SENER integra el sistema CAD CAM FORAN en su plataforma de digitalización

En la actualidad y en los próximos años en la industria, en los procesos industriales y en los productos industriales van a seguir implantándose soluciones y plataformas de Digitalización e Industria 4.0, dentro de la transformación digital que ya está en marcha. La industria Naval no es, ni va a ser ajena a esta transformación, y los distintos suministradores deben dar soluciones específicas y apropiadas a las características diferenciadoras que tiene la Industria Naval.

SENER desarrolla, comercializa y mantiene el sistema CAD CAM FORAN, de forma ininterrumpida e independiente desde hace más de 60 años, lo que supone tener un gran conocimiento y experiencia en las necesidades reales de la Industria Naval, que, complementado con la experiencia en otras áreas de negocio de SENER, Aeroespacial, Energía y procesos y Civil, permiten a SENER ofrecer soluciones de Digitalización adaptadas y moduladas a cualquier tipo de Industria y en concreto a la industria naval.

En SENER se entiende, y se afronta la digitalización de la industria en 6 grandes niveles, que se pueden a su vez dividir en 2 grandes grupos:

Un primer grupo ‘estático’, que supone la captura digital de la realidad o el diseño digital de la realidad, con lo que se obtiene un modelo (modelo 3D o maqueta digital). Este modelo se enriquece en las distintas fases del desarrollo del proyecto con multitud de propiedades y atributos (metadatos). De la integración del modelo geométrico y datos, se obtiene un modelo conectado. Este modelo no es inteligente, en el sentido que no tiene capacidad de proporcionar o ayudar a la ‘toma de decisiones’. Este modelo 3D con sus datos, que también se denomina maqueta digital, es el modelo que se obtiene de forma natural mediante el desarrollo de los proyectos con el sistema CAD CAM FORAN, que abarca todas las fases de desarrollo de un proyecto Naval.

Un segundo grupo ‘dinámico’ que aporta capacidad de ‘toma de decisiones’. El modelo pasa de ser un modelo ‘estático’ a un modelo dinámico, con capacidad de gestión de datos en tiempo real, de modo que, ya podemos hablar de GEMELO DIGITAL. La sensorización de equipos y servicios, analítica de datos obtenidos y todas las tecnologías relacionadas con el concepto de digitalización entran en escena. El Gemelo Digital ya es una realidad con capacidad de ayuda a toma de decisiones.

En este segundo grupo ‘dinámico’ la obtención de datos reales es un tema fundamental, ya que, se obtienen datos desde distintas fuentes, mediante sensórica en tiempo real. La analítica avanzada permite un análisis descriptivo, integración de cuadros de mando (Dashboards) y ayuda a la toma de decisiones.

Este ecosistema final llega a proporcionar como resultado un Gemelo Digital completo, integrado con la gestión y la analítica predictiva. Ejemplo de ello es el proyecto desarrollado por SENER, denominado RESPIRA – Inteligencia Artificial para mejora y control de Sistemas de Ventilación – implantado en la red de metro de Barcelona, donde actualmente monitoriza un total de 187 ventiladores de estación y 142 ventiladores de túnel, procesando más de 500 millones de datos al año, permite controlar temperatura, humedad, calidad del aire, reducción de microorganismos (incluyendo COVID-19) y eficiencia energética. Este sistema es perfectamente aplicable al sistema HVAC de un buque.

RESPIRA abarca desde la captación del dato, a través de sensores con tecnología IoT, hasta la actuación inteligente sobre los equipos de ventilación de la infraestructura. La solución se encuentra alojada en un entorno Cloud, haciendo uso de herramientas de Data Analytics e Inteligencia Artificial para la visualización y correlación de los datos.

Desde SENER se entiende la digitalización de la industria naval en la línea anteriormente expuesta, donde la ‘hoja de ruta’ y sus seis niveles de digitalización están ya a disposición de los clientes de SENER. El sistema CAD CAM FORAN y la experiencia demostrada por SENER en los proyectos de digitalización ya implantados en distintas industrias, permiten ofrecer soluciones completas e integradas a la industria Naval, integrando el sistema CAD CAM FORAN con la plataforma digital, proporcionando a los Astilleros y Armadores soluciones de digitalización adaptadas, y los distintos gemelos digitales requeridos.

