La fusión entre el mundo digital y real para revolucionar el ciclo de vida del producto
Introducción
Dia a día vamos aprendiendo nuevos tecnicismos, pero no solo se trata de hablar con palabras de moda, elegantes o tecnológicamente superiores, se trata de entender lo que las empresas de tecnología nos ofrecen con estas propuestas. Si estas en el mundo de diseño, ingeniería o manufactura entonces este ensayo es para ti. Veamos hoy la tecnología del metaverso industrial.
Muchas empresas desarrollan y diseñan productos, otras los fabrican en líneas de producción, algunos talleres producen ciertos componentes, algunas empresas tienen sus almacenes de distribución, en cada una de ellas hay un ingrediente común, el producto y los activos físicos por donde este se procesa. En este documento nos enfocaremos al producto, su desarrollo y activos donde se procesa desde el punto de vista de la digitalización.
Desarrollo de producto
El desarrollo o creación de producto inicia con una necesidad de un cliente o mercado a atender, el cual nos da ciertos requerimientos para su creación. Pasamos después a su conceptualización, luego su diseño para presentar ante el cliente, después la ingeniería, producción, logística y embarque.
Documentar un producto implica recibir los requerimientos de inicio donde se nos den todas las especificaciones, luego hacer su diseño en sistemas CAD ya sea en representaciones 3D y 2D en el método tradicional, hoy está la opción de MBD donde únicamente se crea la representación tridimensional. Nuestro producto puede ser una sola entidad o ser un ensamble de varias, cientos o miles de partes. Hoy en día ya no se documentan diseños hechos en papel, todos son por computadora, pero aun así hay una gran cantidad de dibujos en papel que aún no han sido actualizados. El comentario es porque muchas veces necesitamos recurrir a ellos y los tenemos que recrearlos en nuestros sistemas digitales para reutilizarlos.
Así como documentamos los diseños de productos también puede interesarnos documentar los modelos 3D de nuestros aditamentos, máquinas, instalaciones, celdas de producción, laboratorios, infraestructura, etc. para recrear nuestro ecosistema digital.
Muchas empresas tienen su catálogo de partes CAD como representaciones de sus productos ya sea en sistemas de archivos, bases de datos o sistemas más inteligentes como PDM/PLM. Se asume que estos diseños fueron creados correctamente y que fueron verificados, porque si contienen errores no serán datos confiables y habrá que regresar a rediseñarlos, esto parece algo irrelevante, pero sucede comúnmente y son tiempos que no se contemplan en el proyecto de desarrollo.
Una realidad de hoy es validar virtualmente (basados en la física) estos productos diseñados en sistemas CAD con resultados que nos darán información para tomar decisiones si nuestro producto resiste las condiciones de la vida real. Esta validación se hace con sistemas CAE que considera la mayoría de los fenómenos físicos. Piensa también que los activos como máquinas, instalaciones, infraestructura, terrenos y demás también pueden someterse a análisis para validarlos virtualmente como parte del proceso de desarrollo del producto. En este rubro considera que estos estudios también pueden ser de sistemas de layout, procesos, ergonomía, recorridos, etc. Estos análisis nos darán la información necesaria para tomar las mejores decisiones.
La manufactura y operaciones para el desarrollo de producto se definen desde la programación CNC apoyados en motores de cómputo e IA, pero siempre hay espacios para la mejora, hoy se trata de acelerar las operaciones de fabricación en cuestión. Por lo que la creación de los modelos digitales de máquinas y condiciones de taller o piso de producción serán necesarias para replicar las operaciones y encontrar oportunidades de eficiencias. Con esto vamos viendo como la interacción del producto y su entorno digital en manufactura puede convivir en un modelo virtual.
La nube juega un papel destacado porque ahí ejecutaremos nuestros procesos de cómputo para iterar tantas opciones tengamos de diseño o simulación y no veamos afectados nuestros sistemas. El costo de mantener nuestra propia infraestructura de cómputo tiende a la baja.
El ciclo tradicional de desarrollo de productos ha cambiado, la IA toma un papel impórtate en sus etapas, las cuales puede acelerar con inteligencia y poder de cómputo. Esto hace que el nuevo ciclo de desarrollo cambie a uno mejor razonado. Los datos de productos hechos en el pasado y sus atributos ayudaran en este escenario que hoy utilizará esos datos heredados para usarlos como base de conocimiento en el motor de la IA.
