Materialización del potencial de los gemelos digitales en vías férreas

(Artículo publicado en la Revista Obras Urbanas número 76)

Los gemelos digitales abarcan el ciclo de vida completo de los activos de vías férreas, permiten que los operadores propietarios de vías férreas o de tránsito mejoren el desempeño y la fiabilidad.

Los gemelos digitales se han convertido en uno de los temas más discutidos debido a su compromiso con el aprovechamiento de la innovación, cuyo objetivo es mejorar el diseño, optimizar visualmente la colaboración y aumentar la fiabilidad y el desempeño de los activos. Sin embargo, la industria ferroviaria es muy tradicional y está íntimamente ligada a la seguridad, por lo que, en el contexto de operadores propietarios y empresas de entrega de proyectos que necesitan funcionar con presupuestos más acotados, plazos más reducidos y una legislación más estricta, el cambio puede ser lento y complejo.

Si bien los riesgos asociados al cambio de una fórmula comprobada son una gran preocupación de quienes están a cargo, el lado positivo es que la naturaleza altamente compleja de las redes y los sistemas ferroviarios ofrece la oportunidad de innovar y aprovechar la tecnología para cambiar la manera en que las redes ferroviarias llevan a cabo su labor.

Muchos operadores propietarios de todo el mundo han reconocido el potencial de los gemelos digitales en su trabajo y han comenzado a explorar las oportunidades de implementación del análisis de macrodatos, la inteligencia artificial (AI, por sus siglas en inglés) y el aprendizaje automático (ML, por sus siglas en inglés) en el diseño, la construcción, el funcionamiento y el mantenimiento de las redes ferroviarias y de tránsito.

¿En qué consiste un gemelo digital?

Un gemelo digital es una representación digital de un activo, proceso o sistema físico, así como la información de ingeniería que nos permite comprender y modelar su rendimiento. Dicho de manera sencilla, un gemelo digital es un modelo digital altamente detallado que constituye la contraparte (o gemelo) de un activo físico. Ese activo puede ser cualquier cosa; desde una máquina expendedora de boletos o una escalera mecánica de una estación, pasando por los circuitos, interruptores y cruces dentro de la misma, hasta infraestructura relacionada, como estructuras de pasos elevados o de líneas aéreas de una ciudad entera.

Los dispositivos y sensores conectados del activo físico recopilan datos relacionados con la condición o el desempeño que se pueden mapear en el gemelo digital, con el objetivo de comprender cómo se desempeña este activo físico en el mundo real. Además, mediante análisis o simulaciones, también se puede descubrir cómo se desempeñaría en el futuro, o con un conjunto distinto de parámetros.

¿Por qué son importantes los gemelos digitales?

La tecnología de los gemelos digitales ha existido en industrias como la manufacturera durante muchos años, con lo que se han impulsado procesos más efectivos, se ha mejorado el desempeño y se han predicho y destacado componentes en riesgo de presentar fallas. Además, la tecnología de los gemelos digitales permite garantizar que lo aprendido contribuya al diseño de mejoras y se implemente en futuros productos y sistemas. La importancia e influencia de los gemelos digitales, que abarcan el ciclo de vida completo del activo, son significativas cuando se emplean en la infraestructura ferroviaria.

Durante la planificación, el diseño y la construcción de una nueva vía férrea o de una importante actualización, los gemelos digitales de proyecto permiten optimizar el diseño en función de los requisitos de funcionamiento y reducir el riesgo de incumplimiento o retraso de una construcción gracias a la simulación. Los gemelos digitales de proyecto también mejoran la logística y la comunicación dentro de la cadena de suministro, lo que ayuda a mantener la planificación y el presupuesto.

Durante las operaciones, los gemelos digitales de desempeño tienen su máximo valor. Los operadores propietarios obtienen conocimientos cuando a la representación digital se agrega la información de los dispositivos conectados al internet de las cosas (IoT), como los drones que realizan inspecciones continuas para brindar un seguimiento en tiempo real de los cambios del activo en condiciones del mundo real. Este nivel de claridad permite que los operadores propietarios prioricen y mejoren el mantenimiento o las actualizaciones.

En consecuencia, el valor más significativo que un sistema férreo o de tránsito puede alcanzar es a través de la implementación exitosa de la tecnología de los gemelos digitales. Mediante el uso de los gemelos digitales para planificar, diseñar y crear la red, y a través de su uso en las operaciones, los operadores propietarios de vías férreas o de tránsito mejorarán el desempeño y la fiabilidad.

Además, con el empleo de la AI y el ML, la visibilidad de los análisis obtenida a partir de los macrodatos puede proporcionar información y operaciones digitales inmersivas, a fin de mejorar la efectividad de las operaciones y el mantenimiento. En este caso, el acceso a los gemelos digitales de desempeño podría permitir que el personal se anticipe a los problemas y los evite antes de que se produzcan, o mejorar los tiempos de reacción ante las fallas del sistema, a fin de disminuir el tiempo de inactividad.

