ministerio de Asuntos Económicos y Transformación Digital y en el mismo se aborda la trazabilidad de elementos móviles y sus flujos logísticos así como funcionalidades asociadas al mantenimiento preventivo de maquinaria con un despliegue de red "ad hoc" a las exigencias de capacidad y retardo para el tratamiento de los datos en el MEC ("nube privada de proximidad") que faciliten posibles reconfiguraciones en base a simulaciones en el gemelo digital del espacio intervenido. Probablemente el principal referente en la definición de estándares para el desarrollo de gemelos digitales sea la iniciativa del Gobierno británico y la Universidad de Cambridge, "UK National Digital Twin" del Centre for Digital Built Britain, para la infraestructura y edificación en el Reino Unido (el "medio construido" de "built environment" en inglés) y que se apoya conceptualmente en los nueve "Gemini principles", que presuponen para todo gemelo digital un propósito (como potencial bien público a perpetuidad; orientado a la mejora del rendimiento y dando previsibilidad a la evolución del medio construido), una justificación basada en la confianza (seguridad objetiva o invulnerabilidad de la réplica; carácter abierto a terceros o reproducibilidad y una calidad mínima de los datos sobre los que se ha diseñado) y una amplia operatividad (fundada sobre la posibilidad de añadirse a modo de federación con otros gemelos digitales equiparables; la efectividad de su titularidad, sus mecanismos de control y su adaptabilidad social y tecnológica).

La alianza ACIA promueve la transformación de casos de uso en casos de negocio 

El itinerario completo de diseño, pruebas, implementación y revisión continua asociado a los gemelos digitales se hace más eficaz cuando se comparten varias líneas de trabajo de empresas del mismo sector, aprovechando mejores prácticas, además de facilitar la estandarización e interoperabilidad. Tal vez la iniciativa de referencia en este sentido asociada a gemelos digitales y 5G sea la promovida por la patronal de industria alemana a través de la Alliance for Connected Industries and Automation (ACIA), en la dirección señalada de transformar casos de uso en casos de negocio, con los beneficios antes identificados asociados a reconfiguración de producto, mantenimiento preventivo y mejora de rendimiento.

En fin, los gemelos digitales tendrán cada vez una difusión mayor en el ámbito de las propias de redes de telecomunicaciones y particularmente en las redes 5G, que incorporan niveles de virtualización, segmentación y actualización hasta ahora desconocidos, con una complejidad que abarca desde el modelo de explotación, la arquitectura funcional -para la que el gemelo digital es una solución adecuada para la emulación de aspectos de la red- hasta procesos continuos de integración y prestación de servicios, demandando un extenso conjunto ininterrumpido de pruebas que es imposible realizar en un entorno operativo y en servicio, como detalla el reciente documento IntOps, the new model to unlock the full potential of 5G, realizada a medias entre el operador Deutsche Telekom y Spirent, líder en aplicaciones de análisis y aseguramiento de operaciones para proveedores de servicios de telecomunicaciones.

Junto a la disrupción que este modelo de despliegue y operación de redes implica para las cadenas de aprovisionamiento se abren nuevas posibilidades, no exentas de numerosas dificultades prácticas, para la puesta en funcionamiento de redes privadas de propósito específico que probablemente contribuyan a cambiar convenciones, hábitos y orientaciones en infinidad de sectores económicos.

Alberto Horcajo es Co Fundador de Red Colmena

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