DISEÑO E INGENIERIA ASISTIDO POR COMPUTADORA

DIBUJO E INGENIERIA ASISTIDO POR COMPUTADORA TECNOLOGIAS CAD, CAE Y CAM.

VELAZQUEZ ZAGADA ELVIS ALEXIS

PROFESOR: MARTIN JULIAN FERNADEZ CUETO

DISEÑO E INGENIERIA ASISTIDO POR COMPUTADORA

DIBUJO ASISTIDO POR COMPUTADORA (CAD). Introducción. El termino dibujo asistido por computadora se refiere a una familia de tecnologías basada en computadoras que se usan para crear, analizar y optimizar el diseño en la ingeniería. Normalmente los programas CAD proporcionan una interface grafica de usuario que permite introducir y manipular objetos geométricos en dos y tres dimensiones, crear dibujos de ingeniería, hacer análisis básicos en ingeniería como el cálculo de las propiedad es de masa, visualizar piezas individuales y ensambles complejos. El desarrollo de los sistemas CAD durante los últimos cuarenta años ha ido paralelo al de la tecnología de computadoras. El desarrollo de los sistemas CAD industriales empezó en la década de los años sesenta, cuando las empresas de la industria automotriz y aeroespacial empezaron a usar sistemas grandes con computadoras centrales. Este desarrollo continuo en las década de los años setenta con la introducción de terminales graficas de computadoras interactivas, y programas que habían evolucionado a partir de otros más simples para dibujos en 2-D a sistemas más complejos para geometría en 3-D. En los años ochenta, con la introducción de computadoras personales más potentes basadas en procesadores Intel, empresas pequeñas y medianas pudieron adquirir y usar los nuevos sistemas –CAD. En la década de los años noventa se desarrollaron paquetes CAD más avanzados para 3-D que usaban modelado solido y superficies NURBS. La integración del CAD a la ingeniería y a la manufactura fue enormemente favorecida por el desarrollo de las redes de alta velocidad y de internet.


COMPONENTES DE UN SISTEMAS CAD. Los sistemas CAD constan de los componentes principales: el hardware y el software. El hardware está constituido por los componentes físicos que comprenden el sistema de la computadora, visualizadores gráficos, accesorios de entrada, dispositivos de salida, y equipo especial como digitalizadores 3-D. El software consta de programas CAD en sí, programas o utilerías de soporte y de un sistema operativo, generalmente UNIX o Microsoft 2000.

Hardware. Por lo general los componentes de un sistema CAD son una estación de trabajo y una pantalla para graficas, junto con los correspondientes dispositivos de entrada y salida; una estación de trabajo contiene uno o más procesadores que realizan los cálculos numéricos, y el RAM que se usa para guardar temporalmente el programa y los datos, y una o más unidades que se usan para guardar de manera permanente el programa y los datos; la mayoría de las terminales de trabajo para CAD tiene la posibilidad de conectarse a una red de computadoras a través de una tarjeta de interface para redes; se necesita una pantalla de alta resolución para graficas para visualizar los datos CAD y un dispositivo de entrada, generalmente un mouse para seleccionar comandos y posicionar graficas en la pantalla.

Estaciones de trabajo. Para CAD generalmente son computadoras personales de alta resolución o terminales o graficas basada en UNIX. Lo que caracteriza a estas terminales son procesadores (CPU) potentes y rápidos, gran cantidad de memoria (RAM) y para almacenamiento, dispositivos de alta resolución para visualización y la posibilidad de conectarse en red. La potencia y posibilidades de estas computadores aumento continuamente durante la década de los años noventa, y durante ese mismo tiempo los costos disminuyeron. La tendencia al aumento de posibilidades y disminución de costos ya había sido prevista por la ley de Moore, así nombrada en honor de su fundador de Intel, Gordon Moore, en la que se establece que la complejidad de los dispositivos se duplicara cada 18 meses. Las terminales de trabajos más actuales tienen generalmente uno o dos procesadores de 256 MB (megabytes) a 1GB (gigabytes) o mas de RAM. Las terminales de trabajo se caracterizan también por un gran número de ranuras de expansión para hardware especializado, que comprende una tarjeta para pantalla para graficas y tarjetas de interface de red (NIC) y espacio para otras unidades adicionales y otros dispositivos para almacenamiento. Todos los sistemas deben tener un CDROM de solo lectura y un CD R/W re escribible para instalar software y guardar datos.


