Conceptos y aplicación de Digital Twin y Asset Administration Shell en el IOT Industrial y la Industria 4.0

El objetivo del documento técnico conjunto “Conceptos y aplicación de Digital Twin y Asset Administration Shell en el Internet Industrial y la Industria 4.0” de Industrial Internet Consortium y Plattform Industrie 4.0 es explorar los aspectos técnicos del gemelo digital identificados por ICC en relación con Asset Administration Shell.

Internet ha traído consigo una era de conectividad ubicua y un intercambio de información sin interrupciones, transformando la manera en la que vivimos, trabajamos, producimos y consumimos. Ahora está permitiendo una revolución en los sistemas industriales, a través del Internet Industrial de las Cosas (IIoT). Las redes de alta velocidad, las arquitecturas abiertas, los estándares abiertos y las infraestructuras inteligentes que se comunican entre sí están creando innovaciones tecnológicas a un ritmo nunca visto desde la primera revolución industrial.
A medida que los componentes y equipos industriales están cada vez más conectados, formando grandes sistemas IIoT, se ha vuelto crucial para el éxito el cómo permitir una comunicación e interacción fiables entre ellos de manera fluida y rentable. Por lo tanto, es importante garantizar la interoperabilidad de los componentes, equipos y productos conectados en el entorno operativo y de producción en varios dominios de infraestructura industrial. Dos consorcios clave de la industria están avanzando en el desarrollo del IIoT:

• Plattform Industrie 4.0 es la iniciativa estratégica alemana para mantener el liderazgo de Alemania en el suministro de soluciones de fabricación avanzada. Está destinada a revolucionar la fabricación y la producción, y marcar el comienzo de la cuarta era industrial. Representa una nueva etapa de organización y control de toda la cadena de valor y el ciclo de vida de los productos, con especial atención al impacto legal y humano.
• Industrial Internet Consortium (IIC) es una organización líder a nivel mundial que ofrece valor comercial transformador a las organizaciones, la industria y la sociedad, acelerando la adopción de un Internet de las Cosas confiable. Lo logra habilitando sistemas de Internet Industrial confiables, donde los sistemas y dispositivos están conectados y controlados de manera segura para brindar resultados de transformación en múltiples industrias. Estas industrias incluyen la salud, el transporte, la energía, las infraestructuras de dominio público y la fabricación.

Se sabe que el gemelo digital (DT) es un habilitador clave para varios casos de uso de IIoT e Industria 4.0. Dado que actualmente existen muchos tipos diferentes de gemelo digital para diferentes casos de uso e industrias, IIC ha dado el primer paso para proporcionar una definición clara y concisa de gemelo digital junto con sus diversos aspectos técnicos, estándares y casos de uso. Asset Administration Shell (AAS) es una implementación de un gemelo digital para aplicaciones industriales, en términos sencillos, es una herramienta que equipa a cualquier componente de la industria con capacidades para hablar y compartir información con el mundo de IoT digital. Plattform Industry 4.0 lo especificó y desarrolló para permitir la interoperabilidad entre empresas en toda la cadena de valor.
El objetivo del documento técnico conjunto de Industrial Internet Consortium y Plattform Industrie 4.0 es explorar los aspectos técnicos del gemelo digital identificados por IEC en relación con Asset Administration Shell. La estructura del documento es la siguiente:

• Introducción e historial del Gemelo Digital en general, incluyendo la descripción de casos de uso.
• Introducción e historial de Asset Administration Shell.
• Una breve descripción sobre el problema del silo de información.
• Alineación de Asset Administration Shell y de la Arquitectura de Referencia de IIC (IIRA).
• Exploración de los aspectos técnicos de Asset Administration Shell que dan soporte al gemelo digital.
• Resumen y perspectiva.

Gemelo digital

Concepto
Un gemelo digital es una representación digital formal de una entidad, con atributos y, opcionalmente, visualización computacional y geométrica y otros modelos, que ofrece una interfaz de servicio para interactuar con ella, adecuada para comunicación, almacenamiento, interpretación, proceso y análisis de datos pertenecientes a la entidad para monitorizar y predecir sus estados y comportamientos dentro de un determinado contexto. El contenido de la representación digital está determinado por el conjunto de casos de uso para los que está diseñado el gemelo digital.
Los sistemas industriales y los escenarios de uso industrial son complejos y diversos; por lo tanto, sus requerimientos en relación al gemelo digital son naturalmente complejos y también diversos, lo que lleva a diferentes tipos de implementaciones del gemelo digital. Algunas implementaciones de gemelo digital pueden contener muchos atributos y datos, capacidades computacionales y quizás incluso una interfaz formal para la comunicación, para satisfacer los requerimientos de la aplicación, mientras que otras pueden requerir solo un pequeño conjunto de atributos y datos para respaldar su aplicación.
Generalmente, un gemelo digital consta de tres aspectos elementales: datos, modelos e interfaces de servicio.

Relaciones entre gemelos digitales en sistemas
El nivel de abstracción y complejidad de un gemelo digital debe ser tal que sea suficiente para satisfacer los requisitos de los casos de uso para los que está diseñado.
Un gemelo digital discreto se puede definir para una entidad discreta y es una entidad única que admite su aplicación dentro de un contexto de uso dado sin necesidad de desglosar más. Por ejemplo, la caja de engranajes o el motor de un molino de bolas en minería se puede monitorizar a este nivel de entidad.
Un gemelo digital compuesto es una combinación de gemelos digitales discretos que representan una entidad que comprende múltiples componentes o partes individuales. La composición puede tener lugar a diferentes niveles. Por ejemplo, una célula de producción es una entidad compuesta, cuyo gemelo digital comprende los gemelos digitales de las máquinas de producción dentro de la célula de producción. Una planta completa es un sistema, cuyo “sistema” de gemelo digital comprende varios gemelos digitales compuestos.