Cómo los fabricantes de equipos originales (OEM) de aviación pueden utilizar gemelos digitales para optimizar la fabricación

Tecnología de gemelos digitalesEstá reescribiendo silenciosamente las reglas de la fabricación aeroespacial. Antaño un concepto futurista, los gemelos digitales son ahora herramientas cruciales para los fabricantes de equipos originales (OEM) de aviación que buscan reducir los costos de producción, acelerar el tiempo de comercialización y mejorar la confiabilidad de las aeronaves.

Los gemelos digitales son modelos virtuales basados en datos que replican sistemas físicos y aprenden continuamente de la información del mundo real para ayudar a los fabricantes de equipos originales (OEM) a simular resultados, probar diseños y predecir las necesidades de mantenimiento mucho antes de que se construya o implemente cualquier hardware físico. También pueden probar nuevas distribuciones de planta para observar el impacto en la producción.

Empresas como Airbus, Rolls-Royce, Siemens y Bell ya están cosechando los frutos. Airbus ha reducido drásticamente los plazos de producción de sus programas A320 y A350 utilizando modelos digitales de ciclo de vida completo.Sala de prensa de Airbus), y Siemens afirma que los gemelos digitales han reducido los costos de reelaboración de ingeniería del 20% a solo el 1% para algunos clientes aeroespaciales (Noticias internacionales de aviación).

Este artículo explora cómo los fabricantes de equipos originales (OEM) de aviación están utilizando gemelos digitales para diseñar y construir aeronaves de forma más rápida y segura, y capacitar a la próxima generación de profesionales de la aviación.

¿Qué son los gemelos digitales y por qué son importantes?

Un gemelo digital es una réplica viva y en evolución de un objeto, proceso o sistema físico que simula el comportamiento real mediante un flujo continuo de datos en tiempo real. En aviación, esto podría significar un gemelo de un motor o de una línea de producción completa.

Los gemelos digitales son posibles gracias a tecnologías como sensores del IoT (Internet de las Cosas), algoritmos de IA y ML (Aprendizaje Automático), y análisis en la nube. Estos permiten a los fabricantes replicar virtualmente todo, desde el flujo de aire de las alas hasta las nuevas dimensiones de los carritos de bebidas, antes de comenzar las construcciones físicas. Estos modelos son dinámicos, se actualizan constantemente con datos operativos y están vinculados a simulaciones que abarcan un sinfín de escenarios.

Para los fabricantes de equipos originales (OEM), el valor es evidente. En lugar de depender de ensayos costosos y lentos, pueden validar los diseños digitalmente y evitar errores costosos.

En Siemens, el software de gemelo digital está ayudando a empresas emergentes como JetZero a aspirar a un plazo de certificación de aeronaves de solo cinco años, lo que es significativamente más rápido que los programas tradicionales como el Boeing 787 o el Airbus A350 (Noticias internacionales de aviación).

Todd Tuthill, vicepresidente de la industria aeroespacial, de defensa y marina de Siemens Digital Industries Software, dice que su tecnología puede construir y certificar un avión de fuselaje de ala combinada con capacidad para 250 pasajeros "en dos tercios del tiempo que les tomó [a otros fabricantes de equipos originales] certificar sus últimos diseños desde cero".

Tuthill atribuye estos plazos ajustados a sus tecnologías superiores de gemelos digitales y afirma que ahora pueden "volar aviones antes de que se construyan", mucho antes de que exista la fábrica.

El gemelo digital también es un componente central de la iniciativa "IntelligentEngine" de Rolls-Royce. La empresa utiliza datos de sensores y análisis en tiempo real para simular el comportamiento de los motores en condiciones extremas, superando con creces las pruebas físicas tradicionales.Medios de comunicación de Rolls-Royce).

Nick Ward, vicepresidente de sistemas digitales de Rolls-Royce, explica:Fabricación y diseño aeroespacialque permite menos prototipos, plazos más rápidos, mejor rendimiento y un mayor retorno de la inversión (ROI).Diseño de fabricación aeroespacial).

