Software de Hexagon utilizado para construir modelos precisos de barcos en el Bulgarian Ship Hydrodynamics Centre (BSHC)

El software VISI CAD/CAM ayuda al BSHC a obtener tolerancias ajustadas y a generar código NC preciso

Casco invertido de un barco de madera en proceso de fresado

El Bulgarian Ship Hydrodynamics Centre usa software VISI CAD/CAM, de la división Manufacturing Intelligence de Hexagon, para diseñar y fabricar modelos de barcos y hélices para una gran variedad de aplicaciones. Las sólidas herramientas de programación del software ayudan al centro a producir piezas de precisión, incluyendo cascos completos para veleros que requieren de una sofisticada maquinaria de 5 ejes. Asimismo, las capacidades de simulación de VISI garantizan que no se presentarán colisiones durante el mecanizado, lo cual permite al centro usar su compleja maquinaria con confianza.

El Bulgarian Ship Hydrodynamics Centre (BSHC), es parte de la Academia de Ciencias de Bulgaria (IMSTCHA-BAS), es un centro nacional de investigación en ciencias fundamentales y aplicadas que utiliza el modelado físico y numérico para resolver problemas científicos y prácticos. El trabajo del centro tiene especial énfasis en campos como la construcción de navíos, hidrodinámica, aerodinámica, transporte de agua, ingeniería oceánica y costera, ecología y seguridad nacional y defensa.

Ubicado en la ciudad de Varna, el BSHC sirve como un centro para una amplia variedad de actividades científicas y experimentales, y alberga tanques de arastre de aguas profundas y someras, una cuenca de navegación y maniobras y túneles de cavitación y aerodinámicos. Los servicios de investigación científica y aplicada que ofrece el BSHC tienen un amplio reconocimiento y son solicitados con frecuencia por diversos grupos del sector marítimo de todo el mundo. El centro funciona en un entorno ideal de cooperación nacional e internacional y representa a la República de Bulgaria en diversas organizaciones y proyectos internacionales relacionados con  el ámbito de sus actividades.

Este diversificado centro de investigación también lleva a cabo estudios relacionados con crisis y desastres marítimos y fluviales, ecología marina y protección costera, instalaciones para pesquerías y acuacultura, fuentes de energía renovable marina, transferencia de tecnología y seguridad y defensa nacional. En cooperación con escuelas superiores y universidades nacionales, el centro forma cadetes y estudiantes, incluyendo postgraduados, candidatos a doctorado, y aprendices en sus campos de estudio.

La producción de modelos de barcos para pruebas hidrodinámicas es un aspecto fundamental de la operativa general de las instalaciones de investigación hidrodinámica. Como una investigación práctica requiere del desarrollo de modelos digitales precisos, el centro necesitaba un software que pudiera ofrecer bases sólidas para el modelado y fabricación de hélices acuáticas y aéreas, así como puntales, soportes, timones, alas y otros componentes.

Durante la última década, más de 120 contratos de investigación aplicada han sido implementados con éxito para un gran número de clientes, incluyendo a Becker Marine Systems (Alemania), Keppel FELS (Singapur), Hyundai Mipo, SUNGDONG Shipbuilding & Marine Engineering, Hanjin Heavy Industry, DSEC (Corea), DELTA MARINE, Sedef Shipyard, DESAN Shipyard, Ulstein, RMK Marine (Turquía), CNR – (Lyon, Francia), Israel Shipyard Ltd. (Israel), Spliethoff’s (Países Bajos), EXMAR Offshore, Maybank Industries, Glosten Associates (EE.UU.), Flanders Hydraulics Research (Bélgica), SINTEF (Noruega), Rolls-Royce AB (Suecia), Stone Marine Propulsion (Reino Unido), DCNS Lorient (Francia) y VICUS (España).

Modernización e innovación en la fabricación de modelos de hélices

El software de diseño asistido por computadora (CAD) y de fabricación asistida por computadora (CAM), VISI, se convirtió en la solución de modelado y fabricación más adecuada del centro en 2001, cuando el BSHC comenzó a usarlo para crear modelos 3D para hélices de barcos y para generar la trayectoria necesaria para programar en 3+2 ejes para un centro de mecanizado equipado con un controlador Fanuc 6M.

Durante la búsqueda de opciones, el centro recibió propuestas de productos de tres diferentes empresas, incluyendo VISI, que se vende en la región por el distribuidor de Hexagon, VISI International Technology (VIT) Ltd.

