Publicada el 26 de Diciembre de 2019

Aristóteles, en su tratado Acerca del Alma, plantea la cuestión de la esencia y propiedades del alma desde la perspectiva de la explicación de la vida. Es, en sí mismo, un tratado acerca de los seres naturales dotados de vida: “el alma es el acto primero de un cuerpo que en potencia tiene vida”. En el capítulo primero del Libro Segundo, Aristóteles recurre a su doctrina Metafísica para definir el alma como entidad del viviente, “entiéndase, forma, esencia y definición del viviente”.

Unos 2350 años después, a principios del año 2002, el profesor Michael Grieves de la University of Michigan presenta su Mirrored Spaces Model, siendo John Vickers -de la NASA- quien emplea por primera vez el concepto de Digital Twin para la descripción de su esquema conceptual ideal del PLM (Product Lifecycle Management, o gestión integral del ciclo de vida del producto).

Conceptual Ideal for PLM

Este esquema reúne los elementos que definen de forma general el concepto de Gemelo Digital: el espacio real, el espacio virtual, los correspondientes vínculos de información entre ambos, y diferentes subespacios virtuales adicionales. Ambos sistemas, el real y el virtual, interactúan de forma dinámica a lo largo de su correspondiente ciclo de vida, esto es, intercambian información a través de las etapas de diseño e ingeniería, ejecución, operación y mantenimiento, y finalmente, cierre y desactivación. La definición de sistema es amplia, y podremos hablar de modelos digitales de productos, equipos e
instalaciones, o de líneas de montaje y fabricación, e incluso de sistemas de sistemas como plantas de fabricación , o sistemas sociotécnicos diversos (complejos hospitalarios, aeropuertos, terminales logísticas y puertos, etc.).

En definitiva, el Gemelo Digital es un modelo virtual de un activo físico que refleja de forma completa sus características, funcionalidades, y comportamientos a lo largo de su ciclo de vida. O de nuevo, en palabras de Aristóteles: “forma, esencia y definición del viviente”. El modelo virtual es el alma del gemelo digital; representa su forma (configuración), captura su esencia (propósito y misión), y define su ser (actuación).

Pero Aristóteles no se queda ahí, y elabora en su obra las denominadas potencias del alma, esto es, sus facultades nutritiva, sensitiva, desiderativa, motora y discursiva. Las potencias del modelo virtual conforman sus capacidades de realización: el modelo virtual se alimenta (de datos e información, así como de recursos humanos, de conocimiento, y económicos), recoge y registra estímulos externos (de sistemas SCADA[1], IoT, fuentes de datos desestructuradas, etc.), analiza y plantea escenarios de ocurrencia, y actúa sobre el activo real y lo modifica al tiempo que se modifica a sí mismo (modelos analíticos que configuran-experimentan-analizan-reconfiguran y eventualmente optimizan el rendimiento del sistema real) para finalmente elaborar y proponer el devenir de su contraparte real, su cuerpo viviente (sistemas de soporte a la toma de decisiones, o DSS[2], o incluso, mediante actuación automática sobre los elementos del sistema real). En fin, el alma alimentada, y estimulada, piensa, imagina y propone, como el modelo virtual simula distintos escenarios de configuración, respuesta, y definición de acciones.

El gemelo digital: mayores capacidades y evolución científica

El Gemelo Digital supone un paso más en la evolución de los entornos y capacidades computacionales que han permitido la extensión del método científico (el bucle observación-hipótesis-experimentación) más allá de los modelos físicos, a través de la simulación de modelos matemáticos que integran datos observados en el entorno real y datos simulados en el entorno virtual. En este sentido, está lejos de ser un planteamiento disruptivo. Las metodologías de Modelado y Simulación [3] y los sistemas ciber-físicos [4] son las bases maduras y extendidas en las que se asienta el Gemelo Digital, ambos enfoques presentes en áreas de alta intensidad tecnológica que justifican sus costes, como son defensa [5], aeroespacial [6], automoción [7], o biofarmacéutica[8], entre otros.

