LA INGENIERÍA GRÁFICA. UNA LÍNEA EN EL TIEMPO

Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales

LA ING INGENIE ENIERÍ RÍA A GRÁFICA. UNA LÍNEA EN EL TIEMPO Por

Don Jesús Félez Mindán Doctor Ingeni Ingeniero ero Industrial Industrial Catedrático Catedr ático de Ingeniería Mecánic Mecánica a Discurso Leído en el Solemne Acto de Entrega de los Diplomas Académicos de Grado de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Ingenieros Industriales de la Universidad Politécnica de Madrid

Madrid, Junio Jun io de 201 2015

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Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales

LA INGENIERÍA GRÁFICA. UNA LÍNEA EN EL TIEMPO Por

Don Jesús Félez Mindán Doctor Ingenier Ingenieroo Industrial Catedrático Catedr ático de Ingeniería Mecánica Discurso Leído en el Solemne Acto de Entrega de los Diplomas Académicos Académico s de Grado Gra do de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Ingenieros Industriales de la Universidad Politécnica de Madrid

Madrid, Junio Jun io de 201 2015

Sr. Rector Magnífico de la Universidad Politécnica de Madrid

Sr. Director de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales

Autoridades Académicas y Personalidades

Profesores del Claustro de esta esta Escuela

Nuevos Graduados

Señoras y señores

LA I NGENIERÍA GRÁFICA. U NA LÍNEA EN EL TIEMPO

Sr. Rector Magfco. de la Universidad Politécnica de Madrid, Sr. Director de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales, Autoridades Académicas, representantes de empresas y asociaciones profesionales, nuevos graduados, queridos compañeros, señoras y señores. Hoy es un día muy importante para todos los que estamos aquí y sin duda muy feliz. Es un día feliz, porque alcanzáis el objetivo al que habéis dedicado mucho esfuerzo y años muy valiosos en vuestra vida. Por ello, quiero comenzar mis palabras, a vosotros y a todos aquellos que os han apoyado y ayudado a conseguirlo: vuestras familias, amigos, y compañeros. Pero también es un día feliz para nosotros, para la Escuela que ha contribuido a formaros. La razón fundamental de ser de la Escuela es trabajar para que podamos llegar a un día como éste, en el que reconocemos reconocem os vuestros logros conseguidos. La Escuela es lo que es, gracias a vosotros, y sin vosotros no tiene sentido. Me corresponde hoy lo que tradicionalmente se ha llamado “Lección de clausura del curso” y me he permitido elegir una titulada: La ingeniería Gráfica. Una línea en el tiempo. Quiero dedicaros esta lección presentándoos una perspectiva histórica de lo que ha sido, es y será la ingeniería gráfica siguiendo una línea del tiempo, y deteniéndome en algunos puntos clave en la historia y en nuestras vidas. La ingeniería gráfica comprende todas las técnicas de comunicación gráfica, valga la redundancia, que se emplean para expresar ideas y conceptos. conceptos . Estas técnicas han evolucionado de forma paralela a la evolución tecnológica tecnológic a de la humanidad. Su aplicación se extiende a cualquier ciencia y técnica y se entremezcla con el lenguaje cotidiano en la mayoría de las ocasiones. Su gran variedad y su enorme facilidad para la comunicación de conceptos hacen de ella una potente herramienta her ramienta de d e compresión compresi ón prácticamente práctica mente universal. univ ersal.