En la digitalización de la industria naval se pueden considera tres grandes áreas independientes, complementarias y modulares, con grandes nexos en común que permiten la transición natural entre ellas. Estas áreas se definen a continuación como, Astillero 4.0, construcción 4.0 y buque 4.0. En cada una de estas tres áreas se incorporan las tecnologías habilitadoras de Digitalización tales como, Inteligencia Artificial, Big Data, Cybersecurity, IoT y Cloud Computing, entre otras.

Como Astillero 4.0, entendemos el astillero como planta industrial, donde coexisten equipos, personas y servicios con el fin último de proporcionar la infraestructura necesaria para la construcción de un producto final, ‘el buque’. El astillero dispondrá de Gemelos Digitales de las instalaciones, como sistemas de gestión de almacén, mantenimiento y operación.

Como Construcción 4.0, entendemos las fases de diseño y construcción de un producto, ‘el buque’. Proporcionando las tecnologías y herramientas necesarias para la digitalización de las fases de diseño, construcción y puesta en marcha (fase de garantía). Se dispone de una maqueta digital que se irá transformando durante su ejecución. La plataforma de digitalización proporcionará un control total del avance de la construcción y posibles desviaciones y/o retrasos de ejecución, tomando las medidas correctivas necesarias, así como planificación completa de pedidos, suministros y montajes.

Como Buque 4.0, entendemos la explotación y el mantenimiento del producto final, ‘el buque’ por parte del Armador. El objetivo es el de suministrar al Armador el Gemelo Digital de equipos y servicios del buque, que integra sistemas del control de equipos y servicios, datos históricos y dinámicos de funcionamiento y mantenimiento.

Cada una de estas áreas, están íntimamente interrelacionadas, ya que la capacidad y la calidad de procesos del Astillero influye en la decisión del armador en construir el buque en un determinado astillero. Las capacidades y el mantenimiento de los equipos y servicios del astillero influyen, a su vez, en la calidad y plazos de la construcción. Y finalmente la calidad, el control del diseño y la propia construcción influyen en la satisfacción final del cliente, y su capacidad de explotación con la mayor rentabilidad y seguridad posible, respetando el medioambiente.

Astillero 4.0

Astillero como planta industrial con el fin último de proporcionar la infraestructura necesaria para la construcción de un producto final.

Disponer de un modelo digital 3D de la planta industrial, astillero, a partir de la cual se pueden realizar tareas como:

• Gestión de espacios.
• Simulación de movimientos. Flujo de movimientos.
• Prestaciones de maquinaria y equipos.
• Control de estados de conservación.
• Mantenimiento preventivo y predictivo de equipos e instalaciones.
• Automatización de almacén.
• Control de estado de equipos.
• Control de atmosferas peligrosas en espacios confinados.
• Limpieza y orden.
• Control de accesos.
• Seguridad e higiene en el trabajo.

Las tecnologías habilitadoras digitales a utilizar serían, maqueta virtual, capturas 360 – LIDAR, Inteligencia Artificial (IA) aplicada a equipos y servicios, sensórica en maquinarias (SCADAs), uso de Tablets, códigos QR, plataforma en la nube, cuadro de mando integrador, entre otros.

Los beneficios que se van a obtener:

• Reducción Opex. Gasto operativo.
• Reducción espacios almacenes
• Reducción tiempos de espera
• Espacios eficientes
• Certificaciones de calidad
• Certificaciones de sostenibilidad
• Certificaciones de mantenimiento
• Certificaciones de digitalización

A partir del modelo digital 3D – Maqueta Digital – aplicando sonorización a equipos relevantes del astillero, tales como grúas, elementos de movimiento, transformadores, etc se puede tener un control de estado actual de funcionamiento, posibles averías, programar mantenimientos y toma de decisiones con antelación.

Optimización de tiempos, trabajo y espacios. Programar reservas de espacios o de elementos de transporte, de manera que el funcionamiento y mantenimiento de los equipos y servicios estén coordinados con la propia construcción del buque, evitando incidencias por falta de planificación, averías o paradas de mantenimiento no programadas.

