Gemelos Digitales en la Industria 4.0: Un Análisis Comparativo de Siemens NX-Simit, Simumatik y Factory I/O

Esta entrada está disponible también en los siguientes idiomas: Euskara

Introducción

En este mundo cambiante y tecnológicamente avanzado en el que vivimos, las herramientas de modelado y simulación se han vuelto imprescindibles en la Formación Profesional. Estas soluciones permiten a los estudiantes adquirir habilidades prácticas en un entorno seguro y controlado donde pueden experimentar, cometer errores y aprender de ellos sin las consecuencias que tendrían en el mundo real.

Fig.1 Equipo SIF-401 junto a su gemelo digital creado en Simumatik

Una de las tecnologías clave que alimenta estas herramientas de modelado y simulación es la tecnología de los gemelos digitales. Un gemelo digital es una representación virtual de un producto, proceso o sistema que refleja su contraparte física en tiempo real. Esta tecnología se utiliza para simular, predecir, optimizar y visualizar sistemas, y resulta especialmente valiosa para la formación profesional por varias razones.

Primero, los gemelos digitales permiten a los estudiantes comprender mejor los sistemas y procesos que están estudiando, ya que pueden ver cómo funcionan en un entorno virtual. Segundo, los gemelos digitales pueden ser utilizados para realizar experimentos y pruebas en un entorno seguro y sin riesgo, lo que permite a los estudiantes aprender de sus errores y mejorar sus habilidades sin temor a causar daños reales. Tercero, los gemelos digitales también pueden ser utilizados para planificar y optimizar operaciones, lo que ayuda a los estudiantes a desarrollar habilidades de pensamiento crítico y resolución de problemas.

En este artículo analizaremos y compararemos las tres plataformas de simulación más utilizadas en la formación profesional en la actualidad: Siemens NX + Simit, Factory I/O y Simumatik. Cada una de estas plataformas tiene sus puntos fuertes y débiles, y pueden ser más o menos adecuadas, según las necesidades y los recursos específicos del módulo o la escuela.

Es importante mencionar que, aunque trataremos de ser lo más objetivos posible, esta revisión es solo nuestra opinión derivada de la imagen fija en este momento. Es posible que, en el futuro, esta comparación cambie por completo, o se cambien algunas de las características mencionadas en este artículo. Al igual que con cualquier industria en rápida evolución, las capacidades y características de las plataformas de simulación pueden cambiar con el tiempo, a medida que se desarrollen nuevas tecnologías e identifiquen nuevas necesidades en la capacitación en Automatización y Robótica Industrial, y Mecatrónica.

Esperamos que este análisis sea útil y que la perspectiva de este artículo sea valiosa para quienes planean utilizar estas plataformas en el aula. Sin embargo, animaría a los lectores a que hagan su propia investigación y prueben estas plataformas para determinar cuál puede ser mejor para sus necesidades y contexto específicos.

Antes de sumergirnos en el análisis de las tres plataformas, es fundamental aclarar las diferencias entre simulación y gemelo digital.

Simulación frente a gemelo digital:

Las simulaciones son representaciones simplificadas de un sistema, útiles para comprender ciertos comportamientos o aspectos del sistema. Las simulaciones generalmente se basan en modelos matemáticos y no necesariamente utilizan datos en tiempo real. Su objetivo principal es predecir el comportamiento de un sistema en diversas situaciones o condiciones.

Por otro lado, un gemelo digital representa una versión más detallada y holística de un sistema. Estos modelos replican el sistema físico y se actualizan constantemente con datos en tiempo real del sistema. Así, los gemelos digitales reflejan el estado actual del sistema y predicen el comportamiento futuro con mayor precisión.

Fig. 2 Simulación vs Gemelo Digital

Para ilustrar la diferencia, podríamos concebir una simulación como una «fotografía» del sistema en un momento específico, mientras que un gemelo digital se asemejaría más a un «video en vivo» que se renueva constantemente para reflejar el estado actual del sistema.

No obstante, es fundamental señalar que las diferencias entre simulaciones y gemelos digitales pueden presentar matices más sutiles en la práctica, y el uso de estos términos puede variar ligeramente dependiendo del contexto. Por ejemplo, algunas simulaciones podrían incorporar datos en tiempo real y ciertos despliegues de gemelos digitales podrían centrarse más en aspectos específicos del sistema que en otros.