Después de las demostraciones de productos por las tres empresas, VIT Ltd. destacó al ofrecer excelentes tecnologías para el modelado preciso y detallado y el posterior mecanizado de las hélices para barcos. El BSHC finalmente se equipó con VISI Modelling para el trabajo avanzado de diseño para la fabricación y con VISI Machining para programar el mecanizado de superficies complejas.

Con el uso de VISI, la empresa creó programas de 3 + 2 ejes para sus centros de mecanizado y obtuvo resultados óptimos sin necesidad de retirar la hélice de la máquina herramienta, de girarla y colocarla nuevamente para operaciones adicionales. También fue importante que la pieza terminada cumpliera con la tolerancia necesaria de +/- 0.05 mm de grosor; los compertidores de VIT Ltd. no pudieron ofrecer soluciones que cumplieran con este requerimiento de tolerancia.

El BSHC también descubrió que VISI ofrecía la mejor relación de calidad-precio, ya que el software satisface todas las exigencias del centro para un sistema CAD/CAM. Desde su incorporación, el BSHC ha hecho un uso extensivo de las tecnologías de VISI para el modelado de hélices de barcos y ha aprovechado las múltiples y sofisticadas capacidades de modelado y programación del software.

Actualmente, todas las hélices de barcos del centro se fabrican en los centros de mecanizado MC 302 y Haas VF3 programados por VISI en 3+2 ejes.

Los modelos de hélices de barcos se caracterizan por una compleja geometría y a menudo se diseñan con una sobreposición entre las aletas y/o con zonas sombreadas para las herramientas de corte.

Los requisitos para el modelado [computarizado] con una precisón geométrica son estrictos, ya que ofrecen las condiciones para experimentos y, por lo tanto, tienen un impacto directo en la precision de los resultados de los estudios de hélices. Se someten a controles obligatorios de inspección antes de usarlos para las mediciones de prueba en el túnel de cavitación y los tanques de arrastre.

“La adquisición del sistema CAD/CAM en BSHC completó nuestra cadena tecnológica para el modelado computacional y la producción de modelos de hélices de barcos, satisfaciendo las necesidades de nuestra investigación hidrodinámica y permitiendo su desarrollo y mejora,” explicó el Ing. Valeri Dimitrov, jefe del sector de hélices de barcos y cavitación en BSHC. “Esto fue impulsado con la introducción de un centro de mecanizado Haas de 5 ejes. Esto permitió la creación de productos que son competitivos en el mercado mundial y atrajo el interés de centros de investigación extranjeros prestigiosos.”

Durante este período, BSHC llevó a cabo diversos servicios para empresas extranjeras y se fabricaron múltiples modelos de hélices para pruebas de modelado para exportación. Reconocidos centros de investigación, universidades y empresas de diseño, como SVA Potsdam y HSVA Hamburg de Alemania, el Instituto Brodarski de Croacia, Flanders Hydraulics Research de Bélgica, la Universidad Técnica de Estambul de Turquía y Becker Marine System de Alemania y Noruega aprovecharon las capacidades del centro.

“Para nosotros, la cooperación y el apoyo con el cual podemos contar por parte de VISI International Technology es muy importante,” explicó Dimitrov.

“La creación de una metodología sostenible para el modelado de hélices de barcos en el entorno de modelado VISI fue un desafío,” comentó el Ing. Nedyalko Grozdev, Gerente de VIT Ltd. “Tuvimos éxito al combinar nuestro conocimiento de las posibilidades de VISI con la experiencia de colegas de BSHC bajo la supervisión directa del Ing. Valeri Dimitrov.”

Además del modelado y el modelo de fabricación de hélices, BHSC también utiliza el software VISI CAD/CAM para el diseño, modelado y generación de programas de control numérico (NC) para la producción de aletas para tornillos de aire, soportes, timones y alas; equipamento experimental no estándar y otros productos con geometría compleja.

“La metodología hizo posible el modelado de modelos precisos de hélices para barcos en VISI, con características repetitivas para la precisión y fluidez de las caras,” explicó Grozdev. “Este es un requisito previo para utilizar VISI Machining para la producción de tornillos de alta calidad que cumplan con las estrictas normas internacionales. Alcanzar este resultado exigió creatividad y trabajo duro de todos. También tuvimos éxito gracias al constante apoyo y confianza de los directivos de BSHC.”

