Un Gemelo Digital podría ayudar a comprender mejor la realidad en la que trabajamos, con el fin de justificar mejor nuestras decisiones. (Getty Images)
¿Puede un Gemelo Digital ayudar a los puertos a mejorar su eficiencia?
El Gemelo Digital es una de las soluciones más prometedoras en el campo de la digitalización. Puede ser útil para diferentes actividades portuarias, proporcionando un apoyo esencial en la mejora de la eficiencia. Sin embargo, existen algunos obstáculos que podrían frenar su desarrollo.
Publicado el
19.10.2023
Chiara Saragani es investigadora del CENIT y doctorando en digitalización del Puerto de Barcelona.
Un Gemelo Digital podría ayudar a comprender mejor la realidad en la que trabajamos, con el fin de justificar mejor nuestras decisiones. (Getty Images)
¿Qué es un Gemelo Digital?
Un Gemelo Digital es una representación virtual de un entorno físico. Esta tecnología pretende reproducir el comportamiento del mundo real y se actualiza constantemente con datos en tiempo real, para ser siempre fiel a lo que está representando.
De hecho, podría hacer un seguimiento de los acontecimientos pasados, presentes y futuros, y tener la capacidad de evaluar, optimizar y predecir la información. Como consecuencia de sus características, un Gemelo Digital podría ayudarnos a comprender mejor la realidad en la que trabajamos, con el fin de justificar mejor nuestras decisiones.
Un Gemelo Digital no sólo puede utilizarse como soporte para la evaluación de escenarios, sino que también puede influir directamente en el mundo real. De hecho, es capaz de tomar decisiones por sí solo, utilizando información procedente del entorno.
Las ventajas que se derivan de un Gemelo Digital también pueden ser aprovechadas por los puertos. Algunas autoridades ya han implantado esta tecnología, aplicando sus soluciones a diferentes aspectos y sectores dentro de un entorno portuario.
UN GEMELO DIGITAL PODRÍA MEJORAR LA EFICIENCIA DE LAS ACTIVIDADES PORTUARIAS...
Un Gemelo Digital tiene el potencial de abarcar una amplia gama de actividades en diferentes sectores. De hecho, sus funcionalidades pueden variar desde la simple notificación de datos hasta la predicción de escenarios. Cada una de sus competencias tiene un grado de complejidad diferente.
Algunas de sus principales características son las siguientes:
- Visualización de datos. Esta actividad consiste en optimizar la organización de los datos y presentarlos a través de distintos tipos de interfaces de usuario. En este paso, la tecnología podría garantizar la actualización continua de dicha información mediante la recogida de datos en tiempo real.
- Simulación. Los datos recogidos de un entorno real no sólo pueden reproducir lo que está ocurriendo, sino también estimar lo que podría ocurrir en el futuro como consecuencia de diferentes elecciones. Por tanto, puede crear diferentes escenarios simulados para ayudar a las personas a explicar mejor sus decisiones.
- Análisis de datos. Partiendo de datos brutos, un Gemelo Digital puede agregarlos, lo que da lugar a una información de mayor calidad, que puede integrar datos de diferentes fuentes. Además, se pueden aplicar diferentes técnicas estadísticas y/o lógicas.
- Toma de decisiones. Un Gemelo Digital puede tomar decisiones, por lo que puede determinar cuándo son necesarias algunas acciones. Por ejemplo, llamar a la policía cuando se produce un accidente.
- Automatización. Esta tecnología podría automatizar aquellas acciones que no necesitan intervención manual, mejorando la eficiencia en determinados departamentos y reduciendo las pérdidas de tiempo.
- Predicción. El Gemelo Digital podría incluir algoritmos de aprendizaje automático capaces de predecir eventos futuros, proporcionando una ventaja estratégica al permitir la toma de decisiones a tiempo. El modelo mejoraría continuamente con el tiempo a través de un entrenamiento autónomo.
- Gestión de la seguridad. Una de las formas en que un Gemelo Digital recopila datos es a través de sensores. De esta forma, la información captada de estos dispositivos podría ayudar a informar rápidamente a las autoridades en caso de accidente.
- Almacenamiento y gestión de datos. Los datos podrían almacenarse en un Gemelo Digital, que podría optimizar la recogida de esta información, con el fin de gestionar los datos de forma autónoma para ampliar el espacio de almacenamiento disponible.
... PERO, ¿CUÁLES SON SUS PUNTOS DÉBILES?
