Un sistema de control y adquisición de datos en tiempo real ayuda a un constructor de embarcaciones a optimizar el peso y el grosor del casco

El mercado de las embarcaciones de recreo es increíblemente competitivo. Entre otras cosas, es esencial que los productos cumplan estrictamente las especificaciones publicadas, para mayor satisfacción del cliente y para mantener bajo control los costes de producción. Y si hablamos de especificaciones, una de las cosas más importantes es el peso de la embarcación. También es importante que ese peso esté correctamente distribuido, de forma que no dé lugar a deficiencias estructurales. Los ingenieros de la división Advanced Composites de la empresa Brunswick Boat Group están desarrollando y perfeccionando una serie de herramientas de control y adquisición de datos. Están diseñadas para que el personal que aplica fibra de vidrio en spray a los cascos y otros componentes de los barcos tenga en todo momento la información precisa para no añadir peso innecesario a la embarcación acabada, y también para asegurarse de cada zona reciba el espesor de fibra de vidrio correcto.

Barcos con casco de fibra de vidrio

Para entender cómo funciona el sistema de monitorización de materiales (MMS, Material Monitoring System) desarrollado con fines de control y adquisición de datos por el equipo de ingeniería de Sea Ray (una empresa de Brunswick Boat Group), primero hay que hablar del proceso que utiliza esta empresa para crear un casco u otros componentes de fibra de vidrio. Los elementos se forman utilizando un molde hembra. En el caso de los yates de mayor tamaño de Sea Ray, este molde puede medir hasta 18 metros de longitud, casi 5 metros de ancho y 3 metros de profundidad. El casco de un yate acabado debe pesar unos 6350 kilos. El primer paso del proceso consiste en aplicar a mano una fina capa de un compuesto que facilita el desmoldeo, que permite extraer el casco del molde una vez completo igual que se sacaría un cubito de hielo de una cubitera. A continuación, un operario pulveriza por todo el interior del molde una capa de gel de resina pigmentada, que es la que da al casco su superficie lisa, con un color profundo y un brillo intenso.

El siguiente paso —el más importante— consiste en pulverizar la cantidad adecuada de “fibra de vidrio troceada”, formando capas precisas. Una pistola provista de una herramienta de corte trocea filamentos de fibra de vidrio procedentes de una canilla en trozos de entre 10 y 40 milímetros de longitud y los combina con un viniléster termoendurecible o una resina de poliéster. La mezcla se aplica sobre la capa de gel. No obstante, sin una información concreta sobre la cantidad de fibra de vidrio y de resina que se consume en cada zona, la calidad del proceso de pulverización de la fibra troceada dependía en parte de la destreza del trabajador para medir “a ojo” el espesor de material aplicado. En esas condiciones, no es fácil garantizar que cada sección del casco reciba exactamente la cantidad de fibra de vidrio adecuada. Una pulverización excesiva no solo añade peso al casco, sino que además supone un desperdicio de fibra de vidrio y resina.

Figura 1. El amplificador de medición modular PMX ofrece conversión A/D de 24 bits con un bajo nivel de ruido. Por ello, se utiliza ampliamente en aplicaciones de producción industrial y bancos de ensayo que exigen una alta precisión.

El desafío: un nuevo sistema de monitorización del material

Sean Minogue, ingeniero estructural del grupo de ingeniería y desarrollo de productos de Sea Ray, se incorporó a la empresa en 2012 con el cometido de actualizar muchos de los procesos de planta de las distintas plantas de construcción de embarcaciones de Brunswick. El objetivo era obtener ahorros de peso y costes, y construir embarcaciones con tolerancias más estrictas. Los métodos anteriormente empleados para monitorizar el consumo de fibra de vidrio y resina eran claramente mejorables. Por ejemplo, el consumo de fibra de vidrio se medía a través de las revoluciones de la bobina en la que estaban enrollados los filamentos de fibra de vidrio. Por su parte, el consumo de resina se calculaba a partir de un contador de emboladas conectado a una bomba neumática. Incluso cuando los dos dispositivos estaban operativos, solían ser ineficientes y no muy exactos.  

