El diseño asistido por computadora (CAD) implica la creación de modelos de computadora definidos por parámetros geométricos. Estos modelos suelen aparecer en el monitor de una computadora como una representación tridimensional de una pieza o un sistema de piezas, que se pueden alterar fácilmente cambiando los parámetros relevantes. Los sistemas CAD permiten a los diseñadores ver objetos bajo una amplia variedad de representaciones y probar estos objetos simulando condiciones del mundo real.
La fabricación asistida por computadora (CAM) utiliza datos de diseño geométrico para controlar la maquinaria automatizada. Los sistemas CAM están asociados con sistemas de control numérico por computadora (CNC) o de control numérico directo (DNC). Estos sistemas se diferencian de las formas más antiguas de control numérico (NC) en que los datos geométricos se codifican mecánicamente. Dado que tanto CAD como CAM utilizan métodos informáticos para codificar datos geométricos, es posible que los procesos de diseño y fabricación estén altamente integrados. Los sistemas de diseño y fabricación asistidos por computadora se denominan comúnmente CAD / CAM.
LOS ORÍGENES DEL CAD / CAM
CAD tuvo su origen en tres fuentes distintas, que también sirven para resaltar las operaciones básicas que proporcionan los sistemas CAD. La primera fuente de CAD resultó de los intentos de automatizar el proceso de dibujo. Estos desarrollos fueron iniciados por los Laboratorios de Investigación de General Motors a principios de la década de 1960. Una de las ventajas importantes del modelado informático que ahorra tiempo sobre los métodos de dibujo tradicionales es que el primero puede corregirse o manipularse rápidamente cambiando los parámetros de un modelo. La segunda fuente de CAD fue la prueba de diseños mediante simulación. El uso de modelos informáticos para probar productos fue iniciado por industrias de alta tecnología como la aeroespacial y los semiconductores. La tercera fuente de desarrollo CAD resultó de los esfuerzos para facilitar el flujo del proceso de diseño al proceso de fabricación utilizando tecnologías de control numérico (NC), que gozaron de un uso generalizado en muchas aplicaciones a mediados de la década de 1960. Fue esta fuente la que resultó en el vínculo entre CAD y CAM. Una de las tendencias más importantes en las tecnologías CAD / CAM es la integración cada vez más estrecha entre las etapas de diseño y fabricación de los procesos de producción basados en CAD / CAM.
El desarrollo de CAD y CAM y, en particular, el vínculo entre los dos superó las deficiencias tradicionales de NC en costo, facilidad de uso y velocidad al permitir que el diseño y la fabricación de una pieza se llevaran a cabo utilizando el mismo sistema de codificación de datos geométricos. Esta innovación acortó en gran medida el período entre el diseño y la fabricación y amplió en gran medida el alcance de los procesos de producción para los que se podría utilizar económicamente maquinaria automatizada. Igual de importante, CAD / CAM le dio al diseñador un control mucho más directo sobre el proceso de producción, creando la posibilidad de procesos de diseño y fabricación completamente integrados.
El rápido crecimiento en el uso de tecnologías CAD / CAM después de principios de la década de 1970 fue posible gracias al desarrollo de chips de silicio producidos en masa y el microprocesador, lo que resultó en computadoras más asequibles. A medida que el precio de las computadoras siguió bajando y su capacidad de procesamiento mejoró, el uso de CAD / CAM se amplió de las grandes empresas que utilizan técnicas de producción en masa a gran escala a empresas de todos los tamaños. También se amplió el alcance de las operaciones a las que se aplicó CAD / CAM. Además del modelado de piezas mediante procesos tradicionales de máquinas herramienta como estampado, taladrado, fresado y rectificado, CAD / CAM ha llegado a ser utilizado por empresas involucradas en la producción de electrónica de consumo, componentes electrónicos, plásticos moldeados y una serie de otros productos. . Las computadoras también se utilizan para controlar una serie de procesos de fabricación (como el procesamiento químico) que no están estrictamente definidos como CAM porque los datos de control no se basan en parámetros geométricos.
Con CAD, es posible simular en tres dimensiones el movimiento de una pieza a través de un proceso de producción. Este proceso puede simular velocidades de avance, ángulos y velocidades de máquinas herramienta, la posición de las abrazaderas de sujeción de piezas, así como el rango y otras restricciones que limitan las operaciones de una máquina. El desarrollo continuo de la simulación de varios procesos de fabricación es uno de los medios clave por los que los sistemas CAD y CAM se integran cada vez más. Los sistemas CAD / CAM también facilitan la comunicación entre los involucrados en el diseño, la fabricación y otros procesos. Esto es de particular importancia cuando una empresa contrata a otra para diseñar o producir un componente.
VENTAJAS Y DESVENTAJAS
El modelado con sistemas CAD ofrece una serie de ventajas sobre los métodos de dibujo tradicionales que utilizan reglas, cuadrados y brújulas. Por ejemplo, los diseños se pueden modificar sin borrar ni volver a dibujar. Los sistemas CAD también ofrecen funciones de 'zoom' análogas a las lentes de una cámara, mediante las cuales un diseñador puede ampliar ciertos elementos de un modelo para facilitar la inspección. Los modelos informáticos suelen ser tridimensionales y se pueden rotar en cualquier eje, de la misma forma que se puede rotar un modelo tridimensional real en la mano, lo que permite al diseñador obtener una idea más completa del objeto. Los sistemas CAD también se prestan para modelar dibujos en corte, en los que se revela la forma interna de una pieza, y para ilustrar las relaciones espaciales entre un sistema de piezas.