Aunque el Gemelo Digital es una de las tecnologías más prometedoras de la actual era de la digitalización, aún se encuentra en sus primeras fases de implantación. Ya se conocen las principales ventajas de esta tecnología, pero existen algunos obstáculos.
En primer lugar, un Gemelo Digital gestiona enormes cantidades de datos procedentes de muchas fuentes del entorno real. En efecto, los datos pueden proceder de sensores, análisis estadísticos, documentos, etc. La gestión de estas grandes cantidades de información requiere expertos capaces, primero de limpiar los datos, luego de utilizarlos y, por último, de almacenarlos eficazmente.
Además, esta tecnología requiere grandes inversiones, no sólo en las primeras fases, sino también durante su operatividad.
Otro factor importante para implantar un Gemelo Digital es que pueda integrarse en la infraestructura informática existente de su entorno operativo. Por el contrario, si no se integra correctamente puede dar lugar a la duplicación del desarrollo de herramientas y a costes más elevados.
Además, para un uso óptimo de esta tecnología, se necesitan usuarios competentes. En efecto, un Gemelo Digital no sólo requiere técnicos para su correcta implantación, sino también usuarios finales experimentados capaces de trabajar con él.
Sin una formación adecuada, las personas no entenderán por qué la inversión en un Gemelo Digital podría ser útil para mejorar la eficiencia, y no podrían aprovechar los servicios de la tecnología.
Por último, una cuestión importante para el uso de un Gemelo Digital en los puertos es la variedad de partes interesadas que trabajan en ellos. En efecto, los datos pueden proceder de muchos actores (como la autoridad portuaria, las terminales, los servicios portuarios, etc.) y cada una de estas entidades tiene diferentes tipos de información y procedimientos de recogida de datos. Un riesgo potencial en la implantación de Gemelo Digital es la imposibilidad de conectar todos los aspectos del entorno portuario.
ALGUNOS CASOS DE APLICACIÓN DEL GEMELO DIGITAL EN LOS PUERTOS
En el sector portuario, algunos casos de uso están ya en fase de desarrollo. Estos ejemplos abordan algunas de las funcionalidades descritas anteriormente. Sin duda, debido a la gran variedad de actividades que puede abarcar un Gemelo Digital, cada piloto, así como su enfoque, es diferente. En otras palabras, con respecto al medio ambiente, las autoridades portuarias han adoptado diferentes estrategias para aprovechar esta tecnología.
En 2020, el Puerto de Amberes-Brujas puso en marcha APICA, el Gemelo Digital que será capaz de supervisar completamente la totalidad de la actividad que se desarrolla en los límites del puerto.
Más concretamente, la nueva tecnología es capaz de representar información de diferentes capas geográficas -es decir, agua, medio ambiente, carreteras, ferrocarriles y naturaleza- e informa diariamente de datos actualizados como las condiciones meteorológicas y el flujo de tráfico actual, tanto en el lado marítimo como en el interior.
Además, es capaz de detectar alertas dentro del puerto y, en caso de que sea necesaria una inspección, puede enviar un dron para comprobar el entorno. Esta actividad también es posible gracias a la interconexión de diferentes sensores instalados en el territorio portuario.
El objetivo general es optimizar las actividades dentro del puerto, monitorizando factores como la eficiencia de la energía en tierra, el nivel actual de energía almacenada por las turbinas eólicas y otras tareas que se beneficiarán en el futuro de los modelos de predicción.
El Port de Barcelona está desarrollando un Gemelo Digital para calcular las emisiones producidas por cada buque que entra o sale del puerto. Más concretamente, el proyecto tiene cuatro objetivos principales, que son:
- Automatización del cálculo de las emisiones portuarias: la utilización del Gemelo Digital permitirá alcanzar los resultados deseados.
- Dispersión de las emisiones en la ciudad: se analizarán las emisiones procedentes de los buques que se dirijan a la ciudad, en función del factor viento diario.
- API abierta con interfaz de usuario: los datos procedentes del Gemelo Digital estarán disponibles para su descarga por todo el mundo y también se representarán con una interfaz de usuario.
- Modelización de predicciones: El paso futuro será la predicción de las emisiones que se producirán en el puerto con respecto a las llegadas programadas.
La herramienta anterior desempeñará un papel importante en el seguimiento de las emisiones, con el objetivo de reducirlas en el futuro. Además, abrirá posibles colaboraciones entre el puerto y la ciudad, en relación con las futuras estrategias hacia la descarbonización. Por último, ofrecerá una imagen transparente del propio puerto.
