La digitalización más avanzada ha llegado a la industria química. Supercomputación, Realidad Aumentada y los primeros gemelos digitales están ya en uso. El objetivo: optimizar la investigación y la producción, y hacer todos los procesos más seguros y más eficientes

Los Guerreros de terracota son más de 8.000 figuras modeladas, a tamaño real, por orden del emperador de China, Qin Shi Huang, en 210-209 a. C. Cada una de estas figuras es la fiel copia de un guerrero real. Con ellos, el emperador se aseguraba una tropa bajo su mando más allá de los confines de la vida. Doscientos años antes de Cristo los “gemelos de terracota” no tenían conexión 5G, ni podían modelarse en un entorno virtual. Hoy sí.

El gemelo digital es un concepto que inventó la NASA hace varias décadas, pero ahora se ha convertido en una de las principales tendencias tecnológicas estratégicas para cualquier empresa que quiera poner un pie en el futuro.

Un gemelo digital es una representación virtual de un objeto, de una fábrica, de un sistema de producción, de un… lo que cada uno quiera añadir. Abarca todo el ciclo de vida de lo que representa, se actualiza a partir de datos en tiempo real y emplea inteligencia artificial para aprender por sí mismo y ayudar a tomar decisiones gracias a la simulación, predicción y optimización del producto y/o sistema de producción.

No son solo una simulación precisa de algo real, además, están vivos, evolucionan gracias a un arsenal de sensores que entrelazan ambos sistemas como si fueran partículas subatómicas. Son la excelencia en el camino sin retorno hacia la digitalización en la investigación y en la industria.

Un ejemplo: Las organizaciones de petróleo y gas sufren, en promedio, pérdidas de más de 32 millones de euros anuales debido al tiempo de inactividad no planificado, algo que se resolvería con un gemelo digital. Según un informe del Foro Económico Mundial supondría la reducción de la huella de carbono en aproximadamente 1.300 millones de tonelada. Además, puede ahorrar 3.000 millones de litros de agua y prevenir derrames de petróleo de 230.000 barriles.

Gemelo digital de una plataforma petrolífera

Según un estudio de Kimberlite, solo el 1% del tiempo de inactividad anual puede costarles a las compañías de petróleo y gas 4.200 millones de euros. El gemelo digital resolvería ese tiempo muerto.

Pero, para que el gemelo digital sea posible, ha sido necesario un espectacular desarrollo tecnológico que incluye superordenadores que admiten la gestión de una inmensidad de datos (Big Data) y el impulso que el 5G dará al Internet de la Cosas (IoT).

Supercomputación: El laboratorio en la nube

La investigación hoy, en todas las disciplinas, la biomedicina, la física, la ingeniería y la química, utiliza la supercomputación. La posibilidad de realizar cálculos complejos, procesar, analizar datos y experimentar en un simulador se ha convertido en algo imprescindible, y para hacerlo posible a gran escala, hay mega ordenadores disponibles.

El Barcelona Supercomputing Center-Centro Nacional de Supercomputación (BSC-CNS) ofrece una infraestructura de supercomputación de primer nivel en el mundo y en la historia, a disposición de los investigadores europeos. Pero, además, dos de sus investigadores, Mónica de Mier y Stephan Mohr, han creado una spin-off, Nextmol (Bytelab Solutions SL), especialmente dirigida a la industria química.

Desde Nextmol ofrecen herramientas para realizar modelos a escala atómica y análisis de datos que permiten acelerar el diseño de nuevos químicos y nuevos materiales. Mediante estas herramientas, es posible caracterizar el comportamiento de las moléculas, predice su rendimiento e identifica las mejores candidatas a cumplir con ciertas propiedades físico-químicas. Todo se lleva a cabo en la nube, en un entorno virtual, y sin necesidad de sintetizar cada molécula en el laboratorio.

El OPERADOR 4.0 de CEPSA es una muestra de la digitalización del sector industrial y ofrece una nueva forma de operar una planta química

Realidad Aumentada para ver más allá

En la localidad mallorquina de Alcudia, en su planta de betunes, CEPSA utilizó tecnologías de Realidad Aumentada para la supervisión de uno de los trabajos. Los técnicos de Seguridad de Madrid guiaron a los operarios sobre el terreno con unos hologramas que se superponían a lo que estaban viendo.

Esos hologramas eran la parte ‘aumentada’ de la realidad. Así, tanto el operario en la planta como los técnicos podían interactuar por medio de audio y vídeo, e incluir hologramas en el entorno real con los que marcar tareas a realizar o acotar zonas de actuación. Se podía ver perfectamente desde Madrid y en tiempo real todo lo que el operario estaba observando en el centro de Mallorca segundo a segundo.