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SOLEMNE E NTREGA DE DIPLOMAS ACADÉMICOS DE GRADO 2015

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Es de todos conocidos el refrán de "una imagen vale más que mil palabras". Existen hoy en día ideas y pensamientos que no sería posibles transmitir sin la fuerza de las imágenes. Así por ejemplo, técnicas infográficas como simulación fotorrealística y realidad aumentada permiten visualizar fácilmente por ordenador o incluso con un dispositivo móvil descripciones de futuros edificios insertados en un entorno real como una ciudad y gracias a ellas es muy fácil de determinar el impacto en el entorno. Sin embargo no es necesario ir tan lejos para ver la fuerza de las imágenes. Las señales de tráfico, las instrucciones de montaje de un electrodoméstico, el salpicadero de un coche, el esquema de conexión de un equipo de sonido, etc. tienen un alto contenido de información gráfica. Por ello el uso de este tipo de información es ya un aspecto muy común en nuestra vida cotidiana. Tal vez el ejemplo más claro puede ser los modernos interfaces que ofrecen los programas de ordenador o de los dispositivos móviles. Pero hagamos un poco de historia y sigamos una línea temporal para ver la evolución de la ingeniería gráfica. El dibujo desde el principio de los tiempos ha sido una forma de expresión humana. Los primeros dibujos conocidos son pinturas prehistóricas de animales y temas de caza, aunque no se sabe en realidad si trataban de comunicar algo a unos terceros o era simplemente una expresión de sentimientos propia de los individuos que las realizaron.


El primer dibujo similar a los dibujos industriales actuales conocido en la historia corresponde a una vista en planta de una fortaleza impresa en la tablilla de un escriba escriba caldeo alrededor alrededor del 4.000 a.C. a.C. Los egipcios realizaron sus dibujos en papiros y muros, utilizando pictogramas como escritura. Los griegos desarrollaron planos con fines constructivos para la construcción de sus templos. Pitágoras y Euclides entre otros sentaron las bases de la geometría y la perfeccionaron partiendo de conceptos abstractos de punto, recta y plano. Muchos de sus estudios utilizaron para sus demostraciones construcciones gráficas, según se muestra en este grabado originales sobre el teorema de Pitágoras.

Los romanos dejaron pinturas y frescos donde se aprecia el alto grado de evolución de la pintura con inclusión de paisajes intentando dar profundidad a sus representaciones. En el tratado "De Architectura" del arquitecto romano Vitrubio (30 a.C.) se explican procedimientos de trazado y construcción geométricos sencillos. Él dijo que "el arquitecto debe ser habilidoso con el lapicero y debe tener tal conocimiento del dibujo que rápidamente debe ser capaz de realizar los dibujos necesarios para representar las obras que se propone construir". cons truir". Durante la Edad Media se paraliza el desarrollo de las técnicas de expresión gráfica. Los grandes monumentos construidos durante este periodo se hicieron con planos, pero dichos documentos eran normalmente destruidos por el secreto profesional profesion al que existía entre los diferentes gremios artesanales artesanal es de la época, llegando muy pocos a nuestros días. Pero no es hasta el renacimiento cuando se producen los primeros cuadros con perspectiva como por ejemplo los conocidísimos conocidísi mos realizados por Piero Della Francesca (14161492).

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Otro hito clave lo constituye Leonardo da Vinci (1452-1519). Leonardo, junto a los arquitectos arquitect os Felipe Brunelleschi Brunelles chi (1377-1446) y León Baptista Alberti (1404-1472) impulsaron enormemente las técnicas proyectivas.

Resaltando solamente una de sus facetas, la ingenieril, destaca la realización de multitud de esquemas de máquinas presentándolas desde diferentes perspectivas. perspectiv as. Su gran estudio por la naturaleza naturalez a unido a su increíble increíbl e creatividad dieron lugar a maquinas que las limitaciones técnicas de su tiempo impidieron realizar. Sin embargo el impulso más fuerte hacia el dibujo industrial actual viene de la mano de Gaspard Monge (1743-1818), matemático francés al servicio de Napoleón. En su tratado "Geometría "Geometrí a Descriptiva" Descriptiv a" presenta las bases de esta ciencia capaz de representar objetos 3D en el espacio bidimensional. Estas técnicas se mantuvieron en secreto durante unos treinta años por el ejército francés debido a su gran eficacia. Los principios fundamentales de la obra de


Monge continúan vigentes en la actualidad. Todos recordaréis figuras del tipo de las del grabado original de Monge que siguen apareciendo muy parecida en los libros actuales de bachiller. Se desarrollaron a partir de esta época instrumentos de dibujo como la escuadra y el cartabón, compases con mina de grafito, etc. Las técnicas de Monge fueron exportadas a los Estados Unidos por Claude Crozet, que publicó el primer libro de geometría descriptiva descriptiv a en inglés en 1821. En los años inmediatamente posteriores, estos principios fueron aceptados por la inmensa mayoría de las Universidades.