Estos sistemas también deben estar protegidos con un protector de picos en línea que evite que los de potencia dañen el sistema, y estar conectados a una fuente de poder y interrumpible e inteligente que en una falla de energía eléctrica evite la pérdida o daño de datos. Muchos sistemas tienen también sistemas de seguridad que van mas allá de dar un simple password. En terminales de trabajo que contienen datos sensibles o de mucho valor se pueden usar sistemas de identificación biométrica, que reconocen a los usuarios autorizados mediante huellas digitales o escaneo de retina.

Dispositivos para almacenamiento y pantalla. Las terminales de trabajo usuales emplean básicamente dos tipos de dispositivos de visualización: pantallas de tubo de rayos catódicos (CRT, cathode-ray tuve) y pantallas planas (FPD, flat-panel display). Las pantallas de rayos catódicos son parecidas a los televisores; las pantallas planas usan tecnologías para visualización con cristal liquido (LCD, liquid-crystal display) o papeles de visualización de plasma (PDP, plasma display panel). Las pantallas planas tienen como ventajas menos radiación y menos requerimiento de energía, que dan como resultado menos calor; también necesitan menos espacio; sin embargo, las pantallas de rayos catódicos siguen siendo las más usadas debido a su bajo costo. Todas las pantallas se clasifican según la unidad y la resolución de la imagen expresada en pixeles, o elementos de dibujo, la menor área de dibujo; actualmente las terminales de trabajo para CAD tienen pantallas con 1 024 pixeles de amplitud por 768 pixeles de profundidad; también las hay de más alta resolución. Es importante que una pantalla de rayos catódicos usada en una estación de trabajo para CAD tenga un área plana para minimizar la distorsión de la imagen y que esta tenga una imagen clara y limpia. Los usuarios deben evitar tocar la pantalla con lápices o con los dedos porque esto puede dañarla. Los dispositivos para almacenamiento que se usan en las terminales de trabajo con CAD se pueden agrupar en dos tipos principales: fijos y removibles. Los fijos generalmente llamados discos duros, tienen capacidades desde 4 hasta 36 GB, o más. Se puede obtener una gran capacidad de almacenaje combinando discos en sistemas llamados arreglos redundantes de discos independientes (RAID, redundant arrays of independent diks). Estas unidades se pueden configurar para almacenar miles (gigabytes) de datos pertenecientes a grupos grandes de trabajo o a proyectos complejos.


Las unidades removibles pueden ser tan simples como los disquetes comunes de 3.5 pulgadas que almacenan aproximadamente 1 MB de datos. Sin embargo, en las aplicaciones de CAD con frecuencia se necesitan gran capacidad de almacenamiento. Iomega corporation popularizo dos discos removibles nuevos: los discos Zip, que pueden almacenar 100 o 250 MB, las unidades Jaz, que pueden almacenar 1 o 2 GB para archivar por largo tiempo hay varios tipos de cintas. Los sistemas de cintas lineales digitales (DLT, digital linear tape) guardan de 20 a 40 GB de datos en un casete y son muy confiables. Para archivar dato se pueden usar los CD-ROM y DVD-ROM muy utilizados para guardar datos por largo tiempo.

