¿QUÉ ES CAD/CAM/CAE?
CAD/CAM (diseño asistido por
computadora y manufactura asistida por computadora) hacen referencia al
software que se utiliza para diseñar y fabricar productos.
CAD consiste en usar las
tecnologías informáticas para el diseño y la documentación de diseño. Las
aplicaciones CAD/CAM se utilizan para diseñar un producto y para programar los
procesos de manufactura, especialmente el mecanizado por CNC. El software CAM
usa los modelos y ensamblajes creados en el software CAD para generar
trayectorias de herramientas que dirijan las máquinas encargadas de convertir
los diseños en piezas físicas. El software CAD/CAM se utiliza generalmente para
maquinado de prototipos y piezas terminadas.
CAD
Es el acrónimo de ‘Computer Aided
Design’ o diseño asistido por computador. Se trata de la tecnología implicada
en el uso de ordenadores para realizar tareas de creación, modificación,
análisis y optimización de un diseño. De esta forma, cualquier aplicación que
incluya una interfaz gráfica y realice alguna tarea de ingeniería se considera
software de CAD. Las herramientas de CAD abarcan desde herramientas de modelado
geométrico hasta aplicaciones a medida para el análisis u optimización de un
producto específico. Entre estos dos extremos se encuentran herramientas de
modelado y análisis de tolerancias, cálculo de propiedades físicas (masa,
volumen, momentos, etc.), modelado y análisis de elementos finitos, ensamblado,
etc. La función principal en estas herramientas es la definición de la
geometría del diseño (pieza mecánica, arquitectura, circuito electrónico, etc.)
La geometría de un objeto se usa
en etapas posteriores en las que se realizan tareas de ingeniería y
fabricación. De esta forma se habla también de Ingeniería asistida por
Ordenador o Computer Aided Engineering (CAE) para referirse a las tareas de
análisis, evaluación, simulación y optimización desarrolladas a lo largo del
ciclo de vida del producto. De hecho, este es el mayor de los beneficios de la
tecnología CAD, la reutilización de la información creada en la etapa de
síntesis en las etapas de análisis y también en el proceso CAM.
El diseño asistido por
computadora (CAD) y la fabricación asistida por computadora (CAM) constituyen
dos técnicas que, aunque diferentes, han estado, estrechamente relacionadas
desde su aparición. Sin embargo, su evolución no ha logrado ser lo suficiente
convergente para que la comunicación entre ambos procesos alcance los niveles
mínimos deseables. Sin embargo, el futuro del CAD y del CAM depende mucho de
los logros en la capacidad entre ambos procesos.
Una vez creados los modelos en
nuestro software CAD podemos obtener la documentación técnica específica del
mismo (planos con cotas, anotaciones y catálogos). También es posible
renderizar imágenes de los distintos diseños, aunque normalmente estos
softwares no son la mejor opción a que hay algunos otros especializados para
esta labor. Los sistemas CAD se utilizan cada día más para administrar los
ciclos de vida de productos, gracias a los sistemas PLM y PDM.
CAM
El termino CAM se puede definir
como el uso de sistemas informáticos para la planificación, gestión y control
de las operaciones de una planta de fabricación mediante una interfaz directa o
indirecta entre el sistema informático y los recursos de producción. Así pues,
las aplicaciones del CAM se dividen en dos categorías:
- Interfaz directa: Son aplicaciones en las que el ordenador se conecta directamente con el proceso de producción para monitorizar su actividad y realizar tareas de supervisión y control. Así pues estas aplicaciones se dividen en dos grupos:
- Supervisión: implica un flujo de datos del proceso de producción al computador con el propósito de observar el proceso y los recursos asociados y recoger datos.
- Control: supone un paso más allá que la supervisión, ya que no solo se observa el proceso, sino que se ejerce un control basándose en dichas observaciones.
Los diseños previamente modelados
con programas de CAD son procesados para extraer de ellos la información que
predeterminará el trazado que la máquina realizará.