La iniciativa es uno de los proyectos en los que el Port de Barcelona participa activamente como parte del proyecto europeo PIONEERS.
El Gemelo Digital del Puerto de Qingdao tiene diversos objetivos para la optimización de las actividades de la terminal.
En primer lugar, es capaz de recoger información en tiempo real procedente de diferentes sistemas operativos, con el fin de proporcionar resultados finales derivados de la agregación de diferentes recursos. Por otra parte, los datos procedentes del mundo físico se recogen en el nuevo sistema con el fin de reproducir sincrónicamente la situación de los procesos operativos en curso. Por último, los resultados reales se utilizan para controlar los virtuales y corregir el sistema en caso de fallo.
Los procedimientos anteriores son necesarios para la visualización y trazabilidad de los datos. El sistema global permite monitorizar el puerto y cómo se utilizan sus herramientas. Además, se pueden desarrollar diferentes simulaciones para analizar cómo optimizar la productividad de las terminales.
Uno de los ejemplos de utilización de un Gemelo Digital en las terminales portuarias es la optimización de los recorridos de los AGV en el sistema. Su información se transmite constantemente gracias a la conexión 5G, que permite una visión completa del entorno. De hecho, el Gemelo Digital es capaz de optimizar los recorridos de los AGV, las tasas de utilización y el consumo de energía, supervisando las siguientes actividades:
- Espera inactiva.
- En movimiento hacia la grúa del muelle.
- En espera operativa.
- Entrega de contenedores con grúa de muelle en funcionamiento.
- Traslado a la grúa ferroviaria.
- A la espera de la grúa ferroviaria.
- Entrega de contenedores con grúa ferroviaria.
El Puerto de Singapur está trabajando con sus Institutos de Enseñanza Superior para desarrollar un Gemelo Digital compuesto por tres capas principales, que son la superficie del mar, del aire y la capa submarina. Está previsto aplicar diferentes casos de uso en el futuro, y uno de ellos es el uso de drones para servicios marítimos.
Además, el Puerto de Singapur espera que el Gemelo Digital se convierta en un "laboratorio viviente", que podría ser utilizado por las empresas emergentes para probar, evaluar y desarrollar sus iniciativas. Esta importante herramienta podría ayudarles a analizar los beneficios que pueden ofrecer al propio puerto y dónde hay potencial de mejora.
La estructura técnica del Gemelo Digital incluirá un modelo híbrido, se compone de los siguientes elementos:
- Datos tanto online como offline procedentes de IoT y sensores.
- Modelo físico.
- Modelo basado en eventos/Modelo basado en agentes.
El nuevo sistema podrá evaluar y optimizar las actividades y también controlar en tiempo real lo que ocurre en el puerto. El sistema hará que el puerto sea más resiliente y capaz de responder a posibles eventos disruptivos.
Por último, el Gemelo Digital se desarrollará utilizando el marco O2DES.NET, que se emplea para la simulación de eventos discretos orientada a objetos. Este tipo de modelo es capaz de describir con precisión la estructura y el comportamiento de un sistema.
El Puerto de Rotterdam comenzó a desarrollar su Gemelo Digital en 2018, con la creación de una plataforma IoT basada en la nube, junto con IBM, Esri Cisco y Axians. El Gemelo Digital comenzó ofreciendo datos hidrológicos y meteorológicos. Sin embargo, la plataforma se utilizará para diferentes propósitos en el futuro, como la reducción del tiempo de espera, la optimización del amarre y la mejora de la carga y la salida.
Actualmente, una de las aplicaciones implantadas procede de la colaboración con Twinn (una solución de software marítimo), destinada a desarrollar un Gemelo Digital para mejorar la seguridad de los atraques. Más concretamente, la nueva tecnología controla los buques durante su tiempo de atraque, combinando cálculos hidrodinámicos y previsiones meteorológicas.
Los datos recogidos ayudan a predecir la dinámica de los buques durante su estancia en el puerto, a tener una visión total de los buques actuales y a mejorar su ubicación con respecto a sus posibles movimientos futuros durante su estancia.
Los casos de uso anteriores demuestran la amplia gama de aplicaciones de un Gemelo Digital en un puerto. Además, pueden confirmar que es posible superar los retos de esta tecnología. ¿Cuántas cosas más podemos conseguir con otras aplicaciones del Gemelo Digital?