Dispositivos de entrada. El dispositivo de entrada básico en una estación de trabajo para CAD es el teclado. Este dispositivo se usa para introducir datos alfanuméricos y tienen teclas confusiones programables que sirven para reproducir el número de pulsaciones en secuencias de comandos comunes. Todas las terminales de trabajo en uso hoy en día cuentan también con un mouse con dos o más botones. El mouse se usa para mover el cursor en la ventana de la pantalla y para seleccionar comandos o geometrías. Para evitar lesiones por movimientos repetitivos, tanto el mouse como el tablero deben colocarse de manera adecuada y el usuario debe mantener una postura correcta. Siempre debe usarse un mouse pad y el polvo o partículas acumuladas en el baloncillo interno del mouse deben limpiarse con f recuencia. En algunas terminales para CAD se usan dispositivos de entrada especiales, entre ellos tabletas y dispositivos tipo mouse que puede controlarse en tres o más ejes. Las tabletas vienen con plumas sensibles a la presión para delinear y otras actividades más artísticas como bocetos de conceptos y dibujos; dispositivos con ejes múltiples como las bolas espaciales de IBM, se usan para manipular objetos en tres dimensiones en la pantalla. Sin embargo, se necesita cierto tiempo para aprender a controlar estos dispositivos y se usan solo entorno de diseño especializado. Otro tipo de dispositivo de entrada es el escáner en 3-D, originalmente caro ahora es de precio muy accesible. Estos escáner se usan para escanear imágenes con base en una cuadricula de un dibujo o esquema. El archivo que se obtiene es en esencia una imagen de una dibujo y no se pueden usar directamente en sistema CAD basados en vectores. Para modelar en un sistema CAD, puede escanearse el bosquejo del diseño y utilizarse como base de la imagen.


Dispositivos de salida. Los dispositivos de salida se usan para crear copias de diseños para ser vistas y leídas sin necesidad de una computadora. Los dos tipos más comunes de dispositivos de salida usados en las terminales de trabajo para CAD son impresoras y plotters. Otros tipos de dispositivos de salida crean imágenes fotografías de diapositivas, y algunos crean objetos en 3-D directamente a partir de los datos de CAD. Estos dispositivos se usan para prototipos rápidos. Los dos dispositivos de este tipo más comunes son aparatos para litografía estéreo (SLA, stereo lithography apparatus), fabricados por 3D sistems, Inc. Y modelos de posición funcionados (FDM) fabricados por Stratasys, Inc. Estos sistemas para prototipos rápidos son esencialmente impresoras en 3-D. La mayoría de las impresoras que se usan actualmente son o impresoras laser o impresoras basadas en inyección de tinta. Impresoras de precio accesible crean impresiones de alta resolución (600 dpi o más) en tamaño A o B, en blanco y negro o en color. Plotters de inyección de tinta especializados producen graficas a todo color en tamaño C, D y E. muchas empresas aun usan plotters con plumas o electrostáticos, pero son más caros que los de nueva tecnología y uso en la industria esta disminuyendo.

Software. Los componentes de software más comunes de un sistema CAD son el sistema operativo que controla las funciones normales de la estación de trabajo, un programa CAD que consiste de uno o más módulos de aplicaciones, y programas de utilidades usados para operaciones especializadas como, por ejemplo, conversión de archivos. Todo sistema CAD debe incluir programas para proteger el sistema de programas intrusos, conocidos comúnmente como virus, y programas que puedan hacer un diagnostico para el mantenimiento de los sistemas de hardware y software.


Sistemas operativos. Los sistemas operativos son software que controla el funcionamiento del hardware del sistema y la distribución de recursos como memoria y espacio de disco. La mayoría de los sistemas operativos, actualmente en uso, como Microsoft Windows y UNIX X-Windows, son sistemas operativos basados en ventanas que proporcionan una interface grafica (GUI), la cual usualmente es controlada mediante un mouse. El sistema proporciona al usuario una interface consistente a través de varias aplicaciones y manipula funciones de rutina como imprimir y guardar archivos de manera consistente. Los sistemas operativos también controlan y simplifican el acceso a la red. Las características usuales de un ambiente de ventanas son menús desplegables, áreas de trabajo definidas llamadas ventanas y un mouse que hace posible seleccionar o mover archivos. Este ambiente de ventanas se puede personalizar y ajustar a las necesidades del usuario; por ejemplo, es posible visualizar textos o iconos en forma reducida, así como sugerencias o notas.