El profesor Dr. Ing. R. Kishev, director de BSHC, explicó: “El centro para hidrología y aerodinámica siempre ha aplicado las últimas tecnologías, no solo aquellas relacionadas con su actividad directa, sino también para el estudio de las características de los barcos y las estructuras en alta mar.

“Se eligió el software para la producción de modelos físicos en nuestras instalaciones. El modelado de piezas y la creación de programas  NC para centros de mecanizado de 3 y 5 ejes en BSHC se hicieron rápidos y prácticos después de la adquisición de las licencias VISI CAD/CAM y la asimilación tecnológica completa por parte de nuestros especialistas. Nos beneficiamos de un soporte continuo de VIT el cual, combinado con nuestra experiencia, ha creado oportunidades para ampliar nuestro círculo de socios.”

Una historia de innovación en la producción de modelos de barcos a escala

En 2005, se le solicitó a VIT que modernizara las operaciones de las instalaciones al incorporando capacidad de mecanizado por control numérico computarizado (CNC) con una fresadora “Kempf and Remmers” B12 CNC utilizada por el instituto. La fresadora puede procesar modelos con dimensiones de hasta 12 x 2x 1.5 metros y mecaniza simultáneamente con dos cabezales.

El control original de la máquina se utilizaba para “copiar” líneas de agua con guía manual y después su impresión en un dibujo. Sin embargo, BHSC solicitó a VIT Ltd. crear un programa con VISI que fuera capaz de generar puntos y trayectorias de medición para el movimiento del sensor de contacto en todo el modelo del barco después del fresado.

Desarrollado por la empresa búlgara BEL Ltd., se instaló en la fresadora del instituto un control de máquinaria BEL — capaz de manejar hasta 36 ejes y procesar extensos programas NC — . Asimismo, BSHC eligió el software de metrología BEL debido a su flexibilidad y capacidad para ser instalado en todos los tipos de máquinas para corte de metal y soldadura. Este software sería utilizado para programar el software de metrología incorporado en la fresadora.

Se formó un equipo de ingenieros, incluyendo especialistas de VIT, BEL y BSHC para completar las actualizaciones. El trabajo de modernización en la fresadora incluyó el reemplazo de motores eléctricos a lo largo de los ejes y la instalación de cuatro escalas lineales de interacción, una de las cuales es de 12 metros de longitud. Para garantizar que se alcanza la precisión requerida, el software CNC supervisa y compara simultáneamente las lecturas de los sensores lineales y los sensores instalados  en el eje del motor. Un sensor de interacción, que detecta el número de revoluciones del motor, se incorpora en el eje del motor para cada eje del centro de mecanizado. El sistema CNC calcula la posición de la mesa/cabezal a partir del número de rotaciones del eje, tomando en cuenta el paso del tornillo.

VIT ha desarollado una aplicación especial de software para VISI, llamada “Ship Inspect,” para generar puntos de medición en modelos de barcos en VISI por algoritmo según las normas internacionales. También genera una trayectoria para el sensor de contacto para medir puntos localizados en superficies curvadas. En casos donde los puntos se ubican en estas superficies complejas, el sensor de contacto se debe mover a lo largo de una trayectoria perpendicular a la superficie en el punto de contacto esperado. De otra forma, no sería posible calcular con precisión el centro del sensor.

Tomando esto en cuenta, Ship Inspect crea una trayectoria para el sensor de contacto que ofrece un “ataque” por vector perpendicular al punto de contacto en la superficie del modelo. El sistema CNC obtiene los resultados y se comparan con los puntos de ajuste. Los datos de la comparación se tabulan y se importan de regreso a VISI para comparar los puntos de control del modelo del barco generados previamente con los puntos de fresado obtenidos por el sensor. De esta forma, la identificación de áreas para un futuro procesamiento se hace más fácil, rápida y precisa.

Los requisitos establecidos por el BSHC se cumplieron a tiempo, y se ofrece la calidad necesaria para garantizar la integridad de la investigación. Finalmente, BSHC adquirió licencias adicionales de VISI Modelling y VISI Machining de 2 y 3 ejes.

La fresadora K&R funcionó sin problemas durante más de 14 años, tiempo durante el cual se incrementó la precisión y la productividad se triplicó — y a veces se cuadruplicó. El control de calidad también aumentó y la reducción del tiempo invertido en generar modelos permitió al centro atraer nuevos socios de todo el mundo.

