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Simulación computacional y creación de prototipos virtuales en la industria de construcción naval

Industria

En la era moderna, se exige que barcos cada vez más sofisticados y complejos, equipados con modernas herramientas entren en servicio en plazos cortos de tiempo. Los requisitos de la construcción naval demandan un ciclo de diseño más corto, pero optimizado en cuanto a seguridad, equipamiento de alta gama, velocidad, capacidad de carga, manejo del sistema de comunicaciones, con capacidad de sigilo, etc.

La simulación computacional le permite al ingeniero diseñar con un alto grado de perspectiva y realizar todas las pruebas virtuales posibles en un computador antes de comprometerse con un diseño concreto para la creación de prototipos. Este es el poder de la implementación de CAE al proceso de diseño y una ventaja convincente que las empresas progresivamente están deseando obtener con la simulación virtual. 

Para el sector de la construcción naval, algunos de los principales retos son los largos ciclos de diseño, los diseños extremadamente complejos, el cumplimiento de los requisitos contractuales, las adaptaciones a las necesidades específicas de los clientes y los retos geográficos y medioambientales. Los ciclos largos de diseño significan que el coste de cambios posteriores en el ciclo podrían ser enormes. 

La creación de prototipos virtuales permite evaluar un producto completo al introducirlo en el ciclo de diseño e innovación y combinar numerosas físicas para ver cómo funcionaría el producto en un entorno del mundo real. Las empresas con más éxito se diferencian por emplear tecnologías de simulación en las primeras fases del diseño para reducir los ciclos de desarrollo y disminuir los costes.

Importancia de la ingeniería asistida por computador (CAE) 

La ingeniería asistida por computador (CAE) es la técnica de solución de la mayoría de los problemas de ingeniería con la ayuda de sistemas informáticos altamente desarrollados que implican hardware y software. La creación de prototipos con «ensayo y error» implica un alto coste y un elevado tiempo en el ciclo de desarrollo del producto.

Además, la repetición de pruebas experimentales para varios diseños de productos no es factible, ya que requiere elevadas inversiones. CAE se utiliza para predecir el comportamiento real de los productos en la fase de diseño básico y en cada fase del ciclo de diseño (como el diseño de rendimiento, el diseño básico, el diseño detallado y el diseño de producción) incluso antes de la fabricación. El desarrollo de los equipos informáticos y los sistemas de red, así como los códigos CAE de software bien desarrollados, han contribuido a la innovación en el diseño y la construcción de buques.

simulação na industria de construção naval

Figura 1: simulación típica de un proceso de desarrollo de productos de construcción naval

Al desarrollar el diseño básico y de rendimiento, el diseñador se basa en su conocimiento colectivo, su habilidad y su comprensión en muchas áreas de la ingeniería. Entre ellas se encuentran la ciencia de los materiales, la estática y las tensiones, la dinámica, la transferencia de calor, la mecánica de fluidos, las interacciones y vibraciones entre el casco y la propela, por nombrar algunas. Mientras mayor y más completa sea la compresión, mayor será la probabilidad de éxito en el canal de ensayos hidrodinámicos. 

Desarrollo de productos basado en la simulación (SDPD)

Los constructores de barcos se apresuran a crear un diseño para poder analizar, construir y probar los modelos en canal de ensayos hidrodinámicos para confirmar el rendimiento funcional del producto previsto. Como resultado, se producen muchos cambios en el camino, por lo que los calendarios de desarrollo se retrasan, los costes se disparan y los productos no suelen cumplir los requisitos del mercado y de la empresa, lo que aumenta el riesgo de insatisfacción de los clientes y/o de cancelación de productos.

Un nuevo enfoque del desarrollo de productos basado en la simulación representa un cambio cultural importante, un cambio adelantado de paradigma de la simulación. En la actualidad, muchos de los sectores de la construcción naval comercial y militar llevan a cabo la simulación desde la fase de diseño del rendimiento hasta la fase de diseño de la producción para explorar alternativas, detectar fallas y optimizar el rendimiento del buque. Este proceso permite tomar decisiones importantes sobre la funcionalidad, la geometría y los materiales en una fase temprana del ciclo, al basarse en los resultados de la simulación. Y también ayuda a reducir el número de pruebas de modelos, que es un proceso largo y costoso.