El rol de la IA en desarrollo de productos
En todo lo anterior la IA juega un papel importante. Está claro que con textos, imágenes y videos la tecnología puede hacer lo que requieras sin necesidad de validar, solo usa datos públicos, hay muchísimos ejemplos y plataformas que lo resuelven, Chatgpt, Gemini, Perplexity, etc.
En diseño, ingeniería y manufactura es diferente. La IA usa datos de mejores prácticas públicas y datos sintéticos del conocimiento propio que la empresa privada haya desarrollado. Los datos de mejores prácticas pueden estar en nubes públicas y los datos de la empresa estarán en nubes privadas. Por ejemplo, los datos de control de manufactura, calidad y metrología, la revisión de producto, reclamaciones, auditorias, etc.
Si te quieres embarcar en esta empresa tus datos deben estar bien documentados (estructurados), así que habla con los expertos de tu organización antes de que se vayan para de alguna manera extraerles el conocimiento. No quiero profundizar en este tema que da para mucho.
La IA aplicada al sector industrial tiene el potencial de acelerar el procesamiento de datos, automatizar tareas repetitivas y mejorar la toma de decisiones en todas las fases del ciclo de vida del producto.
Antes de continuar es bueno comentar sobre estos conceptos con los que debes familiarizarte en este viaje hacia el metaverso industrial. La IA Física y la IA Agéntica te ayudarán aprovechando la computación acelerada de los solvers de cada aplicación en el mercado. Hay que recordar que el gigante de computación por GPU ofrece las librerías para que cada aplicación de física resuelva más rápido explotando su hardware mediante lenguaje natural.
IA Física
Mis definiciones. Combinación de IA con física, plantea las hipótesis iniciales, que mejoran con las iteraciones y donde se puede preguntar cuál es la mejor opción. Puede leer datos (parámetros) estructurados y geometría.
IA Agéntica
Agentes autónomos que buscan de manera independiente errores , oportunidades, modelos sustitutos, crea modelos inteligentes CAD, con mínima intervención humana.
Utiliza la IA Física o PhysicsAI para construir modelos predictivos rápidos a partir de datos CAE. La IA Física puede entrenarse con datos con cualquier tipo de física o remallado y sin variables de diseño. Ofrece predicciones rápidas de física sobre nuevos diseños. El motor Geometric Deep Learning engine utiliza datos de simulaciones anteriores para construir un modelo de IA capaz de evaluar nuevos diseños. La IA Física ofrece una experiencia sencilla para permitir el uso de IA en CAE sin un conocimiento extenso de ciencia de datos. (Crédito de la imagen Altair una empresa de Siemens)
El hilo digital
La continuidad en como fluyen los datos en la empresa debe garantizarse. Cada departamento que se aísla como un silo de información es una amenaza para este principio. El hilo digital plantea la conectividad en toda la empresa y puede enfocarse a ciertos procesos en particular, por ejemplo, el desarrollo de producto, donde se garantice la transparencia de datos en su ciclo.
Inicia evaluando si en tu empresa hay transparencia en los datos en toda la cadena de valor e interoperabilidad, descubrirás que no, que hay datos o silos aislados, entonces determina por donde puedes comenzar para establecer la continuidad de la información, por ejemplo, en el área de ingeniería.
El gemelo digital integral
Los gemelos digitales permiten modelar en 3D todo lo que te rodea, y luego probar y simular para asegurarse de que tu modelo está perfeccionado. (1)
El gemelo digital en sí no es solo la sola representación de la geometría foto realista de nuestros productos, máquinas o procesos, va más allá. La geometría 3D del gemelo digital (réplica de nuestro producto, máquina, proceso, etc.) esta nutrida de datos del mundo real previamente capturados por datos sintéticos, bases de conocimientos o en tiempo real desde la planta. Esta retroalimentación de datos hace que nuestro modelo digital se comporte en las condiciones del mundo real. Por lo que podemos simular las condiciones en nuestro modelo antes de proceder a cualquier acción en la realidad. Las técnicas de IA Física e IA Agéntica son una ventaja para la aceleración de iteraciones de modelos y poder predecir una respuesta.
