La industria 4.0 da forma al astillero digital del futuro

Cómo la evolución de las tecnologías de la industria 4.0 está creando astilleros digitales para la construcción naval militar y comercial.

La Industria 4.0, con sus batallones de nuevas tecnologías, es ahora la fuerza motriz de la transformación del sector manufacturero. Pero la fabricación de proyectos de mayor envergadura, en particular la construcción naval, apenas está comenzando a comprender el potencial de las tecnologías transformadoras. En este artículo, Matt Medley, director del sector de fabricación aeroespacial y de defensa de IFS, describe el auge de los astilleros digitales, tanto en la construcción naval militar como en la comercial, y subraya la necesidad de un entorno de datos integrado para apoyar un ecosistema de fabricación y construcción cada vez más digitalizado.

No hay duda de que la industria 4.0 ha impulsado cambios drásticos en la fabricación de productos, maquinaria y equipos. Su impacto puede verse claramente en muchos aspectos de la fabricación discreta aeroespacial y de defensa (A&D), como la creación y el ensamblaje de elementos por componentes usados para fabricar plataformas militares de gran complejidad, como los aviones.

La construcción naval, sin embargo, lleva esta complejidad a un nivel totalmente nuevo al combinar las disciplinas de fabricación, construcción y gestión de proyectos. Ahora cuenta con la impresión 3D, la inteligencia artificial y la RA/VR (Realidad Aumentada/Realidad Virtual), por no hablar de los gemelos digitales, el aprendizaje automático y la computación de alto rendimiento, todas ellas tecnologías probadas y actores clave en un sector cada vez más digitalizado. El escenario está preparado para la llegada del sector marítimo 4.0.

La construcción naval está preparada para el cambio digital

El Instituto Australiano de Transformación Industrial explica claramente la razón y la motivación para la adopción del sector marítimo 4.0: «En consonancia con todas las demás formas de fabricación, la industria 4.0 ofrece una visión para la transformación de la industria de la construcción naval mediante el establecimiento de «astilleros digitales» y la adopción de una agenda de «astilleros 4.0».

«Es importante reconocer lo transformadora que es esta visión y lo difícil que será llevarla a cabo. Las motivaciones y los motores deben ser poderosos y los beneficios amplios. El ideal de la construcción naval digital y, lo que es más importante, del mantenimiento, está impulsado por la perspectiva de mejoras significativas en la productividad, la eficiencia, la fiabilidad, la calidad y la seguridad durante el ciclo de vida de los buques.»

Las proyecciones del mercado respaldan esta trayectoria de crecimiento. Los datos de ResearchAndMarkets consideran que el sector de la construcción naval digital está preparado para un crecimiento explosivo: de 591 millones de dólares en 2019 a 2.700 millones en 2027, con una impresionante tasa de crecimiento anual compuesto del 21,1%.

¿Qué significa realmente el sector marítimo 4.0?

Según un estudio reciente del Procedia Manufacturing industry journal, publicado en el marco de la International Conference on Industry 4.0 and Smart Manufacturing, maritime 4.0, el sector marítimo 4.0 permite:

• La integración automatizada de datos reales en la toma de decisiones.
• La adopción e implementación de tecnologías conectadas para el diseño, la producción y la operación.
• La reducción del impacto medioambiental de los buques, relacionado con la producción, el funcionamiento y la eliminación, incluidas las emisiones, el ruido submarino y la utilización de materiales.
• Operación asequible y sostenible.
• Reducción del riesgo, aumentando la seguridad y la protección.

Es esencial que los constructores navales den prioridad a los avances digitales. La supervisión digital de los activos marítimos y navales no comienza en el mar, sino al principio del ciclo de vida de un buque, en el proceso de diseño y en la fase de fabricación.

El éxito o el fracaso de las implantaciones marítimas 4.0 depende de que se aborden cuatro áreas críticas.  En primer lugar, las implantaciones deben hacer frente a una amplitud y profundidad de la complejidad que la industria 4.0 nunca encontró. Por ello, en segundo lugar, la implantación de la tecnología no debe ser fragmentaria, sino formar parte de un entorno integrado mucho más amplio. En tercer lugar, todas las implementaciones deben establecer la mayor seguridad posible dentro de este hilo digital y, por último, ninguna implementación puede ignorar la necesidad de incorporar la sostenibilidad.

