en el Diseño de Tuberías en Construcción Naval
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en el Diseño de Tuberías en Construcción Naval
'."4.V
x?
uan Mvo Sevilla, 1987
CONTRIBUCIÓN A LAS NUEVAS TENDENCIAS EN EL DISEÑO
DE TUBERÍAS EN CONSTRUCCIÓN NAVAL
Autor : J u a n Ramon Calvo Amat
Director de la tesis :D . Ju l io Fe rnandez Biarge
1
A mis compañeros de trabajo
ii
Agradecimiento
Deseo testimoniar mi agradecimiento a D.Julio Fernadez Biarge por
su interés y consejo en la dirección de esta tesis, a D.Juan Alfaro
Perez por su ayuda en la corrección de la redacción y a D. Miguel
Herrero Fayren y a D. Francisco Crespo Leon por su ayuda en el manejo
del tratamiento de textos.
iv
En la situación actual, tanto las posibilidades de contratar como
los resultados econo'micos de un astillero, dependen de su capacidad
para construir un buque en el plazo mas corto posible.
Dentro de los trabajos de diseño y construccio'n de de un buque el
trabajo de tuberías ha sido el que tradicionalmente ha condicionado
los plazos de construcción.
En este estudio se considerara que se han tenido en cuenta los
criterios necesarios para que las instalaciones del buque funcionen
correctamente y se verá como los sistemas de diseño influyen en el
coste y plazo del buque y, por tanto, en la productividad del
astillero.
Se estudian los distintos procesos de diseño, fabricación y montaje
de tuberías, la evolución de estos procesos a lo largo del tiempo, los
módulos de armamento que se realizan en los astilleros, los modelos de
cámara de máquinas, y los sistemas de ayuda al diseño por ordenador.
El autor, en su puesto de Jefe de la Oficina Tecnológica de la
Factoría de Sevilla de Astilleros Españoles en los últimos 12 años, ha
tomado parte activa en esta evolución, formando parte de un equipo que
ha situado a este astillero entre los mas avanzarlos de Europa.
Todo lo anterior sirve de base para la segunda parte de este
estudio, donde se abordan las que, en opinion del autor, son las nuevas
tendencias en el diseño de tuberías en la construcción naval.
V
Integración del CAD/CAM o CIM : CAD = computer aided design o
diseño asistido por ordenador, CAM = computer aided manufacturing o
fabricación asistida por ordenador, CIM = computer integrated manufac
turing o fabricación integrada por ordenador.
Se estudia la integración de los procesos de diseño con el resto de
los procesos de gestión y de producción de un astillero, proponiéndose
un modelo de cómo el autor ve esta integración. Se comenta la actual
tendencia a pasar de las automatizaciones duras con maquinas
especializadas para cada proceso, a las automatizaciones blandas en
las que un robot puede realizar distintos procesos modificando su
programación.
Se estudian las nuevas posibilidades de la normal i zacio'n, de los
planos parametrizados y de la tecnología de grupos aportando algunos
ejemplos.
Se estudia también como los procesos anteriores conducirán a una
optimizacion del producto en sí, es decir a conseguir mejores buques.
En las conclusiones destacamos como el camino que tienen los países
desarrollados, como el nuestro, para mantener una industria
competitiva de construcción naval va por la mecanización de los
procesos constructivos siguiendo las tendencias anteriores y
obteniendo buques optimizados.
vi
SUMMARY
Under the present situation the possibilities to contract and the
economical results of a Shipyard depend on its capacity to build a
ship within the shortest time.
i
Within the works of design and construction of a ship, piping work
has traditionally conditioned the construction time.
In this study it shall be considered that the necessary criteria
for the ship installations to operate correctly have been taken into
account and it shall be noticed how the design systems influence on
the cost and time of a ship and therefore on the Shipyard's productiv
ity.
Studies are made of different design processes, manufacturing and
installation of piping, evolution of these processes along the time,
outfitting modules made in the Shipyard, engine room models and com
puterized design aid systems.
The author, in his post of Chief of the Technological Office of
Sevilla Shipyard of Astilleros Españoles for the last 12 years, has
taken an active part in this evolution, making part of a team which
has placed this Shipyard among the most advanced in Europe.
All of the above is used for the second part of this study, whereby
an approach is made to those who, in the author's opinion, are the new
trends in the piping design of shipbuilding.
vii
Integration of CAD/CAM or CIM: CAD = computer aided design, CAM =
computer aided manufacturing, CIM = computer integrated manufacturing.
i
A study is made of the integration of design processes with the re
maining step and production Shipyard processes, proposing a model of
how the author views this integration. Comments are made on the pres
ent trend to go from hard automations with specialized machines for
each process to soft automations, in which a robot can carry out dif
ferent processes modifying its programmes.
Studies are made of: New possibility of standardization,
parametrized drawings and group technology, bringing some examples.
It is also studied how the above processes shall lead to optimize
the product itself, that is, to obtain better ships.
In the conclusions we stand out how the way of developed countries
(as ours) to maintain a competitive shipbuilding industry is by com
puterizing constructive processes, following the above trends and ob
taining better ships.
ÍNDICE
viii
ÍNDICE
INTRODUCCIÓN
A. EXAMEN CRITICO DE LA SITUACIÓN ACTUAL
A.l. Descripción de las distintas operaciones de diseño, fabricación y montaje, de tuberías en la construcción naval.
A.1.1. Diseño. A.1.2. Fabricación. A.1.3. Montaje A.1.4. Plazos e inversion.
A.2. Análisis de la evolucio'n de los procesos anteriores a lo largo del tiempo.
A.3 Formación de unidades o módulos.
A.3.1. Ventajas e inconvenientes. A.3.2. Unidades de tuberías. A.3.3. Unidades de tanques. A.3.4. Unidades de bombas y aparatos.
A.4. Maquetas o modelos de cámaras de maquinas.
A.5. Diseño asistido por ordenador, CAD/CAM.
B. NUEVAS TENDENCIAS
B.l. Integración del CAD/CAM
B.2. Normalización, planos parametrizados y tecnología de grupos.
B.3. Optimizacion.
CONCLUSIONES.
BIBLIOGRAFÍA.
INTRODUCCIÓN
1
INTRODUCCIÓN
En los resultados económicos de la construcción de un buque, así* como en
las posibilidades que tiene un astillero para contratar influye
fundamentalmente el plazo de entrega que el astillero es capaz de ofrecer,
debido a los siguientes motivos.
l.La contratación es a precio fijo.
2.Hay un elevado índice de inflación.
3.El coste de los materiales en una situación de inflaccion va
aumentando con el tiempo,dependiendo fundamentalmente del plazo entre
contrato y puesta de quilla.
4.El coste de la mano de obra aumenta de año en año elevándose a medida
que se retrasa la inversion de horas.
5.Los gastos financieros que cubren los intereses durante la
construcción del buque aumentan enormemente con el plazo entre quilla y
entrega.
6.Existen primas por adelanto del plazo de entrega y penalizaciones por
retraso.
Ademas de lo anterior, en situaciones de dificil contratación y gran
competencia como la actual, el ofertar un largo plazo de entrega significa
quedarse fuera del mercado, y el no cumplirlo implica, ademas de las
penalidades citadas, la posible cancelación del contrato.
2
Como ejemplo de lo anterior hemos tomado dos series de buques
frigoríficos y mineraleros construidos a principio de los años 60 y veinte
años más tarde y analizado sus plazos de construcción, como se refleja en la
siguiente tabla:
de Buque
rificos
aleros
T.P.M.
5.523 (7064 m3.)
3.475
(5607 m3.)
21.360
23.238
22.039
35.064
35.064
35.064
35.064
N8 Const, r.Sevilla
C.89
C.90
C.91
C.222
C.223
C.224
C.225
C.226
C.227
C.92
C.88
C.93
C.243
C.244
C.245
C.246
Eslora ent. p.p. >
124,4
103 m
169
169.1
169
185
185
185
185
Hit Q
10.12.60
25.4.61
15.9.61
30.3.79
8.6.79
30.6.79
11.9.79
26.9.79
31.10.79
5.6.62
4.10.62
12.5.63
26.1.81
24.4.81
29.7.81
5.1.82
DS de const B
25.4.61
28.12.61
20.6.62
7.6.79
10.9.79
24.9.79
30.10.79
11.11.79
18.3.80
16.3.63
15.4.64
12.6.64
23.4.81
28.7.81
4.1.82
13.3.82
rucción E
10.12.62
15.5.63
23.9.63
15.5.80
21.5.80
29.7.80
29.7.80
24.10.80
12.11.80
29.1.64
13.11.64
21.6.65
20.11.81
23.3.82
14.5.82
9.7.82
Plazos d (exclu Q-B
4.5
7
9
2.2
2
1.8
1.7
1.5
4.5
9.3
7.3
12
3
3
4.1
2.3
e const, yendo Ag B-E
17.5
16.5
13
20.2
9.6
10.1
9
10.5
7
10.5
6
10.3
6
6.8
4.3
3.9
en meses DSto) Q-E
22
23.5
22
12.4
11.6
11.9
10.7
12
11.5
19.8
13.3
22.3
9
9.8
8.4
6.2
Plazos medio de Í¡ ) construcción ^
Q-B B-E 1 Q-B
} \6.S
1 \
\2.2
/
)
u? j )
3.1
)
15.6
9.5
8.9
5.2
22.5
11.6
18.4
8.3
Observamos que los plazos medios de puesta de quilla a entrega han pasado
de 22.5 a 11.6 meses en el caso de los frigoríficos y de 18.4 a 8.3 en el de
los mineraleros.
No disponemos de datos de los plazos entre la entrada en vigor del
contrato y la puesta de quilla y estos datos con frecuencia no son
significativos^cuando la carga de trabajo impide comenzar un buque por
saturación de las gradas.
En cualquier caso, por teVmino medio;el plazo desde la entrada en vigor
del contrato a la puesta de quilla era, para los buques citados, de dos años
a principio de los años 60 y de un año a principio de los 80.
3
La tendencia actual es la continuación de la reducción de los plazos.
Asi' en el ejemplo de los mineraleros de 35000 TPMjque a principio de los 80
tenían un plazo de 20 meses (12 de contrato a quilla y 8 de quilla a
entrega), se tiende a un plazo de 14 meses (9 de C. a Q y 5 de Q a E).
La diferencia de coste de este buque actualmente en estas dos
suposiciones es (en millones de pesetas):
Vigor contrato -Entrega
20 meses 14 meses
Materiales 2220 2160
Mano de obra 1040 1020
Gastos financieros 110 60
Varios 180 170
Total .. 3550 3410
Diferencia... +140
En el ejemplo anterior, la diferencia de costes esta obtenida con los in
dices actuales de inflación, inferiores a los de los últimos años, si se
hubiesen tomado indices mayores, aumentaría esta diferencia
Dentro de los trabajos de diseño y construcción de un buque, el
correspondiente a instalaciones o tuberías ha sido el que tradicionalmente
ha condicionado los plazos de construcción.
Este estudio esta dividido en dos partes,en la primera de las cuales se
describe la situación actual de diseño, fabricación y montaje de tuberías en
construcción naval.
4
Dentro de los trabajos de diseño no se va a analizar en este estudio
cuales son los requerimientos que los fabricantes del motor principal,
motores auxiliares y distintos equipos del buque imponen a la instalación.
Tampoco analizaremos los cálculos de carga, criterios de selección de
velocidades en los circuitos y análisis de flexibilidad en la tuberia.
En resume^ se considerara que se han tenido en cuenta los criterios
necesarios para que las instalaciones del buque funcionen correctamente y se
vera como los sistemas de diseño influyen en el coste y plazo del buque y
por tanto, en la productividad del astillero.
La situación actual de diseño fabricación y montaje de tuberías varia •
mucho de unos astilleros a otros. En este estudio se analizara la evolución
histórica que han tenido estos procesos en los astilleros mas adelantados
(el autor ha tomado parte activa en esta evolución desde su puesto de Jefe
de la Oficina Tecnológica de los Astilleros de Sevilla, durante los últimos
12 años) y se describirá la evolución del Astillero de Sevilla que se ha
situado entre los mas avanzados de Europa.
En el estudio de esta evolución se analizaran los cambios que se han
producido,las causas que los han motivado y los efectos que han tenido sobre
la productividad.
Se estudian los distintos módulos que se realizan en los astilleros
formados por bombas, sus polines, tanques y tuberias asociadas, etc.
También se estudia la experiencia adquirida en maquetas o modelos de
plástico a escala de cámaras de maquinas, sus ventajas e inconvenientes y su
situación actual.
5
Se estudian los distintos sistemas informáticos que se han establecido
para ayuda al diseño de tuberías,tanto en procesos en ejecución diferida
(batch) y entrada alfanumerica, como en tiempo real y empleo de pantallas
gráficas interactivas.
Todo lo anterior sirve de base para la segunda parte del estudio, en
donde se abordan las que, en opinion del autor, son las nuevas tendencias en
el diseño de tuberías en construcción naval. Estas tendencias se han
dividido en tres grupos:
CAD-CAM integrado.
En la descripción de la situación actual de la ayuda al diseño y
fabricación por ordenador se observa una tendencia a la integración de estos
procesos.Se propone un modelo de integración del CAD/CAM en los astilleros,
que debe incluir en el CAD las siguientes actividades:
Dibujo de planos y esquemas.
Listas de materiales.
Previsiones.
Pedidos.
Valeado y gestión de almacenes.
Avance de obra.
Planificación.
Se analiza también la situación y tendencias del CAM en la fabricación y
montaje de tuberías, el empleo de robots y los sistemas de fabricación flex
ible.
6
Normalización, planos parametrizados, tecnologia de gupos
Existe una relación directa entre el nivel tecnológico de un pais y el
numero de normas que posee. No nos vamos a referir a la normalización de
diámetros, espesores de tuberías y accesorios, implantada en mayor o menor
grado en todos los astilleros, sino a la tendencia a la normalización de
elementos mas complejos, como tubos tipo, módulos de armamento, etc. Se dan
varios ejemplos de elementos normalizados diseñados en los astilleros de
Sevilla bajo la dirección del autor.
En las normas de elementos es frecuente tener una gama de tamaños para
cada elemento normalizado. Cuando alguna de las dimensiones de un elemento
no se pueden limitar a un numero discreto de opciones sino que pueden variar
de forma continua, debemos recurrir a los planos parametrizados.
En los planos parametrizados fijamos algunas dimensiones,a otras les
damos un numero finito de posibilidades y a las ultimas las dejamos vari-
ables. Definiendo matemáticamente la geometría de los elementos en función
de estas variables podemos,con ayuda del ordenador, obtener los planos y
fabricar el elemento introduciendo los valores de las variables. Igualmente,
se dan ejemplos de planos parametrizados diseñados en los astilleros de
Sevilla.
Tecnología de grupo es un sistema de archivo mecanizado con ayuda del
ordenador en el que,asociados a la geometría de un elemento, están los
materiales y herramientas necesarios para fabricarlo. Cuando queremos
diseñar una pieza nueva,consultamos el archivo y nos salen otras semejantes
o con características tales que , partiendo de el laSj podemos obtener la
deseada con un numero limitado de transformaciones.
7
La aplicación de esta tecnología ha reducido drásticamente el numero de
elementos nuevos en la industria aeronáutica y del automóvil y veremos
algunas de sus posibilidades en construcción naval. Se propone una tabla
para la clasificación de los tubos por grupos para su fabricación.
Optimizacion
Teniendo un CAD/CAM integrado como el descrito^ podemos conocer
rápidamente el coste de las diversas partes de la instalación de tuberías
según las vamos proyectando. Esto hace que podamos estudiar distintas
alternativas y escoger la más económica.
También podemos realizar programas de ordenador en los que^ a través de
rutas preferentes de tubería y manteniendo la lógica de los esquemas, nos
optimicen los trazados.
La eliminación de los trabajos repetitivos y la rapidez de las distintas
operaciones de diseño permitirán que trabajos realizados actualmente por
varias personas lo realice una sola (con un alto nivel de preparación) que
tendrá una idea global del trabajo, aumentando las posibilidades de
optimizacion.
Se expresa la opinion del autor sobre las posibilidades de diseño r * r
automático y la importancia que la optimizacion tendrá en la mejora del
producto, es decir, del buque.
A. EXAMEN CRITICO DE LA SITUACIÓN ACTUAL
A.1 DESCRIPCIÓN DE LAS DISTINTAS OPERACIONES
DE DISEÑO, FABRICACIÓN Y MONTAJE
DE TUBERÍAS EN LA CONSTRUCCIÓN NAVAL
10
A.1.1 DISEÑO
Los trabajos de diseño los vamos a dividir en las siguientes etapas:
Disposición general del buque y especificación de contrato.
Planificación.
Disposición general de aparatos.
Desarrollo de esquemas.
Libro de accesorios y solicitudes de pedidos.
Previsiones de tuberías.
Disposiciones de tuberías o planos de coordinación.
Hojas de tubos o isometricas.
Listas de materiales.
Valoraciones.
a) DISPOSICIÓN GENERAL DEL BUQUE Y ESPECIFICACIÓN DE CONTRATO
Esta es la documentación fundamental en la que se basa el contrato y en
la que el astillero describe el buque para cumplir con los requerimientos
del armador. Es importante, en esta fase, tener en cuenta una serie de
criterios constructivos que van a tener una importante influencia en el
coste del buque. Como ejemplo señalamos:
a)-l.Utilización de normas del astillero y materiales estándar
Para esto es necesario tener una serie de normas desarrolladas, adaptadas
a las normas internacionales, ordenadas y clasificadas para su entrega al
armador. Los materiales, diámetros y espesores de tubos, bridas,
11
casquillos, soportes, válvulas, etc. deben estar incluidos en estas normas.
El separarse de ellas o de los materiales estándar puede originar
dificultades de acopio, aumento de los stocks, problemas de diseño, etc., que
incrementarán el coste de la instalación.
a)-2. Disposición de aparatos y tanques. Aunque en la disposición gen
eral del buque no se suele dar mucha infomación sobre la distribución de
aparatos, conviene tener en cuenta la situación de estos para optimizar los
servicios.
a)-3. Disposición de acomodación procurando, en lo posible, la
verticalidad de los aseos y la reserva de un espacio o conducto de servicio
para la distribución de tuberías.
b). PLANIFICACIÓN
En esta fase se elabora un programa maestro que deben cumplir todas 1
tas fases de diseño y acopio de materiales. Se debe estudiar cual es el
momento idóneo para el montaje de los conjuntos de tubos y unidades y
subordinar a su consecución los procesos de diseño y acopio.