Sus motores a reacción están tan bien diseñados y mantenidos, afirma Ward, que el motor Rolls-Royce Trent puede dar la vuelta al mundo más de 1000 veces entre "eventos importantes del motor". El sistema de pronóstico multivariable de la compañía puede mapear el rendimiento de las piezas y proporcionar una fecha límite de mantenimiento predictivo precisa, con precisión hasta el número de pieza individual.

Acelerando el diseño de aeronaves con confianza virtual

Los gemelos digitales están transformando la forma en que los fabricantes de equipos originales (OEM) abordan las primeras etapas del diseño aeronáutico. En Airbus, los ingenieros utilizan simulaciones basadas en la física y modelos 3D detallados para agilizar los ciclos de diseño y reducir los problemas de calidad, especialmente en las familias A320 y A350.Sala de prensa de Airbus).

El FlightLab de Airbus, un helicóptero H130 modificado, se ha utilizado para probar sistemas de autonomía, sistemas de prevención de impactos de rotor y controles simplificados de vuelo por cable. Mientras tanto, su demostrador DisruptiveLab se centra en la reducción de la resistencia aerodinámica y las emisiones de CO₂. La compañía estima que DisruptiveLab podría reducir el consumo de combustible en un 50 % en comparación con los diseños actuales.Vertical).

Rolls-Royce adopta un enfoque similar en el desarrollo de motores (Medios de comunicación de Rolls-Royce). El vicepresidente Nick Ward afirma: «Diariamente, las aerolíneas reciben información nueva y precisa, que el programador de mantenimiento procesa sin problemas».

Los informes iniciales de Rolls-Royce muestran un enorme progreso: las integraciones de datos están ampliando significativamente la vida útil de los motores y otros componentes costosos, incluso aumentando el tiempo hasta el primer desmontaje del motor en casi un 50 % (Fabricación y diseño aeroespacial).

"Con este nivel de monitoreo y datos", afirma Ward, "sus anteriores enfoques de mantenimiento preventivo quedan obsoletos". Las fallas casi siempre se rastrean a nivel de pieza individual, y mucho antes de los ciclos de mantenimiento planificados.

La empresa tiene una “tasa de éxito del 100%” en el cumplimiento de su objetivo de “cero predicciones falsas”.

En estos ejemplos, los gemelos digitales permiten a los fabricantes de equipos originales (OEM) construir aeronaves más inteligentes y seguras más rápido, con menos sorpresas en la producción y el rendimiento.

Fabricación más inteligente: cómo los fabricantes de equipos originales (OEM) optimizan las líneas de producción

Diseñar una aeronave es un desafío. Construirla a escala, de forma eficiente y sin retrasos, es otro. En este caso, los gemelos digitales también están demostrando ser invaluables, especialmente en la planificación y simulación de líneas de producción.

JetZero apuesta fuertemente por una fabricación correcta desde el principio. Con las herramientas de gemelo digital de Siemens, la empresa puede simular procesos de producción, identificar cuellos de botella y optimizar la distribución de la fábrica incluso antes de que comience la construcción.Noticias internacionales de aviación). "Estoy deseando construir una fábrica [gemelo digital] para descubrir que la diseñé mal", declaró Todd Tuthill, vicepresidente de Siemens, a Aviation International News (AIN). Ese es el objetivo de esta tecnología: corregir los errores virtualmente, no físicamente.

Airbus está adoptando un enfoque similar con sus demostradores PioneerLab y Racer, donde prueba todo, desde sensores de impacto del rotor hasta eficiencias aerodinámicas y sistemas de propulsión híbridos. El objetivo es validar componentes y, al mismo tiempo, optimizar las líneas de montaje y los protocolos de mantenimiento.Vertical).