Los gemelos digitales o virtuales pueden ser productos, procesos, máquinas, instalaciones. En productos se pueden generar diseños simulados que resisten condiciones de trabajo, en máquinas predecir mantenimientos, evaluar condiciones de vibración u performance al ejecutar una operación. En procesos comisionar tareas, establecer las mejores rutas , determinar inventarios, medir y detectar defectos. Un mismo edificio puede ser un gemelo digital que se comporte respondiendo a la física que está expuesta, condiciones de vientos, temperaturas, y sus implicaciones dentro de sus instalaciones.
Comienza creando un gemelo digital de tu producto, retroalimentándolo de datos propietarios de tu proceso, mejores practicas o reglas de diseño, y de las condiciones de operación.
El metaverso industrial
Es un modelo que mantiene en contexto el operar de la máquina, proceso, planta o equipo en operación. Un gemelo digital no se vuelve inteligente por ser un reflejo de la realidad. Se vuelve inteligente al aprender de la realidad y definir la siguiente acción. (2)
La retroalimentación de nuestro gemelo digital se nutre de diferentes maneras, con bases de datos históricos de información de comportamiento y parámetros, de conocimiento en base a lenguaje de máquinas, IA, hasta en directo por métodos de sensores del piso de fábrica, internet de las cosas, datos de máquinas, PLCs , sistemas Scada y recopilación de sistemas MES. De regreso el gemelo digital envía instrucciones de recomendación al mundo real.
La visualización de estos metaversos industriales es posible en gran medida a la tecnología de visualización por GPU, a la plataforma Omniverse y formatos OpenUSD de la empresa NVIDIA quien liderea este campo, una plataforma usada por los principales desarrolladores de software, quienes usan sus librerías para preparar sus aplicaciones para la computación acelerada. Las fábricas de IA o data centers facilitan las iteraciones e interacciones de modelos interrogados por la IA.
El metaverso industrial refleja estos modelos en operación. Ofrece una comprensión en tiempo real e interactiva de procesos y sistemas que permite a las empresas optimizar sus operaciones, realizar predicciones precisas y tomar decisiones más fundamentadas. (3)
El metaverso industrial es la fusión entre el mundo digital y real para revolucionar el ciclo de vida del producto. Para empezar, puedes crear un metaverso industrial solo de un proceso de tu planta, no tiene que ser toda la operación de la empresa
Generación de valor para la empresa al tener metaversos industriales
Las empresas no pueden ignorar esta tecnología, quienes implementen los metaversos industriales se beneficiarán en el Incremento de su eficiencia de operación, gracias a la mejor toma de decisiones basada en conocimientos, menores pruebas, economía circular, ciclos más cortos, aseguramiento de calidad y entrega. Al lograr el enlace del mundo real con el digital y crear este circuito de constante retroalimentación y aprendizaje, se genera un modelo de operación y negocio que sin duda generara mayor productividad
Beneficios de los metaversos industriales
- Decisiones basadas en datos
- Predicción de fallas
- Optimización de equipos y eficiencia de operación
- Toda la cadena de valor de la empresa se ve beneficiada
- Trazabilidad
- Nuevas oportunidades de desarrollo de negocio
Algunos ecosistemas de metaversos industriales
Xcelerator de Siemens, 3D UNIV+RSES de Dassault Systèmes, Omniverse de NVIDIA, Nexus de Hexagon, Physical AI de Synopsys, Cadence Agentic AI, etc.
Citas de expertos
"Es fantástico ver que las empresas creen claramente en el poder del Metaverso para la generación de valor tanto en casos de uso empresarial como industrial. Esto se alínea con nuestra visión, informada por más de 8 años de investigación en Nokia Bell Labs, de que el Metaverso Industrial es una extensión de la Industria 4.0. En consecuencia, aquellos que ya han implementado redes de comunicaciones de misión crítica para la Industria 4.0 están ahora bien situados para experimentar los beneficios del Metaverso que claramente algunas empresas ya están viendo." comenta Thierry E. Klein, Presidente de Bell Labs Solutions Research, Nokia.(4)
“El metaverso industrial es un reino virtual basado en la física que permite la evaluación, el análisis y la predicción del comportamiento basándose en modelos meticulosamente elaborados de productos, procesos y plantas de producción enteras.” nos dice Alejandro Canela, VP de Siemens Digital Industries Mexico. (5)
Mercedes-Benz anunció en el CES su siguiente paso en la digitalización de su proceso de producción, con la plataforma NVIDIA Omniverse para diseñar y planear instalaciones digitales de fabricación y ensamble. El fabricante de automóviles crea lazos de retroalimentación para reducir el desperdicio, disminuir el consumo de energía y establece la mejora continua de la calidad al aprovechar las tecnologías NVIDIA AI y el metaverso digital. (6)
La plataforma de captura de realidad HxDR de Hexagon y la de fabricación Nexus se conectarán a NVIDIA Omniverse, una plataforma para desarrollar y operar aplicaciones de metaverso industrial y gemelos digitales industriales, basada en el marco Universal Scene Description o USD. (7)
Grandes empresas tecnológicas como Microsoft, Google, Facebook (Meta), Amazon y muchas más están desempeñando papeles fundamentales en el desarrollo y la difusión del metaverso industrial, reconociendo su potencial para transformar la forma en que operan las industrias.