El armamento avanzado obliga a los astilleros que lo tienen desarrollado
a simultanear los trabajos de diseño de aceros y armamento, condicionando la
gestión de materiales para acortar el plazo de suministro, de forma que se
comienza la elaboración de tuberias antes que los trabajos de herreros de
ribera.
El estudio detallado de los procesos constructivos requiere la definición
de los tubos que se van a prefabricar en los talleres, los que se van a
r 12
incorporar a unidades de armamento, los que se van a montar en bloques de
acero y los que se van a instalar a bordo.
Una vez definido lo anterior,se asigna un código a cada palet de material
que se necesita en cada fase y zona, y por medio de sistemas mecanizados de
planificación (PERT), se realiza la planificación del diseño, teniendo en
cuenta la duración de los distintos procesos y la distribución de recursos.
c). DIPOSICION GENERAL DE APARATOS
• t En esta fase se hace la distribución de aparatos en la cámara de maquinas
teniendo en cuenta los siguientes criterios:
1) Agrupación de servicios y sencillez de manejo de las instalaciones .
2) Accesibilidad y facilidad de mantenimiento.
3) Reducción de longitudes de tuberías.
4) Posibilidad de prefabricar módulos de tubos y aparatos.
5) Sistemas de montaje para instalar el máximo número de tubos en
posición horizontal sobre los bloques de acero .
6) Estudiar que los tubos y unidades no dificulten el montaje de
bloques de acero, calzado del motor principal, etc.
7) Estudio y situación de conductos preferentes de tuberías.
pT 13
Es muy importante dedicar a esta fase la atención necesaria, estudiando
varias alternativas y discutiendo las soluciones tanto con jefes de maquinas
con experiencia en buques como con el personal de producción que va a
realizar la obra.
Para facilitar el estudio de las distintas alternativas y no hacer muy
penoso el repetir el dibujo de las plantas con los aparatosas muy útil el
empleo de sistemas de ayuda al dibujo por ordenador.
Como ejemplo,en la figura A.1.1 tenemos el sistema empleado en los
astilleros de Sevilla que se basa en los programas ANA (Arquitectura Naval
Automatizada ), y que consiste en :
1) Dibujo automático de lineas del casco (líneas de agua de las distintas
cubiertas) tomadas de la base de datos de formas, introducidas en el
ordenador al definir e'stas.
2) Dibujo de líneas auxiliares como cuadernas, vagras, crujía, etc.
3) Realización de un catalogo de aparatos como el de la figura A.1.2.
4) Adjudicación a cada aparato de las coordenadas de situación
correspondientes.
La operación mas larga es la realización del catalogo de aparatos, pero
una vez programados, los dibujos se utilizan para todos los buques.
Las modificaciones en el plano de disposición general de aparatos son muy
sencillas, pues basta con cambiar las coordenadas de situación de estos .
FIGURA A . 1 . 1 .
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Cualquier sistema CAD/CAM con pantallas gráficas interactivas permite
realizar y modificar fácilmente este plano.
d) DESARROLLO DE ESQUEMAS
En esta fase se representa gráficamente la filosofía de los servicios,
Indicándose las conexiones entre tanques, aparatos etc., asi como los
diámetros de las tuberías, válvulas y accesorios incluidos en el sistema.
Se tienen en cuenta los requerimientos de los fabricantes de los equipos,
HOtor principal, motores auxiliares, caldera, etc., los reglamentos de las
Sociedades de Clasificación, los tiempos de lastrado y otros requerimientos
del armador.
Se calculan la velocidad del fluido en las tuberías y las perdidas de
carga estimando una longitud equivalente para los distintos tramos
El desarrollo de esquemas es parte fundamental del diseño y de su
realización correcta depende el buen funcionamiento del buque. ,
Ademas, el acierto en la solución escogida puede reducir sensiblemente los
costes de la instalación.
En, generaren los esquemas se considera la lógica de las conexiones pero
no la situación geográfica de los elementos en el buque.
e) LIBRO DE ACCESORIOS Y SOLICITUDES DE PEDIDOS
I En los esquemas se sitúan los distintos tipos de válvulas, filtros y
accesorios necesarios para el funcionamiento de la instalación.
f La lista de estos elementos, junto con las características de materiales
y presiones de servicio, constituye el libro de accesorios en que se basa el
correspondiente pedido.
Tradicionalmente se asignaba a cada accesorio en cada esquema un numero
consecutivo (en general, siguiendo el sentido del flujo) y en el libro de
accesorios se relacionaba este número con las características del elemento.
El sistema actual, que facilita la mecanización, consiste en la
realización de un catalogo para todos los buques. En este catalogo se
asigna a cada tipo de accesorio, un código, que es con el que se denomina en
los esquemas.
Con el primer sistema, cada accesorio tiene un numero distinto que
depende de su situación; con el segundo, comparten el mismo numero todos
los elementos idénticos.
A partir del libro de accesorios, sumando y relacionando los elementos
idénticos, se obtienen las solicitudes de pedidos, que se pasan a
aprovisionamientos para la compra de dichos elementos.
f) PREVISIONES DE TUBERÍAS
En esta fase se hace una estimación de la longitud de tuberías de
distintos diámetros y espesores, así como del número de bridas, casquillos,
etc. que se van a utilizar en el buque.
Esta estimación se envía a aprovisionamiento para realizar los planes de
compras y se actualiza a medida que se van desarrollando los planos de
coordinación.
g) DISPOSICIONES DE TUBERÍAS 0 PLANOS DE COORDINACIÓN
En esta fase de realizan los planos (en general a escalas grandes), en
los que se dibuja la estructura del casco, los aparatos, los tubos, los
conductos de ventilación, las canalizaciones eléctricas» etc.
Antes de comenzar estos planos se ha debido analizar el despiece de
bloques de acero y la forma en que se piensa incorporar el armamento al
buque ( en unidades, en bloques de acero y a bordo ).
La realización de esta fase, que lleva una parte importante del esfuerzo
de diseño, se efectúa incorporando primero los elementos de mas empacho,
cuidando las interferencias con la estuctura de acero y con otros elementos
de armamento.
La realización de estos planos se puede sustituir con maquetas o modelos
de plástico de los que hablaremos en el capitulo A.4.
Una relación no exhaustiva de las disposiciones generales que se realizan
en un buque de carga sería la siguiente:
Interior del doble fondo en bodegas y cámara de maquinas.
Sobre doble fondo de cámara de máquinas.
Bajo plataformas y cubierta superior de cámara de máquinas.
Bajo cubiertas de superestructura.
Forro exterior en bodegas y cámara de maquinas.
17
Mamparos en bodegas y cámara de maquinas.
Disposiciones de motores auxiliares.
Disposición del guardacalor.
Estas disposiciones constan de un dibujo en planta y algún detalle de
elementos o unidades que,,dependiendo del espacio disponible, se incluyen en
la propia disposición o en un plano aparte.
h) HOJAS DE TUBOS 0 ISOMÉTRICAS.
Son las hojas en las que se describen todas las características de un
tubo y que permiten su fabricación en el taller. En el capítulo 2
describiremos cómo el aumento de la prefabricacion de tubos ha exigido un
mayor número de datos y unas menores tolerancias, lo que ha llevado a la
necesidad de obtener las hojas de tubos con el auxilio del ordenador.
En la realización de estas hojas de tubos deben tenerse en cuenta las
limitaciones de las maquinas de los talleres donde se van a elaborar.
i) LISTAS DE MATERIALES
Adjuntas a las disposiciones generales,planos de despiece y hojas de
tubos hay unas listas en las que se describen los materiales con su código
de almace'n, que permiten el lanzamiento y la realización de los trabajos.
Es importante la realización de estas listas por palets o paletización,
muy desarrollada en Japón, y que consiste en lo siguiente:
1) Análisis detallado de en que'momento se va a incorporar el material de
armamento al buque:
18
En unidades o módulos.
En la prefabricación de bloques de acero
A bordo.
2) Clara identificación en los planos de que elementos se incorporan en
etapa.
3) Realización de una lista de materiales exhaustiva (con excepción de
los materiales de libre disposición) para cada zona, area y etapa de
fabricación.
4) Envío a aprovisionamiento de estas listas de materiales para su
acopio. La información de los materiales con largo plazo de acopio, se envió*
anteriormente a aprovisionamiento al definir los equipos y realizar el libro
de accesorios.
5) Almacenamiento sobre un palet o bandeja de todos los materiales
necesarios para un trabajo. En estos materiales estaran incluidos los
fabricados en etapas anteriores.
6) Comprobación de los materiales del palet y acopio urgente en caso de
alguna falta.
7) Envío del palet al puesto de trabajo.
Como ejemplo señalamos.
Para la fabricación semanal en el taller de tubos hay un palet de
elaboración de tuberías. Parte de esos tubos, junto con válvulas y
soportes, forman un palet para la formación de unidades. Parte de esas
19
^unidades, junto con tubos sueltos, canalizaciones, conductos de ventilación,
forman un palet de montaje en bloque. Los tubos correspondientes a los
cierres de bloques, cables de fuerza y aparatos forman un palet de montaje a
^ordo.
j VALORACIONES.
En esta etapa, y partiendo de tarifas elementales como cortar, curvar,
"-soldar, etc, valoramos el tiempo necesario para la fabricación de los tubos,
¿igualmente, y teniendo en cuenta la zona y posición ( horizontal, vertical y
¿techo), valoramos el montaje de tubos prefabricados a bordo y la elaboración
'de tubos de cierre.
La tendencia actual para la realización de este trabajo va por dos
caminos:
-Valoraciones automáticas realizadas con ayuda del ordenador, que serán
analizadas en el capítulo A.5.
T¿
VF. -Valoraciones simplificadas, empleadas por los japoneses, en las que se
calculan los tiempos de elaboración y montaje en función de la longitud y
Nso de los tubos (Bibliografía 1).
A.1.2 FABRICACIÓN DE TUBERÍAS
Vamos a describir brevemente las operaciones de fabricación de tuberías
en talleres, así* como algunas de las maquinas empleadas.
El proceso de fabricación de tuberías se basa en la información de diseño
descrita en el apartado anterior, fundamentalmente en: las hojas de tubos o
Isométricas, las listas de materiales y las valoraciones.
Las principales fases para la fabricación de tuberías son:
1.Almacenamiento y suministro de materiales.
2.Medición, corte y preparación de bordes de tubos.
3.Curvado de tubos.
4.Union de tubos e incorporación de accesorios e injertos
5.Limpieza y tratamiento de superficies.
Estas fases pueden variar dependiendo de las instalaciones existentes.
También puede variar su orden de ejecución o incluso pueden realizarse
varias a la vez;pero las indicadas son las mas extendidas.
1.Almacenamiento y suministro de materiales
Es una fase importante que, de no ser estudiada cuidadosamente, puede
consumir una parte importante del tiempo de fabricacio'n de tuberías. Por
°tro lado, en muchos astilleros, al ser los trabajos de despacho y
distribución de materiales a control indirecto, es frecuente que no se le
dedique la atención debida.
w~
21
Dependiendo del tamaño del taller, contaremos con instalaciones ma's o
menos sofisticadas para el despacho de tubos y accesorios. En cualquier
caso, no obstante consideramos fundamental el disponer de algún sistema que
permita, de forma simple, el movimiento de tubos por un solo operario.
Tambie'n es importante que se tengan en el taller, a libre depacho y
fácilmente accesibles, los accesorios mas comunes.
Como ejemplo de sistemas sofisticados tenemos en la figura A.1.3. y
A.1.4. el despacho de accesorios automatizado del almacén del Astillero de
Koyagi de M.H.I, en Nagasaki.
FIGURA A.1.3.
22
FIGURA A.1.4.
En este sistema se introducen en una pantalla alfanume'rica, conectada con el
ordenador, los códigos que figuran en la lista de materiales de las hojas de
tubos correspondientes a la programación de un día. Para cada material, el
sistema automático busca el palet correspondiente y lo baja al puesto de
carga, donde un operario saca de ese palet el material y lo sitúa en el que
ira al taller. Tanto Astano como Italcantieri disponen de dispensadores o
casetes de tuberías a la entrada del taller, (teniendo este último capacidad
para unos 7000 tubos), que suministran a e'ste mediante un sistema de
ascensor y cinta transportadora. En Astano existe también un dispensador de
bridas que alimenta a los posicionadores que las sitúan en los tubos.
2.Medición corte y preparación de bordes de tubos.
Existe una gran variedad de sistemas para realizar estos trabajos con
mayor o menor sofisticacion. El corte se puede realizar con herramientas
cerámicas o con sopletes de propano, acetileno o plasmd. Estas herramientas
pueden ser fijas o portátiles y trabajar con mayor o menor precisión.
23
El astillero de Avondale dispone de una maquina manejada con control
numérico y corte con plasma para: corte de tubos, realización de agujeros de
injertos, y preparación de bordes.
3.Curvado de tubos.
También aquí existe una gran variación en los sistemas empleados en
distintos astilleros. Describiremos brevemente a continuación alguno de
ellos.
Para diámetros menores de 2" se utilizan maquinas hidráulicas simples
(pajaritas) en la mayoría de los astilleros.
FIGURA A.1.5.
24
á * ^ ^ ^ -^ ^ ^
JBtfjPBJ • -^BJH
5r -* ^ l i l* 15 •
En la figura A.1.5 vemos el esquema
de proceso de un sistema de
fabricación automática de tubos de
1/2 a 4", capaz de producir de 140 a
230 tubos al día. En este sistema la
operación de situar bridas es
anterior a la de curvado, siendo
todo el proceso controlado por el
FIGURA A.1.6. sistema MAPS de control numérico
alimentado con tarjetas perforadas correspondientes a la hoja de tubos. En
la figura A.1.6 vemos una maquina para curvar tubos de 4 a 8" de Astano. A
partir de 2" en astilleros pequeños y de 6" en los medianos,es frecuente el
empleo de curvas prefabricadas o "hamburguesas" que, con un radio de
curvatura de 1.5 veces el diámetro del tubo, se sueldan a éste.
Para curvar tubos hay dos procesos básicos, en frío y en caliente, que a
su vez se pueden subdividir en:
Curvado en frío con el tubo vacío y formeros exteriores.
" " " " " " y mandril interno.
" caliente
con arena.
vacio.
arena.
En la tabla adjunta damos algunos ejemplos de los sistemas empleados en
varios astilleros europeos y americanos (Bibliografía 2 ).
25
Wm A s t i l l e r o
B t p o r t News S h i p b u i l d i n g
Hfeton I n d u s t r i e s , I n c . Hflbálls S h i p b u i l d i n g D i v i s i o n n » c t Bank)
H n g d a l e S h i p y a r d s , I n c .
ESUflieed S h i p b u i l d i n g and • E g p t r u c t i o n Co.
•HÉl Sh ipyards Corp . H p t t l e D i v i s i o n
B o t i l l e r o s y T a l l e r e s de I n c e s t e , S.A. (ASTANO) , ttgjcantieri, S .P .A.
gfenee S t e e l S h i p y a r d , L t d .
iflCkums Mekaniska V e r k s t a d s
Radio = 2 Diámet ros
Diamtero en pu lgada
1/2 a 6
1/2 a 16
1/2 a 6
-
-
-1 a 4
1 a 8
-
C o n t r o l numérico
Opc i orí luí u ra
Opción f u t u r a
Opción f u t u r a
-
_
-s i
s i
-
Curvado en f r i ó
Radio = 3 Diámetros
Diámet ro en pu lgada
-
-
-
1/2 a 6
-
1/2 a 4 4 a 8
5 a 10
1 a 4
1 a 10
C o n t r o l numérico
-
-
-
no
• -
s i no
no
no
s i
Radio = 5
Diámet ro en pu lgada
.1/2 a 14
1/2 a 12
1/2 a 12
1/2 a 6
1/2 a 6
_
--
-
-
Diámetros
Con t ro l numérico
no
no
no
no
no
_
--
-
-
Curvado en c a l i e n t e
no
no
no
no
•> 6"
•7 8"
no
no
no
En los últimos años se han desarrollado unas máquinas de curvado de tubos
por inducción en las que, sometiendo la zona a curvar a fuertes y
localizadas corrientes inducidas, se calientan esas zonas, y se facilita el
curvado, disminuyendo la potencia necesaria para curvar en frío.
4.Union de tubos e incorporación de accesorios e injertos.
Esta etapa incluye las operaciones necesarias para formar conjuntos de
tuberías partiendo de los tubos cortados y doblados e incorporando los
accesorios descritos en la hoja de tubos.
La unión de tubos se puede realizar por los siguientes medios:
¡r 26
1.Bridas. Es uno de los tipos de uniones más frecuentes. Tiene la ventaja
de permitir el desmontaje de los tubos y el inconveniente de necesitar un
mayor empacho y tiempo de fabricación. Dentro de las uniones con bridas, el
tipo bridas locas como las de la figura A.1.7,instaladas en tubos
abocardados en máquina, facilita la alineación de los orificios de las
bridas.
FIGURA A.1.7.
FIGURA A.1.8.
2.Uniones flexibles. En estas uniones la estanquidad se logra por la presión
de una junta de neopreno sobre el tubo. Tienen la ventaja de permitir el
desmontaje de los tubos,no necesitar preparación de los extremos y permitir
un rápido montaje. Otra ventaja adicional de este tipo de uniones es que
permite el desplazamiento del tubo en sentido longitudinal unos 10 mm, por
lo que se pueden emplear en aquellas lineas en las que por diferencias de
temperatura o por movimientos del buque, se prevean dilataciones
importantes. El inconveniente de este tipo de uniones es el precio y el
empacho en las tipo "Dresser", (figura A.1.8), aunque este inconveniente ha
sido resuelto en las tipos "Straub Grip" (figura A.1.9).
28
FIGURA A.1.9.
3.Uniones roscadas. Este tipo de uniones es un sistema antiguo desechado
actualmente en la mayoría de los astilleros, aunque en algunos se mantiene
en la alimentación sanitaria. Tanto por el tiempo que requiere la
preparación de los bordes roscados, como las posibles perdidas de
estanquidad por los movimientos del buque, desaconsejan su empleo.
29
FIGURA A.1.10.
4.Uniones soldadas.
En estas uniones dis
tinguiremos la solda
dura a tope de tubo
con tubo y la sol
dadura a solape por
medio de casquillos.