En las instalaciones de Illescas y Saint-Eloi de la empresa, los gemelos digitales monitorizan todo, desde las vibraciones de las máquinas hasta la temperatura y la humedad. Estos datos fundamentan las decisiones sobre control de calidad, mantenimiento de las máquinas y optimización del flujo de trabajo.Sala de prensa de Airbus). Además, las gafas inteligentes y las tabletas permiten la capacitación virtual de los trabajadores de fábrica incluso antes de que pisen el taller.

Los avances tecnológicos son asombrosos. El helicóptero Airbus Racer ahorra un 20 % de combustible al poner uno de sus dos motores en espera a altitud de crucero, sin dejar de volar mucho más rápido que los helicópteros convencionales. Además, su ala puede proporcionar el 40 % de la sustentación del helicóptero, reduciendo la tensión en el rotor. También reduce las vibraciones para mejorar la comodidad de pasajeros y pilotos.Sala de prensa de Airbus).

Reducción del tiempo de inactividad de las aeronaves

Tanto para los fabricantes de equipos originales (OEM) como para los operadores de aviación, el tiempo de inactividad es catastrófico. Cada aeronave en tierra representa pérdida de ingresos, problemas de programación y retrasos en cascada. Más allá de la fabricación, los gemelos digitales son cada vez más importantes para las empresas de MRO (Mantenimiento, Reparación y Revisión).

Un gemelo digital de un componente de motor o tren de aterrizaje puede recibir continuamente datos de sensores IoT integrados, registrar el desgaste y la degradación del modelo en diversas condiciones. GE, por ejemplo, ha desarrollado gemelos digitales para componentes individuales, como el tren de aterrizaje, para obtener información detallada sobre los ciclos de vida de las piezas.AeroTime).

Según Deloitte, los programas de mantenimiento predictivo pueden reducir el tiempo de inactividad de las aeronaves en un 15%, aumentar la productividad laboral en un 20% y reducir los costos de mantenimiento entre un 18% y un 25%.AeroTime). McKinsey añade que este enfoque también puede incrementar la disponibilidad de aeronaves hasta en un 15%.

Air France-KLM es una de las principales aerolíneas que apuestan fuertemente por gemelos digitales mejorados con IA. Al combinar herramientas de IA generativa de Google Cloud con datos de sensores de toda la flota, la aerolínea puede reducir el análisis de datos de mantenimiento de horas a minutos.AeroTime). Hasta la fecha, Air France-KLM ha utilizado más de 900.000 visualizaciones de 104 gemelos digitales para impulsar estas mejoras de fiabilidad.Matterport).

Los gemelos digitales también se utilizan para realizar inspecciones previas al vuelo de los pilotos y acortan el tiempo de limpieza de la tripulación hasta en un 30%, lo que mejora la preparación para el vuelo de la aeronave.Matterport).

En Delta Air Lines, casi 1000 aeronaves de la línea principal están conectadas a la plataforma Airbus Skywise, que permite que los flujos de datos en tiempo real alimenten a sus gemelos digitales correspondientes. Más de 50 000 usuarios confían en el sistema para predecir el desgaste, optimizar los programas de mantenimiento y evitar eventos de AoG.Sala de prensa de Airbus).

Lockheed Martin está explorando una aplicación aún más futurista: la creación de gemelos digitales "e-Pilot" que monitoreen no solo los sistemas de la aeronave, sino también a los pilotos humanos en tiempo real. Estos copilotos digitales podrían, con el tiempo, asistir durante operaciones críticas.AeroTime).

Simulación, capacitación y desarrollo de la fuerza laboral

A medida que evolucionan los sistemas digitales, también deben evolucionar quienes los operan y mantienen. Este es un desafío creciente en la aviación, donde la fuerza laboral está envejeciendo y la próxima generación necesita un conjunto de habilidades completamente nuevo, a partes iguales, mecánicas y digitales.

La industria se enfrenta a una escasez de técnicos con dominio digital. El pronóstico de Boeing para 2024 prevé 716.000 nuevos profesionales de mantenimiento durante las próximas dos décadas, y el Consejo de Educación de Técnicos de Aviación (ATEC) advierte sobre la falta de instructores para capacitarlos.AeroTime).