Paralelamente se había desarrollado la teoría de la perspectiva, poniéndose a punto el sistema de perspectiva perspectiv a cónica como auxiliar de la pintura. Posteriormente se desarrollan los fundamentos del sistema axonométrico por Weisbach, cuya aplicación práctica al dibujo se debe a Quitin Sella. Una idea que surgió paralelamente a este proceso fue la de intercambiabilidad intercambiabilidad de piezas en la fabricación de armas, a los cuales se aplicó estos principios de dibujo. Este aspecto es básico hoy e día para la fabricación en serie de productos.

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Con la Segunda Revolución Industrial, el proceso de industrialización cambió su naturaleza y el crecimiento económico varió de modelo.

Los cambios técnicos siguieron ocupando una posición central, junto a los ocurridos en los mercados, en su tamaño y estructura. Las innovaciones técnicas concentradas esencialmente, en nuevas fuentes de energía como el gas, el petróleo o la electricidad; nuevos materiales y nuevos sistemas de transporte (avión y automóvil) y comunicación (teléfono y radio) indujeron transformaciones en cadena que afectaron al factor trabajo y al sistema educativo y científico; al tamaño y gestión de las empresas, a la forma de organización del trabajo, al consumo, hasta desembocar también en la política. El proceso de cambio técnico durante la Segunda Revolución Industrial constituyó uno de los más trascendentales desde el punto de vista histórico, cuando las innovaciones tecnológicas adquirieron el carácter de modernidad, sentando las bases tecnológicas del siglo XX. La ciencia y tecnología en este periodo se caracterizó por la mayor complejidad de las máquinas y equipos y por una relación más estrecha entre ambas que requirió una mayor cualificación para su implantación, lo que dificultó su difusión. El núcleo del cambio técnico se diversificó hacia más sectores y se amplió geográficamente, hacia toda Europa y Estados Unidos. Todos estos descubrimientos acabaron por conformar un nuevo sistema tecnológico.


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Y así nos vamos acercando ya a nuestros días y la época que nos ha tocado vivir. Nos situamos en la década de los 60. Es la época de mi generación y la de muchos de vuestros padres.

Las técnicas gráficas no habían evolucionado mucho. Los diseños eran muy complejos, pero las técnicas gráficas para confeccionarlos eran prácticamente las mismas. El hombre consigue llegar a la luna, pero la forma de plasmar los diseños en planos no había cambiado sustancialmente.


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Pero una nueva revolución había comenzado. Los ordena-dores y la informática se estaban introduciendo ya a todos los niveles. Los “grandes” ordenadores, los que ocupaban habitaciones enteras, ya habían hecho acto de presencia en las grandes empresas y centros de cálculo y empezaban a permitir visualizar resultados gráficos. El primer programa de CAD fue creado por Ivan Sutherland desarrollando “Sketchpad: A Man-Machine Graphical Communi-cations System” en 1963 para su tesis doctoral en el MIT. Diseñó un sistema que permitía permití a a los usuarios dibujar puntos, segmentos de líneas y arcos circulares directamente sobre la pantalla mediante el lápiz de luz. No se trataba solamente del primer programa de dibujo desarrollado desarrol lado en la historia de la informática, informát ica, sino también, de un programa absolutamente avanzado a su tiempo.


