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Los gemelos digitales, la tecnología innovadora de la Industria 4.0: Aplicaciones
y educación en mecatrónica
Chapter · December 2023
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Eusebio Jimenez Lopez
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL SUR DE SONORA
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Victor Manuel
Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo
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Adrian Sepulveda Romo
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Kaizen y Mecatrónica, Capítulo 29, pp. 375 – 386 
ISBN: 978-607-9394-28-8, 2023 
375 
Los gemelos digitales, la tecnología innovadora de la 
Industria 4.0: Aplicaciones y educación en mecatrónica 
 
 
Jiménez López Eusebio1,2, Reyes Ávila Luis Alfonso 3, Martínez Molina Víctor 
Manuel3, Sepúlveda Romo Adrián1, Beltrán Márquez Yadira1 y Luna Bracamontes 
Alberto1 
 
 
1,2 Universidad Tecnológica del Sur de Sonora-ULSA Noroeste, ejimenezl@msn.com 
1 Universidad Tecnológica del Sur de Sonora 
 2 Universidad La Salle Noroeste 
3 IIMM 
 
 
Resumen 
 
 La Industria 4.0 es un nuevo paradigma industrial que busca mejorar y optimizar los procesos y la 
maquinaria concebidos en la Manufactura 3.0. Para lograr sus objetivos, la Industria 4.0 utiliza diversas 
tecnologías disruptivas (Cómputo en la Nube, Internet de las cosas, Robótica Colaborativa, Simulación, 
etc.), los gemelos digitales y Sistemas Ciberfísicos. Un gemelo digital es una réplica de un activo físico 
(servicios, procesos, objeto y sistemas) y ambos están interrelacionados entre sí, comparten 
información bruta y evaluada, y se actualizan en tiempo real. La simulación computacional, la ingeniería 
mecánica y la mecatrónica son la base de los gemelos digitales. Las aplicaciones de los gemelos 
digitales se han extendido a campos como la agricultura, industria automotriz, medicina y aeronáutica, 
entre otras, y estos representan la tecnología innovadora de las Industria 4.0 y 5.0. En este artículo se 
exponen las generalidades de la tecnología de los gemelos digitales, se describen algunas de sus 
aplicaciones y se discuten algunos aspectos de estas tecnologías en la enseñanza de la mecatrónica. 
 
Palabras clave: Industria 4.0, gemelos digitales, enseñanza de la mecatrónica. 
 
1. Introducción 
 
 Una revolución industrial es una transformación de las prácticas industriales tradicionales en 
nuevas técnicas dominadas por las tecnologías disponibles en aquel momento [1]. Hoy en día, el mundo 
industrial está experimentando una nueva revolución industrial que está transformando de forma y fondo 
los procesos productivos de las empresas y que presiona a las universidades ha impulsar cambios en 
la educación en general. Esta nueva revolución industrial tiene la capacidad de modificar y transformar 
aquellas economías nacientes hacia un futuro prometedor ya que sus nuevas tecnologías pueden 
incrementar la productividad e impulsar la innovación en diversas empresas e industrias. De hecho, la 
innovación tecnológica que promueve la cuarta revolución industrial a través de la aplicación de una 
diversidad de tecnologías disruptivas, provocará cambios importantes en toda la sociedad [2]. La cuarta 
revolución industrial está representada por el término Industria 4.0 (I.40) y su centro tecnológico son los 
sistemas ciberfísicos. La visión de la I.40 propone que la conexión en tiempo real de los sistemas físicos 
y digitales, junto con las nuevas tecnologías facilitadoras, cambiarán la forma en que se realiza el trabajo 
y, en ese sentido, será posible cambiar los equilibrios tradicionales de las operaciones que existen entre 
las prioridades competitivas de los costos, la flexibilidad, la velocidad y la calidad [3]. 
 
