Читать книгу Inteligencia artificial y defensa. Nuevos horizontes - José Luis Domínguez Alvarez - Страница 65

Dentro del ámbito de la seguridad, el gemelo digital establece un nuevo paradigma para el mantenimiento, el entrenamiento y la logística en el ámbito militar. Dicho contexto genera beneficios no solo en el ahorro de costes de operación en mantenimiento, sino en la toma de decisiones relativa a la vida útil de los mismos a fin de evitar fallos. Paralelamente dichos modelos 3D ofrecen la posibilidad de ampliar la formación del personal de mantenimiento, mediante entrenamientos personalizados en entornos de realidad virtual y/o aumentada (VR/AR) simulando las condiciones reales a las que se van a enfrentar.

Como ejemplo concreto del mismo, el empleo de un gemelo digital permite prolongar la vida útil de los componentes de la flota (ej. aviones, helicópteros, tanques,…), mediante los modelos 3D asociados, no a la estructura en sí (ej. el propio avión), sino a cada componente individual (ej. frenos, hidráulicos…) y como se interrelacionan.

En este ejemplo concreto del gemelo digital, la primera etapa pasa por desensamblar por completo el fuselaje para escanear en 3D cada una de las piezas de la estructura, para luego conformar la réplica digital del mismo. Dicha operación no es tan sencilla como se podría pensar, ya que el resultado de un escaneado 3D es un conjunto de puntos aislados que tienen que ser transformados en modelos sólidos paramétricos junto con información adicional más allá de la puramente geométrica, como, por ejemplo; material de construcción. Asimismo, es necesario el establecimiento de relaciones entre dichos modelos (ej. topología, reglas de mantenimiento) que permitan dotarlos de dinamismo.

Una vez conformado el gemelo digital se abre un nuevo abanico de opciones para apoyar la toma de decisiones de los mandos:

– Mantenimiento predictivo. Mediante simulaciones numéricas apoyadas en inteligencia artificial, se puede predecir cuándo se deberá realizar la sustitución de la pieza en base a sus condiciones de uso real. A tal fin, será necesario realizar su monitorización mediante sensores.

– Inspección. El disponer de un gemelo digital del elemento, permite que, tras su etapa de uso, se pueda volver a escanear las piezas para comparar con el gemelo digital y ver si el desgaste se ajusta al esperado por el tiempo de operación o si se detecta algún otro fallo potencial a mayores.

– Construcción bajo demanda. Una de las ventajas del gemelo digital es la posibilidad de poder manufacturar piezas que ya estén fuera de producción con el objeto de prolongar la vida útil de la máquina, especialmente en el contexto militar donde los proveedores suelen ser pocos (o únicos) y las dificultades para conseguir determinadas piezas son enormes. Sin olvidar, que muchos de estos elementos provienen de diseños realizados en plano/2D por lo que no se dispone de un modelo 3D del mismo para este fin.

– Fabricación aditiva. Íntimamente relacionado con el punto anterior. El disponer del gemelo digital de todas las piezas ofrece la opción de que la pieza de reemplazo se produzca por fabricación aditiva (impresión 3D). Además, gracias al mantenimiento predictivo, se puede predecir el rendimiento de la nueva pieza (dados sus materiales y técnicas de fabricación) y su desgaste por uso.

– Personalización. Además, mediante las posibilidades de fabricación aditiva e ingeniería inversa es posible modificar las piezas y/o producirla de forma rápida en escenarios que así lo requieran (ej. conflictos bélicos). Gracias a los datos recogidos por la sensórica integrada, y las simulaciones numéricas, el personal puede entender mejor por qué determinadas piezas se desgastan más, identificando las causas y procediendo a la propuesta de mejoras que las subsanen o minimicen.

– Mejora continua. El disponer de un gemelo digital permite analizar y predecir el rendimiento de los subsistemas y/o piezas individuales, que mediante inteligencia artificial puedan mejorar su rendimiento en última instancia. No olvidemos que una las operaciones más comunes será la de la reparación de la pieza, en la que el aprendizaje máquina junto con los avances en robótica permita mejorar los tiempos de reparación.

– Cooperación con los fabricantes. Más allá del proceso interno de mantenimiento, logística, y diagnósticos de la flota, el resultado de los análisis realizados sobre el gemelo digital puede compartirse con los fabricantes de cara a la producción de sistemas más fiables y de mejor rendimiento en el futuro.

– Entrenamiento. Los modelos 3D incluidos en el gemelo digital también se pueden emplear para el entrenamiento del personal, formándoles en las tareas de mantenimiento (ej. piezas, orden de sustitución…) simulando mediante VR/AR los escenarios complejos a los que se van a enfrentar. No obstante, dichas operaciones también se pueden extrapolar al soldado con el ensamblaje de su sistema de armas. Pero no solamente el gemelo digital es de especial relevancia en el ámbito de los componentes de las flotas militares, sino también es de aplicación directa en sus instalaciones críticas. Dichas instalaciones, con independencia de si refieren al ámbito civil o militar, abarcan desde centrales energéticas (ej. nuclear, hidroeléctrica, térmica, solar…), sus líneas de transmisión, refinerías, centrales químicas… requieren también de una monitorización continua para apoyar la toma de decisiones relativas a su mantenimiento, y a garantizar que la infraestructura es segura tanto para los operarios como para la región en la cual está ubicada. Además, el gemelo digital redundaría en una reducción de los costes asociados dichas tareas de inspección en entornos complejos y desatendidos al hacer dicha operación más precisa y exacta, y al prescindir de las prácticas tradicionales de mano de obra. Y sin olvidar, de que, en el contexto de la pandemia, la reducción del personal presencial genera beneficios indirectos para la salud pública y sin olvidar el impacto medioambiental, al reducir la necesidad de desplazamiento de los inspectores y técnicos. A modo de resumen, todo el flujo de trabajo indicado anteriormente se puede sintetizar en el gráfico recogido en la Figura 4.

Figura 4: Integración del gemelo digital en las tareas de mantenimiento en el ámbito de la seguridad.

A modo de conclusión, el gemelo digital está actuado como medio de transición entre el acercamiento antiguo (basado en planos 2D) más que como plataforma de trabajo, por lo que todas las posibilidades y potencialidades que ofrece están aún sin explotar. No obstante, en cuanto se integre completamente en los sistemas de toma de decisión de los mandos del ámbito de la seguridad, dará lugar a un cambio en la vida útil de los componentes de la flota gracias a una retroalimentación y mejora continua, sin sacrificar el coste. Pero como contrapartida, no hay que olvidar que la base de datos asociada al gemelo digital es susceptible de ataques cibernéticos, por lo que se crea paralelamente una necesidad de protección adicional del mismo, y/o su almacenamiento aislado.

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3. AENOR. UNE-EN ISO 3834-2:2006. Requisitos de calidad para el soldeo por fusión de materiales metálicos. Parte 2: Requisitos de calidad completos. ISO 3834-2:2005. Madrid: AENOR, 2006.

4. AENOR. UNE-EN ISO 3834-1:2006. Requisitos de calidad para el soldeo por fusión de materiales metálicos. Parte 1: Criterios para la selección del nivel apropiado de los requisitos de calidad. ISO 3834-1:2005. Madrid: AENOR, 2006.

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