La Realidad Aumentada puede utilizarse por sí sola, o formar parte de un conjunto. Imagine, por ejemplo, a un ingeniero en Madrid que utiliza Realidad Aumentada y cuenta con un gemelo digital para diagnosticar un motor a reacción de un avión en el hangar del aeropuerto de Barcelona. Estará viendo, literalmente, cada detalle de ese motor real, con todos los datos de lo que ha producido el fallo. O ingenieros que visualizan toda la longitud del Túnel del Canal de la Mancha, recorrido por miles de sensores que recogen imágenes, el sonido, la vibración, la altitud, etc. Un experto puede analizar y “operar” ya cualquier gran empresa desde cualquier lugar del mundo.

Gemelo digital de una fábrica

Siemens, EOS y DyeMansion han iniciado un proyecto pionero en el que combinan sus tecnologías más punteras para crear un gemelo digital de impresión en 3D.
Desde el ordenador, el usuario puede modelar la entresuela que serviría para un zapato, eligiendo texturas, colores, e incluso puede “probársela” virtualmente. Una vez completado el diseño más óptimo, y más respetuoso con el medio ambiente, se iniciaría el proceso de fabricación aditiva, con un coste muy competitivo en el mercado.

El desafío clave es cómo implementar estas tecnologías, partiendo de sistemas a veces obsoletos. ¿Por dónde empezar? Son numerosas las empresas de asesoría colocadas en la línea de salida, entre ellas Inprocess, que se han especializado en ofrecer servicios y consultoría en torno a la simulación virtual de procesos a la industria química mundial en general y a la española en particular.

Internet de las Cosas y 5G

Si los gemelos digitales son hoy posibles es por el impulso que tomará el Internet de las cosas gracias al 5G. BASF España ha anunciado su proyecto piloto sobre la instalación de la primera red privada de 5G en nuestro país, que se instalará en su centro de producción en Tarragona. Y BASF es solo un ejemplo entre las pioneras.

Gracias al 5G, el aclamado Internet de las cosas se extenderá mucho más. Vehículos, robots industriales, mobiliario urbano (badenes, calzada, paradas de autobús, y también la lavadora, la nevera o el robot aspirador de casa) podrán conectarse por wifi a cualquier dispositivo y compartir información en tiempo real.

El objeto material está dotado con sensores encargados de recopilar datos sobre su estado en tiempo real, las condiciones de trabajo o su posición. Todos estos datos se procesan para recrear el modelo digital. A partir de aquí, es la hora de que entre en juego la inteligencia artificial, que aprenderá de lo que esté ocurriendo y ofrecerá soluciones a una velocidad y con una precisión inalcanzables para el cerebro humano, incluso el mejor dotado.

Mirando hacia el futuro del futuro

Covestro y Google han firmado un acuerdo para aplicar la computación cuántica a la industria química. Gracias a esta herramienta, Covestro quiere sentar las bases para investigar nuevas posibilidades en el campo de las simulaciones químicas.

El acuerdo permitirá  resolver simulaciones complejas en un tiempo mucho más breve que el que utilizan los ordenadores tradicionales. El objetivo de Covestro es ayudar al desarrollo de la tecnología cuántica para resolver los problemas químicos del futuro.

SIMATIC PCS neo, de SIEMENS es una nueva plataforma digital de control en la industria de procesos

Los gemelos del futuro

Siemens ha colaborado con Acciona para la creación de un gemelo digital de sus plantas de tratamiento de agua en una de las mayores desaladoras de Oriente Medio.

Oriente Medio es una de las zonas que sufre una mayor escasez de agua generada por el cambio climático, los conflictos y la recesión económica. El gemelo digital de Acciona permitirá realizar la gestión más eficiente posible de las plantas de tratamiento de agua en un lugar donde cada gota es oro.

BONDALTI ha desarrollado un sistema de tratamiento de agua (WAVE by Enkrott) con adquisición de datos, almacenamiento seguro en la nube y monitoreo en tiempo real a través de paneles web

Pero para que el gemelo digital se extienda, hace falta probar que funciona, que es posible conectar fases del proceso, flujos de trabajo que a día de hoy no lo están. Para esto, Siemens y Dow han creado lo que llaman “El banco de pruebas” con el que quieren impulsar los gemelos digitales en todas las industrias: la aeroespacial, la electrónica, el transporte, la fabricación y la medicina. Estos bancos de pruebas proponen, por ejemplo, ensayar cómo automatizar una planta de biocombustible, o cómo optimizar y llevar a la vanguardia una planta de fertilizantes.

En el horizonte de todos está la Fábrica Inteligente (Smart Factory), una fábrica más respetuosa con el medio ambiente, más eficiente con los recursos energéticos y humanos, y que contemple la producción flexible a los continuos cambios de los mercados.

¿El futuro? El futuro no lo vamos a reconocer.