 La introducción de las tecnologías disruptivas y la digitalización a los procesos industriales han 
provocado una aceleración en la transición de la fábrica clásica, concebida bajo la filosofía de la Industria 
3.0, a la fabricación inteligente que opera bajo los objetivos y la visión de la I4.0 [4]. Esta transición es 
conocida como Industria 3.5 y se presenta como una estrategia híbrida entre la actual Industria 3.0 y la 
futura I4.0 para la migración por fases a la fabricación inteligente y la producción ecológica con las 
mailto:ejimenezl@msn.com
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infraestructuras existentes [5], además, se centra en la gestión total de los recursos y en la 
transformación digital con el objetivo de mantener las ventajas competitivas de los recursos actuales 
que existen en las fábricas. Otro concepto que ha emergido en la actualidad es el de la Industria 5.0 o 
quinta revolución industrial (5IR), que viene a restaurar a los trabajadores a los centros de trabajo, ya 
que la I4.0 promueve la hiperconectividad y la hiperautomatización lo que implica un desplazamiento de 
los seres humanos de los centros de producción industrial. Cabe mencionar que, en abril de 2021, la 
Unión Europea presentó el plan 5IR en conjunto con los objetivos de desarrollo sostenible, que tiene 
como centro la orientación a las personas y una visión hacia una economía flexible, esto fue debido a 
que el desarrollo a 10 años de la I4.0 ya no presta atención a los principios originales de equidad social 
y la sostenibilidad [6]. 
 
 Para alcanzar sus propósitos la I4.0 sienta su base en nueve pilares los cuales son [7]: 1) 
Robótica colaborativa, 2) Simulación, 3) Internet de las Cosas, 4) Cómputo en la nube, 5) Realidad 
Aumentada, 6) Ciberseguridad, 7) Integración horizontal y vertical de sistemas, 8) Manufactura Aditiva 
y 9) Big Data. Estas tecnologías se interaccionan entre sí mediante: 1) Conexiones Inherentes, 2) 
Conexiones de ciberseguridad y 3) Conexiones interpilares [8]. Estas relaciones no son fijas y pueden 
generarse otros conjuntos de conexiones, puesto que con el rápido ritmo de la innovación tecnológica 
se pueden plantear conexiones diferentes. Por otro lado, como ya se ha mencionado anteriormente, los 
sistemas ciberfísicos (CPS por sus siglas en inglés) representan la tecnología sobre la que se basa la 
I4.0. Los CPS se consideran sistemas multidimensionales y complejos que integran el cibermundo y el 
mundo físico dinámico. Esta integración se realiza con la colaboración de la informática, las 
comunicaciones y el control [9]. Cuando se habla de los CPS se hace referencia a los sistemas físicos 
de fabricación con procesadores, actuadores y sensores incorporados que pueden ser gestionados por 
una red de computadoras [10]. 
 
 Una tecnología innovadora que se asocia con la I4.0 es el Gemelo Digital (DT por sus siglas en 
inglés) el cual se entiende como una copia virtual de un objeto o sistema físico que puede observarse, 
analizarse y controlarse en tiempo real [11]. La tecnología de los DTs está siendo utilizada en las 
empresas e industrias y su implementación está logrando una transformación positiva y agrandando 
diversas nuevas oportunidades para su desarrollo. Esta tecnología es capaz de proporcionar un control 
muy alto y efectivo sobre muchas entidades o activos físicos y su potencial se incrementa ya que pueden 
fungir como gestores de sistemas altamente complejos mediante el uso y la aplicación de diversos 
recursos tecnológicos de vanguardia. En general los DTs se caracterizan por tener integrado: 1) Activos 
físicos, 2) Estados digitales del sistema físico y 3) Un conjunto de datos que conectan a los activos 
físicos con los estados digitales. En este enfoque, un conjunto de sensores y las tecnologías de Internet 
de las Cosas (IoT) se utilizan activamente para la transferencia de activos físicos al entorno digital, y la 
inteligencia artificial y las técnicas avanzadas de aprendizaje automático se emplean para aprender el 
comportamiento de la entidad física a partir del DT creado y para producir predicciones futuras [12]. Los 
DTs revolucionan las industrias puesto que reflejan casi todas las facetas de un producto, proceso o 
servicio y tienen el potencial de replicar todo lo que hay en el mundo físico en el espacio digital y 
proporcionan a los ingenieros información de retorno del mundo virtual [13]. Los DTs, junto con los 
sistemas ciberfísicos, representan las tecnologías de fondo de la I4.0 y serán la base para las futuras 
revoluciones industriales. 
 