Ambas uniones tienen
la ventaja de
mantener muy bien la
estanquidad a lo
largo del tiempo. La
soldadura a tope de
tubo con tubo tiene
el inconveniente de
requerir una gran
exactitud de dimen
siones y una cuidada
de
bordes, por lo que en
general su empleo se
limita a la
fabricación de tubos
FIGURA A.1.11. en taller.
En la figura A.1.10 vemos una máquina de soldadura de tubos a tope y en la
A.1.11 una de soldadura de bridas.
preparación
La soldadura de tubos por medio de casquillos permite una cierta
tolerancia de desalineación y es muy adecuada para el montaje a bordo. Esta
union tiene el inconveniente de que no es desmontable y debe sustituirse por
>
30
bridas o uniones flexibles en las conexiones de válvulas y aparatos. Excepto
en el caso anterior, en la mayoría de los casos el empacho de los tubos hace
imposible su desmontaje, que normalmente se realiza troceándolos con un
soplete, lo que permite el empleo de casquillos. El astillero de Sevilla
lleva 15 años utilizando estas uniones siendo el único de España en
emplearlas (fuera de tanques) hasta hace 2 años. Tanto en Japón como en el
astillero de Lindo, se utilizan los casquillos aunque en menor medida que en
Sevilla.
El autor ha defendido la utilización de este sistema frente a algunos
armadores y sociedades de clasificación que desconfiaban de él. En cualquier
caso las ventajas de tolerancias de desalineación y facilidad de montaje,
bajo coste, mantenimiento de la estanquidad y, sobre todo, inexistencia de
problemas de garantía (después de 15 años de su empleo en Sevilla ),
acabarán imponiendo este sistema.
En tubos de cobre y de cuproníquel es normal el empleo de soldadura
fuerte con plata, realizándose,en algunos casos con casquillos que tienen en
fu interior un anillo de plata que se funde al calentarlo.
5.Uniones pegadas. Se emplean en tuberías de plástico cuya utilización es
Ída vez ma's frecuente en construcción naval, sobre todo en servicios
nitarios.
6.Para tubos de dimensiones de l/4"a 1 l/2"se pueden emplear casquillos
' níquel-titanio suministrados en nitrógeno líquido, que se expanden sobre
| N bordes de los tubos proporcionando una magnífica estanquidad. Este
Pstema se emplea mucho en submarinos donde hay que unir muchos tubos de
W W e ñ o diámetro.
B ^
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..... • i . . 37 ge*s
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II
<8>
FIGURA A.1.12.
31
Para realizar estos tipos de uniones
existe una gran variedad de máquinas,
como las de posicionar y soldar bridas
existentes en Astano e Italcantieri, y
la de abocardar tubos y colocacar bridas
locas de Appledore (figura A.1.7). En
la figura A.1.12 vemos el proceso de
fabricación de tubos de Astano y en la
A. 1.13 una vista de su taller de tubos
que es el mas importante de España,con
5500 m cubiertos y 7 líneas de
producción que cubren los diferentes
diámetros desde 1/2" a 48".
La maquinaria principal del taller se
compone de las siguientes maquinas: 7 de
corte, 5 de curvado en frío, 3 de
soldadura automática, 3 de repasado
automático, 1 de colocación de curvas, 2
instalaciones de retacado y curvado en
caliente, y 1 instalación de prueba
hidráulica. Gran parte de las
operaciones se realizan con control
numérico, siendo automática la linea de
1/2 a 4"de la figura A.1.5.
La capacidad de producción de este taller es de 75000 tubos al año.
En las figura A.1.14 se muestra el procesos de fabricación de
Italcantieri, con instalaciones capaces de realizar más de 50000 tubos al
ano.
FIGURA A .1 .13
L.
1. Tubos rectos sin bridas whic -necesitan trabajo convencional.
2. Se curvarán los tubos sin bridas.
3. Tubos rectos terminados sin bridas.
4. Resto.
5. Fañol de tubos.
6. Plataforma para trabajos convencionales.
7. Máquina de corvas tubos.
8. Fase de acabado.
9. Máquina de soldadura de brida automática.
10. Máquina de instalación brida automática.
11. Tubos curvados que necesitan trabajos convencionales.
12. Tubos curvados acabados (bandejas de carga).
13. Dispositivo de emergencia de soldadura de bridas.
14. Dispositivo de emergencia de instalación d2 bridas.
15. Máquina de corte de tubo.de emergencia y fase de marca de trazado.
16. Tubos rectos con bridas que necesitan trabajos convencionales.
17. Tubos rectos acabados.con bridas.
18. A la abertura del curvado en frío convencional.
19. Cal20 de tubo sin cargar.
20. Carga del pañol de tubos.
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FIGURA A . 1 . 1 4 .
FIGURA A.1.15.
32
La tendencia actual
es la sustitución de
estas grandes insta
laciones especiali
zadas por células de
fabricación flexible
en las que utilizando
robots y
posicionadores y
variando la pro
gramación, se pueden
realizar distintos
trabajos. (Biblio-
grafia 3 ). Como
ejemplo de lo
anterior, en las
figuras A.1.15,
A.1.16 y A.1.17 vemos
la instalación de
soldadura de bridas y
casquillos del
FIGURA A.1.16. astillero de Koyagi
de M.H.I en Nagasaki. En esta instalación, una vez situado el tubo en uno
de los posicionadores, se introducen en el cuadro de control del robot las
características de diámetro y espesor y el robot efectúa la soldadura de la
brida o casquillo mientras el operario va situando un tubo en el otro
posicionador.
5. LIMPIEZA Y TRATAMIENTO DE SUPERFICIES
33
La limpieza se realiza a veces al comenzar la fabricación y otras con el
tubo acabado. Hay distintos sistemas de limpieza, citaremos el de chorreado
de Astano, el de cepillado de Odense, y el de limpieza con vapor utilizado
en Ingals. El sistema más frecuente, no obstante, es la limpieza con
soluciones básicas o decapado.
Para la tubería de agua, el tratamiento normal es el galvanizado en
caliente introduciendo los tubos en cubas galvánicas. Después de estos
tratamientos, parte de los tubos se pintan con distintos esquemas de
pintado.
La mayoría de estos procesos se realizan en instalaciones fuera de los
astilleros. Los astilleros de Kockums y Astano tienen unas buenas
Instalaciones de chorreado y pintado y este ifltimo posee ademas una
instalación de galvanizado.
FIGURA A.l.l7-
34
A.1.3 MONTAJE DE TUBERÍAS
Incluimos en este capitulo todas las operaciones necesarias, desde la
[salida de los los tubos terminados del taller de fabricación hasta las
pruebas de funcionamiento de las instalaciones.
¡. El control de materiales y la paletización, para que al comenzar los
trabajos estén todos los materiales necesarios, son operaciones a las que no
tse le suele dar en astilleros suficiente importancia, con lo que se aumentan
enormemente los plazos y la inversio'n. El montaje de tuberías se puede
realizar en tres fases o etapas fundamentales:
l.En unidades.
2.En bloques de acero.
3.A bordo.
i 1.Montaje de tuberías en unidades.
En el capitulo A.3, dedicado específicamente a este tema, lo trataremos
en detalle.
2.Montaje de tuberías en bloques de acero.
Al comienzo del diseño del buque es importante que las oficinas de
ingeniería analicen que' elementos se incorporarán en los bloques de acero y
si es conveniente modificar el despiece previsto de esos bloques para
facilitar la incorporación.
Como ejemplo de lo anterior es normal que en cámara de maquinas, donde
hay una gran cantidad de armamento, se realice un despiece distinto al de
35
(jodegas. El primero se suele realizar dividiendo los bloques en rebanadas
horizontales por cubiertas y en el segundo montando los forros de puntal
completo.
Como normas básicas,debe de incorporarse todo el armamento del interior
de los tanques antes de cerrarlos y realizar la mayor parte del trabajo en
posición horizontal, es decir colocando los elementos encima del bloque.
También hay que tener en cuenta las tolerancias que se tienen en los bloques
de acero, si se dejan sobrantes y las dimensiones de e'stos. Estas
tolerancias nos llevaran, en el caso de ser grandes, a la necesidad de tubos
de cierre para absorber las diferencias. En el caso de ser pequeñasy se
pueden absorber uniendo los tubos con casquillos, o con bridas en el caso de
bloques sin sobrantes.
El montaje de tubos en
los bloques ha de
hacerse siguiendo los
planos de disposi
ciones de tuberías o
planos de
coordinación, en los
t que se reflejan todos
los elementos de
armamentoque lleva el
bloque. La tuberia
menor de 2", debido a
la facilidad de manejo
y curvado, puede ser
conveniente elaborarla
sobre el bloque una
vez montados otros
FIGURA A.1.18.
FIGURA A.1.19.
36
elementos de
armamento, siempre que
esto no produzca un
retraso importante en
los plazos de
fabricación del
bloque. En el caso de
tubos de cierre, es
conveniente dejar
estibados estos cerca
de su posición
definitiva.
En las fotografías
de las figuras A.1.18,
A.1.19 y A.1.20. vemos
varios bloques de
acero con armamento
incorporado, en los
que pueden observarse
los tubos de cierre
estibados.
FIGURA A.1.2 0.
astilleros grandes con grúas muy potentes se realizan grandes bloques de
:ero o "grand assembly", el montaje del armamento de los cuales, importante
Para mejorar la productividad del astillero, es semejante al montaje a bordo
We describiremos a continuación.
37
3.Montaje a bordo.
Esta etapa incluye los trabajos de tubos a partir del montaje de los
bloques en grada o dique es decir:los tubos de cierre entre bloques, cierres
con aparatos y módulos, terminación y prueba de todos los servicios.
Dependiendo de la productividad del taller de tubos y de las facilidades
de grúas para introducir los tubos en el buque, la elaboración de los tubos
en esta etapa se realizará de una de estas dos formas:
En el taller, según un modelo realizado con un tubo fino de cobre o
acero.
A bordo, junto a la zona donde se instalara o en una zona despejada
cercana como una bodega.
Gran parte de la tubería menor de 2",siempre que no este situada en
techo, se suele instalar en esta fase, así como la tubería fina de telemando
i automatismos. En esta última se ha mejorado la calidad y el tiempo de
instalación, sustituyendo los tubos individuales de cobre por conjuntos de
tubos protegidos con neopreno y marcados en toda su longitud.
Terminado el montaje se realizan pruebas hidráulicas y, después, pruebas
de servicios.
38
A.1.4 PLAZOS E INVERSION
Para dar una idea de los plazos e inversion de horas que llevan los
distintos trabajos descritos en este capítulo, hemos tomado un mineralero de
35000 TPM y vamos a dar lo que invertiría un astillero tradicional, uno que
Incorpore armamento avanzado como A.E.S.A. Sevilla, y un astillero japones.
Astillero
Tradicional
Plazo de diseño
(de contrato a herreros) . 12 meses
Plazo de construcción
(de herreros a entrega) 14 "
Horas de proyecto 25000
" " taller de tubos
y módulos .5000
Horas de montaje en bloques ...2000
" " " a bordo 40000
Medio
8 meses
15000
Japonés
6 meses
8 "
7500
12000
10000
18000
5800
7500
2500
Estas cifras, ademas de poner de relieve la productividad japonesa, nos dan
una idea de la importancia que para el plazo y coste del buque tiene la
implantación de un sistema moderno de diseño, fabricación y montaje de
tuberías.
Los datos del astillero japones están tomados de la respuesta dada por
K.Rokuo al autor de este estudio en los "Encuentros sobre Innovaciones
Tecnológicas en Construcción Naval", celebrados en Ca'diz en enero de 1985
(Bibliografía 1).
A.2 ANÁLISIS DE LA EVOLUCIÓN
DE LOS PROCESOS ANTERIORES
A LO LARGO DEL TIEMPO
40
Este análisis esta basado en lo ocurrido en la Factoría de Sevilla de
Astilleros Españoles y coincide, en opinion del autor, con la evolución
¡realizada en los astilleros europeos más avanzados.
Hasta los años 1966-1968 la mayoría de los tubos se fabricaban instalando
-los equipos y tomando medidas con una plantilla de cobre de los tubos que
los unían. Con estas plantillas se fabricaban los tubos a bordo o en el tal
ler. La fabricación de plantillas y el montaje tubo a tubo daba lugar a un !
largo plazo constructivo y a una fuerte inversion de horas. El numero de f tubos que se fabricaban en el taller, basándose en planos y hojas de tubos, friera muy pequeño, limitándose a algunos tubos sencillos y dejando siempre
cierres entre ellos.
Al realizar los trabajos en techo o en interiores de tanques se
aumentaban las horas de inversión y se reduela la calidad de los trabajos.
La información enviada por las oficinas de diseño era semejante a la
descrita en el capítulo anterior pero se realizaban más disposiciones
generales y menos hojas de tubos. Como ejemplo, una disposición general de
tuberías en cámara de maquinas realizada en Sevilla en 1964, estaba
compuesta por los siguientes planos:
-4 Plantas de: doble fondo, plataformas y cubierta superior.
-7 Secciones transversales por cuadernas (de 5 en 5 ).
-4 Secciones longitudinales: de crujia a 5500 de L.C. a Br y Er y
de 5500 de L.C. a los costados.
En total, la representación de la cámara de maquinas del doble fondo a la
cubierta principal se realizaba con 15 planos A.O. Actualmente se representa
con 7 planos, 4 DIN A.O (plantas de las cubiertas) y 3 DTN A 1 (forros de Br
^ Er y mamparo de proa). Esto es posible porque actualmente se representa en
las disposiciones generales una idea de la situación de los tubos,
41
describiéndose su geometría en las hojas de tubos. En las figuras números
A.2.1 a A.2.3 damos un ejemplo de los planos antiguos (realizados en 1984) y
en las A.2.4 a A.2.7 de los modernos realizados en 1984.
Las primeras hojas de tubos eran de tuberías en el interior de tanques y
bajo cubierta. Eran tubos sencillos, realizándose como tubos de cierre los
de geometría complicada. La representación era die'drica y, al ser tubos
sencillos, bastaba en la mayoría de los casos con una vista, siendo pocos
los que requerían una segunda y muy pocos los que necesitaban una tercera
para su representación. Como ejemplo, en el total de hojas de tubos de un
buque el 80% tenia una vista, el 15% dos y el 5% tres.
Al aumentar la prefabricación de tubos hubo que empezar a representar
¿tubos complicados que, para su definición, requerían 2 ó 3 vistas, por lo
'que se paso a la representación isometrica que simplificaba el dibujo.
En la figura A.2.8. vemos varios ejemplos de hojas de tubos en las que
i >
solo se acotaban las longitudes de los extremos y coordenadas de los
vertices. La fabricación de estos tubos, especialmente cuando eran
complicados, requería dificultosos trazados en el taller. En la figura #
A.2.9. vemos un ejemplo de isometrica dibujada manualmente, que simplifica la representación de tubos complicados, pero exije también un trazado en el
taller.
Para evitar el trazado del taller y poder cortar los tubos a medida,
1tanto realizando las curvas a maquina como empleando curvas prefabricadas,
Son necesarios los siguientes datos:
<X Ángulo de curvatura entre dos tramos de tubos.
R Radio " " " " " "
ft Ángulo de rev i ro o ángulo que forma un tramo con la normal
ia
FIGURA A . 2 . 1 .
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42
al plano formado por los dos tramos anteriores.
C.R. Longitud del tramo recto de tubo hasta el comienzo de la curva.
Un sistema para el ca'lculo de estos datos fue publicado en la revista
Ingeniería Naval en 1967 en el artículo de Ángel Urriticoechea " Un
procedimiento de elaboración de tubería " donde ya se sugiere el empleo del
ordenador (Bibliografía 4).
En la figura A.2.10 se representa el croquis y las formulas que,
desarrolladas por el autor en 1974, fueron empleadas en la Factoría de
Sevilla hasta disponer de un procedimiento informático.
Astilleros Españoles desarrollo un procedimiento informático de 1973 a
1975 en el que, ademas de los datos anteriores, se obtenía la cuerda entre
dos tramos y la cuerda total. Este dato permitió la verificación de los
tubos de forma sencilla, pues hasta entonces se realizaba comprobando las
cotas parciales en las que era fácil la acumulación de errores.
De, hecho para la fabricación de tubos se dio una tolerancia de 10 mm de
la cuerda total, encontrándose en las primeras mediciones que un 30% de los
tubos estaban fuera de tolerancia. Esto se resolvió' verificando la cuerda
total antes de soldar los tubos y modificándolos hasta cumplir con dicha
tolerancia. La tolerancia de fabricación de túberia de los astilleros
japoneses y del astillero danés de Lindo es de 5mm .
43
F E C H A 0 3 - U 3 - I 9 B 6 MORA i n . f » 9 . Ü 4 PAG.
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FIGURA A.2.11.
El' paso siguiente a la realización de los cálculos por ordenador, para la
obtención de los citados datos de las isométricas, fue el crear un sistema
que simplificase la introducción de las características geométricas de los
S I L M A C l í i l S t H U C t I ON j t V I L L r t C - 2 0 0 I l .C I U Y ' J t i ' E C H A U J - 0 3 - 1 0 Ü Ü H O l i A 1 0 . 5 1 1 . 0 4 t ' A U .
I ' H Ü V K M I l i t ; I U D O S PUK C O N ! COI M I I M t ' r t K . O
U M I D A O f)E T U U E R 1 A
I N F O R M E PAMA t. L A UON A C I ON , V EN 1 F I C A C I Olí Y M U N I A J E
C O L E C T O f l DE V A P O R
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FIGURA A .2 .12 .
O . E X T E S P
2 6 . 9 2 . 6
En Astilleros Españoles, con un equipo coordinado por el director de esta
tesis, se diseñó el sistema A.N.A-TUBOS (arquitectura naval automatizada),
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\ a.
44
en la que por medio de un lenguaje sencillo se describe cualquiera de las
características que sirve para definir la geometría de un tubo. A partir de
esta definición se obtiene: un dibujo del tubo en perspectiva isométrica o
diedrica, una tabla de características, una lista de materiales y una
valoración de la fabricación y montaje del tubo, almacenando todos estos
resultados en una base de datos.
- - IV; - -/
UJI
"üozr '37 i
860 X)3 Yy
SLVILLA C-26G
TGCTBVOG COLECTOR DE VAPOR
PLsREFolOO/300/055 HOJA 30 ROHALDE
REF CU000001 0 8100
PIN 1¿0Q -9QQ -520
FIGURA A.2.15.
