Embedded Digital Twin

El sector industrial, al hablar de gemelo digital el imaginario se llena con la idea un gran sistema monolítico que simule todos los aspectos del activo en un único punto, con capacidades de procesamiento en la nube incluidos. Lo cierto es que este concepto de gemelo digital, en principio ideal para el usuario final del activo, tiene sus retos:

• Requiere que los fabricantes de cada componente del sistema se coordinen entre sí para definir las conexiones entre modelos de simulación, los campos de la física a compartir, etc…
• Unir FMU’s en un mismo super-sistema, compuesto de diferentes sistemas con múltiples funcionalidades es todo un reto para la simulación. Mientras que algunos modelos requieren pasos de tiempo del orden de milisegundos, otros les basta con pasos de decenas de segundos. Estos pasos se deben tener en cuenta en cada FMU para sincronizar sus comunicaciones.
• La computación en la nube representa un retardo en el control del sistema y los posibles fallos de conexión dejan inoperativo el gemelo digital.
• El fabricante de cada equipo requiere adaptar su gemelo al sistema global requerido por cada cliente

Este artículo presenta un nuevo concepto de gemelo digital: el gemelo digital embebido (EDT). Este gemelo digital consiste en las siguientes partes:

1. El activo real sensorizado
2. La unidad de proceso del gemelo digital, que se sugiere una placa del tipo raspberry pi donde las simulaciones se ejecuten mediante FMPy (FMU Python) y se conecte a todos los sensores del activo.
3. Una conexión de red (ethernet) que proporcione una HMI a través de una web hospedada en la propia unidad de proceso y además conexión de datos TCP/IP para otros sistemas de alto nivel, bases de datos, nube, etc…

El activo se proporcionaría con la unidad de proceso integrada en el mismo y conectada al suministro eléctrico y a los sensores del equipo. Al instalarse el equipo, una conexión de red (ethernet) es proporcionada. El fabricante del equipo crearía un modelo de simulación que, una vez verificado y validado, sea convertido a FMU y embebido en el sistema operativo de la unidad de proceso.

Esta misma unidad de proceso puede usarse como unidad de control del equipo, y así reducir y estandarizar los componentes del mismo. Dentro de la unidad de proceso se configura como una web accesible a través de ethernet el HMI y también se configuran puertos de comunicación TCP/IP del gemelo digital embebido con otros sistemas de mayor nivel. Esto es especialmente útil en activos con cientos de equipos para llevar a cabo un control de alto nivel.

Esta arquitectura tiene la ventaja de independizar el equipo del resto del sistema, a la vez que proporciona los datos necesarios para poder ejecutar gemelos digitales a alto nivel. Por otro lado, el fabricante del equipo puede estandarizar su suministro, donde únicamente una descripción de su API para acceder a los datos es necesaria para integrar el equipo con otros sistemas de control/gemelo de alto nivel. Otra de las ventajas es la de proteger la propiedad intelectual de su gemelo, ya que el modelo no es accesible a través de la conexión de red, sólo sus resultados y datos de sensores serían accesibles. Además, la carga de trabajo del gemelo de alto nivel es considerablemente más baja y se proporciona una redundancia en sistemas críticos al descentralizar el gemelo digital.