Ejemplos:
- Creación de un trazado complejo utilizando varios ejes y cambio de herramientas de corte para crear un mecanizado sobre un material concreto obteniendo así una pieza.
- Programación de trayectos para la automatización de procesos de transporte, almacenamiento o expedición de productos.
- Programación de operaciones para conformado de chapa entre otros.
- Realización automática de agujeros por un robot o soldadura automática de componentes SMD
CAE
El modelo geométrico de un
producto es el elemento central dentro del concepto de la CAE y consiste en la
representación del mismo en la memoria de la computadora. Todos los demás
elementos de la CAE utilizan esta descripción geométrica como punto de partida.
Ejemplo, el contorno de la pieza puede emplearse para determinar el paso de la
herramienta al mecanizarse mediante un sistema de control numérico.
La ingeniería asistida por
computadora abarca muchos campos ya que sirve para analizar los diseños
previamente realizados con softwares de CAD o digitalizados mediante procesos
de ingeniería inversa. Los procesos de CAE nos permiten extraer información
para optimizar el desarrollo y los costes de fabricación reduciendo las pruebas
con prototipos para la obtención del producto final. Se pueden valorar los siguientes puntos:
Características y propiedades,
definición de material y optimización geométrica del modelo.
Viabilidad y rentabilidad,
cantidad de materiales y costes de fabricación.
Con respecto a las redes de
información, los sistemas CAE son considerados nodos individuales en el total
de la red, y cada nodo puede interactuar con otro. Estos juegan un papel en el
método de elementos finitos, que utiliza la geometría del modelo existente para
construir una red nodal a lo largo de él. Entonces, esto es empleado para
determinar cómo se desempeñará, basado en la introducción de parámetros que la
pieza experimentará en el mundo real. Los siguientes parámetros son usados
frecuentemente en la ingeniería mecánica para simulaciones CAE:
- Temperatura
- Presión
- Interacciones de los componentes
- Fuerzas aplicadas
La mayoría de los parámetros que
se utilizan para la simulación están basados en el ambiente y en las
interacciones que el modelo debería experimentar una vez que empiece a operar.
Estos son introducidos en el programa CAE como una manera de ver si la pieza
examinada podría manejar, teóricamente, las limitaciones del diseño.
Los sistemas CAE pueden asistir a
los negocios. Esto ocurre cuando se usan arquitecturas de referencia y sus
capacidades para colocar información en el proceso del negocio. La arquitectura
de referencia es la base del modelo de información, especialmente del producto
y de la manufactura.
Las áreas que CAE cubre son:
- Análisis de estrés y dinámica de componentes y ensambles con el empleo de FEA.
- Análisis termal y de fluidos gracias al uso de CFD.
- Sistema multicuerpo (MBD) y cinemática
- Herramientas de análisis para simulación de procesos y para procesos de fabricación
- Optimización del proceso de documentación
- Optimización del desarrollo del producto
- Verificación inteligente de las inconformidades
- En general, existen tres fases en cualquier tarea de ingeniería asistida por computadora:
- Preproceso: definir el modelo así como los factores ambientales que se le aplicarán.
- Análisis que resuelva el problema.
- Pos procesamiento de resultados.
Los programas de ingeniería
incluyen Abaqus, Ansys, MSC Adams Car, y muchos más. Los sistemas CAD exportan
modelos a programas de ingeniería para análisis de prototipos virtuales.
APLICACIONES GENERALES DE LOS
SISTEMAS
Diseño en circuitos integrados
El CAD colabora no sólo en el
diseño, sino en el mejoramiento continuo del proceso de fabricación, donde
interviene reduciendo horas-hombres y costos. Otro aspecto importante del CAD
es la verificación de los circuitos integrados diseñados y fabricados cuya
complejidad aumenta constantemente.
