Tendencias y soluciones digitales para el sector naval

Hoy en día, la construcción naval se enfrenta a una presión sin precedentes para aumentar la eficiencia de los buques y reducir las emisiones en cumplimiento de una normativa medioambiental cada vez más estricta.

En los últimos años, hemos asistido a la aparición de un esfuerzo mundial para controlar el cambio climático y construir un futuro sostenible con bajas emisiones de carbono. Para descarbonizar la flota mundial lo antes posible, la Organización Marítima Internacional (OMI) ha introducido normas estrictas en materia de emisiones. La única manera de cumplir esas normas es hacer la transición desde los combustibles fósiles altamente contaminantes que todavía se utilizan ampliamente en la industria a alternativas más limpias, y explorar nuevas posibilidades en términos de sistemas de propulsión y fuentes de energía.

Además, el sector naval se enfrenta regularmente a crisis: crisis financieras, crisis de los combustibles y, más recientemente, la crisis del COVID-19. Y cada una de ellas tiene un impacto directo en la demanda del transporte marítimo, con un efecto dominó en el mercado de las nuevas construcciones, donde el aumento de la competencia está obligando a los astilleros y armadores a reducir los plazos de entrega y los costos del ciclo de vida de los barcos. Como resultado, los armadores buscan buques más rentables, es decir, con menores costos de ciclo de vida y mayor disponibilidad operativa.

Por último, a medida que aumenta la demanda de barcos más versátiles y de alta tecnología en todos los segmentos de la industria naval, los astilleros tienen dificultades para gestionar y mitigar los riesgos asociados a los crecientes niveles de complejidad del diseño. Hoy en día, a las armadas se les pide a menudo que se ocupen de operaciones militares distintas de la guerra (MOOTW), por ejemplo, proporcionando ayuda humanitaria y atención médica de emergencia después de desastres naturales o estableciendo una plataforma de helicópteros para el reabastecimiento o la evacuación. En el otro extremo del espectro, si nos fijamos en el sector de los yates o los cruceros, podemos observar la misma tendencia: la gente ya no se conforma con navegar por el Mediterráneo o el Caribe. No. Quieren ir a la Antártida o a las Galápagos, lo que significa que los buques deben ser capaces de operar en una gama más amplia de condiciones. Esos navíos requieren equipos y sistemas de alta tecnología a bordo. Más sensores, más cables, más automatización, más control.

En nuestro sector, las empresas que construyan, operen y mantengan los buques más sostenibles, conectados, rentables y adaptables son las que definirán el futuro. Y la única manera de que astilleros, proveedores y armadores puedan lograr un éxito sostenible es si pasan a un modus operandi integrado e inteligente. Para ello hay tres componentes fundamentales que los verdaderos líderes y disruptores deben adoptar:

 

• El gemelo digital más completo: con los conocimientos y los datos de un gemelo digital completo y un enfoque de sistema de sistemas, los astilleros pueden optimizar continuamente el diseño, la producción y las operaciones de los buques, y responder rápidamente a los cambios del mercado, al aumento de las tecnologías innovadoras y a las nuevas normativas dentro de un contexto más amplio. Cualquier parte del producto real o del entorno de producción que no esté representada en el gemelo digital no puede simularse ni optimizarse completamente para la sostenibilidad en conjunto con el costo, calidad y el tiempo. La falta de datos introduce riesgos en el negocio.
• Soluciones modernas, adaptables y personalizadas: las empresas deben ser capaces de proporcionar a las personas de su organización y cadena de valor herramientas que sean fáciles de usar y capaces de extraer información de muchos lugares y presentarles esa información de una manera que sea consumible para la tarea que están tratando de completar. Poner a disposición los datos del ecosistema industrial conectado no es útil si se presentan de forma confusa o compleja. Deben estar personalizados para la persona y su tarea para permitir decisiones sostenibles.
• Y un ecosistema abierto y flexible: la tecnología de la información desempeña un papel fundamental en la búsqueda de la complejidad como ventaja competitiva. La creación de indicadores holísticos de sostenibilidad requiere datos de tantas fuentes como sea posible para informar al gemelo digital. Ninguna herramienta o proveedor puede hacerlo todo, y los estándares abiertos permiten una visión completa de la huella de carbono, desempeño y la rentabilidad.