Y así nuestra generación allá hacia mediados de los 80, empezó la Universidad y todos íbamos dispuestos a conquistar en mundo de la ingeniería con nuestro “set de dibujo”, pensando en que tendríamos que elaborar en algún momento esos planos complejísimos, costosos y laboriosos. Pero la evolución tecnológica era imparable. Año 1982. Para unos cuantos nuestro primer ordenador. Un ZX Spectrum con 32 kB de RAM (si, he dicho kB, no Mg ni Gb), con un sistema de almacenamiento en cinta casete de audio común. Se accedía a los datos a una velocidad de 1.500 bit/s de media y un juego de 48 kB tardaba como media algo menos de 4 minutos en cargar, y con él se podía jugar al comecocos, pero también hacíamos programas para cálculo de estructuras programando en lenguaje Basic. Pero había una gran limitación: su capacidad gráfica era muy limitada. Ese mismo año se presenta la primera edición del archiconocido sistema operativo de Microsoft MS-DOS en su versión 1.0. El primer ordenador personal con interfase gráfica fue el computador Apple Lisa, lanzado al mercado en enero de 1983, aunque Xerox había desarrollado ya Xerox Alto, pero éste último no estaba aún disponible disponible en el mercado.

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La primera versión de Microsoft Windows se lanzó en 1985. El gran acierto que le catapultó a utilizarse de forma generalizada, compitiendo con Apple, fue su interfaz gráfica de usuario, aspecto que hoy para nosotros es algo natural, como me refería al principio, pero que en aquellos momentos era una revolución. Los primeros ordenadores personales con capacidades gráficas “similares” a las actuales no tardaron mucho en llegar, y esto supuso la gran revolución en la ingeniería, y por ende en la ingeniería gráfica, incorporando los ordenadores mediante lo que se conoce como CAD (Computer Aided Design, diseño asistido por ordenador), que permitió acceder a diseños más complejos e integrales, facilitando enormemente la edición y corrección de dibujos técnicos y su transmisión por medios teleinformáticos. Con relación a los programas de CAD, AutoCAD ®, tal vez el más popular, lanza su primera versión en 1982. Esta era la apariencia de un programa de CAD de la época. Su elemento más característico era que todo el proceso era en dos dimensiones, reproduciendo con ordenador la metodología de dibujo a mano con la que se confeccionaba los planos. Pero también en 1982, en estaciones de trabajo Dassault Systems introduce la primera versión de CATIA, presentándolo presentán dolo como un producto para diseño 3D, modelado de superficies y programación programa ción de control numérico. Surge así la idea de integración de herramientas de diseño enlazando el diseño gráfico, con la fabricación y análisis.


Nos situamos situamo s ahora en la década de los 90, en la que vosotros nacíais. Comienzan a conocerse en ordenadores personales las primeras versiones de programas de CAD que trabajan en 3D, pero hasta 1999 AutoCAD no presenta su versión 2000 donde ya se aplican principios de dibujo como los actuales como realismo, control paramétrico de objetos o vista previa interactiva. Año 2010, año en que comenzáis en la Universidad. El uso de los sistemas CAD ha supuesto ya una auténtica revolución, no solamente en lo que se refiere a las herramientas para confeccionar planos, sino también en el proceso de diseño en si. Las siglas CAD corresponden al acrónimo de "Computer Aided Design". Su traducción literal sería Diseño Asistido por Ordenador, o Dibujo Asistido por Ordenador. La filosofía actual de los sistemas CAD más bien corresponden a la primera traducción (Diseño) que a la segunda (Dibujo). La tecnología CAD actual permite no solamente la definición geométrica, sino la modelización tridimensional de los diseños, haciendo en muchos casos innecesaria la construcción de prototipos (o por lo menos reduciendo el número de ellos). La potencia y prestaciones de los ordenadores actuales y la calidad de los sistemas gráficos, hacen que la complejidad y calidad de los modelos virtuales a veces sean difícilmente distinguibles de los prototipos reales.