En su propuesta de un nuevo sistema, Minogue explicaba: “El sistema debe llevar un seguimiento del uso de resina, fibra troceada y otros materiales a granel, por componentes individuales. Eso nos proporcionará una visibilidad muy necesaria del trabajo en curso, comparando en tiempo real los datos de consumo con los datos sobre los requisitos. El sistema se puede ampliar para incluir en el seguimiento datos como el peso del casco, números de referencia, horas de mano de obra, ciclos de curado, tiempo takt (tiempo medio entre el inicio de la producción de una unidad y el inicio de la producción de la siguiente) o el historial de los datos de peso. Además, proporcionará a los operarios datos de utilidad en tiempo real”.

El núcleo del nuevo sistema de monitorización de materiales es un amplificador de medición modular PMX

En la actualidad, el nuevo MMS de Sea Ray, que se encuentra en las últimas etapas de una prueba beta de un año de duración en una línea de producción de yates, prescinde de la bobina y el contador de emboladas. En su lugar, Minogue ha conectado un sistema de acondicionamiento de señal PMX (figura 1) a las células de carga de una báscula de alta precisión sobre la cual se coloca un palé que contiene las canillas de fibra de vidrio. Igualmente, utiliza un transmisor de caudal conectado a un caudalímetro que controla la cantidad de resina que reciben dos pistolas. Un monitor de laminación (figura 2), consistente en un sistema con alimentación a través de Ethernet a medida, al cual se conectan unos escáneres de código de barras Honeywell, proporciona constantemente actualizaciones del progreso a los operarios de las pistolas. El operario solo tiene que escanear el código de barras asociado a cada sección del casco, que aparece en la pantalla del monitor de laminación. Cuando el operario acciona el gatillo de la pistola, el monitor de laminación muestra el consumo de material y lo compara en tiempo real con la cantidad especificada.

El sistema de monitorización de laminación, especialmente desarrollado por DragonPoint Software, Inc., proporciona a los directivos actualizaciones de estado sobre el avance del trabajo, actualizaciones del inventario, etc., y transmite los resultados a la base de datos de calidad e ingeniería del centro (figura 3).

Figura 2. Este monitor de laminación para el sistema de pulverización de fibra de vidrio troceada forma parte del sistema de supervisión de materiales (MMS) de Brunswick, que ahora se encuentra en las últimas fases de los ensayos beta.

Varios factores hicieron que Minogue se decantase por una solución modular de acondicionamiento de señal como base para su MMS. Originalmente se planteó utilizar acondicionadores de señal individuales para leer las señales de los equipos analógico, principalmente porque eran económicos y fáciles de encontrar. No obstante, quería un sistema flexible que permitiera añadir fácilmente canales de señal para equipos adicionales, con el fin de medir el consumo de gel de revestimiento, la temperatura, la humedad u otros factores. Si solo se miden señales de peso y caudal, un único sistema PMX de 16 canales tiene capacidad para ocho pistolas con cortadora. Minogue señala: “Llevamos años utilizando los robustos equipos de adquisición de datos móviles SoMat de HBM en nuestro laboratorio de ensayos, de modo que estaba bastante familiarizado con lo que podían y lo que no podían hacer. Pensé en el PMX porque necesitaba un dispositivo que fuera bastante avanzado y que tuviera una interfaz de programación de aplicaciones (API) integrada que me permitiese crear una base de datos para leer señales procedentes de todos estos equipos”.

Tras un año de ensayos beta en la línea de embarcaciones de recreo de Sea Ray de la planta de Merritt Island, el MMS de Minogue se ha convertido en una herramienta de valor incalculable, ya que ayuda a los operarios a reducir los costes de materiales, a trabajar con mayor eficacia mejorando el control de los procesos y a mantener los componentes acabados dentro de las especificaciones de peso. En el caso del casco 590 de Sea Ray, el uso de esta tecnología ha propiciado un ahorro de 450 kilos en resina y fibra de vidrio troceada. Según las previsiones actuales, el despliegue del MMS en las líneas de producción del Bayliner, el Boston Whaler y otros modelos de Sea Ray en otras plantas de producción de Brunswick debería llevarse a cabo en un plazo de dos años.

Figura 3. El núcleo del sistema MMS de Sea Ray es un amplificador de medición modular WGX002 PMX (#4) de HBM, Inc. Los instrumentos conectables consisten en una tarjeta de interfaz Ethernet/IP PX01EP para la integración del bastidor PMX en las redes Ethernet/IP de la planta y un módulo de medición PX401 de cuatro canales y 4-20 mA para la lectura de las señales de entrada analógicas generadas por la báscula digital y el transmisor de caudal.
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