Para comprender el CAD también es útil comprender lo que el CAD no puede hacer. Los sistemas CAD no tienen forma de comprender conceptos del mundo real, como la naturaleza del objeto que se está diseñando o la función que cumplirá ese objeto. Los sistemas CAD funcionan por su capacidad para codificar conceptos geométricos. Por lo tanto, el proceso de diseño que utiliza CAD implica transferir la idea de un diseñador a un modelo geométrico formal. Los esfuerzos para desarrollar la 'inteligencia artificial' (IA) basada en computadoras aún no han logrado penetrar más allá de lo mecánico, representado por el modelado geométrico (basado en reglas).
La investigación y el desarrollo en el campo de los sistemas expertos están abordando otras limitaciones del CAD. Este campo se deriva de la investigación realizada en IA. Un ejemplo de un sistema experto implica incorporar información sobre la naturaleza de los materiales (su peso, resistencia a la tracción, flexibilidad, etc.) en el software CAD. Al incluir esta y otra información, el sistema CAD podría 'saber' lo que un ingeniero experto sabe cuando ese ingeniero crea un diseño. El sistema podría entonces imitar el patrón de pensamiento del ingeniero y realmente 'crear' más del diseño. Los sistemas expertos pueden implicar la implementación de principios más abstractos, como la naturaleza de la gravedad y la fricción, o la función y relación de las piezas de uso común, como palancas o tornillos y tuercas. Los sistemas expertos también podrían cambiar la forma en que se almacenan y recuperan los datos en los sistemas CAD / CAM, reemplazando el sistema jerárquico por uno que ofrezca una mayor flexibilidad. Sin embargo, estos conceptos futuristas dependen en gran medida de nuestra capacidad para analizar los procesos de decisión humanos y, si es posible, traducirlos en equivalentes mecánicos.
Una de las áreas clave de desarrollo de las tecnologías CAD es la simulación del rendimiento. Entre los tipos más comunes de simulación se encuentran las pruebas de respuesta a la tensión y el modelado del proceso mediante el cual se podría fabricar una pieza o las relaciones dinámicas entre un sistema de piezas. En las pruebas de esfuerzo, las superficies del modelo se muestran mediante una cuadrícula o malla, que se distorsiona a medida que la pieza sufre una tensión física o térmica simulada. Las pruebas de dinámica funcionan como complemento o sustituto de la construcción de prototipos funcionales. La facilidad con la que se pueden cambiar las especificaciones de una pieza facilita el desarrollo de eficiencias dinámicas óptimas, tanto en lo que respecta al funcionamiento de un sistema de piezas como a la fabricación de cualquier pieza determinada. La simulación también se utiliza en la automatización del diseño electrónico, en la que el flujo de corriente simulado a través de un circuito permite la prueba rápida de varias configuraciones de componentes.
Los procesos de diseño y fabricación son, en cierto sentido, conceptualmente separables. Sin embargo, el proceso de diseño debe emprenderse con una comprensión de la naturaleza del proceso de producción. Es necesario, por ejemplo, que un diseñador conozca las propiedades de los materiales con los que se puede construir la pieza, las diversas técnicas con las que se puede dar forma a la pieza y la escala de producción que es económicamente viable. La superposición conceptual entre diseño y fabricación sugiere los beneficios potenciales de CAD y CAM y la razón por la que generalmente se consideran juntos como un sistema.
Los desarrollos técnicos recientes han tenido un impacto fundamental en la utilidad de los sistemas CAD / CAM. Por ejemplo, el poder de procesamiento cada vez mayor de las computadoras personales les ha dado viabilidad como vehículo para la aplicación CAD / CAM. Otra tendencia importante es el establecimiento de un único estándar CAD-CAM, de modo que se puedan intercambiar diferentes paquetes de datos sin retrasos en la fabricación y entrega, revisiones de diseño innecesarias y otros problemas que continúan atormentando algunas iniciativas CAD-CAM. Finalmente, el software CAD-CAM continúa evolucionando en ámbitos como la representación visual y la integración de aplicaciones de modelado y prueba.
EL CASO DE CAS Y CAS / CAM
Un desarrollo conceptual y funcionalmente paralelo al CAD / CAM es CAS o CASE, ingeniería de software asistida por computadora. Como lo define SearchSMB.com en su artículo sobre 'CASE', 'CASE' ¦ es el uso de un método asistido por computadora para organizar y controlar el desarrollo de software, especialmente en proyectos grandes y complejos que involucran muchos componentes de software y personas '. CASE se remonta a la década de 1970, cuando las empresas informáticas comenzaron a aplicar conceptos de la experiencia CAD / CAM para introducir más disciplina en el proceso de desarrollo de software.
Otra abreviatura inspirada en la omnipresente presencia de CAD / CAM en el sector de fabricación es CAS / CAM. Esta frase significa software de venta asistida por computadora / marketing asistido por computadora. Tanto en el caso de CASE como en CAS / CAM, el núcleo de tales tecnologías es la integración de los flujos de trabajo y la aplicación de reglas probadas a un proceso repetitivo.
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