 Por otro lado, la cuarta revolución industrial no solo ha traído cambios en los negocios y procesos 
productivos, también incide en la educación. Una parte importante de las tareas en la preparación para 
la I4.0, es la adaptación de la enseñanza superior a los requisitos de esta visión, en particular la 
enseñanza de la ingeniería [14]. La mecatrónica es un campo de la ingeniería vital para la I4.0 puesto 
que tiene un carácter integrador (proceso en el que se basa la propia I.4.0). La Mecatrónica fue 
concebida en la Industria 3.0 y, en consecuencia, junto con la computación, la informática y la robótica, 
aportó un importante impacto tecnológico al mundo industrial durante un periodo de al menos 50 años 
[15]. La enseñanza de la mecatrónica debe entonces alinearse a las exigencias de la I4.0 y promover 
una actualización de sus planes de estudios y métodos pedagógicos. 
 
Debido a la importancia que tienen los DTs en el presente y futuro industrial, en este artículo se 
presenta un panorama general de esta tecnología y sus principales aplicaciones. Se describen algunas 
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experiencias de universidades que han desarrollado proyectos mecatrónicos para la enseñanza y el 
aprendizaje de los DTs. 
 
 
2. Origen de los gemelos digitales 
 
 Una de las características fundamentales en la era de la cuarta revolución industrial es el proceso 
de digitalización que se está llevando a cabo en empresas e industrias. Al mismo tiempo que la 
transformación digital se está implementado en los procesos productivos, las empresas están buscando 
aquellos elementos diferenciadores en la diversa gama de tecnologías disponibles que las hagan más 
competitivas, tanto en posicionamiento como en aspectos económicos. Una de las tecnologías que está 
siendo considerada para establecer una diferenciación importante entre las empresas es el Gemelo 
Digital (DT) ya que este sistema tecnológico puede aplicarse a problemas o escenarios complejos, 
imprevistos e imprevisibles al combinar los mundos físico y digital en tiempo real [16]. Los DTs pueden 
ayudar a optimizar diversos procesos, a reducir los tiempos de fabricación y comercialización de los 
productos y a la implementación de programas de mantenimiento predictivo anticipando fallas y 
reduciendo los costos de producción, entre otras tareas importantes. 
 
 El origen del término “Gemelo Digital” es atribuido a Michael Grieves y a John Vickers, ambos 
trabajadores de la NASA y fue mencionado en una conferencia relacionada con el ciclo de vida del 
producto en el año 2003 [17]. En realidad, la dispositiva que mostraba el modelo del DT (ver Figura 1) 
se refería a la idea conceptual del Ciclo de Vida del Producto (PLM), pero mostraba los elementos 
básicos de un DT, esto es, un espacio físico o real, un espacio virtual y los enlaces de flujo de datos 
entre ellos. La idea básica detrás del modelo del DT (ver Figura 1) era que por cada sistema global 
existían dos subsistemas uno físico y otro virtual, este último integraba toda la información del físico lo 
cual implicaba que existía un hermanamiento entre subsistemas, es decir, entre la información del 
espacio real (activo físico) y la información del espacio virtual y viceversa. En un inicio el concepto de 
DT se definió como una representación virtual de un producto físico que contiene información sobre 
dicho producto, con origen en el ámbito de la gestión del producto. Posteriormente, Michael Grieves 
mejora su definición del DT definiéndolo como conjunto integrado por tres componentes: 1) Un producto 
físico, 2) Una representación virtual de ese producto y 3) Las conexiones de datos bidireccionales que 
transmiten datos de la representación física a la virtual. 
 