Programas de utilidades. Los programas de utilidades son software que realizan operaciones de rutina que no son manejadas adecuadamente por los sistemas operativos. Los tipos más comunes de programas de utilidades son los que protegen a la estación de trabajo CAD de virus intrusos o dañinos. Estos programas antivirus identifican y neutralizan archivos conocidos o sospechosos. Ningún sistema debería emplearse sin este tipo de utilidades, y un programa para identificar virus conocidos debe ser actualizado con regularidad. Los virus tienen potencial para dañar o destruir todos los datos o programas en una estación de trabajo. Otro tipo común de programa de utilidades examina el sistema de discos de una estación de trabajo CAD para detectar problemas. Estos programas también pueden reorganizar o desfragmentar los datos de un disco del sistema, de manera que se mejore el funcionamiento y sea más confiable.


Programas de aplicación. Los programas CAD pueden ir desde programas económicos para dibujos en 2-D hasta sistemas más robusto y caros para modelado complejo en 3-D usando modelado solido y de superficie. Algunos de los programas CAD adecuados para ingeniería profesional son los de la familia AutoCAD de software de AutoDesk; Pro-Engineer de ParametricTechnology Corporatyon ( PTC); y CATIA de IBM. Estos programas pueden generar proyectos CAD sofisticados de gran escala que puede integrarse con otras herramientas comunes como procesadores de palabras, hojas de cálculo y aplicaciones de software especializadas para ingeniería y diseño, y todas estas pueden también compartir datos de varias maneras. A pesar de sus diferencias, todos los programas de CAD tienen posibilidades semejantes. Una vez que un miembro de un equipo de ingenieros ha aprendido a usar un programa, se adaptara fácilmente a otro paquete. Todos los paquetes CAD tienen funciones básicas similares que pueden ser agrupadas en algunas categorías, algunas de las cuales son:       

Manejo de archivos. Creación de objetos o entidad. Modificación de entidad. Control de pantalla. Análisis de propiedades de masa como volumen y masa. Definición y generación de salidas para impresoras y plotters.+ Herramientas para recupera.

Todos los programas CAD están ahora basados en un ambiente de ventanas controlado por un mouse que proporciona al usuario un ambiente algo consistente de un paquete de software a otro. Otra característica común de los programas de CAD es la posibilidad de extender la funcionalidad del software creando o adquiriendo módulos de software especializados. Todos los programas CAD o tienen un lenguaje de programación interno o se pueden ampliar usando un lenguaje como C, C++ o Microsoft visual basic, esto significa que se les puede agregar alguna f unción o capacidad no suministrada con el software de CAD. Los paquetes CAD también permiten modificar o ampliar la GUI. Estas características permiten al usuario modificar o ampliar los menús o las paletas de herramientas según las necesidades de su particular aplicación e industria. Esta información puede ser guardada después de cada sesión de trabajo.


AMBIENTES PARA COMUNICACIÓN. Uno de los cambios más significativos en los ambientes CAD durante la década de los años noventa ha sido el surgimiento de una comunicaron eficiente, costeable y de alta velocidad (operación en red) entre los sistemas de computo. Este avance a permitido una colaboración eficiente entre miembros de equipos de ingeniería, aun estando en distintas partes de un país o en ultramar. Cuando se comparten bases de datos de un productos y de ingeniería se pueden realizar los diseños de manera más rápida y precisa que con sistemas basados en papel. La comunicación costeable y de alta velocidad a modificado mucho el modo de trabajar de los miembros de un equipo de ingenieros y la manera en que los productos se diseñan y se fabrican.

REDES DE AREA LOCAL. Una red de área local (LAN, local area network) es un grupo de computadoras y dispositivos relacionados, como impresoras y servidores de archivos, ubicadas cerca unas de otras y que permiten a los usuarios comunicarse y compartir datos entre quienes conforman el grupo de trabajo local. Los componentes de una LAN, llamados nodos, son dispositivos como las estaciones de trabajo o las impresoras compartidas conocidas como servidores. Esto nodos generalmente están conectados entre sí por cables, y un dispositivo conocido como terminal hace posible la comunicación en red todo recurso en cualquier nodo puede hacerse disponibles a todos los nodos en el equipo del trabajo. Los recursos compartidos por la red pueden hacer software, dispositivos y espacios de almacenamiento, impresoras y plotters y recursos para comunicación. La mayoría de las LAN empleadas en las ambientes de diseño de ingeniería se basan en un protocolo de red conocido como trasmission control protoco/Internet protocol (TCP/IP) y usan lo que se conocen como una dirección IP. Para identificar cada nodo en una red, a cada nodo de la red, es decir, a cada estación de trabajo CAD se le asigna una dirección IP que consiste en doce números separados en cuatro grupo de 3 por un grupo. También se puede identificar cada nodo usando un nombre de dominio, que es más fácil de usar y recordar.