 

Utilizando la cartera de Siemens Xcelerator, nuestra cartera integrada de software, servicios y plataforma de desarrollo de aplicaciones que abarca todos los productos y tecnologías de Siemens Software, hemos creado cinco soluciones empresariales para ayudar a los astilleros en su transición hacia un astillero digital:

 

• En primer lugar, nuestra solución de diseño e ingeniería integrados del barco, que reúne todos los procesos de diseño multidisciplinar en un único entorno y permite a los astilleros ser más productivos, apoyar la innovación y reducir los riesgos en todas las fases de diseño
• En segundo lugar, la solución de construcción digital de barcos, que simula el proceso de construcción naval en un entorno de astillero virtual integrado para optimizar la planeación de la fabricación y la producción.
• En tercer lugar, nuestra solución de servicio y mantenimiento de barcos, basada en sistemas y totalmente integrada, que facilita el cambio al mantenimiento predictivo y permite a los armadores ampliar la disponibilidad y fiabilidad de los activos al tiempo que se reducen los costos asociados al mantenimiento, las reparaciones y las conversiones.
• Planeación y ejecución integrada de proyectos, que integra los costos, el calendario y los requisitos técnicos en una solución de gestión de proyectos de principio a fin totalmente planificada, dotada de recursos y presupuestada.
• Y, por último, la administración del ciclo de vida de los barcos, que reúne toda la información y los procesos de los productos en un sistema centralizado para agilizar las operaciones y maximizar la productividad.

 

 

Diseño e ingeniería integrados del barco

La fase de diseño e ingeniería suele representar entre el 5 y el 10 por ciento del costo total de producción de un buque y, sin embargo, influye en cerca del 85 por ciento de los costos de su construcción. Es también durante esta fase cuando se determina el 90% de su rendimiento. Hacer las cosas bien desde el principio del proyecto es lo más importante para garantizar el éxito. Pero en un clima de incertidumbre provocado por las nuevas normativas, la aparición de nuevos combustibles y la inestabilidad de los mercados, a los astilleros les resulta difícil posicionar sus procesos para mitigar los riesgos y responder rápidamente a los cambios de requisitos.

Para seguir siendo competitivos, los astilleros deben entregar sus buques a tiempo, dentro del presupuesto y con calidad. La solución consiste en reunir todos sus datos, procesos y herramientas de diseño multidisciplinares en un entorno centralizado, en el que puedan romper los silos de información y colaboración, impulsar la innovación y mejorar la productividad de la empresa, permitiendo descubrir mejores diseños más rápidamente. Esta solución se basa en 3 aspectos clave:

 

• Diseño multidisciplinar: reúne todas las disciplinas de diseño del barco en un único entorno de colaboración integrado, creando un gemelo digital completo
• Exploración del diseño: la simulación puede utilizarse para explorar y optimizar cualquier aspecto del rendimiento del buque, desde los componentes individuales a los subsistemas, pasando por el sistema completo, lo que aumenta la confianza en el desempeño en el mundo real desde las primeras fases del diseño
• Orquestación de procesos: para una ejecución fluida de los procesos, todo esto debe tener lugar en un entorno integrado, en el que las distintas herramientas estén conectadas a la perfección, no en silos, proporcionando una columna vertebral de datos a través de los equipos de diseño

 

Construcción digital de barcos

Una normativa medioambiental y de seguridad más estricta y unos requisitos funcionales cada vez más personalizados han impulsado la demanda de embarcaciones de mayor valor añadido. Estos navíos no sólo son más complejos de diseñar y fabricar, sino también de construir. Esta oleada de complejidad llega a los astilleros justo cuando el aumento de la competencia y la creciente incertidumbre económica los obligan a reducir sus costos de producción y los plazos de comercialización. Los astilleros deben cumplir las especificaciones, los plazos y el presupuesto si quieren seguir siendo competitivos. Pero cuando los márgenes son ya tan bajos, necesitan optimizar y, en la medida de lo posible, automatizar sus procesos, aprovechando un entorno de astillero virtual integrado en el que simular y ajustar todo el proceso de fabricación:

 

• Optimización de procesos: Utilizando la simulación y el IoT para reducir el riesgo de retrasos planificando con precisión, optimizando las secuencias de producción y minimizando el trabajo fuera de secuencia. Utilizando el gemelo digital para mejorar la cooperación con la cadena de suministro, proporcionando a los proveedores información accesible y actualizada sobre ingeniería, planeación, integración de procesos y calidad.
• Métodos de producción avanzados: Acelerar la introducción de nuevas tecnologías de producción, como la impresión 3D, y de nuevos materiales, como los compuestos más ligeros y resistentes, para reducir los costos de producción.
• Fabricación en un lazo cerrado: Hacer las cosas bien a la primera y permitir la mejora continua mediante el control del proceso entre el diseño y la fabricación a través de la optimización de bucle cerrado.