2- Comparación Integral de Plataformas de Simulación: Siemens NX + Simit, Simumatik y Factory I/O

En este apartado analizaremos las tres plataformas mencionadas. Para ello tendremos en cuenta los siguientes aspectos:

• Capacidad para crear modelos, simular e integrar componentes.
• Curva de aprendizaje, usabilidad y opciones para compartir y clonar componentes.
• Tendremos en cuenta los costes de licencia y suscripción y el coste indirecto del equipo necesario para utilizar el software en el aula.

a. Siemens NX + Simit:

Siemens NX + Simit es una solución profesional e integrada, específicamente enfocada a sistemas mecatrónicos complejos, partiendo desde el diseño hasta la puesta en marcha de la máquina. Este paquete se destaca desde el punto de vista de la ingeniería integrada, ya que facilita la cooperación en las áreas de mecánica, electricidad y automatización. En la parte de simulación de PLC-s y robots, Simit complementa a NX con su capacidad de simulación de procesos.

Fig.3 Gemelo Digital creado con Siemens NX y Simit

Como software desarrollado para la ingeniería de sistemas complejos, la ventaja más notable de Siemens NX + Simit es que está completamente integrado con el hardware y el software de Siemens, lo que puede ser de gran interés para las escuelas que trabajan con Siemens, especialmente en todo el ciclo de fabricación de un sistema.  En Mecatrónica, por ejemplo, dado que se trata el diseño del sistema, la lógica y la puesta en marcha, el uso de este paquete de software tiene mucho sentido. Sin embargo, la inversión a realizar para su uso con los alumnos de un centro educativo frente a otras soluciones, teniendo en cuenta las prestaciones mínimas de los equipos necesarios para utilizar todo este software localmente, puede ser superior. En cuanto a la curva de aprendizaje, puede ser bastante empinada, especialmente debido a los conocimientos necesarios para dominar la herramienta, lo que podría conducir a una formación intensiva para los estudiantes.

Siemens NX + Simit nos permite personalizar modelos y trabajar en paralelo entre diferentes disciplinas, por lo que podemos personalizar nuestros modelos y construir nuestros propios equipos. Sin embargo, la plataforma no parece tener una funcionalidad explícita para compartir modelos de forma fácil y rápida, la única forma es compartir archivos creados en Siemens NX de forma tradicional, lo que puede limitar la utilidad de los modelos para la experimentación en el aula y el trabajo en grupo.

b. Simumatik:

Simumatik es una opción interesante para la Formación Profesional, por su accesibilidad, flexibilidad y enfoque modular. Como plataforma basada en la nube, los estudiantes pueden crear, programar y probar sistemas desde cualquier lugar. Esta flexibilidad es especialmente valiosa porque permite ofrecer recursos y aprendizaje a distancia, de modo que los estudiantes tengan la oportunidad de acceder a recursos fuera del aula. Además, Simumatik permite una fácil integración de componentes de múltiples fabricantes, brindando a los estudiantes una valiosa experiencia práctica con diferentes sistemas y tecnologías.

Fig. 4 Gemelo Digital creado por CIFP Usurbil con Simumatik en los pilotajes de «Construye tu propio laboratorio virtual»

Dado que Simumatik es una plataforma basada en la nube, el pago del software se realiza mediante la contratación de suscripciones anuales y esto repercute directamente a su favor en la inversión en hardware y en el coste de mantenimiento del software. Además, Simumatik permite la integración con muchas marcas y soluciones, como  PLC-s de Siemens, CODESYS y muchas otras marcas de PLC con las que podemos trabajar, lo que le otorga una flexibilidad considerable. Cuando se trata de la curva de aprendizaje, la curva de Simumatik es más plana gracias a su interfaz intuitiva y la gran cantidad de recursos de capacitación disponibles. También cabe señalar que Simumatik permite el uso de sistemas públicos de forma gratuita, lo que lo hace aún más atractivo en términos de costo y recursos disponibles.

Cuando se trata de la capacidad de compartir, clonar y personalizar modelos, Simumatik sobresale en esta área. Los usuarios pueden trabajar en sistemas en tiempo real y tener acceso 24/7 a recursos basados ​​en la nube. Además, la plataforma permite a estudiantes y docentes digitalizar laboratorios físicos y ampliar los recursos educativos, facilitando aún más el trabajo colaborativo y la experimentación. Actualmente el modelado 3D de Sistemas se realiza fuera de Simumatik, utilizando otro software.

c. Factory I/O:

Factory I/O es una herramienta interesante para enseñar los conceptos básicos del gemelo digital y permite a los estudiantes experimentar con el modelado y la simulación. En nuestra opinión, es especialmente útil en la fase inicial del entrenamiento. Gracias a su enfoque práctico y la biblioteca que proporciona, los estudiantes pueden crear escenarios de capacitación basados ​​en los componentes y sistemas que dispone en dicha biblioteca. Construir máquinas personalizadas es más complejo y esto puede ser su principal desventaja.