Diseño de circuitos electrónicos
Las constantes innovaciones tecnológicas
procesan la reducción de la vida útil de los productos electrónicos, por lo que
el fabricante debe enfrentarse al reto de producir productos cada vez más
complejos en el menor tiempo y con bajo costo posible. Esto se puede lograr
gracias a la ayuda de la computadora, tanto en la creación y diseño como en la
automatización de la producción. El proceso de desarrollo de un producto se
reduce drásticamente, agilizando y anulando toda posibilidad de cometer
errores. Lo que antes era necesario desarrollar en físico un prototipo, ahora
ya no lo es, hasta se puede comprobar la funcionalidad mediante una simulación.
Industria Aeronáutica
na de las primeras industrias en
asimilar las técnicas y tecnologías que ofrece el CAD/CAM es sin duda la
aeronáutica, la que precisa de una ingeniería compleja, métodos de fabricación
exactos y altas inversiones. La industria aeronáutica es una de las más
receptivas de la tecnología CAD/CAM, sobre todo en la aplicación para los
proyectos aeroespaciales, donde se requiere el desarrollo de superficies
complejas, Hoy en día es prácticamente impensable desarrollar un proyecto de
avión, sin la utilización de las importantísimas técnicas CAD/CAM. Puede
decirse que la industria Aeroespacial ha sido una de las pioneras en el empleo
de las técnicas y tecnologías que hoy englobamos bajo las siglas CAD/CAM, a
cuyo desarrollo ha contribuido de forma muy activa. Una de las herramientas
adoptadas sin vacilaciones por la industria aeronáutica, y quizá la más
significativa de los últimos 35 años, ha sido la computadora, cuya contribución
a la realización de trabajos de ingeniería representó, en su día, un salto
cuantitativo y cualitativo al menos un orden de magnitud superior respecto a
los procedimientos que subsistía.
Industria del automóvil
Si bien es cierto que la
tecnología CAD/CAM es aplicable a todas las industrias, no es menos cierto que
la industria automotriz necesita de manera imperativa la aplicación de esta
tecnología, dadas sus características de gran variedad de productos, alto
volumen de producción, su competitividad y su agresividad para llegar al
usuario final en las mejores condiciones de calidad y precio. La industria
automotriz hace de la utilización del CAD/CAM una de sus principales
herramientas debido a que tiene que afrontar:
- Altísima competitividad.
- Demanda creciente en calidad y precios.
- Gran variabilidad de modelos.
- Atender la alta demanda de repuestos.
- Escaso tiempo para introducir modificaciones sustanciales en modelos y componentes.
Industria pesada
La industria pesada se
caracteriza por producir equipos de grandes dimensiones y grandes pesos,
complejos y en cantidades reducidas, y muchos son productos unitarios y no
repetitivos. En atención a las características mencionadas se hace
imprescindible el uso de la tecnología CAD, si se quiere reducir drásticamente
el tiempo de diseño y el costo de producción de un prototipo en el que se puedan
efectuar pruebas de suficiencia. La reducción del ciclo de vida de muchos
productos hace que cada vez se disponga de menos tiempo para el desarrollo de
los mismos, complicando el hecho de su complejidad creciente, las exigencias de
calidad y las garantías exigibles de seguridad. Al producir bienes en
cantidades pequeñas o unitarias se hace impensable el tener que construir un
prototipo. Las técnicas de CAD pueden aplicarse en las diferentes fases de
desarrollo de un equipo pesado.
Diseño industrial
Las políticas industriales en los
países desarrollados del mundo inciden mucho en la tecnología y el diseño
industrial. Ambos conceptos influyen grandemente en la industria en general,
pues hacen que el producto final se acerque cada vez más a las exigencias del
usuario, llegando al mercado en las mejores condiciones de calidad y precio y
sobre todo en el momento oportuno, lo que hace que la industria crezca en
competitividad. El diseño es una actividad que se proyecta conceptualmente
hacia la solución de problemas que plantea al ser humano en su adaptación al
medio ambiente en la satisfacción de sus necesidades. El diseño utiliza
recursos disponibles en cada situación, estos recursos son la tecnología
CAD/CAM/CAE.