Los datos recibidos desde los equipos del astillero serán tratados con herramientas específicas de filtrado, reconocimiento de grandes volúmenes de datos, y mediante cuadros de mandos apropiados, se realizará la monitorización en tiempo real de equipos propios del astillero.

Construcción 4.0

Construcción del buque en un entorno digital, en el que el modelo 3D – Maqueta Digital- desarrollada con el sistema CAD CAM FORAN se integra en la plataforma digital. La integración supone dotar al modelo 3D, que ya cuenta con geometría completa y datos, de capacidad de análisis en tiempo en real de situación y avance de la construcción. Para ello se integran datos dinámicos de previsiones y estados reales de ejecución.

El modelo 3D pasa de ser un modelo estático que se va completando en las distintas fases de diseño, a un modelo dinámico conectado con datos en tiempo real que ayuda a la toma de decisiones. Lo que nos permite disponer de un gemelo digital de la construcción.

Disponer de un gemelo digital de la construcción nos permite realizar tareas tales como:

• Conocimiento en tiempo real de los estados de ejecución de las piezas y materiales

• Estados de ejecución
  • Fechas de previsión de suministros
  • Fechas de finalización real

• Gestión de materiales en almacén

• Peticiones de aprovisionamientos
  • Asignación de estados de compra
  • Gestión de urgencias

• Gestión de producción

• Trazabilidad de ejecución
  • Alertas visuales por falta de material y retrasos
  • Gestión de no conformidad

• Gestión ingeniería

• Comparación de versión de diseño con estados de ejecución

Las tecnologías habilitadoras digitales serían: maqueta virtual, capturas 360, uso de tablets, Códigos QR, plantillas digitales, plataforma en la nube – Data Lake y Cuadro de mando integrador.

Los beneficios esperados que se van a producir a medida que la digitalización en la construcción se vaya implantando serían:

• Control en tiempo real deslocalizado
• Agilidad en la gestión gracias a la movilidad
• Eficiencia y unificación de la gestión interdepartamental
• Reportes deslocalizados para toma de decisiones
• Reducción tiempo en almacén por tramites
• Optimización en diseño evitando retrabajos de ingeniería
• Análisis y disposición de datos para futuros diseños

A continuación, se detallan cinco casos de uso en los que se pueden observar las ventajas y beneficios de la digitalización en la construcción del buque

CASO 1: Equipos – Eficiencia – Comunicación – Conocimiento

A partir del modelo digital integrado en la plataforma de digitalización se tendrá disponible para los equipos y servicios información detallada relevante (descripción, localización, estados, empresa subcontratista, fabricante, peso, nº de serie, fechas de recepción, montaje, previsión, etc.) y se podrán realizar, a pie de obra, mediante empleo de dispositivos portátiles tipo tablets, las siguientes acciones destacadas, entre otras:

• Conocimiento en tiempo real de los estados de ejecución.
• Fechas de previsión de suministros.
• Fechas de finalización real.
• Acceso a información técnica de los equipos y sistemas.
• Conexión con modelo 3D de FORAN
• Posibilidad de incluir comentarios, no conformidades e imágenes obtenidas desde obra, para mejor comunicación entre departamentos durante el proceso de revisión del estado de ejecución.

CASO 2: Suministro – Planificación – Estados de avance

A partir del modelo digital integrado en la plataforma de digitalización se podrán obtener distintos diagramas de sectores conectados con el modelo 3D, que permita identificar estado de avance de equipos y servicios, montados a bordo, recepcionados, pendiente de suministro etc. Y su comparación en distintos estados temporales.

CASO 3: Trazabilidad – Gestión – Comparador

A partir del modelo digital integrado en la plataforma de digitalización, se podrán analizar actualizaciones, modificaciones y rediseños al proyecto, verificando los elementos añadidos modificados y/o eliminados, lo que permite disponer de un control total sobre el estado de ejecución, tiempos de finalización y prevenir y solucionar posibles problemas o retrasos antes de que acontezcan. Proporcionando un control total sobre el estado de avance y ejecución.

CASO 4: Checklists –Tiempo Real – Almacén

A partir del modelo digital integrado en la plataforma de digitalización, desde dispositivos móviles en obra, seleccionando equipos y servicios desde modelo 3D, lectura de códigos QR o de barras, permitirá consultar estado de pedidos, disponibilidad, fechas de entrega, etc.,

Pudiéndose incluir comentarios, recordatorios, no conformidades y realizar pedidos pendientes, ordenes de trabajo, incluir imágenes, etc. También se podrán generar informes tipo Excel.