A diferencia de otros sectores donde la IA podría reemplazar a los trabajadores, la aviación necesita profesionales capacitados para trabajar.conHerramientas digitales. El auge de los gemelos digitales implica que los técnicos actuales deben comprender los modelos de datos, el análisis predictivo y las herramientas de simulación, además de las herramientas tradicionales. Los programas de capacitación se están adaptando lentamente, pero hay impulso.

La realidad aumentada (RA), la realidad virtual (RV) y las simulaciones inmersivas se están convirtiendo en componentes esenciales de los programas de capacitación. De igual manera, soluciones como AK GO y AK View ofrecen entornos de capacitación basados en RA que simulan procedimientos de emergencia y tareas de mantenimiento.AeroTime).

Leonardo ha ido un paso más allá al crear un gemelo digital de su demostrador de helicóptero no tripulado Proteus, que permite a los equipos desarrollar y probar componentes virtualmente, mucho antes de que cualquier avión real despegue.Vertical). El entorno sintético sirve tanto como entorno de desarrollo como simulador de entrenamiento.

El Centro de Gemelos Digitales del Reino Unido, inaugurado en mayo de 2024, representa otro gran paso. Centrado en las industrias aeroespacial, espacial y marítima, el centro promueve la estandarización y la infraestructura compartida para facilitar el acceso a la formación basada en gemelos.Organización de Ciencia y Tecnología de la OTAN).

Los entornos de prueba digitales también son clave para garantizar que la formación basada en simulación se ajuste a los requisitos normativos. Los nuevos marcos buscan integrar los programas de competencias de los pilotos con las capacidades de los simuladores, acortando la distancia entre el realismo de la formación y los estándares de certificación.Real Sociedad Aeronáutica).

Se necesita capacitación para que las herramientas de IA tengan éxito. El futuro de la aviación puede ser digital, pero aún depende de personal altamente capacitado.

Realidad impulsada por IA

Siemens está ampliando los límites de la IA y el mundo real con su NX Immersive Designer, que combina realidad aumentada, comandos de voz e IA generativa para permitir que los ingenieros interactúen con modelos 3D en un contexto del mundo real.Sala de prensa de iemens).

En el Salón Aeronáutico de París de 2025, Siemens comparó esta experiencia con una holocubierta funcional (de la televisión).Star Trek), dando vida a los diseños de aeronaves en entornos totalmente inmersivos (Noticias internacionales de aviación).

El sistema de autonomía Matrix de Sikorsky ya está en misiones reales. En 2024, permitió que un helicóptero Black Hawk detectara y extinguiera de forma autónoma un incendio forestal simulado: identificó el incendio, posicionó la aeronave y realizó un lanzamiento de agua preciso sin intervención del piloto.Vertical).

Desafíos y barreras para la adopción

A pesar de todas las promesas, los fabricantes de equipos originales (OEM) enfrentan obstáculos importantes para adoptar la tecnología de gemelo digital a gran escala.

La interoperabilidad es uno de los mayores desafíos. Integrar plataformas de gemelos digitales en entornos complejos,cadenas de suministro multinacionalesNo es tarea fácil. Los fabricantes trabajan con cientos de proveedores, cada uno con herramientas, estándares y formatos de datos diferentes. Lograr que estos sistemas intercambien datos de forma fluida y segura es un gran obstáculo.

El costo es otro factor limitante. Si bien los gemelos digitales a menudo resultan enahorros a largo plazoLa inversión inicial puede ser considerable. Sensores sofisticados, infraestructura en la nube, gafas de RA (Realidad Aumentada), licencias de software y programas de capacitación son costos que se suman. Para fabricantes de equipos originales (OEM) más pequeños o proveedores de nivel 2 y 3, el retorno de la inversión (ROI) podría tardar varios años en materializarse.