 
 
Figura 1. Descripción gráfica de un DT según Grieves [17] 
 
 Otros autores describen que el término “Gemelo Digital” fue acuñado en el año 2000 porinvestigadores de la NASA. Estos investigadores describen el DT como una representación virtual de 
un sistema o elemento del mundo real que incluye simulaciones y datos en tiempo real. Esta definición 
original sentó las bases para futuras investigaciones y desarrollos en el campo de los gemelos digitales 
[18]. Un antecedente sobre la idea de los DT fue el proyecto Apollo 13 allá por los años 70, debido a 
que en ese proyecto se presentó por primera vez una imitación de las condiciones de la nave espacial 
lo que facilitó a los responsables en tierra dar solución a una diversidad de problemas en tiempo real. 
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El mapa de ruta de la evolución de los DTs se presenta en la Figura 2 y tiene como origen precisamente 
el proyecto del Apollo 13 [19]. 
 
 
 
Figura 2. Hoja de ruta de la evolución de los DTs [19]. 
 
 Hoy en día los DTs se han expandido a diversas áreas de aplicación, esto se debe a que los 
avances en computación han permitido que existan más opciones y proveedores para almacenar, 
procesar y transmitir datos, lo que ha permitido que los costos sean menores y accesibles. Además, 
otras tecnologías disruptivas como el cómputo en la nube, el Big Data, el Internet Industrial de las cosas 
y la Inteligencia Artificial, entre otras, permiten el diseño de los DTs y su expansión a diversas áreas de 
aplicación, como el transporte, la logística, el mantenimiento, la agricultura, la medicina y la 
manufactura. De hecho, se ha estimado que el para 2026 el mercado mundial de los DTs superará los 
48.200 millones de dólares [20]. El aumento en la demanda de los DTs se notó en la medicina, 
principalmente en la industria sanitaria y farmacéutica, esto debido a la pandemia de COVID 19. 
 
3. Características técnicas de los gemelos digitales 
 
Los Gemelos Digitales pueden ser considerados como sistemas complejos, esto es, sistemas 
integrados por dos o más partes o componentes que se relacionan entre sí para generar varios 
resultados y objetivos que no podrían lograrse si las partes estuvieran separadas. De esta manera, el 
DT y la parte física que representa, no podrían generar resultados de alto valor si operan en forma 
separada. Una nueva definición de DT la proporcionan Grieves y Vickers [21]: El gemelo digital es un 
conjunto de construcciones de información virtual que describe completamente un producto 
manufacturado físico potencial o real desde el nivel microatómico hasta el nivel macrogeométrico. La 
definición de DT no es única y depende de las aplicaciones. La Tabla 1 muestra otras propuestas de 
definiciones descritas por otros autores y su correspondiente orientación. 
 
 Los DTs son considerados como modelos de tres dimensiones y cinco dimensiones. El modelo de 
Grieves y Vickers [21] es de tres dimensiones ya que considera solo un espacio real o físico, un espacio 
virtual y enlaces de flujo de datos entre ellos (ver Figura 1), mientras que el modelo de Tao et al. [26] es 
de cinco dimensiones (Espacio Físico, Espacio Virtual, Servicios, Conjunto de Datos, las Conexiones 
entre los elementos). La Figura 3 muestra el modelo en cinco dimensiones del DT. Este modelo 
proporciona una visión más amplia de la constitución interna de un DT. 
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Campos de 
investigación 
Universidades/Institutos Concepto Teórico. 
Producción Politecnico di Milano "Una contraparte virtual e informatizada de un sistema físico 
que puede explotar una sincronización en tiempo real de los 
datos sensados procedentes del campo y está 
profundamente vinculada con la Industria 4.0" [22]. 
PLM Polytechnic University of 
Madrid and AIRBUS Group 
"Una contraparte digital equivalente al producto que existe a 
lo largo del ciclo de vida del producto, desde la concepción 
y el diseño hasta el uso y el servicio; esta entidad conoce los 
estados pasados, actuales y posibles futuros del producto, y 
facilita el desarrollo de servicios inteligentes relacionados 
con el producto" [23]. 
Diseño University of Ottawa "La capa cibernética de los Sistemas Ciberfísicos, que 
evoluciona de forma independiente y mantiene una estrecha 
integración con la capa física" [24]. 
 