Ingeniería civil
Existen numerosas aplicaciones en
la Ingeniería Civil, pero donde alcanza mayor importancia es en el diseño
estructural y en el análisis del cálculo. Es difícil englobar en un solo
contexto los numerosos campos de conocimientos que se suelen incluir en esta
rama técnica, por lo que basaremos la exposición en el diseño estructural, con
breves descripciones y posibles aplicaciones a otras áreas (ingeniería de
tráfico, ingeniería ambiental). Uno de los problemas pendientes en el diseño en
Ingeniería Civil es el correspondiente a la optimización automatizada. La
aplicación del CAD a problemas de la Ingeniería Civil está hoy en día
ampliamente extendida. Es evidente que, en la situación actual de la técnica,
este desarrollo puede preverse rápidamente y en poco tiempo nos encontraremos
en disposición de utilizar técnicas automáticas para sustituir el tiempo del
proyectista, el que podrá ser empleado en aquello que nunca se automatizará: el
libre ejercicio de la imaginación creadora.
Diseño arquitectónico
El trabajo del arquitecto se
funda, en especial, en el proyecto dentro de un abanico muy amplio de
posibilidades, tanto en el ámbito de su aplicación (arquitectura, urbanismo,
diseño, etc.) como por las ciencias en las que se apoya (geometría, sicología,
historia, física, derecho, etc,). La realidad es muy compleja por la gran
variedad de posibilidades constructivas y provoca constantes reajustes del
proyecto. Sin embargo, la creciente complejidad en la tecnología de la
construcción hace que dentro de un proyecto arquitectónico subsistan varios
subproyectos tecnológicos. El CAD permite, entonces, al profesional una
concepción geométrica, un contenido constructivo y la elaboración de la
documentación (planos) acorde a la necesidad del proyecto objetivo.
Aplicación en la industria de los
plásticos
La selección de materiales, la
síntesis de modelos, la simulación, la creación de prototipos y la
documentación son grandes campos que dominan la aplicación de los sistemas
CAD/CAM en la industria de los plásticos de ingeniería. El ciclo de diseño se
acopla perfectamente a estos campos, pero existen situaciones en las que los
medios actuales no proporcionan la flexibilidad suficiente para disminuir su
duración y, por tanto, el impacto sufre la economía de la empresa desde su
inicio.
Industria del calzado
El impacto de los Sistemas
Informáticos en todas las áreas del quehacer humano es innegable. La industria
del calzado no podía estar ajena a este fenómeno y es por ello que se ha puesto
al servicio de este sector la más moderna tecnología como es el
"CAD". Gracias al "CAD" se puede digitalizar la horma para
luego añadir las líneas de diseño, los detalles y los colores en tres
dimensiones (3D). Algunos Sistemas "CAD" permiten aplanar esta imagen
tridimensional para adaptarla a una horma y realizar seguidamente los trabajos
propios de Ingeniería de Patrones.
Análisis cinemático
Muchos sistemas CAD poseen
facilidades para establecer el movimiento de los componentes; los más simples
dan animación a las partes como pistones, puertas, manivelas, etc., asegurando
que en sus movimientos éstos no impacten con otras partes de la estructura.
QUE SE?
Las herramientas de cad/cam/cae fueron diseñadas con la finalidad de facilitar la tarea de los diseños de las piezas a manufacturar, se pueden realizar previamente en una computadora para hacer simulaciones de los productos o para hacer ensayos de su comportamiento, también pueden ayudar para cuando se tienen que hacer moldes de ciertas piezas, en este software se pueden realizar detalles antes de pasar a la práctica, lo que da una mayor ventaja al reducir los desperdicios tanto de tiempo como de dinero.
QUE APRENDÍ?
Hay mas aplicaciones en la actualidad que no solo aplican en relación a las empresas que tengan relación con los metales, ya que también se puede utilizar el sistema de cad/cam/cae en la industria textil, para la optimización del tejido.
QUE ME GUSTARÍA APRENDER?
Como se realizan las simulaciones de los materiales, como se comprueba su rendimiento sometido a cargas o como se determinan los factores que pueden influir en los diseños.
Bibliografía:
Tarea recibida. Saludos
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