Además, existe la falta de talento. Como se mencionó anteriormente, los sistemas de gemelos digitales requieren una fuerza laboral híbrida que pueda combinar la experiencia mecánica con la fluidez digital. Actualmente, nuestra cartera actual de trabajadores cualificados no está a la altura. Las empresas ya carecen de trabajadores con formación tradicional, y mucho menos de aquellos que sepan utilizar eficazmente la nueva tecnología de IA.AeroTime).

Finalmente, los marcos regulatorios aún se están actualizando. Si bien agencias como la EASA (Agencia Europea de Seguridad Aérea) y la FAA están comenzando a incorporar la simulación en los procesos de certificación, persiste la incertidumbre sobre cómo se abordará la validación exclusivamente digital, en particular en lo que respecta a los componentes críticos para la seguridad.Real Sociedad Aeronáutica).

¿Qué sigue? El futuro inmediato de los gemelos digitales y la IA en la aviación

El impulso actual de los gemelos digitales en la aviación es innegable y no para de crecer. Los fabricantes de equipos originales (OEM) están invirtiendo fuertemente en simulación, inteligencia artificial (IA) y entornos de diseño inmersivos, lo que indica un cambio importante en la forma en que se conciben, construyen e incluso certifican las aeronaves.

Cada vez más, las decisiones de diseño y fabricación más importantes se toman en el ámbito digital, mucho antes de que se mecanice o instale una sola pieza física.

Un ejemplo convincente es JetZero, cuya estrategia de gemelo digital va más allá del avión en sí e incluye la fábrica que lo construirá.

Al simular cada detalle tanto del producto como del entorno de producción, JetZero sienta un precedente sobre cómo las pruebas digitales podrían reemplazar algún día los flujos de trabajo tradicionales de inspección y certificación. En lugar de esperar largas validaciones físicas y costosas repeticiones iterativas, las empresas pronto podrán presentar a los organismos reguladores demostraciones virtuales que demuestren el cumplimiento de los estándares de seguridad y calidad, incluso antes de instalar la primera herramienta.Noticias internacionales de aviación).

La IA también está abriendo nuevas fronteras en el rendimiento ambiental. Consideremos el helicóptero Airbus Racer, desarrollado en el marco de la iniciativa Clean Sky 2 (Aviación limpia de la Unión Europea,Vertical). El impulso por vuelos más ecológicos impulsó el desarrollo de su sistema de IA, que permite apagar un motor durante el vuelo, y es un poderoso ejemplo real de cómo las herramientas de IA están creando tecnología más rápida y eficiente, que también es mejor para las personas y el planeta.

La infraestructura general que sustenta los gemelos digitales está evolucionando rápidamente. Los entornos de gemelos digitales se están convirtiendo en sistemas interconectados que sirven como fuentes compartidas de información veraz para toda la organización.

Las plataformas Skywise de Airbus y 3DEXPERIENCE de Dassault Systèmes ejemplifican esta evolución. Ambas se están consolidando como centros fundamentales para la colaboración en tiempo real a nivel de toda la empresa.Sala de prensa de Airbus). Estas plataformas permiten la toma de decisiones basada en simulación en todos los niveles de negocio.

Las cifras demuestran su adopción. Más de 370.000 clientes (12,5 millones de usuarios finales) utilizan actualmente 3DEXPERIENCE como su plataforma de diseño asistido por computadora (CAD). Los clientes pertenecen a 12 sectores en 159 países.Sistemas Dassault).

La amplia integración de la plataforma indica que el uso de la IA, al menos en algunos flujos de trabajo empresariales, se ha generalizado. Las mismas tecnologías generativas que están transformando la industria aeroespacial también están transformando otras industrias como la automotriz, la espacial y la energética. Las herramientas de IA están acelerando la creación de prototipos, reduciendo el desperdicio de materiales y permitiendo a los equipos modelar sistemas complejos y probar hipótesis.

A medida que más organizaciones adoptan la simulación, el modelado de datos y la información basada en IA, crece la necesidad de una implementación más amplia. Para cualquier empresa que diseñe productos, gestione sistemas, analice datos de rendimiento o implemente protocolos de gobernanza, la IA ofrece un valor inmediato y medible.