Tabla 1. Resumen de las definiciones de DT por institución y campo de investigación [25] 
 
 
 
Figura 3. Modelo de cinco dimensiones de un DT [26]. 
 
 Debido a la diversidad de definiciones de los DTs y a sus campos de aplicación, existen varias 
clasificaciones de estas tecnologías. De acuerdo con Pronost et al. [27], los DTs tienen cuatro 
subcategorías,: 1) Gemelo predigital (Es un modelo virtual sin modelo físico), 2) Modelo Digital (Es un 
modelo digital de un activo físico pero sin interacción), 3) Sombra Digital (Se compone de un objeto 
físico y un modelo virtual actualizado dinámicamente por los datos del objeto físico) y 4) Un gemelo 
digital (Se compone de un objeto físico y uno digital, que están equipados con dispositivos de red para 
garantizar una conexión sin fisuras y un intercambio continuo de datos). 
 
 A groso modo la operación de un DT se muestra en la Figura 4. El DT está compuesto por una 
Entidad o Activo Físico (AF), una Entidad Virtual (EV) integrada por modelos de AF y una relación 
bidireccional descritas por f y g. La expresión f:AF→EV describe la información (datos) del dominio AF 
que se transmite a la entidad EV, en tanto que la expresión g:AF→EV representa el envío de información 
procesada al activo físico (AF). El envío de datos y la información procesada es en tiempo real. 
 
 
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Figura 4. Flujo operativo de un DT. Idea mejorada de [28] 
 
 El ciclo operativo se explica de la siguiente manera: En el estado 1 el Activo Físico (AF) está 
operando e interactuando con su entono o medio ambiente. En el estado 2 elementos de señalización 
(sensores) captan y miden el comportamiento de AF. El estado 3 representa el envió de la información 
captada por los sensores a la Entidad Virtual (f:AF→EV). El estado 4 describe los datos en tiempo real 
de AF y sus históricos, así como información de otras fuentes. El estado 5 representa el procesamiento 
interno de los datos en modelos físicos o estadísticos (p.e. uso de la Inteligencia Artificial) y otorga la 
salida de los datos procesados. El estado 6 representa el envío de la información procesada de EV a 
AF (g:AF→EV). Finalmente, el estado 7 representa los comandos que recibirán la información de EV y 
que ejecutarán en AF. En todo el ciclo operativo se usan diversas tecnologías como sensores 
inteligentes, el internet de las cosas y cómputo en la nube, entre otras. Por otro lado, de acuerdo con 
da Silva et al. [29], una arquitectura jerárquica genérica asociada con un DT, consta de cinco capas: 
una capa física, una capa de datos, una capa de integración, una capa de servicios y una capa de 
decisiones. La Tabla 2 describe a groso modo cada una de las capas. 
 
Capa Descripción de la capa 
Capa 4 
(Decisiones) 
Está basada en los servicios impulsados por el DT. Esta capa de decisión permite controlar el 
sistema físico teniendo en cuenta objetivos específicos. Los principales algoritmos de control 
pueden implementarse utilizando servicios del DT en esta capa. 
Capa 3 
(Servicios) 
La integración proporcionada por Capa 2 se sincroniza con las capas de datos y la física. El DT 
puede proporcionar diferentes servicios mediante el procesamiento de datos, herramientas de 
modelado, razonamiento automático, Inteligencia Artificial y algoritmos de optimización. Los 
servicios impulsados por el DT son la supervisión, el diagnóstico y el pronóstico y el control en 
red, entre otros. 
Capa 2 
(Integración) 
En esta capa se garantiza la integración de las capas intermedias y tiende un puente entre las 
capas física y virtual. Las tecnologíasde red, como el IoT (Internet de las cosas), son relevantes 
para conectar eficientemente procesos y sistemas. En esta capa se conecta el sistema CPS por 
lo que se tiene que tener en cuenta los problemas de ciberseguridad. 
Capa 1 
(Datos) 
El flujo de datos entre los activos físicos y las entidades virtuales es continuo en ambas 
direcciones. La gran cantidad de datos generada en esta capa debe traducirse para tener 
información valiosa y significativa. Para ello, se puede usar Big Data y computación granular. El 
aprendizaje automático y la Inteligencia Artificial también pueden permitir la toma de decisiones 
y el análisis de datos en esta capa. 
Capa 0 
(Física) 
En esta capa se localizan máquinas, sensores, dispositivos, robots, equipos de bombeo, bandas, 
actuadores. Los datos de operación se adquieren y conservan en la Capa 1. 
 