La complejidad viene con el territorio

La diferencia de escala implica una diferencia de tipo: la fabricación de un buque es más parecida a la gestión de un proyecto de construcción a gran escala que la fabricación tradicional de piezas y productos. Consideremos los últimos portaaviones actualmente en servicio y en construcción, como la clase Gerald R. Ford.

El USS Gerald R. Ford (CVN 78) cuenta con una cubierta de vuelo de 78 metros de ancho equipada con un sistema electromagnético de lanzamiento de aviones y un avanzado equipo de detención. El portaaviones tiene capacidad para transportar más de 75 aviones y puede acoger a 4.539 personas. La fabricación de un activo tan complejo y vanguardista requiere sistemas de apoyo para gestionar eficazmente un proyecto de construcción a gran escala.

Incluso la construcción naval comercial, aunque suele ser menos compleja en su diseño, conlleva su propia serie de complejidades, como las estrictas normas de importación y exportación que varían mucho según el país, los nuevos requisitos de control de enfermedades infecciosas y los elevados costes de la mano de obra, por nombrar sólo algunos. La competencia mundial en la construcción naval es feroz y está dominada por los países con mano de obra barata: Más del 90% de la construcción naval mundial se realiza en sólo tres países: China, Corea del Sur y Japón.

Para hacer frente a esta complejidad se necesita el apoyo de un sistema específico del sector y de alcance empresarial que pueda gestionar un proceso de fabricación tan singular. Este tipo de construcciones complejas tardan años en completarse y deben ser gestionadas de forma muy estricta desde el punto de vista del tiempo y los costes. Esto significa que el apoyo a la gestión de proyectos es fundamental.

Significa gestionar los procesos de la cadena de suministro para optimizar los escasos recursos y las piezas que se suministran desde múltiples fabricantes de segundo y tercer nivel de todo el mundo. Significa una funcionalidad de gestión de activos que pueda gestionar el mantenimiento, la reparación y la revisión (MRO) a lo largo del ciclo de vida de un buque para aquellos constructores navales que sigan apoyando la gestión de activos después de la construcción y el despliegue iniciales.

Permitir el cambio transformacional en el astillero y en el mar

Naturalmente, las tecnologías de transformación que forman parte esencial de la industria 4.0, desde la IA y el aprendizaje automático hasta la impresión 3D y los gemelos digitales, desempeñarán un papel definitorio en las estrategias marítimas 4.0, y aprovechar estas tecnologías requiere una transformación digital. En respuesta, las principales fuerzas navales han tomado medidas para digitalizarse en los últimos años.

En 2017, la Royal Navy anunció el proyecto NELSON, diseñado específicamente para llevar a cabo la transformación digital en toda ella. Asimismo, la Armada estadounidense ha hecho grandes progresos con su proyecto Naval Operational Business Logistics Enterprise (NOBLE). El programa eliminará más de 700 servidores de bases de datos/aplicaciones y consolidará más de 23 sistemas de aplicaciones actualmente aislados, con el objetivo final de mejorar la preparación de los activos tanto en tierra como en material.

Ahora los constructores navales deben cruzar el abismo digital. Cualquier programa de transformación digital naval o marítima que tenga éxito implica la puesta en marcha de un entorno de datos integrado (IDE) completo que requiere la estrecha colaboración de las organizaciones militares, los actores de la industria y, por supuesto, los proveedores de software. Está claro que un astillero totalmente digital debe estar respaldado por un sistema de software lo suficientemente ágil como para actuar sobre el creciente volumen de datos y la complejidad para ofrecer beneficios operativos cuantificables.

Por ejemplo, el cliente de IFS, el constructor de submarinos y buques de guerra ASC, el mayor contratista de defensa de Australia, que recientemente anunció un programa de transformación digital en toda la empresa. El programa integral sentará las bases para la transición de ASC para convertirse en un astillero digital, facilitando procesos más ágiles, una mayor integración entre los sistemas y el uso ampliado de datos en tiempo real para impulsar la toma de decisiones optimizada en toda la organización.