S I S T E M A . N . A . • • • • C O N S T R U C C I Ó N S E V I L L A C - Z < > b T G C T D V O B F E C H A U 3 - 0 3 - I 9 B G
LOl EC I l>K Lit VAPOR
CANT I H A U
L I S I A I1L M A I f H I A L E S OE » « T G C T I W O C i • *
PL . HEF . 7 0 1 ) / . 1 U I I / 0 5 S HOJA J l : «DMA I. UK
C Ó D I G O C H A M . E M ' . P E S O A C O P I O
0 . 2 3 3 I U B O S I N S O L D A U U R A S T - 3 5 . . I 5 I 3 P 4 0 2 BO 2 GO 1 2 6 . 9 2 . b 0 . 1 0 1 S . 0 I O
E L L M E M I O
J . 2 M 7 r i j b l ) S I N S O L D A D U R A S T - 3 5
I H A M B U R G U E S A UE 1 5 ü
I !¡ 1 .1 I 4 1 1 1 015 O 1 111.3 1.5 11. «3 15.010
II I2UÜU01I220 1 111.3 1.5 1.15 11.010
MAIMit l I K ) .
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P E S O UE LA U N I O A U Of. T U D E R I A T G T T I I V O G 4 H . 2 Ü K G .
FIGURA A . 2 . 1 6 .
S I S T E M A A . N . A . • • • • C O N S T R U C C I Ó N S E V I L L A C - 2 ( ) 6 TGCTBV06
VALORACIÓN DE LA UNIUAU • TGCT flVOb ' FECHA 03-03-19B6 HORA 14.40.03
NO SE HA DADO TERMINACIÓN PARA UNION CON EL ACCESORIO 2
E L A D O H A C 1 O N
UN CANT. CONCEPTO 1EKMINACIONES
100 I EXTPEMO
NO SE HA DAOO TERMINACIÓN ÜE UN EXTREMO
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1 INJERTO EN CURVA I CURVA ( INH)
1 0 0 1 H A M O U R G U E S A
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O . d . l 0 . 4 7 o . <:• o
1 M A N G U I T O T P - 0 2 I ET 0 . 3 0 0 . 1 7
T O T A L E S
FIGURA A .2 .17 . 6 . 5 1 2 . 0 4 B . 5 5
* * * S I S T E M A A . I I . A . • • » • C O N S T R U C C I Ó N S F V 11. 1 A C - 2 6 0 T Ü C r O V 0 6
F E C H A 0 3 - 0 3 - ' 9 8 6 HORA 1 4 . 4 0 . 0 3 V A L O R A C I Ó N DE LA U N I O A O ' T G C T U V I I 6 '
F A C T O R E S 0 . 8 1 0 . 9 3
NO SE HA DAOO TERMINACIÓN PARA UNION CON EL ACCESORIO 2
M O N T A J F
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ZO 1 MANMI1IO TP-02 1 ET'
FIGURA A . 2 . 1 8 .
: .96 0.65 2.6 1
45
Tanto en la representación isometrica como die'drica existe la posibilidad de
deformar el dibujo, dando a cada tramo una longitud mínima de dibujo para
facilitar la representación.
En las figuras A.2.11. a A.2.18. damos un ejemplo de la información
suministrada por A.N.A-TUBOS.
Figura A.2.11. Hoja de entrada de datos con las sentencias que sirven
para definir el tubo.
" A.2.12.Tabla de características del tubo o informe para su
elaboración y montaje.
" A.2.13 y A.2.14.Representación isometrica del tubo. (Hemos repetido
esta representación y señalado a mano las características
de la tabla anterior).
" A.2.15.Representación die'drica del tubo.
" A.2.16.Lista de materiales con cantidades, códigos y pesos.
" A.2.17.Tabla de valoración de elaboración del tubo en el taller,
dividiendo el tiempo en tuberos T y soldadores S.
" A.2.18.Tabla de valoración del montaje del tubo a bordo.
Al mismo tiempo, Astano desarrolla el sistema S.A.D.A.T ( Sistema Astano
de diseño automático de tubería ) que sirve para el diseño de los tubos y da
las tarjetas de entrada para su fabricación en el taller automatizado
instalado en colaboración con Mitsui. Este taller funciona con el sistema
M.A.P.S. (Mitsui automated pipe shop).
En la decada de los 70, muchos astilleros desarrollaron sus programas de
tubosj entre los que destacamos él HICASS-P de Hitachi Zosen, utilizado
también por Italcantieri*, el PIPE de Kockums, integrado en el conjunto de
46
sistemas STEERBEAR de ayuda al diseño por ordenador; y el sistema de Odense,
basado en maquetas o modelos de plástico.
Simultáneamente al desarrollo de las hojas de tubos, se fueron
simplificando los planos de disposiciones generales, contando en muchos
astilleros, para esto, con maquetas de las que hablaremos en el capítulo
A.4.
A medida que aumenta la prefabricacio'n de tubos y que mejoran las
tolerancias de fabricación, aumenta el agrupamiento de tubos y otros
elementos de armamento en mo'dulos, de los que hablaremos en el capitulo A.3.
Con el abandono de la realización de maquetas, en muchos astilleros, para
mantener la fabricación de la mayor parte de los tubos se plantea la
necesidad de disponer de un sistema de interferencias.
Tanto Astilleros Españoles como Astano y otros astilleros en el mundo
crean sistemas de calculo numérico de interferencias. Estos sistemas
asimilan los elementos de cámara de maquinas a modelos simples, como
prismas, cilindros, toros, y comprueban por medio de calculo si existen
interferencias entre ellos. La gran dificultad de modelizacion de los
elementos, especialmente de la estructura de acero, hace que estos programas
hayan sido poco utilizados.
En el sistema ANA, al existir una modelizacion automática de los tubos
\ que se han almacenado en la base de datos al definir las isometricas, se
facilita la consulta de interferencias tubo con tubo.
47
Varios de los programas citados, entre ellos el ANA, hacen posible la
obtención de secciones por un plano de las isometricas definidas, lo que
permite la comprobación visual de interferencias.
Todos estos programas son de ejecución diferida o Batch, entrando las
Instrucciones en el ordenador primero con fichas perforadas y luego con
pantallas alfanumericas.
El desarrollo de las pantallas gráficas y el aumento de la capacidad de
los ordenadores esta llevando a la sustitución de los sistemas anteriores
por sistemas gra'ficos interactivos o sistemas CAD/CAM, de los que hablaremos
en el capitulo A.5.
A.3. FORMACIÓN DE UNIDADES O MÓDULOS
49
A.3.1 Ventajas e inconvenientes
Llamamos unidades o módulos de armamento a los conjuntos de tuberías y
sus soportes, válvulas, tanques, bombas y demás elementos de armamento, que
se fabrican en el taller y se montan agrupados, en bloques o a bordo. Los
nodulos tienen las siguientes ventajas:
a. Mejora del plazo del buque, al poder realizarse distintos trabajos
al mismo tiempo e Independientemente del montaje de bloques.
b. Menor inversión de horas, al realizarse los trabajos en una
posición fácil y con buenos medios auxiliares como maquinas
de soldar, grúas etc.
c. Mejor calidad de los trabajos, por el mismo motivo del punto
anterior.
d. Menor riesgo de accidentes, al no realizarse trabajos en andamios
y evitarse la concentrado'n de personal que produciría la reali
zación de todos los trabajos a bordo.
Los inconvenientes son:
a. Exigencia de un diseño detallado, que aumenta la inversion de horas
en delineacion.
b. Necesidad de un adelanto del diseño y del acopio de materiales.
c. Mayor peso, por la necesidad de soportes para rigidizar las unidades.
d. Peor aprovechamiento del espacio disponible.
La mayor ventaja sobre los inconvenientes ha llevado a todos los
astilleros del mundo al aumento de la modulación.
Vamos a analizar los principales tipos de unidades de armamento que se
¡realizan en los astilleros:
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50
A.3.2, Unidades de tuberias.
Consisten en un conjunto de tuberías fabricadas en el taller, que se unen
entre si con soportes comunes y se llevan a bordo como un conjunto.
La realización de estos mo'dulos exije un diseño detallado que fija la
posicio'n exacta de los tubos, un buen control de calidad para la
comprobación de dimensiones y, es aconsejable, la realización de premontajes
entre conjuntos.
Uno de los primeros
mo'dulos que se
empezaron a fabricar
fueron los serpen
tines de calefacción
de tanques, que
pueden ser fabri
cados y probados en
el taller y montados
en los tanques antes
de cerrarlos. FIGURA A.3.5.
Para la realización en el taller de serpentines de tanques de doble fondo u
otros tanques con gran estructura de acero, es necesario un estudio
cuidadoso de las dimensiones de los tubos para que se adapten a los
aligeramientos previstos en la estructura sin provocar interferencias. El
diseño de estos tubos debe realizarse al mismo tiempo que los planos
constructivos de acero para incluir en estos últimos los aligeramientos de
paso de tubos y cortarlos en herreros de ribera. Con todo esto se evita el
L
51
penoso trabajo en el interior de tanques,con las ventajas de seguridad e in
versión y que esto lleva implícito
El diseño de los serpentines en la
Factoría de Sevilla ha sufrido múl
tiples modificaciones tendentes a
conseguir un mayor rendimiento
termodinamico y un menor coste de
montaje. La primera que se produjo
sobre el diseño tradicional, figura
A.3.1, era para reducir al mínimo
las uniones a bordo pasando al
sistema representado en la figura
A.3.2. Posteriormente se presto
atención al rendimiento termo-
dinámico disminuyendo la longitud
del serpentín, asi como a la simpli
ficación de tramos de tubos ( mas
FIGURA A 3 6. tubos rectos ) llegándose a una
solución tipo parrilla como la de la figura A.3.3, que tenía el
inconveniente de volver a aumentar el numero de uniones a bordo. La cuarta
solucio'n, que tiene las ventajas de las alternativas anteriores, es la
representada en la figura A.3.4. Ademas, tiene como ventaja la posibilidad
de formar módulos completos probados hidráulicamente en el taller. En las
figuras A.3.5, A.3.6 y A.3.7 vemos la fabricación de serpentines en el tal
ler y su montaje a bordo.
FIGURA A.3.7.
Otra de las unidades de tuberías que se comenzaron a realizar fueron las
montadas sobre cubierta principal en los petroleros. En estas unidades hay
que cuidar la alineación de los tubos, siendo aconsejable la realización de
premontajes.
Para aumentar las unidades de tuberías y facilitar la mecanización del
diseño, varios astilleros (entre los que destacamos Wartsila) han
establecido sistemas de conductos preferentes de tuberías, que consisten en
reservar en una fase inicial del diseño del buque unos espacios o conductos
por los que se procura pasar el mayor numero de tubos. Esta reserva de
espacio y la ayuda de programas informáticos permite una buena distribución
de los tubos, la racionalización de los soportes, y la evitación de
interferencias. Por otro lado, la reserva de espacio permite incorporar
tubería fina que, en general, en los casos de montaje en horizontal, no
compensa su prefabricación por las posibles interferencias. El
53
[inconveniente de este sistema es el aumento de la longitud de tuberia,
Sdebiendo estudiarse en cada caso que' tubería interesa pasar por el conducto.
En las figuras A.3.8 vemos una de una red de conductos realizada en
Italcantieri, en la A.3.9, una perspectiva de un buque Wartsila y en las
A.3.10, A.3.11 y A.3.12 una red de un buque de Sevilla.
- r " " " " ^ f' f - ' I !
H i ^ " i f r p i llji < > i j I .> * >
Fig. 9 Italcanlierl space composite •conduits"
FIGURA A.3.8.
A.3.2. Unidades de tanques.
Consisten en los tanques con sus polines, el forrado (en el caso de
tanques aislados), los serpentines, los registros, las sondas, los niveles y
el resto de los accesorios. Para reducir el tiempo de diseño y facilitar la
fabricación en serie, el autor promovió en la comisión de normalización de
Astilleros Españoles (a la que perteneció de 1974 a 1984) un trabajo de
normalización de unidades de tanques, teniendo en cuenta las exigencias de
los fabricantes de los motores, y la experiencia en el diseño en distintos
buques.
How does WARPS funktion? The computer chooses the route the pipe system considering all economical viewpoints. The pipes conducted on the shortest possible route using simple pipe geometry. In this way the prefabri-cation of pipe systems can be carried out economically and by means of mechanization. The production time of pipe systems is shortened.
FIGURA A.3.9.
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54
FIGURA A.3.13.
Los tanques de sedimentación y de servicio diario de combustible, debido a
su tamaño se hacían estructurales. Un paso posterior fue el diseñar estos
tanques no estructurales permitiendo su fabricación en talleres
especializados, de los que vienen terminados y probados-. Para facilitar el
montaje de estos tanques en las plataformas de cámara de maquinas, se
aligeran estas recortado la chapa y permitiendo la soldadura por el inte
rior. En las figuras A.3.13 y A.3.14 vemos dos ejemplos de tanques no
estructurales.
FIGURA A.3.14.
55
IA.3.4 Unidades de bombas y aparatos.
En estas unidades se incluyen; bombas, enfriadores, purificadoras, sus
¡polines, la tubería que los unen, y los tecles correspondientes.
La mayoría de estos
módulos están situados
sobre el doble fondo de
cámara de máquinas siendo
frecuente el premontaje de
todos ellos en el taller
lo que recibe el nombre de
macrounidad. FIGURA A.3.15.
Cuando los medios del astillero, capacidad de grúas y tamaño del taller
lo permiten, la macrounidad se realiza sobre el doble fondo de cámara de
maquinas que se desplaza al taller. En caso de no disponer de estos medios,
la macrounidad se realiza sobre el suelo del taller, descomponiéndose
después en módulos mas pequeños, que son transladados a grada, procurando
montarlos antes de los forros de maquinas.
56
En las figura A.3.15 vemos una unidad del astillero de Astano y en la A.3.16
la del de Sevilla fabricándose en el taller, y en la A.3.17 esa unidad
montándose sobre el doble fondo de cámara de maquinas.
FIGURA A.3.17
57
Otra unidad importante es el modulo del guardacalor, que comprende todo 1 el
armamento de cámara de maquinas por encima de la cubierta superior, incluida
fia chimenea. Este mo'dulo incluye: caldera, incinerador, tuberías, tecles y
escalas, ventiladores y sus conductos, cuadros eléctricos, cables, aparatos
de alumbrado, etc.
FIGURA A.3.18,
El realizar el modulo de
guardacalor en el taller
permi te,ademas de las ventajas
ya citadas, tener un acceso
despejado a ca'mara de maquinas
hasta 20 días antes de las
pruebas de mar. Esto facilita
la introducción de los equipos
y permite la terminación de la
cámara de maquinas pocos días
después del montaje del motor
principal. En la figura
A.3.18. vemos un modulo del
guardacalor realizado en el
astillero de Sevilla.
A.4 MAQUETAS O MODELOS DE
CÁMARA DE MAQUINAS
59
Con el aumento de la prefabricacion de tubos en el taller y la dificultad
de estudio de las interferencias en los planos de disposiciones generales de
tuberías, a mediados de los años 70 se generalizo el empleo de maquetas.
Estas maquetas son modelos a escala 1/20 de la cámara de maquinas,
realizados en plástico.
Se comienza modelizando la estructura de acero, basándose en el plano de
[formas y en los planos constructivos, y fabricando plataformas y bularcamas.
! Después se modelizan el motor principal, los auxiliares, bombas,
enfriadores, etc., Existen en plástico tubos a escala de distintos diámetros
así como válvulas, bridas, etc., que se incorporan a la maqueta uniendo los
aparatos de acuerdo con los esquemas. También se incorporan el resto de los
f elementos de armamento tanques, conductos de ventilación, tecles y escalas,
¡etc. En la figura A.4.1 vemos una de las maquetas realizadas en Sevilla de
1973 a 1978.
FIGURA A.4.1.
60
El trabajo de la maqueta exije, ademas de los conocimientos de un
proyectista de cámara de máquinas, una gran habilidad manual para trabajar
con el plástico.
Una vez modelizada la tubería, se realizan las hojas de tubos tomando
medidas sobre la maqueta. Esta operación es muy difícil, pues además de la
falta de espacio de algunos lugares, los errores se ven multiplicados por la
escala, lo que nos lleva a aumentar los tubos de cierre. Para paliar este
problema en la factoría de Sevilla, ademas de la maqueta se hacían planos de
disposición general por plantas, en los que se comprobaban las dimensiones
de los tubos. Más ambiciosa es la solución desarrollada por la firma
finlandesa de ingeniería Elomatic Oy con la ayuda de los fondos para el
desarrollo del gobierno finlandés, que describimos a continuación.
lyenienl of the tnalic laser scanner:
fíame Vertically-iiKning beam Laier scanner unit l):-,ei beam LED Fffi» tack
\Vtriii..:hiní! Iniiuti.'tUil lili! 1:111 loins t/kidello bu si.Himud s.
Vow: Example, much faced, of a inseiyean
pnnt
:--=*/ -<D
FIGURA A.4.2.
Bajo el nombre de
sistema Pelmatic se
producen una serie de
~® fotografías ortográ
ficas, sin error de
perspectiva, a partir
de las cuales se
pueden tomar las
coordenadas de los
tubos midiendo directamente o con una mesa digitalizadora. En este segundo
caso, las coordenadeas se introducen en el ordenador para ser procesadas por
un programa de obtención de hojas de tubos a partir de las coordenadas de
los ve'rtices. Las fotografías se toman con un aparato que consiste en un
bastidor sobre el que se desplaza transversal y verticalmente una unidad de
laser que, descendiendo en escalones de 0.2 mm después de cada
desplazamiento transversal, efectúa un barrido del modelo a fotografiar. La
61
unidad de laser emite un rayo que se refleja en el objeto y mide la
intensidad del rayo reflejado, modulando un diodo emisor de luz situado en
la parte posterior.
F;« UA7. Este diodo emisor de
WÍ=V- :•*&-:•
¡Ka2*w luz incide en la parte
de atrás del bastidor
una placa
y . _ J J ' L/rih V¡^ í"'ll fotográfica y produce
. . „ . _ .^_j_ j¿3-"#J-. ^ ^ l l - K Í - 1 una fotografía de ' I / W t f ffV íff H lí j •<-/ \"v . - ^ ! \ V -*~•• v " " ^ IPS igual escala y sin •••-v - v > , - ' -Y V / ~ Y N ':'--';:«!¿j
;Í .l-J — / ^ y — r V ^ t ^ - perspectiva del
modelo. El area de la
fotografía es de
FIGURA A.4.3.
80 x 50 cm y las fotografías se utilizan para la obtención tanto de hojas de
tubos, como se ha explicado anteriormente, como de disposiciones generales
del conjunto (Bibliografia 5). En la figura A.4.2 vemos un esquema de
funcionamiento y en la A.4.3 una fotografía ortográfica del modelo.