Servicio y mantenimiento de barcos

A medida que la desaceleración económica sigue afectando al ya saturado mercado del transporte marítimo, los armadores buscan maximizar los márgenes de beneficio reduciendo los costos operativos y mejorando la disponibilidad de los buques. Al mismo tiempo, el auge de las tecnologías de la información y la comunicación (TIC) está llevando la recopilación, el intercambio y el análisis de datos a un nivel sin precedentes, abriendo nuevos horizontes tanto para las compañías navieras como para los constructores de barcos. El sector naval puede aprovechar este mar de datos recientemente disponibles para reducir los costos operativos y ampliar la disponibilidad de las embarcaciones mediante la integración:

 

• Administración de activos en bucle cerrado: los armadores pueden aprender mucho de las operaciones y servicios de sus buques. Al recopilar los datos operativos y de servicio, analizarlos y devolverlos al equipo de diseño, las empresas pueden mejorar el diseño del próximo navío, o incluso el diseño de una pieza específica del equipo a bordo del navío en funcionamiento. Todos estos datos deben almacenarse en el gemelo digital del barco en operación, al que también nos referimos como el gemelo digital de rendimiento
• Mantenimiento predictivo: los armadores pueden utilizar los datos recogidos y analizados durante la operación para determinar el estado de los equipos en servicio y, en la medida de lo posible, programar el mantenimiento de la embarcación mientras está en el puerto, por ejemplo, durante los procedimientos de carga y descarga. De este modo, las empresas minimizan el tiempo en que el barco está fuera de servicio y maximizan su disponibilidad.
• Disponibilidad y seguridad operativa: el gemelo digital también puede utilizarse para preparar la formación digital del personal de mantenimiento, o como sistema de apoyo a la toma de decisiones de la tripulación. Puede cobrar vida utilizando tecnologías como la RA (realidad aumentada) y la RV (realidad virtual), y ahorrar tiempo y costos al permitir la orientación remota para el mantenimiento y la ejecución de servicios en lugar de enviar especialistas, pero también para acelerar el aprendizaje, mejorar la seguridad operativa y de servicio mediante la creación de formaciones inmersivas por computadora.

 

 

Planeación y ejecución integradas de proyectos

A medida que aumenta la demanda de barcos de alto valor añadido, también lo hace la necesidad de identificar y mitigar los riesgos asociados a procesos de diseño y fabricación más complejos. Esta necesidad se ve agravada por el actual clima de imprevisibilidad y el aumento de la competencia en el mercado de la construcción naval. Para seguir siendo competitivo, un astillero debe presentar ofertas que sean atractivas y precisas. Para ello, es fundamental contar con una solución de gestión de proyectos de principio a fin totalmente planeada, dotada de recursos y presupuestada. Para controlar estos riesgos, los astilleros deben ser capaces de combinar los costos, el calendario y los requisitos técnicos en una solución de gestión de proyectos integrada.

 

• Planeación integrada: normalmente, en el sector naval, la estructura de desglose del trabajo (WBS) constituye la base del proceso de construcción naval. En todo momento, es necesario tener la WBS conectada a los requisitos técnicos establecidos por el cliente, para hacer un seguimiento de cómo cualquier cambio en el calendario afectará a esos requisitos, y seguir garantizando la capacidad de cumplir el contrato en el que se establecen esos requisitos. Por tanto, tener un enfoque de sistemas integrados es fundamental en la Pleaneación y ejecución de proyectos tan complejos como la construcción de un barco.
• Manejo integrado de ofertas y riesgos: Los requisitos y los riesgos deben estar conectados desde el principio del proyecto, cuando las empresas responden a una IFB (invitación a presentar ofertas) o a una RFP (solicitud de propuestas). Esto garantizará que los riesgos se comuniquen claramente al cliente durante el proceso de licitación.
• Gestión de proyectos en bucle cerrado: cerrar el bucle de la WBS retroalimentando las mejores prácticas y las lecciones aprendidas para seguir mejorando los flujos de trabajo y los procesos.

 

Administración digital del ciclo de vida de los barcos

Para cumplir la normativa y las exigencias del mercado actuales, las embarcaciones deben ser más ecológicas, seguras, inteligentes, rentables, conectados y adaptables. A medida que se añaden nuevas funcionalidades a lo que ya es un producto muy complejo, más partes (por ejemplo, proveedores, subcontratistas, co fabricantes) deben participar en los procesos de diseño, fabricación y mantenimiento. Dado que la vida útil de los barcos puede llegar a ser de 40 años en el caso de las embarcaciones comerciales y de 50 años en el caso de los de guerra, es evidente que una sólida administración de su ciclo de vida no es opcional, sino que es fundamental. La solución es un sistema que reúna toda la información y los procesos de los productos en un sistema centralizado para maximizar la productividad. Se trata del mismo sistema de gestión de datos que se utiliza desde el diseño inicial, hasta la producción, la entrega y todas las operaciones.