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Se permite asimismo, una vez confeccionado el modelo geométrico, simular su comportamiento, su proceso de fabricación, etc. y a la larga, reducir el tiempo del proceso total de diseño y producción. Así, aparecen conceptos como la Gestión del Ciclo de Vida de Productos, Product Lifecycle Management (PLM), proceso que administra el ciclo de vida completo de un producto desde su concepción, pasando por su diseño y fabricación, hasta su servicio y reciclaje o desecho.


PLM está basada en la gestión, a través de soluciones integradas de software, del ciclo completo de vida del producto, desde la concepción del producto con soluciones CAD, pasando por el análisis y la optimización del producto con soluciones CAE (Computer Aided Engineering), llegando al análisis de cómo se va a producir y dar mantenimiento a este producto con soluciones DMF (Digital Manufacturing) y capturando, reutilizando y compartiendo con cada uno de los actores del ciclo productivo toda la información generada en cada una de las etapas antes mencionadas con soluciones PDM (Product Data Management). Pero los campos de aplicación no son sólo mecánicos, sino que abarcan a todos los campos de la ingeniería. Por su complejidad, un ejemplo muy representativo pueden ser los modelos de instalaciones industriales, como el de la plataforma petrolífera de la figura.

Un ejemplo muy claro que ha tenido un gran desarrollo en los últimos años ha sido el denominado Modelado de información de construcción, BIM, (Building Information Modeling). BIM constituye el proceso de generación y gestión de datos de un edificio o de una instalación durante su ciclo de vida utilizando software dinámico de modelado en tres dimensiones y en tiempo real, para disminuir la pérdida de tiempo y recursos en el diseño y la construcción.

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Este proceso produce el modelo de información del edificio o de la instalación que abarca la geometría del edificio o instalación, las relaciones espaciales, la información geográfica, así como las cantidades y las propiedades propiedade s de sus componentes. comp onentes.


Hoy, las soluciones CAD, CAE, DMF y PDM han superado su función básica llegando a capacidades capacidade s nunca antes consideradas. considera das. Una solución CAD ha dejado de ser un simple software de diseño mecánico para convertirse en un software de diseño de sistemas con capacidades específicas para cada tipo de producto, existiendo software para diseño mecánico, como ya se ha visto, para diseño de plantas, para diseño de componentes component es electrónicos, electrónic os, diseño de tuberías, diseño de superficies complejas para el área automotriz, etc.

Existen soluciones CAE con capacidades básicas como el análisis de estructuras, hasta llegar a capacidades avanzadas como el análisis y simulación de fluidos, análisis y simulación térmica, electromagnética, de impacto, biomecánica, etc. o análisis multifísico, combinando múltiples efectos simultáneamente.

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Las modernas técnicas de visualización de datos permiten que los cálculos complejos de mecánica de fluidos computacional (CFD) que simulan la interacción de líquidos y los gases con superficies complejas proyectadas por la ingeniería permitan analizar situaciones cada vez más complejas como fluidos transónicos y flujos turbulentos visualizando los resultados sobre prototipos reales. Así, como hemos podido ver, la ingeniería gráfica ha desempeñado un papel fundamental no solamente en el proceso de diseño a la hora de definir nuestra pieza, nuestra máquina, o nuestra instalación, instalaci ón, sino también a la hora de permitir visualizar visualiza r los resultados que se obtienen en los cálculos o en las distintas simulaciones simulaciones y ensayos efectuados durante durante el proceso de diseño. Mientras que en el pasado estos ensayos se desarrollaban sobre prototipos del diseño original, hoy las herramientas de modelización constituyen una alternativa a muchos de estos ensayos sobre prototipos, constituyendo lo que se denomina ingeniería virtual. En todo este proceso de ingeniería virtual, los gráficos constituyen la forma más eficaz de presentar resultados correspondientes al análisis del modelo, al resultar mucho más "gráfico" asociar una determinada propiedad a la geometría real del objeto. Pero, aun a pesar de la gran potencia de cálculo y de visualización existente, sistemas de visualización avanzados como la visión estereoscópica, los sistemas inmersivos e interactivos o la realidad aumentada están todavía empezando.