CASO 5: Estadísticas – Visualización – Control de Mando

A partir del modelo digital integrado en la plataforma de digitalización se podrán obtener diagramas de sectores conectados con el modelo 3D, que permiten obtener información en tipo real del estado de avance del proyecto.

Mediante un cuadro de mando se obtienen todo tipo de estadísticas de avance del proyecto.

Buque 4.0

Se trata de suministrar al armador ayudas a la explotación y mantenimiento del buque en un entorno digital, gemelo digital. Entendiendo como gemelo digital no un ente único, sino la suma de diferentes gemelos digitales de una serie de equipos y servicios del buque. Equipos y servicios críticos, que puedan afectar de forma considerable a la operación del buque, al rendimiento económico y a la seguridad, tanto de las personas como del medioambiente.

Se dispone de diagramas de P&Id inteligentes. Facilitando tareas y conocimiento del buque tanto, al personal de abordo como al personal encargado en tierra.

El armador tiene capacidad de control remoto con datos reales y capacidad de gestión. Monitorización en tiempo real de la situación de equipos y servicios del buque, pudiéndose realizar simulaciones y previsiones, lo que facilita tareas de tomas de decisiones en un escenario realista, disminuyendo el número de suposiciones.

Aplicación de Inteligencia Artificial (IA) al mantenimiento basado en condición, al integrar SCADAs, histórico de mantenimiento. Ayuda a toma de decisiones antes de que se produzcan situaciones de avería o mal funcionamiento. Programación adecuada de tareas de mantenimiento, minimizando al máximo el impacto en la operación y explotación del buque.

La aplicación de gemelos digitales a los equipos y servicios de propulsión del buque permite la simulación y la toma de decisiones adecuadas, que redundan en un funcionamiento óptimo de equipos, reduciendo consumos, aumentando tiempos de mantenimiento, prevención de averías y reducción de emisiones al medioambiente.

Es posible generar un sistema de alertas y comunicación con proveedores, etapa de garantía, y como herramienta de toma de decisiones coordinadas entre armador, tripulación y proveedor.

Comunicación directa, con estados de condición reales, con las Sociedades de Clasificación y organismos inspectores, así como con fletadores del buque.

Formación a través de RV a la tripulación y subcontratistas que tengan que realizar tareas de entrenamiento, mantenimiento o solución de averías a bordo.

Las tecnologías habilitadoras digitales a utilizar serían la maqueta virtual, Inteligencia Artificial (IA) aplicado a equipos y servicios, Realidad virtual VR, Sensórica, uso de Tablets, uso de Códigos QR, P&Ids inteligentes, plataforma en la nube y cuadro de mando integrador entre otros.

A continuación, se muestra, a modo de ejemplo, cuadros de mando de visualización general y de mantenimiento predictivo de una bomba instalada en una planta solar térmica desarrollada por SENER, en la que se aplican gemelos digitales en el control y mantenimiento de bombas de trasiego.

Finalmente se muestra el caso de uso de conexión de diagrama P&I desarrollados en el sistema CAD CAM FORAN e integrados en la plataforma de digitalización.

CASO 1: Conexión avanzada diagramas P&I con modelo digital 3D

A partir del modelo digital integrado en la plataforma de digitalización se conectan los diagramas P&I con el modelo 3D FORAN, pudiendo gráficamente acceder al equipo correspondiente seleccionado desde el diagrama P&I. Tanto para los diagramas P&I de distribuidores como de electricidad.

Conclusiones

A modo de conclusión, podemos decir que la digitalización de la industria está en marcha desde hace años, la industria naval no es ajena a esta era de digitalización, en la que ya está inmersa. SENER con el sistema CAD CAM FORAN y la plataforma de digitalización diseñada por SENER y la experiencia demostrable adquirida en otras industrias, está en condiciones de ofrecer a la Industria Naval la capacidad técnica y la experiencia necesaria para acompañar en esta transición a la digitalización, a los astilleros, oficinas técnicas, proveedores, armadores y resto de participantes.