En 2019, BSHC invirtió en una nueva máquina MULTIAX simultánea de tipo pórtico y 5 ejes con cinemática head-to-head que puede procesar modelos con dimensiones de hasta 10 x 2.6 x 1.6 metros a grandes velocidades; el eje gira a 28,000 rpm.  

Se adquirió y equipó un tercer ordenador con licencias de VISI Modelling y VISI Machining de 3 y 5 ejes, y VIT ha desarrollado un nuevo postprocesador de 5 ejes para la máquina. Los especialistas de BSHC dominaron rápidamente la producción de modelos de barcos en 5 ejes con VISI Machining.

Después de la adquisición del sistema CAD/ CAM en BSHC, se desarrolló una cadena tecnológica completa para el modelado por ordenador  y se desarrolló y mejoró la producción
de modelos de hélices de barcos para  las necesidades de la investigación hidrodinámica.”

El Ing. Svetlozar Boyadzhiev, quien prepara programas CNC y controla las operaciones de la máquina herramienta, explicó la función de VISI: “El diseño del modelo de barco, los apéndices del mismo (timones, skegs, puntales, etc.), la documentación técnica para los talleres y la preparación de archivos NC para las máquinas B12 y MULTIAX se lleva a cabo utilizando VISI CAD/CAM. La combinación de CAD y CAM ofrece ventajas en comparación con el uso exclusivo de un programa CAM. Resulta sencillo efectuar correcciones a las superficies de trabajo y generar los archivos NC de salida. La interface VISI es fácil de usar, lo cual también es válido para el mecanizado de 5 ejes.

“Nuestra nueva máquina MULTIAX se programa rápida y fácilmente gracias al diseño a medida del postprocesador de Nedyalko Grozdev. Incluso en la etapa de simulación es posible observar los movimientos de la herramienta y evitar colisiones entre las piezas móviles de la máquina y la pieza.”

El Ing. Grozdev comentó: “Gracias al trabajo con los expertos del BSHC y los ingenieros de BEL Ltd., fue posible alcanzar nuestra metas. La primera vez que utilizamos VISI Modeling y VISI Machining desarrollamos aplicaciones altamente a medida, y cumplimos todos nuestros objetivos gracias al trabajo en conjunto, que fue la base de nuestro éxito. Al trabajar como un equipo, los expertos de BSHC, BEL Ltd. y nuestros programadores encontraron soluciones adecuadas para todas las situaciones. La dirección del BSHC creyó en este proyecto y nos apoyó a lo largo del mismo. Estoy agradecido con el equipo del BSHC por su cooperación y confianza a largo plazo.” 

BSHC no ha interrumpido las licencias SMA para VISI desde la incorporación del software.

“El Bulgarian Ship Hydrodynamics Centre siempre ha aplicado las tecnologías más actuales en el terreno de los experimentos de hidrodinámica de barcos y otras estructuras océanicas,” comentó el Prof. Ing. Rumen Kishev, CEO de BSHC. “Asimismo, las tecnologías utilizadas para la producción de los modelos de prueba siempre se actualizan. Los productos de programación de VIT fueron seleccionados según esas normas.”

En concreto, el Prof. Kishev comentó que se eligió VISI debido a su capacidad de generar archivos NC para máquinas fresadoras de 3 y 5 ejes en BSHC, y agrega que la programación ha sido rápida y sencilla desde la incorporación del software. La máquina italiana MULTIAX, adquirida en enero de 2019, trabaja con los programas desarrollados con VISI para el fresado de 5 ejes. 

La creación de formas complejas de cascos de barcos, hélices y apéndices pudo completarse más rápidamente tras la introducción de VISI en el departamento de diseño en BSHC. Ahora se necesita mucho menos tiempo para la creación de dibujos técnicos para los modelos de barcos y la producción mecánica. 

“La cooperación entre BSHC y VIT ha sido muy exitosa durante muchos años,” comentó el Prof. Kishev. “Los resultados son claramente visibles, y continuaremos con esta cooperación para afrontar los desafíos que los nuevos tiempos nos pongan por delante.”

Acerca de la empresa

Nombre de la empresa: Bulgarian Ship Hydrodynamics Centre
(BSHC)
Actividad: Investigación en ciencas básicas y aplicadas
Sitio web: www.bshc.bg
Principales beneficios obtenidos:

  • Capacidad de obtener las tolerancias deseadas
  • Generación de código NC preciso
  • Facilidad de desarrollo de modelos sofisticados

Case Study: Bulgarian Ship Hydrodynamics Centre

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