Tabla 2. Arquitectura que soporta a un DT. Adaptada de [29]. 
 
3.1 Relaciones entre los gemelos digitales y la simulación 
 
 La simulación es una herramienta que constituye uno de los nueve pilares de la Industria 4.0 [7] 
y se refiere a la imitación del comportamiento de un sistema. De acuerdo con Boschert y Rosen [30], 
los DTs representan la cuarta ola de la tecnología de la simulación. En la década de los años 60 la 
simulación se limitaba a los expertos (aplicación individual). Una década y media después la simulación 
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tuvo su segunda ola y se refería a la disponibilidad de las herramientas de simulación (en esta ola la 
simulación ya era una herramienta estándar). En el año 2000 se dio la tercera ola de la simulación y se 
refería a la existencia de métodos de diseño de sistemas basado en la simulación. En esta ola, la 
simulación evoluciona y permite un enfoque más amplio del tipo multinivel, disciplinario y sistémico lo 
que implicó mayores y diversas aplicaciones. La cuarta ola se inicia en el año 2015 con la aparición de 
los DTs. En esta ola las simulaciones son esenciales en la funcionalidad de los sistemas ya que ofrecen 
asistencia sin interrupciones al largo del ciclo de vida del producto. 
 
 Las técnicas de simulación dan vida a los DTs y en su interior sus subsistemas son capaces de 
comunicarse entre sí en el mundo virtual. La simulación es una de las tecnologías clave que se 
encuentran en el centro del desarrollo de los DTs, ya que proporciona una mayor visibilidad del 
rendimiento futuro y la capacidad de identificar las decisiones óptimas para obtener beneficios [31]. Los 
DTs integran toda la información, datos y modelos descriptivos y ejecutables para la gestión de su 
gemelo real planificado, contando con la simulación como tecnología central. La relación entre el DT y 
la simulación puede interpretarse de dos maneras: 1) El DT es un modelo para presentar el sistema 
basado en varios tipos de técnicas y herramientas de simulación y 2) el DT es una simulación del propio 
sistema [32]. 
 
3.2 Algunas aplicaciones de los Gemelos Digitales 
 
 Los DTs son tecnologías que proporcionan ventajas competitivas a las empresas. Al ser 
tecnologías diferenciadoras, los DTs se aplican en campos industriales, como la aeronáutica y 
automotriz, en la construcción, minería y salud, en la Industria manufacturera en general, en la 
Agricultura y Acuacultura, en la Educación y en el reacondicionamiento tecnológico (Retrofitting), entre 
otras [33]. La Figura 5 muestra algunas aplicaciones de los DTs. 
 
 
 
Figura 5. Aplicaciones de los DT, tomado y mejorado de [33] 
 
 
4. Educación en Mecatrónica 
 
 La Mecatrónica, de acuerdo con Guérineau et al. [34], es una evolución de los sistemas 
electromecánicos y de los sistemas ciberfísicos procedentes de una evolución de los cibersistemas o 
de la informática y el desarrollo de software. La Ingeniería Mecatrónica es y será un campo de apoyo 
importante para la Industria 4.0, pues es la base del diseño de los distintos activos físicos como robots, 
máquinas y líneas de producción, entre otros productos. Una característica que es común entre la 
Mecatrónica y la Industria 4.0, es la sinergia. Por consiguiente, la integración de las tecnologías 
disruptivas y de fondo, como los Sistemas Ciberfísicos y los DTs en el desarrollo y operación de 
sistemas productivos, serán las nuevas tareas del ingeniero mecatrónico. Jiménez et al. [35] propusieron 
una serie de consideraciones técnicas para desarrollar competencias específicas en los Ingenieros 
Mecatrónicos en el contexto de la Industria 4.0 y 5.0, algunas de estas competencias se mencionan a 
continuación: Diseño de CPS, Funcionamiento de CPS, Diseño de DTs, Mantenimiento de CPS, 
Conversión y reacondicionamiento de CPS, Automatización de sistemas inteligentes de producción, 
Diseño, fabricación y producción digitalizada, Operación de robots colaborativos, Gestión de la 
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ciberseguridad en los CPS, Integración de tecnologías en fábricas inteligentes, Optimización de 
procesos industriales, Diseño de sistemas inteligentes de producción, Diseño de sistemas hombre-
máquina, Análisis de grandes bases de datos y Simulación interdisciplinar en sistemas inteligentes de 
producción. 
 