Fig. 5 Gemelo Digital creado en Factory I/O

En términos de precio, Factory I/O es probablemente la más económica de las tres opciones. A pesar de ser una opción económica, el gemelo digital ofrece una variedad de características y funcionalidades que facilitan la enseñanza de contenidos básicos. La interfaz fácil de usar y las herramientas de edición 3D intuitivas brindan una curva de aprendizaje fluida para que los estudiantes puedan comenzar rápidamente a crear y simular sistemas industriales.

Aunque la plataforma ofrece herramientas para construir y modificar escenas, no se menciona explícitamente que ofrece funcionalidad para compartir y clonar modelos.

3. Conclusión

Tras analizar las características clave, facilidad de uso, costes, y capacidades de personalización y colaboración de las tres plataformas de simulación, hemos llegado a varias conclusiones importantes.

Características	Siemens NX+Simit	Simumatik	Factoy I/O
Grado de integración de la solución	Alta	Moderada	Baja
Compatibilidad con otras marcas	Moderada	Alta	Baja
Capacidad para construir tu sistema propio	Alta	Alta	Moderada (basada en la librería que dispone)
Curva de aprendizaje	Alta	Baja	Baja
Facilidad de uso	Moderada	Alta	Alta
Costes de licencia/Suscripción	Moderada	Moderada	Baja
Costes de hardware y mantenimiento	Alta	Baja	Alta

Siemens NX + Simit es una solución robusta y avanzada que sobresale en ingeniería integrada y simulación de sistemas mecatrónicos. La integración completa con otros productos de Siemens es un punto fuerte, ya que permite un flujo de trabajo fluido y consistente. Sin embargo, esta integración puede no ser tan sólida con otras marcas. Su curva de aprendizaje puede ser empinada y puede ser una mayor inversión a largo plazo, especialmente debido a los requisitos de hardware y la capacitación intensiva requerida. A pesar de estos desafíos potenciales, el modelo ofrece grandes capacidades de personalización, lo que puede ser una gran ayuda para la experimentación y el aprendizaje. Esta solución podría ser particularmente adecuada para las escuelas que ya trabajan con productos de Siemens.

Factory I/O es una herramienta atractiva que proporciona una amplia gama de escenas y componentes industriales listos para usar para el diseño y la simulación de escenarios. Es bastante fácil de usar y tiene un coste relativamente bajo, por lo que diría que sería más adecuado para la formación inicial. No parece ofrecer una funcionalidad explícita para compartir y clonar el modelo, por lo que es más limitado para la colaboración y experimentación en el aula. Esta puede ser una buena opción para los cursos de automatización y robótica industrial y mecatrónica si está buscando una solución de simulación asequible y fácil de usar.

En esta comparativa, Simumatik destaca en los siguientes aspectos: facilidad de uso, posibilidad de personalizar y crear modelos propios, colaboración entre alumnos e instituciones y excelente relación coste/precio. La plataforma ofrece a los usuarios acceso las 24 horas del día, los 7 días de la semana, a sistemas en tiempo real y recursos basados ​​en la nube, lo que la convierte en la herramienta perfecta para el aprendizaje remoto. Además, gracias a las posibilidades que ofrece Simumatik para trabajar con otras marcas, por ejemplo con soluciones como CODESYS, la convierten en una herramienta muy interesante, sobre todo en el ciclo de ARI y el ciclo de Mecatrónica. Finalmente, el hecho de que los sistemas públicos de Simumatik sean de uso gratuito la hacen aún más atractiva en términos de coste.

En general, si consideramos el equilibrio entre funcionalidad, facilidad de uso y flexibilidad, creemos que Simumatik es una opción muy adecuada para la capacitación en estas áreas. Sus capacidades de accesibilidad, personalización y colaboración y su relación coste/rendimiento lo hacen particularmente atractivo para los docentes. Sin embargo, cabe señalar que la elección final dependerá de las necesidades y recursos específicos de cada escuela o institución.