El acceso compartido a dispositivo y archivos se controla mediante el uso de log-ins únicos y personales. El log-in determina los dispositivos y nodos a los que tienen acceso el usuario, y el tipo de acceso, como, por ejemplo, solo lectura o solo ejecución. Esto evita el acceso no autorizado a archivos privados o confidenciales y protege al sistemas operativo y el programa CAD contra daños y alteraciones. Una persona conocida como el administrador de la red controla el otorgamiento de las direcciones IP, log-ins, el acceso permitido a cada usuario. Esta persona también es responsable del mantenimiento total de las operaciones y seguridad de la LAN. Los usuarios son responsables de mantener seguros sus log-in y password tan bien como sus archivos de datos.

Redes de amplias (WAN) y redes mundiales (WWW) Las redes de área amplia son parecidas a las LAN, solo que los nodos que conforman un ambiente WAN pueden estar dispersos en un área geográfica amplia. La colección mundial de redes basadas en TSP/IP es lo que se conoce como internet; a una red aislada o privada se le conoce como Intranet. La comunicación en Internet se hace posible mediante el uso de backbones de comunicación de alta velocidad. Las LAN o WAN se conectan al backbones a través de un proveedor de servicio de Internet local (ISP, Internet service provider). Esta conexión puede ser tan simple como una conexión de marcación de un usuario particular o tan sofisticada como líneas dedicadas a alta velocidad, en el caso de un grupo grande de diseño de ingeniería. Conexiones de velocidades más bajas, como marcación, se les conoce generalmente como conexiones de bandas angostas y a las conexiones de más alta velocidad se les conoce como conexiones de banda amplia. Las velocidades van de 56 kbps (kilobits por segundo), en el caso de marcación, a 100 Mbps (megabits por segundo) o más en conexiones de banda ancha. Un avance más reciente ha sido la red mundial (WWW, world wide wed). La WWW es un grupo interconectado de servidores de protocolo de transferencia de hipertexto (HTTP, hipertex tranfer protocol), que proporciona documentos escritos en lenguaje de marcado de hipertexto (HTML, hypertex markup lenguaje), donde cada servidor se identifica mediante un localizador uniforme de recursos (URL, uniform resourse locator ). Usando un navegador como microsoft’s Internet explorer o netsscapes, los usuarios tienen acceso a los servidores. Los servidores presentan la información en formas de textos, imágenes, sonidos o película. Entre los avances recientes en software de CAD se encuentra la posibilidad de publicar dibujos en la WWW.


Existe software que amplía las posibilidades de los navegadores permitiendo visualizar, ver en paneo y escalamiento de dibujos. También se pueden visualizar y manipular piezas y objetos ensamblados usando el lenguaje de modelación de realidad virtual (VMRL, virtual reality modeling language) o java -3D. Un componente de la WWW muy importante para los miembros de un equipo de ingeniero es la comunicación empresa a empresa (B2B, business to business). Usando la WWW, equipos de diseños de ingeniería y proveedores, fabricantes y socios del desarrollo pueden compartir información. Este será un aspecto cada vez más importante para los equipos de ingenieros en el futuro.

Ambientes de trabajo cooperativos. La internet y la WWW proporcionan grupos de trabajo en cooperación en tiempo real para CAD y para diseño en ingeniería. Estos ambientes de trabajo permiten a ingenieros y diseñadores ubicados en diferentes lugares ver y discutir problemas y soluciones de diseño. Así, el proceso de diseño se hace más rápido y se reducen los problemas causados por una información retrasada. Varios usuarios pueden ver simultáneamente un documento o dibujo y después corregir o hablar sobre la información. La conversación puede ser capturada y documentada para referencias futuras. Una extensión de este proceso, conocida como ingeniería simultanea, permite a quienes participan en el diseño, desarrollo y fabricación de un nuevo producto comunicarse durante todas las etapas del proceso de diseño y fabricación. Esto permite identificar a tiempo problemas que, de otra manera, no sería notados hasta empezada la producción o la fabricación.