 Por su importancia en la industria los DTs (que son evoluciones de la simulación, 
electromecánica y mecatrónica) han despertado un importante interés en la Educación en Ingeniería, 
en especial en la Educación en la Mecatrónica. Existen diversas experiencias en la literatura que 
describen proyectos académicos y de investigación sobre los DTs desarrollados por la Ingeniería 
Mecatrónica, algunos de ellos se resumen a continuación: Guc, Viola y Quan [36], describen el uso de 
la simulación y de un DT para mejorar los aprendizajes en Mecatrónica y Control en los laboratorios de 
la Universidad de California, Merced. La utilización del concepto del DT en la enseñanza a distancia en 
el laboratorio tuvo una gran influencia en el progreso educativo de los alumnos. En la Universidad 
Técnica de Berlín se desarrolló un reto en donde los estudiantes de diferentes disciplinas de ingeniería 
tenían la tarea de desarrollar prototipos virtuales y físicos para un sistema de producto sostenible y 
complejo con un gemelo digital y los respectivos modelos de negocio sostenibles. De acuerdo a una 
encuesta realizada a los alumnos después del reto, estos comentaron que la retroalimentación y el 
análisis más profundo mostraron que se cumplieron los objetivos generales de aprendizaje: 
pensamiento de diseño, desarrollo del DT e ingeniería sostenible, así como colaboración interdisciplinar 
[37]. Finalmente, Nezzi et al. [38], crearon un demostrador sobre una simulación 3D en aplicaciones 
basadas en un DT para la fabricación. La idea fue la demostración de la eficacia y el potencial de la 
implementación de un DT basado en la recogida de datos en tiempo real y la simulación 3D con un 
sistema de transferencia mecatrónica inteligente. 
 
 La enseñanza de los gemelos digitales requiere del dominio de varios campos del conocimiento 
y sobre todo de los recursos tecnológicos con los que cuenta el centro de estudio. Por ejemplo, existe 
tecnología como el NX MCD (con la cual es posible implementar una puesta en servicio virtual de un 
modelo funcional) que forma parte de las herramientas PLM de Siemens. Este sistema puede hacer 
validaciones y los alumnos pueden añadir datos al modelo funcional, tales como articulaciones, 
movimiento, sensores, actuadores, comportamiento ante colisiones y otras propiedades cinemáticas y 
dinámicas de cada componente [39]. De esta manera se puede plantear un proyecto en donde los 
estudiantes investiguen y examinen aquellas herramientas de software asociadas con los gemelos 
digitales. Liljaniemi y Paavilainen [39] describen como un grupo de alumnos usaron esta herramienta 
para desarrollar un proyecto relacionado con la simulaciónde un robot paralelo delta que funge como 
gemelo digital de un robot físico (Ver Figura 6). 
 
 
 
Figura 6. Robot Delta en el laboratorio de mecatrónica y modelo 3D [39] 
 
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 El proyecto se desarrolló en cuatro partes: diseño de un modelo 3D de un equipo mecatrónico, 
conversión del modelo 3D en un gemelo digital con NX Mechatronics Concept Designer, diseño de un 
programa PLC (Programmable Logic Controller) para el equipo y enlace del PLC con un gemelo digital 
a través de OPC (Open Platform Communications). Este proyecto se desarrolló usando herramientas 
computacionales que facilitan la construcción del gemelo digital y su conexión con el sistema real. 
 