Seguridad en un ecosistema marítimo digital

Pero la IDE y la columna vertebral digital que sustenta el sector marítimo 4.0 no estará exenta de desafíos. La ciberseguridad será tan omnipresente en el sector de la construcción naval como en cualquier otro. Así lo reconoce un documento publicado recientemente por la oficina de investigación del Congreso de los Estados Unidos sobre la estructura de fuerzas y los planes de construcción naval de la Armada estadounidense:

«El hilo digital de los buques tripulados y las plataformas autónomas ofrece enormes oportunidades de eficiencia en la coordinación, el funcionamiento, el mantenimiento y la ciberresistencia», afirma el documento. «Sin embargo, este hilo de datos críticos, incluyendo la localización, el rumbo y el estado de la plataforma, presenta una de las mayores oportunidades para las ciberamenazas y los ciberataques a los buques de la Armada. Es necesario abordar la ciberseguridad de extremo a extremo y la tecnología antimanipulación para una amplia gama de sistemas, desde pequeños buques autónomos portátiles hasta sistemas tan grandes como los grupos de portaaviones».

El sector de la defensa se ha adelantado mucho en lo que respecta a las mejores prácticas de ciberseguridad y los constructores navales que prestan servicios a clientes militares tendrán que garantizar el cumplimiento de las estrictas normativas. El software que cumple con la normativa puede ser un diferenciador clave a la hora de licitar por contratos de fabricación de buques.

Para ello, el software empresarial debe ser un elemento estratégico para la garantía de la información y la ciberseguridad. Debe diseñarse desde el principio teniendo en cuenta la seguridad, y abordar los riesgos y las amenazas en todas las fases del ciclo de vida del desarrollo del software.

La sostenibilidad es ahora parte de cualquier estrategia empresarial de fabricación progresiva

La sostenibilidad marítima ha sido un área de gran interés en los últimos años y el transporte marítimo 4.0 tendrá, por supuesto, un impacto positivo en la sostenibilidad. La OMI ha encabezado un esfuerzo de toda la industria para acelerar una importante transición de combustible y tecnología en respuesta al desafío climático. Su objetivo es reducir las emisiones anuales de CO2 en al menos un 50% para 2050.

Al mismo tiempo, las fuerzas militares también están buscando operaciones más ecológicas para los buques de nueva construcción. La Royal Navy ha implantado recientemente un sistema de reducción catalítica en dos de sus buques de guerra más nuevos que reduce las emisiones de óxido de nitrógeno hasta en un 97%.

Un reciente documento académico del Departamento de Ingeniería Mecánica y Diseño Industrial de la Universidad de Cádiz destacó 12 tecnologías clave de la industria 4.0 como las más impactantes para hacer más sostenible la cadena de suministro de la construcción naval, entre ellas la fabricación aditiva, el análisis de big data y la realidad aumentada. En todo esto, el software empresarial de apoyo tiene un papel esencial que desempeñar en este futuro marítimo verde.

Una buena optimización de la cadena de suministro puede ayudar a gestionar los materiales compuestos y las nuevas técnicas de fabricación que reducirán drásticamente las emisiones innecesarias. Una vez más, el IDE tiene un papel clave que desempeñar aquí. Cuando los datos de la construcción naval se canalizan a través de un sistema, el software empresarial puede asignar una puntuación de sostenibilidad a cada proceso de la cadena de valor de una organización de construcción naval.

Marítimo 4.0: impulsando el astillero digital

El vínculo entre el sector marítimo 4.0 y el astillero digital del futuro es evidente para los constructores navales comerciales y militares. Pero hacer este cambio digital implica enfrentarse a la complejidad de los proyectos, los componentes y los datos a una escala muy superior a la de la fabricación tradicional de A&D.

Por ello, los fabricantes de buques y las organizaciones navales reconocen la necesidad de avanzar hacia un entorno de datos integrado, ya que solo así podrán aprovechar las ventajas de eficiencia, visibilidad, seguridad y sostenibilidad del sector marítimo 4.0 en un sector cada vez más digitalizado.

Fte. Naval Technology