MANUFACTURA ASISTIDA POR COMPUTADORA (CAM). La manufactura asistida por computadora es la aplicación de sistemas de computación a los ambientes de fabricación. La combinación de CAD y CAM, CAD/CAM, ha tenido un gran efecto en la manera en que se realiza la fabricación y ha mejorado significativamente la precisión y confiabilidad del proceso y la productividad de los trabajadores. La descripción geométrica de las piezas creadas por los sistemas CAD se usa para producir los datos necesarios para planear, controlar y fabricar piezas o ensambles completos. El desarrollo de maquinas inteligentes y el uso de redes de datos de alta velocidad ha modificado fundamentalmente la fabricación así como el diseño en ingeniería.

Control numérico por computadora. La aplicación más común de CAD/CAM es la generación de datos para los procesadores y maquinas de control numérico por computadora. El modelo de CAD puede ser usado por el programa CAM para determinar el mejor y más eficiente método para trabajar una pieza en una maquina. Los programas CAM generalmente se suministran como módulos adicionales de un programa CAM o son distribuidos por un vendedor de software que se especializa en aplicaciones CAM. Es importante recordar que CAD y CAM están estrechamente asociados en los campos reales de fabricación. El objetivo final del proceso de diseño en ingeniería es producir piezas u objetos comerciables.

Manufactura integrada por computadora (CIM). La manufactura integrada por computadora es la integración total de todos los aspectos de la fabricación bajo la coordinación y el control de computadoras. Además de fabricar y diseñar, CIM comprende almacenamientos y recuperación automáticas, ensamblado y pruebas de control automáticos y distribución y almacenamiento controlados por computadoras. El último objetivo del CIM es ingeniería y fabricación libre de papel, un ambiente en el que todas las actividades y procesos se basan en computadoras. Muy poca compañía han logrado muy pocas compañías han logrado un verdadero ambiente CIM.


TECNOLOGIA (CAE). Engloba las herramientas necesarias, que permiten simular y analizar el comportamiento del productos diseñado Como en el caso del CAD, el CAE permite a los ingenieros simular en la estación de trabajo los modelos que se piensan poner en práctica con el objetivo de apreciar su validez sin incurrir en costos de fabricación . A continuación se mencionan algunas de las principales aplicaciones con tecnología CAE: 

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Calculo de las propiedades físicas: volumen, masa, centro de gravedad, momentos de inercia. Análisis de esfuerzos, estáticos, dinámicos, de vida y fatiga, así como análisis de impacto lineal y no lineal. Estudios de análisis térmicos. Simulación del proceso de inyección de un molde: análisis dinámico y térmico de los fluidos inyectados. Simulación de procesos de fabricación: mecanizado, soldaduras. Análisis de fijaciones (Fabricación virtual) Simulaciones graficas del funcionamiento de sistemas: Calculo de interferencias, estudios aerodinámicos, acústicos ergonómicos, etc. (prototipos virtuales).