Conclusión
Suena muy interesante la creación de metaversos industriales, es un concepto revolucionario por su generación de valor y beneficios, en definitiva, es la nueva realidad donde las fábricas y el desarrollo de producto se moverán. Es uno de los momentos más interesantes para los nuevos ingenieros. La cuestión es ver hoy en día, ¿quiénes pueden implementar a tal nivel de réplica virtual? Habrá que pensar que operar toda la empresa de este modo es un paso muy grande, que implica que la dirección se involucre, la creación de nuevos puestos, departamentos y que se diseñe una estrategia de un par de años basada en esta nueva automatización.
Para las pymes esto puede comenzar sin que deban tener toda la operación digitalizada. Habrá que planear por principio tener un buen “roadmap” de donde debamos comenzar, un buen control de documentos, practicas ISO, mapas de procesos y estándares de calidad que nos den un orden en la operación. Además, que nuestros sistemas tengan datos confiables de preferencia en una sola fuente de verdad. En diseño, por ejemplo, partir de información 3D verificada con atributos que puedan dar al resto del equipo datos reutilizables, entenderemos que cada área de la empresa tiene datos aislados, pero encontrar su comunicación a través de la colaboración digital será clave. Todo lo anterior será posible si tenemos el recurso humano y el soporte de proveedores adecuados. Habrá nuevos departamentos como la gerencia de metaverso industrial , analistas de datos, programadores IA, especialistas de la conservación de conocimiento, redes neuronales, etc.
Por: Sergio Alvarez, Editor de 3DCadPortal
Es Ingeniero Mecánico Administrador con Maestría en Manufactura por la UANL, tiene más de 30 años de experiencia en el sector privado de manufactura en México. Es analista del sector de tecnologías para diseño, ingeniería y manufactura.
Bibliografía
1.-Dassault Systemes. Digital Twins and Metaverse, https://www.3ds.com/virtual-twin/digital-twins-and-metaverse
2.- Oleg Gavrylenko.2026. The Feedback Loop Is the Real Digital Twin. https://medium.com/@chameleon13/the-feedback-loop-is-the-real-digital-twin-8126a945a64f
3.-IEEE Metaverse. What Is Industrial Metaverse and Why It Is Important. https://metaversereality.ieee.org/publications/articles/what-is-industrial-metaverse-and-why-it-is-important/
4.-3DCadPortal. 2023. Estudio reporta que el metaverso industrial y empresarial superan las expectativas. https://www.3dcadportal.com/notas-de-prensa/estudio-reporta-que-el-metaverso-industrial-y-empresarial-superan-las-expectativas
5.- 3DCadPortal. 2024 . El metaverso piedra angular de la transformación industrial. https://www.3dcadportal.com/articulos/el-metaverso-piedra-angular-de-la-transformacion-industrial
6.- 3DCadPortal. 2023. Mercedes-Benz ensambla fábricas de próxima generación en el metaverso digital con NVIDIA Omniverse . https://www.3dcadportal.com/notas-de-prensa/mercedes-benz-ensambla-fabricas-de-proxima-generacion-en-el-metaverso-digital-con-nvidia-omniverse
7.- 3DCadPortal. 2023. Hexagon y NVIDIA desarrollan soluciones de gemelos digitales industrials. https://www.3dcadportal.com/notas-de-prensa/hexagon-y-nvidia-desarrollan-soluciones-de-gemelos-digitales-industriales