Y, sin embargo, el Gemelo Digital sí es un planteamiento innovador en tanto que supone un cambio en su función y consideración habituales. Y esto es así por varias razones:

  1. Etiqueta. El término “Gemelo Digital” simplifica la democratización y proyección del término, volviendo intuitivo y aproximando al gran público un entorno ingenieril tradicionalmente propio de especialistas en los ámbitos de la fabricación avanzada y la computación. Esta ampliación de audiencia genera fórmulas novedosas de aplicación.
  2. Contexto de Valor. El Gemelo Digital adquiere toda su potencia en el contexto de integración que denominamos Industria 4.0[9], que lo generaliza a cualquier ámbito productivo, y lo convierte en el director de esa orquesta de tecnologías industriales como son la robótica, la realidad aumentada (AR), el IoT, o la computación cloud, entre otras, que sinérgicamente alcanzan a través de su batuta configuraciones por fin económicas de escala y utilidad. Esta visión sistémica e integrada habilita nuevas funcionalidades y propuestas de valor de base tecnológica.
  3. Factibilidad. Nada de lo anterior tendría lugar de no ser por la disponibilidad de capacidades y recursos de computación, y la madurez de las arquitecturas de sistemas y de las estrategias, herramientas, y modelos de análisis de datos, así como de los correspondientes perfiles profesionales. Las menores barreras de entrada, una presión competitiva globalizada, y las nuevas palancas de valor que habilitan los Gemelos Digitales en mercados maduros, producen un suelo fértil para su adopción y continuidad.

En resumen, el Gemelo Digital es en efecto una innovación, en tanto que proporciona un entorno integrado de cambio y evolución de un sistema basado en el conocimiento profundo del mismo, que aporta valor al habilitar cotas más altas de eficacia y eficiencia en el diseño y operación de su ciclo integral de vida. Y es sin duda esta última característica, la evolución sincronizada, la que marca la esencia y diferencia de un auténtico Gemelo Digital frente a cualquier otra recreación virtual.

Los retos del gemelo digital

Dibujo de Frankenstein

Sin embargo, no son menores los retos a los que cualquier organización debe enfrentarse a la hora de adoptar auténticos Gemelos Digitales. En efecto, el alma digital también tiene sus pecados y vicios, y de ellos, y de su salvación, dio buena cuenta la literatura gótica de la época Victoriana. Repasemos a través de tres de sus obras maestras tres enfermedades típicas del alma virtual.

