Measuring the Fidelity of Digital Twins using Trace Alignments.

Abstract

En los últimos cinco años, los gemelos digitales han transformado la industria, optimizando el rendimiento, el mantenimiento y la detección de anomalías en sistemas ciberfísicos. Sin embargo, su creciente adopción enfrenta desafíos críticos relacionados con su definición, arquitectura y validación, que esta tesis busca abordar.

En primer lugar, proponemos una arquitectura conceptual para la implementación de gemelos digitales, acompañada de un conjunto de definiciones para sus elementos fundamentales. Esto responde a la falta de consenso en la literatura, donde múltiples definiciones del término conviven, generando ambigüedad.

En segundo lugar, desarrollamos un método para validar la fidelidad de los gemelos digitales, evaluando si el sistema físico y su réplica digital exhiben comportamientos suficientemente similares. Este método se basa en tres etapas clave: una medida de equivalencia que compara los estados del sistema con los de su réplica, un algoritmo de alineamiento de trazas que empareja estos estados, y métricas específicas que cuantifican el grado de similaridad del comportamiento.

El enfoque propuesto ha sido validado en cuatro sistemas ciberfísicos, demostrando su capacidad para identificar tanto comportamientos fieles como desviaciones significativas. Además, se presenta un análisis comparativo con otros métodos de validación como Dynamic Time Warping, destacando las ventajas de nuestra aproximación.

En conjunto, esta tesis no solo proporciona herramientas prácticas para la implementación y validación de gemelos digitales, sino que también propone un marco conceptual unificado.