Las maquetas significaron un importante paso en el diseño de tuberías y,
basándose en ellas . se aumento' la prefabricacio'n de tuberías y se
simplificaron las disposiciones generales. Esta simplificación se mantuvo
posteriormente en los buques que se realizaron sin maquetas,basándose en la
experiencia anterior y en los sistemas informáticos de definición de hojas
de tubos.
El mayor defecto de la confección de maquetas es que la realización de
trabajos en plástico alarga el plazo que va del comienzo del diseño a la
fabricación de la tubería. Desde la crisis de construcción naval de mediados
de los 70 se dejaron de contratar grandes series de buques y los plazos de
contrato a entrega no han cesado de reducirse. En estas condiciones_,el
62
retraso minimo de 2 meses que implica la nalización de la maqueta, puede
llevar a una importante reducción del armamento avanzado que no puede ser
compensado por las ventajas de la maqueta.
Estas ventajas son:
1. Una mejor distribución del espacio disponible.
2. Una optimizacion del trazado de tuberíavdisminuyendo
su longitud.
3. Una reducción de interferencias.
A pesar de estas ventajas;e1 inconveniente del plazo ha hecho que el
\ di seño con maquetas se vaya abandonando en buques mercantes. En buques de
guerra,en los que el plazo de diseño es mayor y el espacio más reducido, se
mantienen las maquetas. En algunos astilleros^como Newport News Shipbuilding
para determinadas zonas se realizan modelos a escala natural. Las ventajas
del empleo de maquetas ademas de utilizar un sistema CAD/CAM, fueron
mantenidas por W.F.Beck en las conferencias ICCAS de 1982 (Bibliografía 6).
La opinion del autor de este trabajo es que, tanto por las facilidades
actuales de los sistemas CAD/CAM, como por sus posibilidades futuras, las
maquetas desaparecerán y serán sustituidas por estos sistemas.
A.5. DISEÑO ASISTIDO POR ORDENADOR, CAD/CAM
64
En el capitulo A.2 hemos visto los primeros pasos dados en la aplicación
del diseño asistido por ordenador al diseño de tuberías. Vamos ahora a
completar dicha información analizando cual ha sido la ayuda del ordenador
al diseño de tuberías desde el comienzo a la situación actual.
Los sistemas iniciales de ejecución diferida o batch realizaban:
1. Obtención de hojas de tubos o isométricas, realizando los cálculos y
obteniendo los datos geométricos detallados, listas de materiales y
valoración de horas de fabricación y montaje (Figuras de A.2.11 a A.2.18)
2. Partiendo de los datos anteriores y teniendo maquinas de control
nume'rico para la fabricación de tubería, se obtienen tarjetaspara la
fabricación automática de esta. En el caso de no disponer de medios
automáticos, se obtiene una serie de informaciones que ayudan a la
fabricación manual de los tubos. Como ejemplo de lo anterior, en la figura
A.5.1 se representa una plantilla para injertos obtenida mediante el sistema
ANA.
3. El informe de la hoja de tubos se completaba, en el sistema ANA, con
un informe de la situación del tubo, que proporcionaba:
-coordenadas absolutas, relativas e increméntales de los puntos
inicial y final del tubo e injertos,
-indicación de las unidades que deben conectar en cada extremo,
-peso y coordenadas del centro de gravedad.
Ejemplo de lo anterior, en la figura A.2.12.
4. Diseño de un sistema de obtención matemática de interferencias, que en
leí sistema ANA funciona efectuando las siguientes operaciones:
EJS!U\ -C2
PLANTILLA P/nl/t tOf^T/.a LA CUP-'.'ft K ^ C i ^ C^;."; t f l
5. PE * FOC/:^.'
ELLi-LA -02
It.' i. . .-. ! Ú'
PlAi. 'Tiu/i PARA CCRTAR. EL . OIÜFltio bSl ir-VFUTo ¿ (CÍK I-;/•./•,:,.";.'/:j.^
FIGURA A . 5 . 1 .
65
-Definición geométrica de objetos normalizados.
-Conversion automática de unidades de tuberías descritas en el
archivo de líneas y tubos en objetos normalizados.
-Almacenamiento de objetos normalizados en el archivo de objetos.
-Comprobación de interferencias entre objetos de este archivo.
-Determinación de empalme correcto entre unidades de tuberías
convertidas en objetos normalizados.
-Definición y utilización de normas sobre accesorios.
-Definición de redes de conductos para tubería y cables eléctricos.
-Determinación de rutas óptimas en una red de conductos.
trTr M P) O D¿n^TIRÉ£iÍÍ^^-
FIGURA A.5.2. i
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u CO LXJ
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5 ( 63 U N I D A D E S )
Vl',1 t0/'J 60/41 60/j G0/5« 60/TA A w , * . • •,
63/-0 63/.2A 6 3 / Í 3 f'J? ^ * * { « " ' " 13/7 63,8
- - o . ]v,\, »;?•. ;i;,* ;i;¡» : ' - - - - »;r 7 G / A A 7 6 / 5 " ' 7 5 / 3 4 7 5 / " '6/' 76/2
«EUTO N.A.L
SOLDADURA ST-35 .. 15.1311
SOLDADURA ST-35 .. 1 t> . 1 3 1 4
SOLDADURA ST-35 .. 15.1314
SOLDADURA ST-35 .. 15.1314
SOLDADURA ST-35 .. 15.I3K
SOLDADURA ST-35 .. 15.1314
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RGUESAS DE ESPESOR 5.60
ESA DE 30 C 11.12800 139.7 5.6
ESA DE 30 C 11.12800 219.1 7.1
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; 1 4 G 0 J 1 0 1 1 0 2 0 0 7
B 1 1 6 0 3 1 6 ' 1 0 4 0 0 7
36 4 1 6 0 3 1 6 1 1 0 5 0 0 7
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, 0 1 4 . 6 0 3 1 C 2 5 0
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1 1 . 6 0 3 1 6 1 5 0 4 3 3 0 . 1 1 6 D 3 1 6 1 1 1 5 0 0 7
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4 1 6 3 6 0 0 1 7 5 1 2 5
1 1 0 3 6 0 0 1 7 5 1 5 0
H 4183600 150 100
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443600 1 100 007
443600 1 10D007
443600 * 100007
443600 »100007
4*3600 11DDC07
443600 1 100007
PESO T ,» B17< KC».
CENTHO DE C«AVED*D DEL CONJUNTO 366B7 - 170 ??76
FIGURA A . 5 . 5 .
66
En la figura A.5.2 vemos un ejemplo de aplicación de interferencias. Las
dificultades de modelizacion de la estructura y de los elementos de cámara
de maquinas ha llevado al sistema de conductos preferentes descrito en el
capitulo A.3. Pues en estos conductos, al no haber mas que tubería y sus
soportes, es sencillo el estudio de las interferencias.
5. Obtención de secciones de tuberías y detección visual de
interferencias. Si al definir las hojas de tubos utilizamos un programa que
modelice estas en el espacio, podemos obtener la intersección de estas con
un plano. Observando las posiciones relativas de los tubos, se puede
comprobar visualmente las interferencias. En las figuras A.5.3 y A.5.4 vemos
dibujos de secciones de tubos obtenidas por el sistema ANA.
6. Dibujo de estructuras de acero simplificadas, basado en los programas
de definición de formas y en el dibujo de líneas auxiliares y de elementos
normalizados. En AESA-SEVILLA se utiliza el lenguaje ANA-2, utilizado para
la definición de piezas y "Nesting"de aceros, para el dibujo de estructuras
como el de ayuda a las disposiciones de cámara de maquinas descrito en
A.l.l.c.
7. Como complemento a las hojas de tubos que incluyen una lista de los
materiales que forman cada tubo, se realizaron unos programas que suman y
clasifican los materiales correspondientes a una relación de tubos. Esto
facilita la programación del taller y el coste de materiales de un conjunto i
de tubos.
En la figura A.5.5 tenemos un ejemplo de lo anterior.
8. Para obtener el coste de mano de obra, asignamos un tiempo estándar a
cada operación de fabricación de tubería, como curvar tubos, montar y soldar
67
rbridas, etc. De esta forma, cada vez que en la definición de un tubo se
I incluye un elemento, se contabiliza el tiempo necesario para montar y soldar
dicho elemento, obteniéndose los tiempos de elaboración y montaje de cada
tubo. En las figuras A.2.17 y A.2.18 vemos las hojas de valoración de
fabricación y montaje de la isométrica,divididas en horas de montadores y de
soldadores, realizados en AESA-Sevilla.
I Todos los programas anteriores de ayuda al diseño por ordenador se
realizaban introduciendo los datos por medio de un lenguaje o instrucciones
especíales. Estos datos se pasaban al principio a una ficha perforada y
posteriormente se introducían en el ordenador directamente con una pantalla
alfanumerica. En el ordenador, con un proceso en diferido o "batch", se
ejecutaba el programa, saliendo los datos alfanumericos en una impresora y
el dibujo en un ploter, al cabo de un tiempo que dependia de la carga del
ordenador y de la prioridad asignada a los programas.
A finales de la decada anterior, la reducción de precio tanto de las
pantallas gráficas como de los ordenadores capaces de soportarlas, provoco
el abandono de los desarrollos en "Batch", siendo sustituidos por los
sistemas gráficos interactivos o sistemas CAD/CAM.
En estos sistemas, las instrucciones se introducen en el ordenador a
través de una pantalla gráfica por distintos medios, como lapices magnéticos
sobre digitalizador o sobre pantalla y el empleo de menus o teclados de
funciones. Estos medios simplifican enormemente las instrucciones, lo que
unido a la gran velocidad de respuesta del ordenador, inferior a 1 sg para
una utilización efectiva de las pantallas, permite multiplicar la velocidad
de dibujo de 3 a 10 veces.
68
Los programas de dibujo de los sistemas CAD/CAM, según su capacidad para
dibujar en el espacio se pueden dividir en:
-De 2 dimensiones, que permiten dibujar en un solo plano i .1 ,
-De 2 1/2 dimensiones,que adema's del dibujo en un plano permiten
realizar composiciones en perspectiva
-De 3 dimensiones en modelo de alambre. La intersección por
un plano de este modelo nos da una serie de puntos.
-De 3 dimensiones y modelo de superficies. La intersección por un
plano nos da un conjunto de líneas.
-De 3 dimensiones y modelo solido. La intersección por un plano
nos da un conjunto de recintos planos.
La mayor complicación del sistema implica una mayor absorción de la
capacidad del ordenador de forma que, trabajando en modelos solidos, se
requiere 10 veces ma's memoria que trabajando en dos dimensiones. Por otro
lado, trabajar en el espacio es difícil y requiere un personal especializado
capaz de ver los dibujos.
A partir de 1980, los astilleros de todo el mundo han comenzado a emplear
estos sistemas para el diseño de tuberías, bien desarrollando programas
propios o bien adaptando los existentes para diseño de plantas industriales.
Así, Wartsila, basándose en el principio de conductos preferentes de tubería
explicado en el capitulo A.3, ha diseñado el sistema WARPS (Wartsila Com
puter Aided Pipeplanning System) para el diseño de los tubos incluidos en
los conductos. En este sistema se realizan, con la ayuda del programa, el
dibujo de las redes de conductos, el trazado de líneas, al posicionado de
tubos y soportes, la situación de bridas, etc. Los tubos situados fuera de
las redes de conductos se dibujan de forma manual.
69
El astillero de Avondale en EE.UU., basándose en el programa CADAM de
Lockheed e IBM, desarrollo' un sistema de tuberias(CADAM-PIPING) que
comercializa IBM. Este sistema lo emplean también British Shipbuilder y los
astilleros japoneses de Kawasaki.H.I. y Sumitomo.H.I.
Hitachi.H.I., basándose en los programas HICCAS-P en BATCH, que fueron
los mas avanzados durante la decada de los 70, ha desarrollado un programa
en tiempo real.
Italcantleri ha desarrollado el sistema AIDS, Kockums el STEERBEAR-3 y
Aker el AUTOFIT. • i :
Entre los programas desarrollados para plantas industriales destacaremos:
él de COMPUTERVISION, utilizado por Apledore y otros pequeños astilleros de
British Shipbuilder; el de INTERGRAF; el CALMA, de General Electric; y el
MEDUSA, de la Universidad de Cambridge, que está siendo implantado por la
E.N.Bazán.
Para dar una idea de las posibilidades que estos sistemas aportan al
Ídiseño de tuberías, vamos a describir algunas características del P.M.D.S. f - /> ¡ (Plant Design Management System) que es, en opinion del autor, uno de los i -i i ' I mas desarrollados, aunque no tenga noticias de su empleo en astilleros í
¡ (Bibliografía 7). Este sistema ha sido desarrollado en Cambridge por el
\ British Departament of Industry, con la colaboración de Isopipe Limited En-
; gland y AZCO Engineering de Holanda.
El sistema combina la centralización de una base de datos común de la
información de proyecto, las técnicas de realización de modelos en tres
[ dimensiones y el empleo de sistemas gráficos. I !
?:
70
Vamos a ver las ayudas que proporciona este sistema a las fases de diseño
de tubería descritas en el capitulo A.l.
a)0isposicion general del buque y especificación de contrato. A través
del programa de dibujo en dos dimensiones se puede realizar el plano de
disposición general en una pantalla gráfica interactiva. El sistema no
dispone de programas de superficies que permitan la definición de las
formas.
b)Planificación. El sistema no incluye programas de planificación tipo
PERT, pero sí permite un buen control del progreso del diseño por el jefe o
coordinador, al tener acceso este al avance del trabajo día a día y poder
almacenar las etapas parciales.
c) Disposición general de aparatos. Se pueden model izar estos en tres
dimensiones utilizando las facilidades "Macro",
! " | W «ÍKt
«_• . yr* .^
-fl- -ÜT
m U» ÜRAtN
M7 I X DUAtN
L -1*4 K i-tout o our
- N 9 CHAIN
SIDE ELEVATION
Ml MC LIOUIO I N
"7 —O»
BUD ELEVATIOH
STABILIZER REFLUX DRUM 1201
. Itt VAFO* our
que son un conjunto
preparado de comandos para
producir un modelo
tridimensional. El modelo
se produce por combinación
de primitivas o elementos
geométricos simples, como
cilindros, prismas, etc.
FIGURA A.5-6.
I: Í ' ' 71
i v.
Se dispone de un catalogo de los modelos mas usuales, teniendo el
delineante que definir los no incluidos en el catálogo y posicionar todos en
el espacio (Figura A.5.6).
Una vez situadas las primitivas de los aparatos, se pueden realizar
plantas y alzados de éstos por ser modelos tridimensionales. Estas plantas
del conjunto de primitivas de aparatos sirven como plano de disposición gen
eral de cámara de máquinas añadiendo, con el programa de dibujo en dos
dimensiones, los detalles que consideremos convenientes para la presentación
del plano.
d) Desarrollo de esquemas. Se realiza en la pantalla gráfica con la ayuda
del programa "DRAGON" de dibujo en dos dimensiones, que tiene las siguientes
írutinas para facilitar el trabajo:
-Librería de simbolos con atributos de descripción del material.
-Posibilidad de desplazamiento o giro de una parte.
-Dibujo por capas y archivo de parte del dibujo.
-Posibilidad de desplazar parte del dibujo^manteniendo o arrastrando
las conexiones.
-Rotulación automática.
En la figura A.5.7 vemos un ejemplo de un esquema dibujado con este
programa.
72
FIGURA A.5.7.
! e) Libro de accesorios y solicitudes de pedidos. El PMDS tiene en
memoria, ademas de los símbolos de los accesorios necesarios para el dibujo
de los esquemas, las características que se describen en el libro de
accesorios. Cuando vamos incorporando elementos a un esquema, el sistema
almacena las características de estos elementos realizando automáticamente
el listado del libro de accesorios. Las solicitudes de pedidos se realizan
agrupando los elementos del mismo código.
f) Previsiones de tuberías. Al ser este trabajo un proceso estimativo no
esta automatizado, pero sí incluimos en la memoria del ordenador datos de
longitudes de tramos de esquemas se simplifican la consulta de estos datos
procedentes de otros buques.
r.
I I i;
73
g) Disposiciones de tuberías y planos de coordinación. Como se indico en
¡ c), el sistema crea un modelo tridimensional basado en primitivas de
aparatos con las que se modelizan tanques, bombas, filtros, etc.
Actualmente se dispone de unas 20X100 normas.
También existe un sistema
que simplifica la
definición de polines y
soportes de tuberías.
Este sistema asigna un
código a cada pieza
soporte, produciendo
dibujos como el de la
figura A.5.8 y
suministrando una serie
de información de como FIGURA A.5.8.
longitudes de elementos, longitud total para cada tipo de perfil, chaflanes
y longitudes de soldadura, lo que facilita su fabricación.
La modelizacion de la estructura de acero de un buque utilizando
primitivas es muy difícil y él PMüS no la resuelve. Los programas de diseño
de estructura como el FORAN de SENER o el de Italcantieri, consiguen una
estructura tridimensional simplificada pero, en opinion del autor, no se ha
conseguido todavia una modelizacion completa de la estructura de un buque.
El sistema dispone también de una serie de facilidades para la
introducción de líneas de tubos en el modelo tridimensional, basadas en la
í información almacenada en memoria procedente de los esquemas y normas
1 constructivas. En cada esquema se le asigna a cada línea un código que
i Indica las características del tubo (material, diámetro, espesor,
tratamiento) y los puntos terminales a que esta conectado. Llamando a un
74
código de una línea obtenemos dichas características y los cocJigos de los
componentes que hay que ir situando.
Para posicionar un tubo, se parte de un extremo del que conocemos las
¡i f .: ' i ,
coordenadas exactas y se va describiendo su geometría e incluyendo los
distintos accesorios. Para posicionar estos accesorios tenemos tres
sistemas: ' . i . ! i
a) Dar la distancia a un extremo del tubo o a otro componente.
b) Situarlo en el modelo tridimensional^ dando sus coordenadas
absolutas.
c) Definir una distancia respecto a un punto del modelo, como
a 150 mm del mamparo.
La alineación de los accesorios se realiza automáticamente con el eje de
la tubería y se calcula la longitud exacta de tubería entre dos componentes.
En las figuras A.5.9 y A.5.10 vemos un ejemplo del uso de las instrucciones
para posicionar elementos.