 

• Manejo de la lista de materiales: la lista de materiales multidominio es uno de los aspectos más críticos de la administración del ciclo de vida del buque. Para un producto tan complejo como un barco, que puede contener hasta varios millones de elementos de diseño, se necesita un sistema sólido y centralizado para manejar y gestionar toda esta información.
• Gestión de cambios en bucle cerrado: garantizar que los cambios en tiempo real se registren de forma precisa y transparente para que todas las partes implicadas tengan una única versión de la verdad. El bucle cerrado garantiza un manejo eficaz de cualquier cambio. Por ejemplo, el cambio de un soporte en la producción puede repercutir en el diseño de un sistema o afectar al cumplimiento de un requisito establecido en el contrato (por ejemplo, una reserva de espacio).
• Escalable: mediante el uso de un entorno digital centralizado, las empresas pueden garantizar que cualquier ingeniería, astillero, proveedor, subcontratista o sociedad de clasificación con la que esté trabajando, o con la que puedan trabajar en el futuro, tenga siempre acceso a la información correcta en el momento y lugar adecuados. Esto es fundamental para prepararse para futuras oportunidades de negocio, por ejemplo, pasar de un modelo de negocio orientado al producto a otro orientado al servicio, ofreciendo servicio y mantenimiento además de producción y ventas.

 

Siemens como actor principal en la digitalización

Siemens es un actor principal en la digitalización, con más de 24,500 ingenieros de software, más de 1 millón de activos conectados y más de 250 ofertas digitales. Ofrecemos una amplia gama de soluciones digitales para el sector naval y seguimos consolidando nuestra cartera. No sólo somos una de las 10 empresas de software más importantes del mundo, sino que también tenemos 135 años de experiencia en el sector naval. Siemens es el único proveedor industrial que puede presentar un proyecto integral que cubre prácticamente todo el proceso del ciclo de vida de un barco: desde el concepto inicial y la simulación hasta la fase final de servicios y mantenimiento. Estas capacidades hicieron que Navantia eligiera a Siemens como su socio tecnológico para digitalizar el proceso de construcción naval de la compañía. Utilizando el porfolio Xcelerator de Siemens, Navantia está implementando un gemelo digital completo para su nuevo programa de Fragatas F-110, cumpliendo así con los requisitos de la Armada Española.

 

CESENA

El acuerdo con Navantia incluyó la creación de un Centro de Excelencia del Sector Naval (CESENA) en Ferrol (Galicia, España) que está ayudando a impulsar la transformación digital y a fomentar la colaboración entre los diferentes agentes. Las instalaciones de vanguardia del CESENA están dotadas de las últimas tecnologías para mejorar todas las fases del proceso de diseño y construcción del buque con el objetivo de transformar toda la cadena de valor de la industria naval e impulsar su competitividad. El CESENA se une a la red de Centros de Excelencia globales que Siemens ya ha establecido en otras comunidades de la construcción naval, como Estados Unidos, Alemania, India, Australia, China y Reino Unido.

El CESENA es también un claro ejemplo del Metaverso Industrial lanzado hace unos meses por Siemens y NVIDIA, pionera en gráficos acelerados e inteligencia artificial (IA). El metaverso es un entorno totalmente cibernético en el que cualquier interacción del ser humano se produce de forma virtual, que aplicado al sector industrial a través de software especializado y tecnologías de automatización se convierte en el Metaverso Industrial, una auténtica revolución que mejorará el desempeño de las fábricas, reduciendo sus costos y evitando fallos y riesgos. En las instalaciones ultra tecnológicas del CESENA, por ejemplo, se crean réplicas virtuales de la estructura de un barco, optimizando la toma de decisiones en cada fase de su desarrollo, y permitiendo la convergencia de las TI y las OT.

PERTE

Además de la puesta en marcha del CESENA, el compromiso de Siemens con el sector naval español ha culminado con su participación, junto a Navantia y PYMAR, en el Programa de Transformación del Sector Naval, que incluye la revolución digital de los astilleros públicos y privados españoles y de toda su cadena de suministro. Cuando se desarrolle este plan, se prevé la creación de 1.700 nuevos puestos de trabajo de alto valor añadido, la cualificación de más de 30,000 trabajadores en tecnologías digitales y la reducción de las emisiones de CO2 en 50,000 toneladas.

Para lograr esta transformación digital, es imprescindible asegurar la formación digital de los trabajadores de los astilleros españoles. Consciente de ello, Siemens ha lanzado el Marine Digital Twin del CESENA, un programa de formación que incluye las mejores herramientas de diseño y simulación, integradas en el porfolio Xcelerator, que hará realidad el reto del Astillero 4.0 e impulsará la digitalización del sector naval español.

 

Por: Juan Antonio Oliveira, Responsable de Transformación Digital para el Sector Naval en Siemens Digital Industries Software