Los sistemas inmersivos permiten aislar al usuario del entorno exterior mediante cascos o gafas de realidad virtual. Estos sistemas presentan gráficos tridimensionales en alta calidad, estereoscópicos, y en tiempo real y utilizan sistemas de proyección con retroalimentación de posición del usuario principal en e n tiempo real. re al. De esta forma la posición y el punto de vista del usuario se actualizan dentro del mundo virtual en tiempo real, permitiendo una inmersión total y visualizar el entorno 3D como si se estuviese dentro de él. Pero la inmersividad no termina aquí. Los dispositivos hápticos proporcionan la realimentación de fuerza al sujeto que interactúa con entornos virtuales o remotos, trasladando una sensación de presencia al operador en el entorno virtual. Un dispositivo háptico añade el sentido del tacto a la experiencia virtual, buscando aplicar el sentido del tacto a la interacción humana con sistemas informáticos.

Un dispositivo háptico implica el contacto físico entre la computadora y el usuario, por lo general mediante un dispositivo de entrada / salida, como la clásica palanca de mando de juegos, que permite transmitir los movimientos del cuerpo. El usuario puede no sólo enviar la información a la computadora, sino recibir realimentación en forma de una sensación sobre alguna parte del

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cuerpo. Esta información, dependiendo de si se recibe en un único punto, por ejemplo con un brazo manipulador, en una mano con un ciberguante o bien en todo el cuerpo con un exoesqueleto, conforman una realidad con mayor o menor grado de inmersividad. Las aplicaciones son diversas, destacando tal vez los entrenamientos especializados (por ejemplo, cirujanos, o astronautas, en cuanto al aprendizaje de la mecánica de la habilidad a entrenar), el aprendizaje de conceptos docentes (por ejemplo, "el sentimiento" de cómo las moléculas atraen o rechazan distintos átomos, de manera que una sensación táctil puede incrementar el nivel de comprensión), o el permitir el modelado de objetos tridimensionales sin un medio físico.

Pero proyectémonos treinta años hacia el futuro, siguiendo la línea del tiempo, y situémonos en un día tal y como hoy donde estaréis acompañando a vuestros hijos que estarán graduándose como hoy vosotros. Quizá ese día ya no serán necesarios sistemas de visualización como los cascos o gafas de realidad virtual. Sueños que hoy son un “poco” de ciencia ficción y que sólo se ven en el cine, tales como por ejemplo imagen holográfica interactiva, o la comunicación e interacción entre hombre y máquina a través de la mente serán realidades.


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Y podremos disponer de herramientas de uso común en nuestra vida cotidiana y en nuestro trabajo que nos permitirán hacer diseños mucho más rápidos y de una forma mucho más eficiente para desarrollar un mundo mejor. Los egipcios consiguieron levantar las pirámides con un nivel de calidad y precisión impensables impensab les para su época. Leonardo da Vinci desarrolló desarroll ó infinidad de ingenios inimaginables. La generación de nuestros padres consiguió desarrollar coches, aviones o enviar un hombre a la luna con unas herramientas, hoy para nosotros, limitadísimas. En nuestra generación se produjo la explosión de la informática, informá tica, nos bautizamos bautizam os con los primeros pasos de la informática informát ica gráfica, y hemos contribuido contribui do a desarrollar desarroll ar la tecnología que hoy disponéis. Os corresponde ahora a vosotros desarrollar ese futuro maravilloso, atractivo e impredecible, que hará que los sueños tecnológicos de hoy sean realidades para la siguiente sigu iente generación. gener ación. Os animo a seguir en esta aventura maravillosa de la vida con mucho entusiasmo y os deseo sinceramente mucha suerte en vuestro futuro tanto personal como co mo profesional. profesi onal. Muchísimas gracias a todos.

Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales Universidad Politécnica de Madrid José Gutiérrez Abascal, 2. 28006 Madrid Madrid Tel.: 91 336 3060

www.industriales.upm.es

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