ATTRIBUTES ÍPOSITION ORIENTATION BORE CONNECTION TYPE
SPECIFICATION •reEJ&fiEL.
EQUIP ' 8 '
FIGURA A.5 .9 .
75
Para la verificación del trabajo hay dos sistemas uno verifica la
consistencia de diseño y el otro las interferencias.
Para verificar la consistencia de diseño, el sistema tiene un programa
que
Elbow precisely aligned to pass-through the tal
<PTI of the branch. Elbow posltlond i fixed distance
above nozzle /1301-N1
DISTANCE 400 BEHIND /1301-N1
Fittings connected together using the POMS component
dimension tables.
CONNECT
FIGURA A .5 .10 .
detecta la desa
lineación de los
componentes y la
compatibilidad de
diámetros entre tubos
y accesorios. En la
figura A.5.11 vemos
varios ejemplos de
problemas de consis
tencia de diseño.
Para la detección de interferencias, el sistema dispone de un programa
que obtiene las interferencias existentes entre tubos, soportes y aparatos
model izados. Las dificultades de modelización de la estructura impiden el
estudio de interferencias con e'sta.
El sistema distingue entre interferencias duras de elemento con elemento
e interferencias blandas de un elemento con un espacio reservado para
desmontaje o mantenimiento, y presenta un informe que indica los elementos
que interfieren, tipo de interferencia (dura o blanda) y situación de la
mismaa. También se puede obtener una representación gráfica de la
interferencia como la indicada en la figura A.5.12.
r
76
DATACON hESSAGE ( 2 U
r '0*rACON MESSAGE ( T )
«ass VSK^VHL B*'*CON MESSAGE (3) ELBOW OUT OF ALUGNHENT
OATACON MESSAGE © 'NCOBRECILY SIZED T£E
FIGURA A.5.11.
| Una ve2 realizado ., mie,0 tridimensional. e, sistena penn1te u
j rea!izacion de todo tipo de p , . M 1 . „ » plantas, alzados, perspectivas,
J detalles, etc. asi con» ver el «odelo o parte de el desde cualquier ángulo y
! Posición. En ,as figuras A.5.13, A.5.14. y A.5.15, da r o s varios ejemplos de
estas representaciones.
FIGURA A.5.12.
77
FIGURA A.5.13.
El modelo puede ser representado en diferentes capas, pudiéndose llamar a
ana u otra según las necesidades de representación. Asi, tendremos una capa
le aparatos, otra de polines y soportes, otra de tuberías, etc.
Todas estas posibilidades hacen que el modelo realizado por computador
|ustituya a las maquetas o modelos en plástico con las siguientes ventajas:
1) Gran exactitud, al no existir errores en la toma de medidas
por aportarse las dimensiones matemáticamente.
2) Mayores posibilidades de representación, pudiendo verse
perspectivas desde cualquier punto en el exterior o
en el interior del modelo.
3) Disponibilidad de una enorme cantidad de datos (muchos mas de
78
los obtenibles en modelos de plástico) en la memoria del
ordenador.Estos datos pueden ser buscados y procesados y
obteniéndose una gran variedad de Informes.
4) Las modificaciones son mucho más sencillas, teniendo el sistema
una serle de posibilidades para facilitarlas. Asi, cuando
se desplaza o borra un elemento,se desplazan o borran
las rotulaciones referidas a él. También se modifican las
cotas que sitúan un elemento automáticamente, al desplazar
dicho elemento (Figura A.5.16).
FIGURA A.5.14
\ Estas razones y el convencimiento de que las actuales limitaciones a la
[ modelizacion de la estructura de acero están siendo superadas, son por las
que en el capitulo A.4 se expreso la opinion del autor sobre la futura
desaparición de los modelos de plástico.
h) Hojas de tubos e isometricas. Se pueden obtener plantas y alzados de
los tubos seleccionados, así como perspectivas isometricas de los mismos. No
se dispone de un programa para la obtención de dibujos isometricos
FIGURA A . 5 . 1 5 .
Dimens ion p o i n t a t tached t o e lbow
A n n o t a t i o n a t t a c h e d t o v a l v e
VALVE / 1 0 3 2
FIGURA A . 5 . 1 6 .
79
deformados, con longitudes mínimas de tramos, para f a c i l i t a r la
¡representación.
U f M t a M l t l M C M.T1 « »áM * l t l K t 10.44
T V T A U or a t i n e * M B . A U I I « / « a - a - i a
T t n
•LM
FL*R
r r a
c u t
U M T U TUE1
« U V
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FIGURA A.5.18.
i) Listas de materiales. Se
pueden obtener listas de
materiales completas de una
zona, o específicas de todos
los materiales de un cierto
tipo. En la figura A.5.17 vemos
una del primer tipo y en la
A.5.18 una del segundo tipo.
j) Valoraciones. Según
nuestra información, el sistema
no posee un programa de
asignacio'n de tiempos y
valoración de fabricacio'n y
montaje de tuberías.
En las líneas anteriores se han descrito las facilidades que aportan los
programas CAD/CAM existentes al diseño de tuberías, facilidades que serán
distintas según los programas, pero creemos haber dado una idea con las del
programa descrito, con lo que damos por finalizada la primera parte del
análisis de la situación actual y pasamos a la segunda en la que
estudiaremos las nuevas tendencias en el diseño de tuberías.
B. NUEVAS TENDENCIAS
I
B.l INTEGRACIÓN DEL CAD/CAM
r
82
A lo largo del tiempo se ha ido produciendo una tendencia hacia la
integración de los procesos de diseño y construcción de un buque, parte de
I la cual se ha visto en los capítulos anteriores.
Las nuevas herramientas de diseño (CAD) y de producción (CAM, CIM ) (CIM
= Computer Integrated Manufacturing o fabricación integrada por ordenador)
han acelerado esta tendencia a la integración. Analizaremos a continuación
', su repercusión en el diseño y fabricación de tuberías en la construcción na
val.
El primer paso para la integracio'n del CAD/CAM es la integración de los
sistemas de diseño, es decidlos procesos de proyecto del buque, los de
estructura de acero y los de armamento.
Actualmente estos procesos de definición del buque se realizan en las
siguientes fases:
1) Diseño básico, que incluye formas, cálculos de arquitectura
naval y planos de disposición general.
2) Planos de clasificación de acero.
3) Diagramas y esquemas de tuberías y electricidad.
4) Planos constructivos de acero.
5) Planos de disposiciones generales de armamento.
6) Definición de piezas y "nesting" de aceros.
7) Planos de despiece de armamento, polines, hojas de tubos, etc.
De acuerdo con Renzo di Luca (Bibliografia 8) la integración de estos
procesos deberá realizarse creando un modelo topologico en el que se vayan
- incorporando en forma de capas los distintos elementos elementos que se
vayan definiendo, y que debe de tener las siguientes características:
r,
83
"-Debe representar el objeto físico (buque) en toda su extension
y complejidad.
-La correlación entre estructuras debe realizarse topologicamente
-Los distintos planos deben obtenerse extrayéndolos del modelo
-Todas las actividades de diseño deben incorporarse al mismo
modelo;lo que evita la duplicación de datos y la inconsistencia."
La Sociedad de Arquitectos Navales del Japón ha formado un grupo de
trabajo compuesto por 20 miembros dedicado al estudio de la aplicación de
los sistemas CAD/CAM y CIM (incluido robots) a la construcción naval. En
este grupo están representados los principales astilleros japoneses, la
universidad de Tokyo y diversos fabricantes de equipos. Este grupo dio a
conocer en el ICCAS-85 (bibliografía 9) un avance de sus trabajos, del que
destacamos las siguientes conclusiones:
"-El CIM en construcción naval debe ser organizado en tres niveles:
a)Gestion general del astillero, b)Gestión de cada taller individ
ual, c)Control individual de cada maquina automática.
-La utilización de modelos sólidos es indispensable para generar
con el sistema CAD/CAM los datos necesarios para procesos
posteriores*
-El volumen aproximado de información para un modelo de un
mineral ero de 40000 tpm es aproximadamente 80 MB.
84
-El problema más serio para la automatización de un astillero
será la generación de información de control (control data) y, en
' particular, la comprobación de interferencias entre objetos. La
automatización de este trabajo deberá realizarse por medio de la
utilización efectiva de un modelo sólido, aunque este modelo
requiere todavía importantes mejoras en términos de operatlvidad y
economía."
El autor suscribe las conclusiones seleccionadas, aunque no posee datos
para juzgar el volumen de informacío'n.
La realización de un modelo tridimensional de la estructura del buque,
tanto utilizando un modelo topologico (conjunto de superficies definidas y
coordinadas matemáticamente) como un modelo solido, es un importante reto
que tiene la ingeniería naval para la automatización de los astilleros.
El sistema FORAN de SENER es uno de los sistemas actuales más avanzados
en la definición topologica del casco, no conociendo el autor el actual
gradó de desarrollo del sistema AIDS de Italcantieri.
Los japoneses según el informe citado^ están desarrollando un modelo
sólido, aunque reconocen la necesidad de importantes mejoras para su
efectiva utilización.
El autor, en 1983 y 1984, formo' parte de una comisión de Astilleros
Españoles que estuvo estudiando distintas alternativas de desarrollo e
implantación de un sistema CAD/CAM. El sistema seleccionado incluía el
desarrollo de un modelo solido de la estructura del buque. Este desarrollo
sería realizado eri colaboración con el centro de investigación que posee IBM
85 i : •
en la Universidad Autónoma de Madrid.Tanto el programa de implantación como
el desarrollo del modelo sólido fueron abandonados en 1985.
Una vez establecida la importancia del modelo tridimensional, veremos
como debe definirse este para optimizar los procesos de diseño y
construcción del buque.
Se debe realizar el modelo teniendo en cuenta las capas de definición, es
decir, conjuntos de información que incluimos en el modelo y que nos
interesa extraer de forma agrupada. Como ejemplo, citaremos las siguientes
capas de información.
-Disposición general.
-Formas.
-Cubiertas y mamparos.
-Planos de clasificación de aceros.
-Planos constructivos de aceros.
-Planos de decoración.
-Piezas de acero.
-Disposición de cámara de maquinas.
-Planos de coordinación de armamento.
-Hojas de tubos.
-Polines y soportes.
Al realizar un trabajo puede que convenga pedir.la representación de
varias capas para coordinar sus elementos y luego representar sólo alguna de
ellas para dar mas claridad al dibujo.
86
La información cuya coordinación con otros elementos no seconsidere
necesaria no se incorporara al modelo tridimensional y se representara en
planos.
El modelo se comenzara a definir a partir de las formas del casco, bien
por un sistema de definición parametrica como el FORAN o bien basándose en
formas anteriores.
Después de las formas se realizara el alisado o "fairing" utilizando las
facilidades de los programas gráficos interactivos de tratamiento de
superficies. La posibilidad de obtener en corto plazo unas formas alisadas,
permite trabajar desde el principio con las formas exactas del buque. Esto,
junto a la precisión obtenida por los sistemas gráficos y la posibilidad de
modificar la escala evita, la repetición de dibujos y los trazados
aproximados.
Una vez definido el casco incluiremos las cubiertas, mamparos y todo el
conjunto de superficies del buque. A continuación se realizaran los cálculos
de arquitectura naval y los detalles de la disposición general. Después
incluiremos los longitudinales, cuadernas, líneas de tracas y todos los
detalles de la estructura de acero, necesarios primero para los planos de
clasificación y luego para los planos constructivos. En estos detalles se
incluira'n los aligeramientos y refuerzos necesarios para los elementos de
armamento.
i , • : í
I '
El pedido de acero se realizara, dependiendo del plazo disponible,
después de definir las características correspondientes a los planos de
clasificación, y se comprobara despue's de realizados los "nestings" o
durante el desarrollo de estos.
87
Las piezas se definirán extrayéndolas del modelo que habrá sido realizado
de forma que permita esta operación. A continuación, y de forma
interactiva, se realizara el anidado o "nesting".
El calculo de la estructura se realizara con sistemas de calculo directo
(Strudle, Nastran, Elementos finitos, etc.) y la Introducion de datos de la
geometría de la estructura se realizara de forma automática. Esta
introducción de datos es actualmente la tarea mas penosa de la realización
de estos cálculos y sera realizada por programas que efectúen
automáticamente una modelizacio'n simplificada adecuada a los citados
programas. Esta modelizacion, así como la deformación de la estructura
sometida a distintos esfuerzos, podra representarse gráficamente.
La definición del armamento se realizara basándose en catálogos de
maquinaria en los que, para cada elemento, tendremos almacenada en una base
de datos las siguientes características:
-Nombre del elemento.
-Código de identificación,
-Grupo de coste para control presupuestario.
-Características de funcionamiento.
-Representación geométrica como modelo solido y
situación de conexiones de tuberías.
-Representación simplificada para su empleo en esquemas.
-Perdidas de carga.
-Precio.
-Plazos medios de gestión y acopio.
.El suministro y actualización de estos datos se obtendrá en colaboración
con los suministradores de los equipos, cuyos centros de proceso de datos
88
estarán conectados al del astillero, o mediante el envío de cintas o discos
grabados. Esta union permitirá la realización de pedidos y facilitara la
coordinación con los suministradores y el seguimiento de los acopios.
Los esquemas se realizaran en pantallas gráficas interactivas utilizando
programas específicos como el DRAGON descrito en el capitulo A.5 y teniendo
para casos sencillos el trazado automático de líneas. Este trazado se
l efectuará situando los aparatos en los que están programados los puntos de
i conexión; se indicaran los que están conectados; y estas uniones se
í realizarán automáticamente por medio de líneas horizontales y verticales
I separadas cierta distancia
Las características de los catálogos de maquinaria permitirán la
realización automática del libro de accesorios a partir de los esquemas, así
como el calculo de perdidas de carga basado en las longitudes aproximadas de
los distintos tramos. Basándose también en estas longitudes aproximadas se
realizaran las previsiones de tubería, actualizándose estas a medida que se
desarrollan los planos constructivos.
Las disposiciones de tubería y planos de coordinación se realizarán a
partir del modelo de la estructura de acero descrito anteriormente. Sobre
este modelo se irán situando los aparatos, cuya representación geométrica
como modelo so'lido la obtenemos del catalogo.
La definición de polines, introducción de líneas de tubos, situación de
accesorios, comprobación de consistencia de diseño e interferencias, se
realizarán con programas semejantes al descrito en el capítulo A.5.
.i.
89
igualmente se realizarán las listas de materiales ordenadas y
clasificadas por palets, entrando en unos programas que comprobaran las
previsiones de tuberia y pedidos de accesorios.
Los vales de materiales se realizaran en pantallas alfanume'ricas con las
que las oficinas de programacio'n comprobarán la existencia en el astillero
de los elementos que figuran en las listas de materiales y enviaran a
almacén información de las necesidades de la obra. El suministro por
almacén de los elementos se realizara en base a la información suministrada
por los vales que alimentarán a los almacenes automatizados para la
formación de palets.
Las hojas de tubos, con una información semejante a la proporcionada por
el sistema ANA descrita en A.2, se enviara'n a la programación del taller de
tubos, que organizara la fabricación de tuberías. Esta fabricación se
realizará optimizando su productividad, basándose en sistemas de Tecnología
de Grupos.
La imputación de coste de los materiales se realizara al despachar
almacén los elementos, pasando los datos de los vales a control de costes.
La imputación de coste de la mano de obra se realizara en tiempo real
mediante programas de gestión de producción en los que, por medio de relojes
[ de picada, cada operario indica el comienzo y terminación de los trabajos.
[ Este tiempo se compara con las valoraciones para medir la productividad y
| ton el control de presencia. I i
\ La planificación se realizara con programas mecanizados tipo"Pert" con
\ redes de actividades en las que estarán unidos los trabajos de diseño, la
90
gestión de aprovisionamiento, el acoplo de materiales y los trabajos de
acero y armamento.
Hasta ahora hemos estudiado la Integrado'n de los procesos de diseño y la
de ¿stos con el resto de los procesos de gestión del astillero, que coincide
con lo que el grupo de trabajo japones citado denomina "Nivel de gestión
general del astillero". Vamos a ver ahora la integración de los procesos
anteriores con los de fabricación y montaje de tuberías.
Sobre la integración del CAD con el CAM en astilleros se han seleccionado
los siguientes comentarlos del articulo "Experiencias en la apUcacio'n de
robots de soldadura" (Bibliografía 10).
"El diseño asistido por ordenador (CAD) ha alcanzado tal grado de
avance que ofrece una excelente ayuda a los proyectistas y
delineantes industriales. Cada vez resulta ma's una herramienta
esencial que un lujo para dibujar.
El aumento de la potencia del CAD ha generado unas nuevas
posibilidades para el uso del CAM (fabricación asistida por
ordenador). El CAM, sin embargo, ha sido parcialmente explorado. A
pesar de su enorme potencial es usado únicamente para generar datos
de control de "simples" maquinas de control numérico. Los
disponibles en el mercado desde hace tiempo, con el nombre general
de CAD/CAM, tienen la posibilidad de integrar el CAD con el CAM.
Quizas la inserción de la linea oblicua (/) implica que este
potencial no ha sido plenamente explorado todavía. Sin embargo, hoy
la verdadera integrado'n esta comenzando. Aunque la fabricación
flexible no puede aplicarse todavía a todos los procesos del
astillero,la tecnología existente es suficiente para crear las
91
llamadas "Islas de fabricación flexible" dentro de los sistemas de
producción. Los talleres de herrero s de ribera,
subprefabricaciones, prefabricación, tubería, pintura y galvanizado
son potenciales Islas de fabricación flexible."
Conforme a lo anterior, no es concebible en bastantes años una
fabricacacion de un buque en una cadena automatizada de producción, pero sí
la aplicación de robots y sistemas de fabricación flexible a algunos
talleres o islas de fabricación. Es conocido de la experiencia de plantas
industriales en las que se han instalado estos sistemas, que el primer
efecto es una elevación del nivel tecnológico del personal y un conocimiento
profundo de los procesos. De esto se deriva una mayor aplicación de los
sistemas de fabricacio'n flexible a través de la modificación del diseño.
En los talleres citados se puede aplicar un mayor o menor grado de
automatización que ira aumentando de año en año, y vamos a revisar algunas
de las posibilidades existentes en la fabricación y montaje de tuberías.