La tecnología de gemelos digitales de IA es fundamental en la aviación. Lo que comenzó como una herramienta de visualización y diseño se ha convertido en un pilar de la innovación para casi todos los aspectos de la gestión de vuelos y aeronaves. Esta tecnología pronto guiará la gestión del espacio aéreo en tiempo real y las experiencias personalizadas de los pasajeros. La línea entre lo virtual y lo físico se difuminará cada vez más.

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Preguntas frecuentes

¿Cuánto tiempo lleva existiendo la tecnología de gemelo digital?

El concepto detrás de los gemelos digitales se remonta al programa Apolo de la NASA en la década de 1960, cuando los ingenieros construyeron réplicas terrestres exactas de naves espaciales para simular fallas y probar escenarios críticos para la misión antes del vuelo.Servidor de informes técnicos de la NASA). Las raíces teóricas fundamentales van aún más allá: hasta el libro de David Gelernter de 1991Mundos espejo, que previó reflejos digitales de sistemas complejos.Mono).

Las aplicaciones de fabricación surgieron en 2002, cuando el Dr. Michael Grieves de la Universidad de Michigan introdujo el modelo de espacios reflejados, colocando el activo físico, la contraparte virtual y el enlace de datos en el centro de lo que ahora llamamos gemelos digitales.MDPI).

Pero el término "gemelo digital" fue acuñado por primera vez en 2010 por el tecnólogo de la NASA John Vickers, quien lo definió formalmente en la hoja de ruta de la agencia para la replicación, simulación y mantenimiento de naves espaciales (EN).

¿Cuánto tiempo lleva utilizándose la tecnología de gemelos digitales en la aviación?

Desde sus inicios, los gemelos digitales se han utilizado en la industria aeroespacial. Se utilizaron por primera vez en el programa Apolo de la NASA en la década de 1960.Servidor de informes técnicos de la NASA).

Otras industrias, incluidas la manufactura, la automotriz, la atención médica y la construcción y la arquitectura (AEC) no comenzaron a adoptar de manera significativa la tecnología de gemelos digitales hasta la década de 2010, ya que permitió tecnologías como los sensores de IoT y la computación en la nube (Perspectivas de Deloitte).

A principios de la década de 2020, ciudades como Singapur, Shanghái y Helsinki adoptaron gemelos digitales para simular la infraestructura urbana, los patrones de tráfico y el impacto ambiental. Al mismo tiempo, las empresas de servicios públicos comenzaron a adoptar gemelos digitales para monitorizar redes eléctricas, tuberías y sistemas de agua en tiempo real.Perspectivas de Deloitte,PricewaterhouseCoopers).

¿Son los gemelos digitales el punto final de la evolución de la tecnología de IA?

Los gemelos digitales son un punto intermedio, no el final del camino. Son fundamentales para el siguiente capítulo: los gemelos cognitivos y los hilos digitales.Escuela de Tecnología, Pontificia Universidad Católica de Paraná).

Los gemelos cognitivos van más allá de replicar y simular sistemas; utilizan IA y aprendizaje automático para tomar decisiones autónomas en tiempo real. Estos modelos de nueva generación pueden optimizar la producción, redirigir la logística e incluso autocorregirse sin intervención humana. Siemens ya está desarrollando sistemas que fusionan la IA con flujos de datos en tiempo real, lo que permite respuestas más inteligentes en las redes industriales.Siemens Xcelerator).

La segunda frontera es el hilo digital, que conecta gemelos individuales a lo largo de todo el ciclo de vida del producto. A diferencia de los modelos independientes, los hilos digitales integran datos desde el diseño hasta el desmantelamiento, lo que permite una verdadera trazabilidad de extremo a extremo y la optimización a nivel de sistema. En aviación y defensa, esto podría significar que los reguladores certifiquen virtualmente los sistemas de aeronaves, utilizando simulaciones que reemplazan muchas pruebas físicas.Perspectivas de Deloitte).