  1. Frankenstein; or, The modern Prometheus, escrita por Mary Shelley y publicada en 1818, nos transporta a un espacio literario nuevo, en el que rigor científico contemporáneo y fantasía narrativa se mezclan en la que se dice que es la primera obra literaria de ciencia ficción. En su obsesión, el científico Víctor Frankenstein crea un nuevo ser a partir de diversas partes de cadáveres humanos, insuflando el aliento de la vida a través de la corriente eléctrica. Sin embargo, es un cuerpo lleno de costuras, de partes ajenas las unas a las otras, y aún con todo, su mayor separación es con el propio género humano que lo ha creado. El monstruo, así aislado, sólo responde a una fiebre creadora que no concibe sin embargo las complejidades del auténtico ser humano. Frankenstein, nos lleva a reflexionar sobre las consecuencias de la creación y propuesta de entes aislados y únicos, desconectados de la realidad y de su natural entorno. La cuestión de la conectividad, interna y externa, de la interoperabilidad, es esencial en la concepción del Gemelo Digital, donde debe imperar una visión sistémica orientada al cumplimiento de un propósito de valor definido. El Gemelo Digital es mucho más que la mera adición y conexión de modelos y capacidades de análisis aisladamente; es un proceso sistemático, iterativo y creciente en la consideración de la escala del modelado y simulación del sistema en cuestión, capturando y abarcando la variabilidad intrínseca y las interrelaciones entre los elementos del propio sistema. Este es un proceso participativo, pues participado debe ser el retorno de inversión de un Gemelo Digital. Sólo así es posible capturar la naturaleza compleja de los sistemas productivos.
  2. The Strange Case of Dr Jekyll and Mr Hyde. La novela de Robert Louis Stevenson, publicada en 1886, plantea la cuestión de la dualidad, la tensión entre la persona social y moral, y el ser liberado de ataduras y convenciones. El respetado Dr Jekyll idea un suero que le permite pasear por el lado oscuro de la vida transformado en un ser completamente opuesto, física y moralmente. Naturalmente nos invita a considerar la importancia de la coherencia y semejanza como principio fundamental en el proceso de construcción de un Gemelo Digital, de forma que se garanticen los necesarios niveles de similitud entre las características, funcionalidades, y comportamientos de los elementos del sistema real, y sus correspondientes reflejos en el sistema virtual. El modelo virtual debe proporcionar el nivel de granularidad, exactitud, y precisión requeridos para poder responder de forma coherente a las cuestiones que emanan del funcionamiento de su contraparte en el mundo real. Los mecanismos y los recursos de la organización deben ser formalmente definidos para garantizar una colaboración eficaz y fluida entre los diversos profesionales que intervienen en las fases del ciclo de vida del Gemelo Digital. Los Gemelos Digitales son verdaderos activos no corrientes, auténticas combinaciones de activos físicos y de conocimiento orientados a su empleo y explotación permanentes, integrados en el conjunto de operaciones y sistemas de la organización, actualizados, mantenidos y formando parte del capital de la compañía.
  3. The Picture of Dorian Gray: La genial obra de Oscar Wilde (1890) plantea la reflexión sobre una cuestión tan antigua como inevitable: el inexorable paso del tiempo. Su protagonista, Dorian Gray, vende su alma a cambio de permanecer eternamente joven y bello. Será entonces su retrato el que sufra los efectos del envejecimiento, pero más aún, de su decadencia moral, capturando cada vicio y cada falta, y reflejándolas en detalle en una representación pictórica de su alma decrépita y ya irreconciliable. En definitiva, el retrato de Dorian Gray invierte el reflejo de la realidad, en el que el objeto real permanece invariable mientras que es su representación, su modelo, el que se aleja cada vez más del punto en el que lo real y lo representado fueron semejantes. El Gemelo Digital debe ser el espejo del alma de nuestro sistema real. Este es quizás el riesgo táctico más frecuente, el de obsolescencia, y que que se proyecta en el reto operativo de la sincronización. Mientras que el sistema real evoluciona, se produce una brecha en el reflejo de esos cambios en su contraparte virtual. Para ello, habrá que asegurar desde la misma etapa de diseño las condiciones de envejecimiento activo, esto es, un diseño modular, paramétrico y accesible que habilite la interoperabilidad y actualización con los cambios en las configuraciones y naturaleza de nuestro sistema real. Y en el plano operativo, es crítico el sistema de sincronización de estado entre ambos sistemas y los tiempos de respuesta.

Podría cerrar con Gartner[10], señalando alguna de sus positivas predicciones de futuro para el gemelo digital. Sin embargo, sigo prefiriendo a Aristóteles: el alma es el acto primero de un cuerpo que en potencia tiene vida. Un cuerpo sin alma no tiene auténtica vida. Démosles a nuestros activos y procesos su alma, y nunca olvidemos que la virtud es la excelencia del alma (digital).

Referencias

[1] https://en.wikipedia.org/wiki/SCADA

[2] https://www.investopedia.com/terms/d/decision-support-system.asp

[3] https://scs.org/about/

[4] https://www.nist.gov/el/cyber-physical-systems

[5] https://www.navantia.es/en/navantia-4-0/shipyard-4-0/digital-twin/

[6] https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20120008178.pdf

[7] https://www.plm.automation.siemens.com/global/en/our-story/customers/agco-corporation/17382/

[8] https://www.eng.it/en/case-studies/digital-twin-simulare-prevenire

[9] https://blog.ferrovial.com/es/2019/10/industria-4-0-el-cambio-en-forma-de-nueva-revolucion-industrial/

[10] https://www.gartner.com/en/newsroom/press-releases/2019-02-20-gartner-survey-reveals-digital-twins-are-entering-mai

Escrito por David del Río el 26 de Diciembre de 2019

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