Con el empleo de drones y robots, además de una visión informática basada en la AI, la automatización de las tareas de inspección mediante el uso de un gemelo digital permite que los expertos lleven a cabo inspecciones de forma remota y mejoren la productividad, a fin de aprovechar el valor de los especialistas y reducir el riesgo de exponer a los integrantes del equipo a entornos peligrosos.

Materialización del potencial de los gemelos digitales

Para aprovechar el potencial completo de los gemelos digitales, se debe contar con soluciones prácticas para sincronizar el estado en transformación del activo físico. La programación y el alcance de esta sincronización son clave, puesto que ciertos activos se actualizan casi en tiempo real, lo que puede ser fundamental para su fiabilidad. En otros casos, puede ser suficiente una actualización semanal, mensual o incluso anual. Por lo tanto, es importante que las organizaciones y los profesionales participantes cuenten con una estrategia clara a la hora de establecer los criterios de sincronización, entre los que se incluyen los activos que se deben analizar y el momento y los parámetros de tal análisis.

Sin embargo, la simple captura y representación de las condiciones físicas, incluidas las entradas del IoT, nunca será suficiente para comprender, analizar o modelar las mejoras previstas sin, a su vez, comprender la información de ingeniería digital utilizada en el diseño y las especificaciones de ingeniería del proyecto o del activo.

La información de ingeniería digital es similar al «ADN digital» de los activos de infraestructura. Así como los doctores pueden analizar el ADN humano para anticiparse a los problemas de salud y personalizar la atención para obtener mejores resultados de salud, las empresas de entrega de proyectos pueden aprovechar la información de ingeniería digital para facilitar la colaboración, mejorar la toma de decisiones y entregar mejores resultados para el proyecto.

En el caso de propietarios, aprovechar el «ADN digital» implica crear y utilizar gemelos digitales para aprovecharlos al máximo mediante la personalización del mantenimiento de los activos y la maximización de la confiabilidad y el tiempo de actividad del activo. Se trata de crear un connected data environment® (CDE) abierto que proporcione información de confianza en el lugar y el momento que se requiera para contribuir al diseño, la creación, el funcionamiento y el mantenimiento de activos físicos. Posteriormente, los propietarios utilizarán gemelos digitales para tomar mejores decisiones, obtener mayor eficiencia y mejorar el desempeño.

Las redes actuales son los gemelos digitales de los proyectos del futuro

En Bentley, se advierte que los usuarios potencian los flujos de trabajo digitales y utilizan componentes inteligentes y el contexto digital para mejorar la entrega de proyecto o permitir que los activos tengan un mejor desempeño todos los días y en todas partes del mundo. Una de las organizaciones que está logrando estos objetivos es Maharashtra Metro (Maha Metro) en Nagpur, India.

En la implementación que hizo Maha Metro de la solución OpenRail de Bentley, se utilizan iModels como formato final de entrega, debido a su capacidad de brindar modelos de activos confiables y de larga duración como referencia. La organización está comprometida a utilizar un enfoque de ciclo de vida completo y ha implementado un sistema de entrega de proyecto digital, cuyo connected data environment (CDE) de OpenRail es el elemento fundamental que abarca todas las fases del ciclo de vida del activo, desde la planificación hasta el desempeño.

El CDE de Maha Metro está configurado para registrar todos los datos y utiliza etiquetas de activos para vincular componentes creados con aplicaciones de modelado abierto de Bentley, como su sistema de planificación de recursos empresariales. En la actualidad, se tramitan cientos de miles de dibujos y documentos entre aproximadamente 400 usuarios pertenecientes al CDE, lo que proporciona acceso en tiempo real a información de confianza en el lugar y el momento en que se necesita. El amplio CDE también brinda portabilidad de datos para eliminar las brechas de comunicación, acelerar el tiempo de aprobación y resolución de problemas de diseño, y conseguir un ahorro de costos de millones de dólares estadounidenses.

El ADN digital que Maha Metro y su cadena de suministro están creando durante el diseño y la construcción permitirá que la organización administre activos actuales, futuros y renovados. El sistema de la organización, mediante la garantía de que esta información se mantenga actualizada y accesible, facilitará una toma estratégica de decisiones, el establecimiento de una supervisión basada en su condición y el progreso hacia estrategias de mantenimiento predictivas que se espera permitan ahorrar al menos USD 222.000 a lo largo de 25 años de vida operativa de la vía férrea.

Es evidente que los gemelos digitales están ganando impulso, en particular en las organizaciones que actualmente cuentan con iniciativas de IoT. La naturaleza emergente de los gemelos digitales requerirá un enfoque con objetivos comerciales claros y un enfoque ágil en el ensayo y el aprendizaje a partir de las experiencias. Tal como Maha Metro marca la pauta y la dirección de la industria, en Bentley esperamos ver un uso y adopción plenos de los gemelos digitales por parte de los propietarios de vías férreas y sus cadenas de suministro.

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