 En aquellos casos en donde no se cuenta con tecnología para desarrollar en una sola plataforma 
el DT, primero se desarrolla el prototipo físico y posteriormente se diseña el gemelo digital en alguna 
plataforma computacional definiendo el alcance de la simulación y finalmente se diseñan las relaciones 
bi-direccionales. Por ejemplo, Nikolaev et al. [40] presenta un estudio sobre el desarrollo de un vehículo 
aéreo no tripulado realizado por estudiantes de maestría. El sentido del proyecto se basó en el proceso 
real de desarrollo de productos. Los alumnos usaron herramientas de simulación y optimización tales 
como: 1) NX CAD, 2) Simcenter 3D, 3) LMS System Synthesis, 4) LMS Amesim, 5) ANSYS y 6) STAR-
CCM) para crear un gemelo digital de un producto real y lograr la continuidad y la transparencia del 
proceso de desarrollo. El sistema de gestión del ciclo de vida del producto (PLM) fue utilizado para 
gestionar los requisitos y los cambios, así como para integrar todos los resultados de la simulación. La 
idea central de este proyecto fue construir un gemelo digital para validar el ciclo de vida del producto. 
La Figura 7 muestra Diagrama en V y fases de desarrollo del producto basado en sistemas. 
 
 
 
Figura 7. Diagrama en V y fases de desarrollo del producto basado en sistemas para la guía del desarrollo 
del Gemelo Digital [40] 
 
 
5. Conclusiones 
 
 En este artículo se ha presentado un panorama acerca de los DTs y algunas de sus definiciones. 
Las principales conclusiones se resumen en los puntos siguientes: 
• Los DTs son tecnologías diferenciadoras entre las empresas que luchan día a día por ser más 
competitivas y que tratan de mejorar sus rendimientos económicos. Por consiguiente, el diseño, 
la configuración y operación de este tipo de tecnologías deberán ser tareas de los Ingenieros 
Mecatrónicos, puesto que, en primer lugar, el ciclo de operación de un DT implica la generación 
y el envío de señales, la simulación y el reenvió de información procesada a los activos físicos 
y, segundo lugar, porque para el desarrollo de muchos activos físicos se requiere de la 
integración de la Mecánica, la Computación y la Electrónica. 
• El conocimiento teórico-técnico de los DTs es fundamental para poder comprender su 
configuración y las características de cada una de sus capas y sus interrelaciones internas y 
externas. La selección correcta de una definición de DT está asociada con el campo de 
aplicación y con el modelo teórico o metodología que será aplicada para su desarrollo u 
operación. 
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• La simulación computacional es una herramienta esencial en el desarrollo y la operación de los 
DTs y en general para la implementación de la Industria 4.0. Por lo tanto, esta tecnología deberá 
ser promovida y enseñada en los programas de estudio de la Ingeniería Mecatrónica. 
• La enseñanza de los DT en la ingeniería depende de los recursos tecnológicos con los que 
cuente la universidad y sus laboratorios, y de la dimensionalidad de los proyectos didácticos 
que se requieran desarrollar. 
• El uso de los DTs en la enseñanza de la Mecatrónica puede motivar a los alumnos a desarrollar 
competencias integradoras y sobre todo a participar en proyectos más complejos. 
 
 La Ingeniería Mecatrónica debe impulsar el estudio de los Gemelos Digitales y los Sistemas 
Ciberfísicos, ya que ambas tecnologías son y serán la base fundamental para la actual y las futuras 
revoluciones industriales. 
 
 
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Kaizen y Mecatrónica 
 
 
1ª Edición 
 
Ramos Arreguín J.M. 
 y Vargas Soto J. E. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
“Kaizen y Mecatrónica” 
Ramos Arreguín Juan Manuel 
Vargas Soto José Emilio 
 
 
 
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Prolongación Corregidora Norte No. 168, interior E 
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Internet: http://www.mecamex.net 
 
 
1ª Edición, 24 de Noviembre, 2023. 
 
 
 
ISBN: 978-607-9394-28-8 
 
 
 
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