Bajo el nombre de ingeniería asistida por computador (Computer Aided Engineering) se agrupan habitualmente tópicos tales como los del CAD y la creación automatizada de dibujos y documentación. Es necesario pasar la geometría creada en el entorno CAD al sistema CAE. En el caso en que los dos sistemas no estén integrados, ello se lleva a término mediante la conversión a un formato común de intercambio de información gráfica. Sin embargo, el concepto de CAE, asociado a la concepción de un producto y a las etapas de investigación y diseño previas a su fabricación, sobre todo cuando esta última es asistida o controlada mediante computador, se extiende cada vez más hasta incluir progresivamente a la propia fabricación. Podemos decir, por tanto, que la CAE es un proceso integrado que incluye todas las funciones de la ingeniería que van desde el diseño propiamente dicho hasta la fabricación. Antes de la aparición de los paquetes de diseño, los diseñadores solo contaban con su ingenio y un buen equipo de delineantes que transportaban al papel sus ideas con un cierto rigor. Es quizás, por este motivo, por el que los primeros paquetes de diseño surgieron como réplica a estos buenos dibujantes, con la ventaja de la facilidad de uso, edición y rapidez. Conforme el hardware evolucionaba y disminuían los costes de los equipos, los programas eran más rápidos y las bases de datos de mayor tamaño, fue apareciendo un fenómeno de insatisfacción en los usuarios, un buen programa de dibujo no bastaba, era necesario un sistema que diseñara el producto desde el principio (boceto) hasta el final (pieza terminada), siguiendo unas reglas de diseño. Para realizar la ingeniería asistida por computador (CAE), se dispone de programas que permiten calcular cómo va a comportarse la pieza en la realidad, en aspectos tan diversos como deformaciones, resistencias, características térmicas, vibraciones, etc. Usualmente se trabaja con el método de los elementos finitos, siendo necesario mallar la pieza en pequeños elementos y el cálculo que se lleva a término sirve para determinar las interacciones entre estos elementos. Mediante este método, por ejemplo, se podrá determinar qué grosor de material es necesario para resistir cargas de impacto especificadas en normas, o bien conservando un grosor, analizar el comportamiento de materiales con distinto límite de rotura. Otra aplicación importante de estos sistemas en el diseño de moldes es la simulación del llenado del molde a partir de unas dimensiones de éste dadas, y el análisis del gradiente de temperaturas durante el llenado del mismo.


La realización de todas estas actividades CAE dependerá de las exigencias del diseño, y suponen siempre un valor añadido al diseño al detectar y eliminar problemas que retrasarían el lanzamiento del producto. En resumen, los sistemas CAE nos proporcionan numerosas ventajas: - Facilidad, comodidad y mayor sencillez en la etapa de diseño. - Rapidez, exactitud y uniformidad en la fabricación. - Alto porcentaje de éxito. - Eliminación de la necesidad de prototipos. - Aumento de la productividad. - Productos más competitivos. - Fácil integración, sin problemas adicionales, en una cadena de fabricación. - Se obtiene un producto económico, de óptima calidad y en el menor tiempo posible.

4. APLICACIONES. Las principales aplicaciones del CAD/CAM se dan en dos campos de acción: el mecánico y el electrónico, dominando el primero con un 58 % del mercado, mientras que el diseño electrónico alcanza sólo el 19 %, según datos referidos a 1988. Esto es debido a que el nivel tecnológico al que se ha llegado exige un gran conocimiento del mismo a la hora de diseñar programas. Aparte del diseño mecánico de piezas y/o máquinas donde el peso de la industria del automóvil y bienes de equipo es notable, otros sectores industriales utilizan la tecnología CAD. Se usa para el diseño electrónico de circuitos (CAD 2D), arquitectura e ingeniería civil, ingeniería industrial (edificios y plantas industriales, urbanismo), patronaje en la industria textil (CAD 2D), y muchos otros como artes gráficas y animación.

¿Qué nos permiten hacer? - Desarrollo de Productos y Empaques. - Elaboración de prototipos y modelos computacionales fotorrealísticos y funcionales. - Determinar la viabilidad mecánica de los diseños y/o cumplimiento de norma. - Ingeniería inversa. - Reducir el ciclo de desarrollo, mejorar la calidad y las propiedades deseadas. - Optimizar los diseños desde el punto de vista estructural. - Análisis utilizando tecnologías de elementos finitos (Esfuerzos, Deformaciones, Pandeo, Dilataciones Térmicas, Transferencia de Calor). - Simulación cinemática y dinámica de mecanismos.


- Optimizar los moldes y procesos de fundición y/o inyección (Inyectabilidad, Tiempos de inyección, Líneas de Flujo, Flujo vs. tiempo, Temperatura durante el llenado, Trampas de aire, Frente de presión, Análisis de Solidificación, Esfuerzos Residuales). - Simulación de Fundición e Inyección de Metales (Predicción de Estructuras y Propiedades Metalúrgicas, Tratamiento Térmico). - Simulación de Inyección de Plástico.