En el desarrollo de productos basado en la simulación se utiliza una amplia gama de tecnologías, como las simulaciones multifísicas, el electromagnetismo, la dinámica de fluidos, los análisis estructurales, los análisis de fatiga y fallas, las predicciones acústicas y la optimización del diseño. Utilizando estos y otros tipos de herramientas de análisis en varias fases del diseño de buques, la simulación guía la dirección del diseño para satisfacer de forma óptima el rendimiento, la integridad estructural, la fiabilidad, la durabilidad, el coste y otros requisitos. 

Y lo que es más importante, la simulación orienta las decisiones determinantes de compensación para equilibrar los objetivos: confiabilidad, velocidad del buque y requisitos de peso, por ejemplo. Normalmente, se evalúan muchas alternativas conceptuales antes de comenzar el diseño detallado utilizando el laboratorio virtual.

beneficios da simulação para construção de navios e indústria naval

Figura 2: Beneficios de la simulación en el ciclo de vida de un producto

Soluciones Ansys para el sector de la construcción naval

Como proveedor de herramientas de desarrollo de productos basado en la simulación, Ansys, Inc. está ayudando a las empresas líderes del sector a dominar la integración de la simulación para transformar los conceptos de diseño en productos de gran venta.

La solución del software Ansys, un sistema de simulación multifísica modular y de creación de prototipos virtuales que es fácil de usar, se amplía para satisfacer las necesidades del cliente, lo que hace que sea una inversión de bajo riesgo y ayuda a proveer productos innovadores con un plazo de entrega rápido. Además, las simulaciones de sistemas y la optimización del diseño permiten un diseño robusto con costes y tiempo de comercialización reducidos.

Figure: Application of CAE in Marine and Offshore industry

Figura 3: Aplicación de CAE en la industria naval

Simulaciones avanzadas con Ansys Workbench 

La complejidad geométrica y la física avanzada de las aplicaciones modernas de construcción naval plantean algunos de los problemas de simulación más complejos a los que se enfrentan los ingenieros hoy en día. 

Las presiones contractuales para crear productos innovadores y personalizados, pero robustos, en menos tiempo, ponen de relieve la necesidad de realizar simulaciones más avanzadas y más rápidas que nunca. Ansys proporciona las herramientas de prototipado virtual más rápidas y precisas para la construcción de barcos. Estas herramientas están totalmente integradas en la plataforma Ansys Workbench con capacidades avanzadas de modelado físico en todas las principales disciplinas de análisis, incluyendo estructural, térmica, electromagnética, fluidos, multifísica y sistemas con capacidades avanzadas de optimización. 

Desde la resistencia estructural hasta la hidrodinámica, desde la carga de olas hasta la gestión térmica, desde el análisis de vibraciones hasta el diseño de antenas, desde la eficiencia de la propulsión hasta el análisis de impactos, y muchos más estudios, ANSYS tiene productos y conocimientos de aplicación que están ayudando a los constructores de barcos a desarrollar un diseño optimizado según los requisitos de rendimiento, mucho antes de que se construya un modelo.

Modelado multifísico exhaustivo

Para evaluar con precisión el rendimiento del producto, el diseño debe analizarse en su entorno de trabajo y tener en cuenta simultáneamente la multifísica. La plataforma Ansys Workbench proporciona un entorno unificado que alberga todas las tecnologías avanzadas, permitiendo fácilmente el análisis de múltiples físicas a la vez.

La tecnología Ansys Workbench almacena el concepto de diseño en un entorno virtual vinculado directamente al modelo CAD, lo que permite a los ingenieros avanzar hacia una verdadera optimización del diseño multifísico.



Computer Simulation Experts

ESSS reúne conocimiento en ingeniería y ciencias de la computación para ofrecer, a los diversos sectores de la industria, las más avanzadas herramientas y soluciones en simulación numérica, ayudando a ingenieros y diseñadores a tomar mejores decisiones en las diferentes etapas de la vida de un producto o proceso (diseño, selección de materiales, construcción, resolución de problemas, mantenimiento). Es el representante oficial de Ansys en toda América del Sur.