Digital Twin i indústria 4.0

Les següents reflexions  s’enquadren en un aspecte específic del sector de la robòtica, que és  la formació en un context de postgrau/màster en Indústria 4.0, en particular l’impartit a la UPC School.

La decisió presa al mes de març de realitzar les sessions formatives via online va impedir que els alumnes poguessin tocar i observar físicament el comportament dels robots, cosa que, inicialment va ser plantejat com un factor que podria restar qualitat a l’acció formativa. La metodologia seguida fins a la pandèmia seguia un esquema de classe invertida (flipped classroom), que consistia a realitzar un aprenentatge inicial basat en un treball previ amb material de campus virtual, l’aplicació d’aquests coneixements mitjançant un simulador i la culminació amb una classe presencial on els alumnes podien programar el robot real i veure el seu comportament en entorn real. Es va optar per canviar l’experiència de presencial a telepresencial, on el docent transmet en directe per vídeo el comportament del robot real, utilitzant una càmera fixa i un smartphone com a càmera mòbil. La incorporació d’elements de realització d’un producte audiovisual havia de compensar la manca de contacte visual i físic amb el robot.

Sovint sorgeix el debat de si el que és virtual pot substituir al que és real. El sector aeronàutic ens ha demostrat que sí que és possible. El primer simulador de vol es va construir el 1929, i l’any 2018 Indra, un dels líders mundials del sector, va presentar el seu simulador de nivell D (Full Flight Simulator) per l’Airbus A320, un dels models més venuts a la història, introduït l’any 1987. Aquest tipus de simuladors s’aproximen tant als sistemes reals que permeten la formació completa d’un pilot, i assoleixen l’excel·lència en les tres dimensions de la fidelitat d’un simulador: la fidelitat física, la cognitiva i la funcional. La primera es pot obtenir mitjançant cabines governades per cilindres hidràulics, la segona consisteix a reproduir estats emocionals similars als que es produeixen en situacions reals i que afecten la presa de decisions, utilitzant si calen sistemes immersius de realitat virtual, i la tercera es centra en la part conceptual del funcionament dels sistemes.

Des de la direcció acadèmica ens plantegem les següents preguntes: Quin és el nivell mínim de fidelitat en cadascuna de les dimensions de les simulacions per a optar a un nivell d’excel·lència en la formació de postgrau generalista en Indústria 4.0? Són assolibles aquests nivells mínims amb simuladors 100% digitals, és a dir, només amb software?. Respecte a la primera pregunta, convenim que la dimensió prioritària és la funcional, la qual s’ha d’adaptar al nivell d’abstracció i profunditat marcat pel pla d’estudis, la segona és la cognitiva, de la que hi pot haver demanda més o menys puntual de certes activitats de rol durant la formació, i finalment la física, que en general serà substituïda per simulacions i continguts audiovisuals.

El concepte de bessó digital (Digital Twin) està emergint amb força en la Indústria 4.0, i té característiques suficients per a donar resposta a les preguntes anteriors. D’una banda inclou simuladors, basats en models teòrics generalment de tipus causal, que constitueixen el que s’anomena Digital Master, i d’una altra banda inclou dades obtingudes de la realitat, que donen lloc a models estadístics i/o d’aprenentatge automàtic, que s’anomena Digital Shadow. La interacció entre un i l’altre (DM i DS) permet el continu calibrat dels models de simulació, el que ajuda a millorar i garantir la seva fidelitat en el temps. El bessó digital esdevé doncs l’artefacte central en la formació generalista d’Indústria 4.0, i ofereix tres aproximacions al coneixement a través d’ell: d’una banda la seva utilització proporciona coneixement principalment pràctic del món real, d’una altra banda, el seu disseny i construcció requereix un coneixement profund principalment teòric de la dimensió funcional, i finalment la combinació i integració de bessons digitals ja existents, ofereix un enorme potencial de generació de nou coneixement tant teòric com pràctic. A causa de la poca fricció que ofereix la interacció digital, s’obren noves formes de creació de valor, que són la base de les denominades organitzacions exponencials (EXOs).

El sector de la robòtica ofereix una oportunitat magnífica de fer possible que la indústria faci un salt de gegant en la incorporació del bessó digital, gràcies a la iniciativa ROS (Robot Operating System), que inclou tots els elements per a ser la base d’un ecosistema. Cada cop hi ha més iniciatives per a incorporar en les simulacions de ROS, elements que no són estrictament robòtics, com maquinària convencional o simulacions biomecàniques de persones, permetent projectes interdisciplinaris. Hi ha la possibilitat real de fer participar tant empreses i institucions grans com petites, de forma transversal, que doni lloc a una espècie de Matrix industrial pel nostre teixit, que hauria de comptar amb la complicitat del col·lectiu d’experts en Indústria 4.0. A casa nostra hi ha un talent molt remarcable que està treballant en el control de sistemes físics en ROS, així com desenvolupadors i investigadors que treballen en els simuladors de ROS, tant amb execució local com en el núvol. La reflexió ens porta a pensar en la possibilitat de promoure des de la Comissió Indústria 4.0 una iniciativa, amb la complicitat de l’administració, per simplificar l’ús i accés de ROS, fer entrar a les PIMEs, que quan desenvolupin els seus sistemes, utilitzin el bessó digital, permetent que els seus clients també ho facin, i així successivament, creant un efecte cadena.

La hipòtesi que la pràctica totalitat de les operacions industrials es concebran, es vendran i s’operaran en un futur mitjançant bessons digitals, és congruent amb contexts de teletreball i teleformació. En aquest escenari de transformació digital que la pandèmia de la COVID-19 ha accelerat (almenys en el nostre cas), ROS té el potencial de ser protagonista pel potencial de la seva comunitat. A nosaltres ens agradaria estendre ROS més enllà de les classes específiques de robòtica i integrar-hi la resta d’artefactes digitals utilitzats en el postgrau i màster en Indústria 4.0.

CAPTCHA
This question is for testing whether or not you are a human visitor and to prevent automated spam submissions.