PERSPECTIVAS DE FUTURO. Las tecnologías CAD/CAM/CAE se encuentran ya en una fase de madurez. Su utilidad es indiscutible y han abierto posibilidades para el rediseño y fabricación impensables sin estas herramientas. La falta de sistemas de diseño va asociada a rediseños que se realizan sobre la marcha, con la consiguiente pérdida de tiempo y dinero. El factor tiempo también repercute de forma prioritaria en el desarrollo de prototipos. Los fabricantes de maquinaria informática que permiten soportar programas de CAD, van a proporcionar en los próximos años ordenadores más veloces, con más memoria y mayor potencia gráfica. Como tendencia de futuro, se confirmará la desaparición de la ya tenue frontera entre el mundo de los PC's y el de las Estaciones de Trabajo CAD. En el campo de los periféricos CAD sucederá algo parecido: los plotters, consolidada la tecnología de inyección de tinta, van a ser cada vez más rápidos y de mejor resolución. Otra tendencia de futuro en el campo de los periféricos es la popularización de los dispositivos de impresión 3D. Hasta el presente, las tecnologías de Rapid Prototyping, aunque consolidadas, no se han utilizado intensivamente dado su elevado coste. Los aparatos de reproducción tridimensionales de diseños compartirán un lugar con el plotter en la oficina técnica del mañana. Mayor integración con las tecnologías CAE y CAM, con una especial potenciación del CAE: actualmente la mayoría de los desarrolladores CAD cubren con su producto las necesidades de diseño, ingeniería y fabricación de la empresa, ofreciendo soluciones compactas en los más diversos campos de las tecnologías asistidas por computador. Pero lo que actualmente es casi una yuxtaposición de módulos CAD, CAE y CAM, en el futuro será una unidad total: en etapas tempranas del diseño se podrá verificar su funcionalidad y fabricabilidad, contando además con tecnologías de Rapid Protyping de los utillajes de fabricación (Rapid Tooling). La competencia es cada día mayor y el tiempo de lanzamiento del producto es primordial a la hora de conseguir mayores beneficios. Por último, podemos citar la ausencia, prácticamente total, de formación con herramientas CAE de los estudiantes de ingeniería. Uno de los éxitos educacionales consistirá en preparar a estos estudiantes en el entorno industrial que le espera donde los sistemas integrados CAE están convirtiéndose en estándares.


El futuro se muestra ambicioso tecnológicamente hablando, por la introducción de las Células de fabricación flexible y el gran avance de los Computadores y de los Robots. Todo ello lleva a pensar que en un futuro próximo la "Fábrica Automática" será una realidad.

EMPRESAS ESPECIALIZADAS. Se citan a continuación las principales empresas desarrolladoras de software CAD, junto con el producto CAD que crean: Autodesk • AUTOCAD V14 Silicon Graphics • ALIAS WAVEFRONT ComputerVision • CADD 5 Dassault Systèmes • CATIA Mc Donell Douglas • Unigraphics Hewlett Packard • PE-ME10, PE-SolidModeler Intergraph • EMS Matra Datadivision • Euclid Parametrics Technology C. • Pro/Engineer SDRC • IDEAS Master Series


TECNOLOGIA (CAM). El concepto CAM (Computer Aided Manufacturing). Fabricación Asistida por computadora. En un sistema fabril ideal, las máquinas automáticas controladas por un sistema CAM- son capaces de fabricar el modelo diseñado en un programa CAD sin la intervención de operadores humanos. En la actualidad la industria en general toma esta herramienta tecnológica como una parte fundamental en proceso de desarrollo de componentes a través de la manufactura, lo cierto es que este modelo de integración de CAD/CAM se ha implantado con éxito en muchos países. Hoy en día podemos hacer un diseño tridimensional con un programa de CAD y crear un proceso de mecanizado a partir de este con un CAM, este proceso se introduce en una máquina CNC (computer numerical control). El resultado es que se puede ir desbastando puliendo y agujereando gran variedad de geometrías. Ha revolucionado nuestra tecnología, aumentando la productividad, la calidad y sobretodo la cantidad de geometrías posibles. A continuación se mencionan algunas de las principales aplicaciones con tecnología CAE:

Desarrollo de moldes Fabricación de prototipos


DISEÑO E INGENIERIA ASISTIDO POR COMPUTADORA

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