En la fabricación de tuberías existen distintos sistemas que mecanizan
los distintos procesos estudiados en A.1.2. La mayoría de los sistemas de
definición de hojas de tubos, ya sea en Batch como el ANA de AESA o el MAPS
de ASTANO o en tiempo real como los programas de tubería de los sistemas
CAD/CAM, aportan suficientes datos para control de las maquinas. En España
la única instalación importante de tuberías en astilleros es la de Astano
que, a pesar de la inversio'n realizada, no ha sido utilizada a pleno
rendimiento. En los demás astilleros, las inversiones en los talleres de
tubos han sido mínimas, subcontratando parte de la fabricación en el exte
rior.
92
La reducción de los plazos de construcción de los buques y la mayor
exactitud necesaria para ir aumentando la prefabricación de tuberías
eliminando íos cierres, hacen en general rentables las inversiones en
automatizar los talleres de tubos de astilleros. También debe tenerse en
cuenta la actual tendencia a sustituir las "automatizaciones duras" de
cadenas de producción y maquinas especializadas en cada operación por
"automatizaciones blandas" o sistemas de fabricación flexible. En estos
sistemas y basándose en los robots se puede, con las mismas maquinas,
realizar distintos trabajos cambiando únicamente la programación que dirige
dichas maquinas.
Independientemente del grado de automatización del taller de tubos
deberán existir sistemas que ayuden a la programación de éste teniendo en
cuenta lo siguiente:
-Cumplimiento del plazo requerido.
-Aprovechamiento de tubería, eliminando sobrantes.
-Reducción del tiempo de fabricación, eliminando i
tiempos muertos.
-Disponibilidad de materiales y espacio de almacenamiento
tanto de componentes como de tubos prefabricados.
Esta progamación se realizara a partir de los datos de listas de
materiales, valoraciones, planificación y acopios que, suministrados por los
programas descritos anteriormente, serán procesados por un sistema basado en
Tecnología de Grupos. i ,
Además de la tubería, los soportes de esta, asi como todo tipo de
polines, pueden fabricarse con una célula de fabricación flexible como la
descrita en el articulo "Experiencia de aplicación de soldadura por robots
93
en construcción naval" (Bibliografía 10). Esta célula esta compuesta de un
robot, una mesa de fijación de dos ejes y un equipo de soldadura con sus
sistemas de control interconectados.
FIGURA B.l.l.
En las figuras B.l.l, B.1.2 y B.1.3. se ven un esquema y dos fotografías de
dicha célula, que ha sido instalada en el astillero de Swan Hunter,
obteniéndose los siguientes resultados:
Coste de un polín construido manualmente en astilleros 100%
" ' " " por un subcontratista...del 50%
al 70 %
• " automáticamente del 4 al 17 %
La información necesaria para la programación de la célula de trabajo es
suministrada por el sistema CAD/CAM que en Swan Hunter es el sistema CADAM
de IBM.
Esta célula de trabajo puede emplearse en la fabricación de elementos no
muy grandes como escalas, puertas, registros, así como en algunos procesos
Fig. 12a—Production of Pallets (Swan Hunter Ltd)
FIGURA B . 1 . 2 .
Figl 12b—Production of Lashing Pots (Swan Hunter Ltd)
ÍI. 'v. i FIGURA B . 1 . 3 .
94
de fabricación de tuberías, como el montaje y soldadura de bridas y en la
fabricación de distintas unidades o módulos.
La tendencia a aumentar la modulación, que ira unida a la mejora del con
trol de dimensiones, ira* permitiendo CQStruir gran parte del buque en
mo'dulos. Estos módulos sera'n fabricados en los talleres por células de
fabricación flexible que Iran evolucionando para ser capaces de fabricar
elementos mas grandes y complicados.
La normalización, los planos parametrizados y la tecnología de grupos,
que estudiaremos en el próximo capitulo, simplificarán la fabricación de
tuberías y módulos en células de fabricación flexible.
Para terminar este capítulo se han seleccionado unos comentarios de John
M. Kalogerakis en un artículo que acaba de publicarse (Bibliografía 3).
"La ultima meta de la computerizacion y de la robotizacion en
cualquier industria debe ser el conseguir la fabricación integrada
por ordenador o CIM. En el CIM, todas las funciones de fabricación
están automatizadas y unidas a las funciones soporte de fabricación
(planificación, compras, etc.) y al diseño. El siguiente paso sera
que todas las funciones de proceso, como contabilidad y control de
costes, se integren en el sistema."
El modelo de sistema integrado de un astillero que se ha descrito en las
paginas anteriores coincide con los comentarios citados.
i B.2 NORMALIZACIÓN PLANOS PARAMETRIZADOS
Y TECNOLOGÍA DE GRUPOS
96
B.2.1 Normalización.
La normalización, tanto en su faceta mas conocida de unificación de gamas
de productos como en la menos conocida de transferencia de investigación
básica en información asimilable por la industria, debe desempeñar un
importante papel en el progreso de la construcción naval.
Del editorial del Boletín de la Normalización Española de noviembre de
1982 se ha seleccionado el siguiente párrafo:
"Siempre se olvida que uno de los medios mas simples y a la vez
mas poderosos y eficaces de realizar las transferencias de
tecnología, es la normalizad olí; la elaboración de una nueva norma
requiere la realización de un profundo análisis para elegir el
mejor procedimiento conocido, el ultimo avance de la técnica, no
solo del propio país, sino de los demás países, que sea compatible
con los recursos disponibles. La elaboración de una norma lleva
consigo la incorporación de una determinada tecnología, que pasa
inmediatamente a engrosar el potencial de información del país en
beneficio de la economía nacional. Es una actividad económica de
primer orden. El fabricante ahorrara costes de producción, el
consumidor obtendrá' una mejor calidad. Se aumentara la
productividad crecerá el P.N.B. No es una casualidad que los
países de mayor renta nacional sean los que tengan el mas elevado
nivel de normalización. La normalización de un país representa el
nivel de su situación tecnológica."
97
Centrándonos en el campo del diseño de tuberías en construcción
naval damos por hecho que ya se han normalizado los siguientes
elementos:
-Tubos con sus diámetros y espesores
-Elementos de union, como bridas, casquillos, etc.
-Elementos de soporte, como zunchos, abarcones, etc.
-Reducciones, curvas, pasantes, etc.
-Va'lvulas, admosfericos, sondas, filtros, etc.
Esta lista no pretende ser exhaustiva sino dar una idea de los
elementos que estar» normalizados en la mayoría de los astilleros.
Vamos a dar a continuación varios ejemplos de nuevas posibilidades
de normalización.
Durante la fase de diseño, el utilizar criterios normalizados
facilitara' el diseño, acopio y construcción de elementos. Se deben
normalizar los criterios de las especificaciones técnicas de
pedido, lo que adema's de simplificar el trabajo de las oficinas
técnicas y de aprovisionamiento permite ir a normas comerciales
preseleccionadas.
Del artículo señalado en la Bibliografía con el número 11, sobre
este tema, destacamos lo siguiente:
"Los astilleros japoneses más productivos emplean elementos de
catalogo de suministradores que han sido preseleccionados para
figurar en el listado de normas. Por ejemplo, para cada bomba
requerida en una disposición de elementos de cámara de maquinas,
normalizada para cada modelo de motor principal, figuran dos o tres
98
modelos de bombas que están incluidas en el listado de normas.
Aunque físicamente diferentes, las bombas tienen similares
capacidades de funcionamiento. Por especiales acuerdos con los
fabricantes, toda la información técnica de estos modelos es
mantenida al dfa. En efecto, los suministradores compiten dos
veces, la primera para ganar el ser incluidos en la lista de normas
del astillero y la segunda para obtener un pedido específico."
No debemos confundir el catalogo citado anteriormente con la "lista de
fabricantes" que figura en el contrato del buque, seleccionando varios
suministradores para los principales equipos. La diferencia estriba en que
los preacuerdos alcanzados permiten las siguientes ventajas:
- Disponer en el astillero de la información técnica actualizada,
cuyo plazo de acopio suele ser una actividad crítica, a veces mas
importante que el del aparato.
-Reducir el plazo de gestio'n por basarse los precios y plazos en
acuerdos anuales.
-Facilitar la planificación.
La normalización de los criterios de diseño para distintos tipos de
buques permite su ampliación a numerosos elementos constructivos, de los que
hemos seleccionado varios ejemplos. Estos ejemplos fueron promovidos por el
autor, tanto en el Comité de Normalización de AESA, al que perteneció' de
1974 a 1984, como en la Factoría de Sevilla.
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Tanques observación inyectores SCKM.<L:ZAC".Clf
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Medidas en m s. ALCA\CE E s t a norma tLs r .e por o b j e t o f i j a r l as dimensiones generales d e l elements. P a r a e a c l i a c i í n cíe ds tos o cons t rucc ión d e l elemento daoerd hacerse uso de l n n *-> • -» «-• __ - » - « • • r-^ •*—í . . —• ^ " * - w * * " " m «- ~ 1 f ^ ^ * i-*-í O M -4" r-. n a c o n s t m c t i v ü cor respond iente
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¿; . . - -.-_ ..¿-or, i .v - J- ',. I ^ "~i
FIGURA B . 2 . 1 . ¡ » * * i í - « * . - a B < '
99
-Unidades de tanques normalizados con todos sus accesorios, citadas en el
capitulo A.3 y de los que en Astilleros Españoles se han realizado las
siguientes normas:
-Tanque de compensación de aceite de bocina.
- " " " " agua dulce del M.P.
- " " " " " " de los M.M.A.A.
- " " derrame de aceite.
- " " residuos de pistones.
- " " aceite de servicios varios.
- " " drenaje del colector de barrido.
- " " aceite lubricante para turbosoplante del M.P.
- " " almacén de aceite lubricante limpio.
- " " observación de inyectoras.
" " purgas,
agua de purificadoras.
D.O. y F.O. de la caldera.
En la figura B.2.1 vemos una norma del tanque de observación de inyecto -
ras y en la B.2.2 una foto de varios tanques normalizados.
100
-Módulos de bombas normalizados. Con una filosofía semejante a la citada
de catalogo de equipos preseleccionados, se realizaron en una serie de
módulos de bombas normalizados. Estos módulos incluyen: bombas, polines,
tubería de union, válvulas, filtros, etc. Las cotas diferían para cada
modelo de bomba, seleccionándose los modelos cuyo empleo era mas probable en
la gama de buques construidos por el astillero. En la figura B.2.3 vemos un
ejemplo de moclulo para bombas de lubricacio'n del motor principal.
-Modulo normalizado del guardacalor. En el capitulo A.3 vimos que uno de
los moclulos de armamento más interesantes, para racionalizar los trabajos de
armamento de cámara de máquinas, es el módulo del guardacalor. En la
Factoría de Sevilla se ha realizado un trabajo para normalizar este modulo
de forma que pueda emp.learse en la gama de buques construidos por dicho
astillero. Para ello se fijaron una serie de características como:
-Altura de entrepuente 2700 mm en cubierta principal
y 2600 mm en el resto de las cubiertas.
-Eslora del modulo 6000 mm.
-Manga del modulo: dos tipos, uno de 5000 mm y otro de 6000 mm.
-Situación de la caldera: según lo indicado en el plano.
" del incinerador (si existe): según lo indicado en
el plano.
-En la plataforma se reserva un espacio para la caldera,
suficiente para las mayores instaladas en la gama de buques.
-Situación de tanques de combustible: según lo indicado en
el plano.
-Dimensiones de la chimenea conforme a la figura B.2.4.
-Posición de ventiladores de cámara de maquinas: en la chimenea.
-Situación de los accesos a cámara de maquinas en cada cubierta,
a unas distancias fijas del mamparo de proa (Figura B.2.5).
-Situación de los cuadros eléctricos,canalizaciones, y aparatos
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APROBADO
COMPROBADO ID. S/NORMAS
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N * de pielQi por:
ASTILLEROS ESPAÑOLES, S. A.
FACTORÍA DE SEVILLA
DENOMINACIÓN
MODULO PARA BOMBAS c& LUBRICACIÓN MOTOR PRINCIPAL.
N.* DE PLANO
N.T. ©31.col SUS'ItUYI *
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101
de alumbrado. Figura B.2.6.
Ademas de fijar estos elementos se han reducido drásticamente los tipos
de vigas longitudinales y transversales, asTcomo las consolas que en los
módulos no normalizados eran de tamaños diferentes. (Figuras B.2.7. y
B.2.8).
El diámetro de los conductos de ventilación no está fijado quedando esta
cota y las relacionadas con ella como variables.
En la figura B.2.9 vemos una disposición general del modulo de guardaca
lor, en la B.2.10 su situación en cámara de maquinas y en la B.2.11 el plano
de despiece de una de las cubiertas.
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102
B.2.2. Planos parametrizados.
En las normas de elementos se suele tener una gama de tamaños, a uno de
los cuales tenemos que adaptarnos en cada momento. En algunas ocasiones
parte de las dimensiones puede variar de forma continua, y entonces hay que
recurrir a los planos parametrizados. En estos planos definimos la
geometría de un elemento en función de unas variables y, dando valores a
e'stas, se puede obtener, con ayuda del ordenador, los planos e información
necesarios para fabricar el elemento.
En el futuro, cuando se vayan implantando las células de fabricación
flexible, los planos parametrizados, ademas de simplificar la información,
facilitaran la elaboración de elementos. La programación de esta fabricación
se hará de forma parametrizada y, relacionando estos parámetros con los de
diseño, se fabricarán automáticamente los distintos elementos.
A continuación vamos a dar tres ejemplos de planos parametrizados. Los
dos primeros fueron desarrollados en Sevilla, bajo la dirección del autor, y
el tercero es una de las facilidades del programa PMDS descrito en el
capítulo A.5.
-1. Tubos parametrizados de tramos de serpentines para calefacción de
tuberías de doble fondo descritos en el capitulo A.3. y representados en la
figura B.2.12. En esta figura se refleja la definición parametrica de los
nueve tipos de tramos de serpentines mas usuales. Los parámetros dependen de
la longitud de los bloques, situación de injertos, curvas, reducciones, etc.
La programación de la hoja de tubos está realizada y sólo es necesario
indicar el tipo y dimensiones de los parámetros para obtener toda la
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APROBADO
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D E N O M I N A C I Ó N
COMFüOSADO
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103
información necesaria para su elaboración, tanto manual como con maquinas de
control numérico.
-2. Normalización del servicio de sentina, realizada en la Factoría de
Sevilla para buques de su gama normal de fabricación. Para esta
normalización se fijaron una serie de características, como:
-Manga del túnel de tuberías 1800 mm.
-Situación del colector principal a 450 mm de la tapa de
doble fondo y a 450 mm de la vagra de babor del tdnel.
-Diámetros DN 150 (168.3 x 5.4 ) para el colector principal
y DN 100 (114.3 x 4.5) para los ramales.
-Válvulas de mariposa: 70 mm de longitud.
-Dimensiones de los pocetes: 750 x 1500 x 650 mm
-Altura de los ramales: 450 mm bajo el doble fondo.(lo
que les permite pasar bajo los refuerzos).
-Longitud y tipo de pasante de vagras y pocetes.
Las longitudes de los distintos tramos de tubos se reflejan en los
parámetros L de las Figuras B.2.13 y B.2.14. Con los criterios anteriores,
dando valores a los parámetros, ten<
el servicio de sentina de bodegas.
dando valores a los parámetros,tenemos la información necesaria para definir
104
-3. Sistema de definición de polines y soportes de tubos y aparatos, como
los de las figuras B.2.15 y B.2.16, que reflejan los soportes de un modulo
definido con el sistema PMDS descrito en el capitulo A.5. Este sistema
tiene una serie de rutinas, que simplifican la definición parametrizada de
los soportes.
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FIGURA B.2.16.
A
105
B.2.3. Tecnología de Grupos.
En el interesante artículo (Bibliografía 12) de L. D. Chlrillo "La
historia de los métodos modernos de construcción naval: El Intercambio
EE.UU. - Japón ", se describe lo que significo la introducción por Henry
Kayser de la tecnología de grupos en la construcción naval durante la II
Guerra Mundial.
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* • ! • - ' '
"El éxito de Kayser se debió a la introducción de los rudimentos
de la tecnología de grupos, esto es, a la organización del trabajo
por problemas inherentes a la fabricación. De esta forma los
astilleros de Kayser obtuvieron, en la fabricación de los
diferentes conjuntos de un buque, los beneficios normalmente
asociados a las cadenas de producción."
Construyendo los buques Liberty, los astilleros de Kaiser ahorraron a los
Estados Unidos mas de 226 millones de dolares sobre el coste de los
astilleros tradicionales y, lo que es mas importante, necesitando solo los
2/3 del plazo.
Después de la II Guerra Mundial Elmer Hann jefe de producción del
astillero de Kaiser en Swan Island, Oregon, llevo los métodos de Kaiser al
Japón.
"Elmer Hann enseño a los japoneses la organización del trabajo de
acuerdo con la tecnologia de grupos. Con tales métodos, los
106
astilleros japoneses de antes de la guerra produjeron en 1964 el
405¿ del total mundial. Japón produjo ese año 4085190 TRB lo que
excedía al total combinado de los cinco países siguientes.
No es de extrañar que el Emperador condecorara personalmente a
Mr Hann."
En el articulo señalado con el numero 14 en la bibliografía, se hace la
siguiente definición de tecnología de grupos:
"La tecnología de grupos es un método anal i tico de clasificar
sistemáticamente los productos en grupos o familias que tienen
características de diseño o de fabricacio'n que los hacen
suficientemente similares para permitir la aplicación práctica de
los sistemas de fabricación en serie."
• ' • - • • ¡ s s •
La tecnología de grupos esta basada en la aplicación racional de las
características de fabricación en gran serie a pequeñas series de piezas, y
es el primer paso que ha permitido la evolución posterior hacia los sistemas flexibles de fabricación, haciendo rentable la utilización de los sistemas
de control numérico.
La aplicación de la tecnología de grupos se realiza en las siguientes
etapas: j •
A ) - Agrupación de piezas por familias, tanto de diseño por la forma de la
pieza, como de fabricación, cuando tienen procesos comunes en su producción.
Esta agrupación de familias se debe de realizar partiendo de :
! í •'
-Examen de los planos de las piezas
-Codificación previa y agrupación por códigos.
LAnálisis del proceso de fabricación de las pi
CÓDIGO DE TUBOS
Operaciones ——_____^^
Almacenamiento y suministro
Medición, corte y preparación de bordes
Curvado
Union
Limpieza
y tratamiento
Manual L 2"
A Máquina
En frío
En caliente
Inducción
Curvas prefabricadas
A tope
Bridas
Casquillos
Uniones flexibles
Injertos
Accesorios
Chorreado
Cepillado
Decapado
Pintado
Galvanizado
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X
X
X
B
X
X
X
X
X
X
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X
X
X
X
D
FIGURA B.2.17.
108 i
Como ejemplo de agrupación de piezas por diseño o formas, tenemos los i
nueve grupos de tubos parametrizados de la figura B.2.12. Como ejemplo de
agrupadón de piezas por procesos, hemos realizado el cuadro de la figura
B.2.17, basándonos en los procesos de fabricación de tuberías descritos en
el capitulo A.l.
B)-Organizacion de las maquinas por grupos o células destinadas a la
fabricación de piezas semejantes.
i '•
Como ejemplo de esto tenemos la realizada en el taller de tubos de
Astaño, donde hay tres lineas de producción correspondientes a una
clasificación de tubos por diámetros:
Asi, en la linea 1 se fabrican los tubos de 1/2 a 4", en la línea de
tubos automática de la figura A.1.5.
En la línea 2 se fabrican los tubos de 4 a 8". Esta línea tiene maquina s
de corte de tubos, de curvado, y de soldadura de bridas.
En la línea 3 se fabrican los tubos mayores de 8" con sistemas manuales .
Otro ejemplo es el diagrama de flujo del proceso de fabricación de
tuberías de Italcantieri de la figura A.1.14, que clasifica los tubos por su
proceso de fabricación. ii ' t i ••
El desarrollo de los robots y de los sistemas de fabricación flexible
llevarán a la sustitución de máquinas especializadas por células flexibles
de fabricación, en las que variando la programación de las máquinas se
puedan realizar distintas operaciones. Así, las operaciones de corte de
109
tubos, posicionado y soldadura de bridas y casquillos, soldadura a tope de
tubos y corte de injertos podran realizarse en una de estas células.
C)-Actualizacion del diseño para optimizar los procesos de producción
para las familias de piezas y posibilitar la automatización de estos
procesos, preparando la organización del astillero para que sea receptora de
nuevas tecnologías.
Hasta ahora hemos visto aplicaciones de la teoría de grupos a la
fabricación de tuberías. Vamos ahora a ver algunas de las posibilidades de
aplicación a la fabricación de módulos y montaje de tuberías.
Para la fabricación de módulos, la agrupación de estos en familias como:
-Polines y soportes
-Tanques
-Unidades de tubos
-Unidades de bombas
permitirá racionalizar y automatizar su fabricación en células como la
descrita en él capítulo B.l.
Con respecto al montaje, ocurre que cuando la proporción de armamento en
unidades, o en bloques de acero aumenta, aumentan también las posibilidades
de desalineación de tubos, requiriendose un elevado nivel de calidad, en el
control de dimensiones. Para obtener este nivel de calidad es necesario
establecer un sistema de control de dimensiones basado en análisis
estadístico que permita resolver los problemas analizando los procesos en
vez de basarse en la experiencia y en criterios no analíticos. Así, un
análisis estadístico de control de dimensiones perntiUra la progresiva
¡. ' i. ,. l (, .
: .-, I¡ • -i.:"! '
110
eliminación de los sobrantes de los bloques de acero y las desalineaciones y
piezas de cierre en los tubos.
Para permitir el empleo de te'cnicas de análisis estadístico es necesario
que puedan observarse los procesos de fabricación repetidos en condiciones
similares. Esto puede realizarse con facilidad si se han identificado y
agrupado los procesos utilizando la tecnología de grupos.
La implantación de la tecnología de grupos en un proceso de montaje
(fundamentalmente en aceros) permitirá ir mejorando la calidad dimensional y
aumentando el armamento en unidades y en bloques.
En la figura B.2.18, tomada del artículo de la bibliografía 15, muestra
la tecnología de grupos como el sistema de paso de los sistemas
constructivos tradicionales a los sistemas modernos en los astilleros.
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INTRODUCTION OF WELDING
CONVENTIONAL HULL CONSTRUCTION
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17
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Z O N E o u i r i n i H o
DIVISION OF OUTFITTIN INTO ] STAGES ON UNIT. ON BLOCK 4 (
, , ' R E O U T f l T T I N O
DIVISION OF OUTFITTIN I IUO JSIAOES. ON BLOCK t ON BOARC
CONVENTIONAL OUTFITTING
0
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Fig. 1 History of basic improvements in shipbuilding methods (source: Ref.£29]) Historia de mejoras básicas en los métodos de construcción naval.
1. Construcción naval moderna 2. Tradicional 3. Zona/Area/Etapa integrada 4. Construcción del casco integrada,
armamento y pintura 5. Integración con armamento y pintura 6. Integración con la construcción del
casco 7. Zona/Arpa/ l í tapa H. Const , de l í n e a de proceso
9 . Armaimnto en zona 10. Zona/Sistema 11. Const, de bloques del casco 12. Prearmamento 13. Sistema 14. Introducción de soldadura 15. División de armamento en 2 etapas:
En bloque y a bordo 16. Construcción de casco convencional 17. Armamento convencional
FIGURA B.2.18.
Ill
El autor propuso en 1984, en el Comité de Innovación Tecnológica de AESA
del que formaba parte, la realización de un estudio de aplicación de
tecnología de grupos en dicha empresa. Esta propuesta fue desestimada.
Por ultimo, se han seleccionado los comentarios sobre este tema de Bruce
J.Weirs, Y. Okayama. y L.D. Chirillo sobre este tema , extraídos de los
artículos citados en la bibliografía con los números 14 y 16.
"El paso de organizar las "líneas de proceso", que agrupan la
fabricación de conjuntos con similares problemas de fabricación,
puede conseguir parte de la eficiencia (debida a la especializaron
de los trabajadores y al uso intensivo del equipo) de los sistemas
de producción masiva en lineas de montaje. La aproximación a la
"tecnología de grupos" puede aplicarse a la fabricación de
elementos de armamento como las tuberías. Las ventajas de extender
la tecnología de grupos a las líneas de proceso de fabricación de
tubos son numerosas.
Solo la cámara de maquinas de un buque de 22000 T.P.M.
propulsado por diesel de contiene unas 3600 piezas de tubería. Las
diferencias entre ellas no evitan las similitudes que son útiles
para su fabricación. El agrupamiento en familias de tubos que
parecen distintos evita laboriosos trabajos de programación y
fabricación. Diferentes piezas de una familia se designan para las
mismas maquinas y preparación de herramientas, dispuestas en una
linea de proceso racional. Los beneficios incluyen una mayor
utilización de los montajes de herramientas y una simplificación
del manejo del material entre las etapas de trabajo. La progresión
etapa por etapa, manifiestamente clara, de la fabricación de
112
etapa, manifiestamente clara, de la fabricación de tuberiaren las
lineas de proceso, mejora el control de la producción. Ademáis, la
separación por etapas permite el paso de una linea de proceso a
otra,sin disminuir el control."
B.3. OPTIMIZACION
114
Las primeras aplicaciones de ayuda de los ordenadores al diseño de los
buques y, en concreto, al diseño de tuberías comenzaron por facilitar los
cálculos como los de arquitectura naval e isometricas.
La falta de medios gráficos, el coste y la lentitud de las pantallas
existentes, llevaron a plantear soluciones matemáticas a los problemas de
diseño de tuberías. Los artículos citados en la bibliografía con los números
16, 17 y 18, publicados en los años 1974, 1975 y 1976, son un ejemplo de lo
anterior. Dentro de estas soluciones, se plantearon distintos objetivos de
optimizadon de trazado así como de disposición automática de tuberías. El
planteamiento en la mayoría de los casos (incluido el ANA-RUTAS de AESA)
consistía en establecer en cámara de máquinas un sistema de conductos
semejante al descrito en el capítulo A.3, por el que se procuraba pasar la
mayoría de los tubos. La posición de los aparatos se consideraba fija,
estudiándose en que puntos se conectaban a la red de conductos. Para
formular el coste se establecían longitudes equivalentes para las curvas,
injertos, posiciones de montaje, etc. Basado en lo anterior se obtenía el
trazado óptimo de un tubo entre dos puntos de la red de conductos, es decir,
el trazado de coste mínimo.
Este sistema, que tiene una gran aplicación para el tendido de cables
eléctricos que se aplica en muchos astilleros (Incluido el de Sevilla), no
tiene una clara utilidad en el diseño de tuberías, como explicaremos mas
adelante.
Uno de los últimos sistemas de optimizacion matemática de diseño de
tuberías es el presentado en Trieste en septiembre, de 1985 en el ICCAS-85,
por K.Dulcic y M.Senjanovic (Bibliografia 20). En este sistema se propone
un método heurístico de optimizacion de tuberías en cámara de maquinas. Para
ello supone, fija la maquinaria principal, como el motor principal, los
115
motores auxiliares, la caldera, las bombas de carga, etc. y permite que el
resto de los elementos puedan tomar libremente cualquier posición.
El problema se trata considerando que, bajo ciertas circunstancias, los
sistemas de tuberías de cámara de maquinas pueden tratarse como un problema
de transporte de fluidos. De esta forma resuelve el problema a través de
algoritmos matemáticos basados en la matriz de distancias modificadas (P) y
la matriz de intensidad de transporte madificado (T). El autor no ha tenido
oportunidad de comprobar los resultados prácticos de este estudio al que sus
autores señalan una serie de limitaciones de las que destacamos las
siguientes:
"Este estudio debe considerarse como una disposición previa que
1 sirva de base para ser modificada posteriormente por un diseñador
con experiencia teniendo en cuenta criterios no incluidos en la
formulación matemática, como pueden ser la accesibilidad y el
mantenimiento Otra desventaja es el tiempo que se necesita para la
introducción de datos de aVeas y pesos de maquinaría y de
tuberías."
La aparición de potentes herramientas gráficas interactivas ha hecho
abandonar la mayoría de los intentos de optimizacion matemática de las
disposiciones de tuberías.
El grupo Compeda citado en el capitulo A.5 señala lo siguiente en su
libro "Disposiciones de plantas y software de diseño de tuberías"
(bibliografía 7):
Í ; i i l i
116
"Al principio de los 70, la posibilidad de aplicar las herramientas
y técnicas de diseño por ordenador a las disposiciones de tuberías
y conductos resulto una realidad. El principal objetivo de los
diseñadores de los sistemas dg aquella época era producir un
sistema capaz de realizar una cjisfiosidon completamente automática
de los tendidos de tuberías, y la consecución de dicho objetivo se
realizo un gran esfuerzo. Ahora nos damos cuenta de que la mayor
parte de este esfuerzo fue estéril, pues para que un ordenador tome
el conjunto de decisiones que realiza el proyectista en distintas
circunstancias, es necesario primero definir de forma precisa las
reglas y códigos prácticos utilizados por este.
Esta información esta solo definida en la industria con la
denominación de "buena practica de ingeniería" y pronto se
descubrió que esta practica no era lo suficientemente conocida para
permitir el diseño automático.
Sin embargo, hay un gran campo para el uso de las técnicas de
ordenador en la realización de diseños basados en principios
básicos establecidos.
Fue necesario, sin embargo, realizar el cambio en que la "A" de
"CAO" signifique "ayudado" o "asistido" frente a automatizado. A
medida que avancen los diseños, irán surgiendo reglas que se podran
cuantificar e irán incorporándose al sistema, el cual ira
evolucionando hacia la automatización del diseño."
autor comparte plenamente las opiniones expresadas anteriormente,
os programas de trazado automático de tubos por redes de conductos no
I 117
tienen en cuenta las distintas opciones consideradas por el proyectista al
realizar las disposiciones de tuberías, como:
- El trazado de tubos fuera de los conductos.
- El cambio de disposición de aparatos.
- LA modificación de los conductos.
La tendencia actual es facilitar al proyectista un sistema con el que
;da, di
escogida.
pueda, de forma rápida, saber cuales son los resultados de la opción
Como ejemplo de lo anterior, en el caso de un proyectista que estuviera
situando una bomba en la cámara de maquinas, se seguiría el siguiente
proceso:
-1) Incluir la bomba con su polín en el modelo tridimensional,
comprobando la existencia de interferencias con los elementos ya
incluidos y las posibilidades de acceso y mantenimiento.
-2) Trazar las tuberías que conectan esta bomba con los
distintos servicios, observando las interferencias y las
posibilidades de agrupación por módulos.
-3) Obtener del CAD/CAM integrado el coste de esta solución en
1 materiales y mano de obra.
-4) Seleccionar otras situaciones de la bomba y caminos de los
tubos, repitiendo los procesos anteriores.
r-í;
118
i , ..• . i I . . .
-5) Analizar los resultados de las soluciones escogidas y
seleccionar la optima.
La rapidez de respuesta de los modernos procesos CAD/CAM hace que se •••i' i! i t ; >i i
puedan estudiar varias alternativas en un tiempo inferior al de estudiar una
soia solución por sistemas convencionales.
Por otro lado, la eliminación de operaciones repetitivas, que serán
ejecutadas por las rutinas del CAD/CAM, permitirá que los trabajos
realizados actualmente por varias personas sean llevadas a cabo por una sola
(con alto nivel de formación), que tendrá una idea global del trabajo, con
lo que aumentaran las posibilidades de optimización.
La unicidad de la información, teniendo en pantalla en cada momento el
modelo y los planos actualizados, evitara errores e interferencias. Para
completar lo anterior, existirá un programa que de aviso de las
modificaciones realizadas a los que puedan estar afectados por ellas. y..-..;.. .'.
'La mayor precision en los trabajos, tanto de aceros como de armamento,
permitirá un importante aumento de la modulación, asi como la fabricación de
estos módulos en "islas de fabricación flexible".
Las conexiones del CAD/CAM con la tecnología de grupos permitirán
realizar un diseño óptimo que aproveche al máximo las instalaciones del
astillero.
Por ultimo, queremos señalar que la Implantación de los sistemas de
CÁD/CÁM se suele realizar con los objetivos inmediatos de reducir el tiempo
{'inversion en horas) y el plazo de diseño, consiguiéndose a medio plazo los
siguientes objetivos:
119
-Disminución drástica de errores y mejora de la calidad.
-Integración de los procesos de diseño, gestión y producción.
-Posibilita la implantación de sistemas de fabricación
flexible.
-Por ultimo y, en opinion del autor, mas importante, optimiza
el producto a fabricar, en nuestro caso el buque.
CONCLUSIONES
121
-1) Los resultados económicos de un astillero dependen de su capacidad de
construir buques en plazos cada vez mas cortos. El pequeño valor añadido al
buque por el astillero (alrededor de un 30%) hace que los efectos de la
inflation y los costes financieros sobre el total del valor del buque
aumenten enormemente con el plazo.
-2) Gran parte de ese pequeño valor añadido por el astillero esta basado
en mano de obra.
-3) Dentro de los trabajos de construcción de un buque, el de
instalaciones o tuberías es el que tradicionalmente ha dado un plazo mas
largó en astilleros con una evolución homogénea de sus sistemas productivos.
-4) El coste de transporte de un buque desde el astillero constructor a
su base operativa es muy pequeño, pudiendo ser nulo o negativo cuando el
viaje se realiza con carga.
-5) Como consecuencia de lo anterior, la industria de construcción naval
ha de ser competitiva internacionalmente.
-6) Los países de bajo coste salarial están presentando una competencia
que amenaza con dejar fuera del mercado a los de coste salarial alto.
-7) Los astilleros mantienen trabajos pesados, sucios y peligrosos que,
en países con bajo Índice de paro, producirán dificultades para la
renovación del personal.
122
-8) La respuesta a los retos anteriores es, en opinion del autor, la
siguiente: '- •• a;. • ¡ • - .., ,
-La reducción de la inversion en horas y del plazo, por medio de la •Tí ! •,. , mecanización.
i i"! "U ,
í : j i í ••;•••. ¡ ,
-El aprovechamiento óptimo de los recursos humanos. I¿1¡)| lf :
\ -La optimizacion del producto.
-9) La mecanización se llevara a cabo por medio del CAD/CAM integrado, la
tecnología de grupos y la robotica, hasta llegar al CIM o fabricación
integrada por ordenador. :" •-• ¡ • .i-- • •• í
-10) Hay dos aspectos importantes que distinguen la tendencia hacia el • •' i '
CIM dé las automatizaciones intentadas anteriormente en los astilleros: El i..- .;,,., i •
primero es la integracio'n de los procesos de diseño, aprovisionamiento y
fabricación; el segundo es la fabricación flexible en la que se puedan
realizar distintas tareas con unas mismas maquinas, variando la
programación.
-11) La integración de los procesos de diseño, aprovisionamiento y
producción llevara a una racionalización de los mismos, semejante a la del
modelo descrito por el autor.
-12) El trabajo de astilleros, al fabricar distintos tipos de buques, ha
tenido grandes dificultades de adaptarse a la automatización dura de cadenas
de producción, con las que se construían otros productos.
!•'' 123
-13) La fabricación de tuberías es el trabajo de astilleros en que se ha
llegado a un mayor nivel de automatización. Pero la rigidez de los sistemas
y la enorme inversion necesaria han hecho que los sistemas automáticos sólo
se justifiquen' para grandes producciones.
! í-14) La flexibilidad de los nuevos sistemas abre nuevas perspectivas a la
posibilidad de automatizar los procesos de fabricación de los astilleros. i
!; ¿-Í5) En el caso de tuberías, esto nos llevara' a que podamos realizar en
Tós!talleres de forma automatizada no solo la elaboración de tuberías sino
tambie'h todo tipo de mo'dulos y material de armamento. Además, esto se
fabricara'con instalaciones mas baratas que las anteriores.
1 -16) la normalización, los planos parametrizados y la tecnología de gru
pos facilitarán el aumento del armamento en unidades y la producción de
estas en células de fabricación flexible.
-17) El paso de trabajo a bordo a los talleres y el empleo de sistemas de
fabricación flexible mejoraran las condiciones de trabajo. El Japón es
pionero en la introducción de robots en la construcción naval, reemplazando
a los trabajadores en operaciones difi'ciles y peligrosas.
-18) La mecanización de los procesos permitirá producir buques
optimizados cuya calidad y coste harán a los astilleros competitivos.
-1 ') Las distintas partes de este estudio provienen de:
;,„ .íj;;ii? i.,."
-La experiencia profesional del autor durante 16 años de vida
profesional en Astilleros de Sevilla, formando parte de un equipo
••M
124
humano que ha mantenido a este astillero entre los mas avanzados de
Europa.
-El análisis de las tendencias modernas a través del intento de
estar al día estudiando las publicaciones existentes (citadas en la i
bibliografía) y su aplicación a los, temas específicos de esta tesis.
BIBLIOGRAFÍA
126
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