Cuando surgieron los computadores digitales, con ellos se desarrollaron los grandes programas de cálculo: las posibilidades de un ingeniero de análisis se multiplicaron mucho en muy poco tiempo. La potencia de los ordenadores ha ido creciendo y con ella la complejidad de esos grandes programas también: cada vez cuesta menos calcular con mucho detalles. Pero no sólo ha crecido la potencia. . .

Durante la última década se han producido dos avances informáticos esenciales:

La aparición de sistemas operativos fuertemente interactivos, basados primero en los superminiordenadores y luego en auténticos "micros", base de las actuales estaciones de trabajo ingenieriles ("engineering workstations"). Prototipo de los primeros son los ordenadores VAX llamados superminis y de los segundos los APOLLO-DOMAIN o los micro VAX. - El desarrollo espectacular de la informática gráfica interactiva, que ha llegado a formar una parte esencial del sistema operativo en las estaciones de trabajo.

CAD

Diseño asistido por computadora quiere decir la utilización de una computadora para poder crear, manipular, analizar, y comunicar una idea. Esto implica desde dibujar planos de procesos industriales o de construcción hasta escribir textos en un procesador de palabras o un presupuesto en una hoja electrónica.

El diseño asistido por computadora mejora la fabricación, desarrollo y diseño de los productos con la ayuda de la computadora. Con este proceso se pretende fabricarlos con mayor precisión, a un menor precio y mucho más rápido que como si se hiciera solamente por el hombre.

El diseño asistido por computadora nos muestra el proceso completo de fabricación de un determinado producto con todas y cada una de sus características como tamaño, contorno, etc. Todo esto se graba en la computadora en dibujos bidimensionales o tridimensionales. Estos dibujos o diseños se guardan en la computadora. Así si creador puede con posterioridad mejorarlos, o compartirlos con otros para perfeccionar su diseño. La fabricación de productos por medio del diseño asistido por computadora tiene muchas ventajas respecto a la fabricación con operarios humanos. Entre éstas están la reducción de coste de mano de obra, o la eliminación de errores humanos.

También en la computadora se simula en funcionamiento de un determinado producto, se comprueba por ejemplo en un engranaje cual son sus puntos de fricción críticos y poder corregirlos. Con el diseño asistido por computadora se puede fabricar productos complejos que serían prácticamente imposibles de realizar por el ser humano. Se estima que en un futuro se eliminara por completo la fabricación de costoso simuladores, ya que todo será comprobado por el diseño asistido por computadora.

Estas herramientas como anteriormente mencionadas se pueden dividir básicamente en programas de dibujo 2D y de modelado 3D. Las herramientas de dibujo en 2D se basan en entidades geométricas vectoriales como puntos, líneas, arcos y polígonos, con las que se puede operar a través de una interfaz gráfica. Los modeladores en 3D añaden superficies y sólidos.

El usuario puede asociar a cada entidad una serie de propiedades como color, capa, estilo de línea, nombre, definición geométrica, material, etc., que permiten manejar la información de forma lógica. Además se pueden renderizar los modelos 3D para obtener una pre visualización realista del producto, aunque a menudo se prefiere exportar los

modelos a programas especializados en visualización y animación, como Autodesk Maya, Bentley MicroStation, Softimage XSI o Autodesk 3ds Max y la alternativa libre y gratuita Blender, capaz de modelar, animar y realizar videojuegos.

El proceso de diseño en CAD consiste en cuatro etapas

1. Modelado geométrico. Se describe como forma matemática o analítica a un objeto físico, el diseñador construye un modelo geométrico emitiendo comandos que crean líneas, superficies, cuerpos, dimensiones y texto; los comandos introducidos dan a origen a una representación exacta en dos o tres dimensiones del objeto. El representado en línea abarca todas las aristas del modelo que se pueden considerar como líneas llenas dando como resultado una imagen ambigua ya que algunas veces las formas son complicadas y para facilitarlo se pueden usar los colores para distinguir las líneas de las piezas y tener una mejor visualización. Sus estructuras se representan en 2, 2 ½ y 3 dimensiones. Cuando hablamos de 2 ½ se utiliza la transformación de la extrusión (sweept), moviendo el objeto de 2-D a lo largo del eje z.

2. Análisis y optimización del diseño. Después de haber determinado las propiedades geométricas, se analiza el modelo virtual para rectificar que no haya errores en el modelado (dimensiones, formas, etc.).

3. Revisión y evaluación del diseño. En esta etapa se comprueba si existen interferencias entre componentes de cierto mecanismo que impidan su correcto funcionamiento o deficiencias estructurales en el caso de cuerpos sólidos. Esta etapa es de gran utilidad, ya que ayuda a evitar problemas posteriores en la producción del producto, ya sea en el ensamble o en el uso de la pieza. Existen programas de animación y simulación dinámica para el cálculo y análisis de las propiedades físicas (esfuerzos, deformaciones, deflexiones, vibraciones) de los objetos que ayudan a determinar si el objeto cumple con los requerimientos de diseño y de manufactura.

4. Documentación y dibujo (drafting). Por último, en esta etapa se realizan planos técnicos y de trabajo. Se representan diferentes vistas de la pieza, a escala, incluyendo perspectivas. Además de planos del diseño la documentación puede incluir una memoria descriptiva con aspectos no gráficos que sean necesarios para su manufactura, esta clase de datos se suelen agregar en el pie de plano.

CAE

Ingeniería asistida por computadora o por ordenador (CAE, del inglés Computer Aided Engineering) es la disciplina que se encarga del conjunto de programas informáticos que permiten analizar y simular los diseños de ingeniería realizados con el ordenador, o creados de otro modo e introducidos en el ordenador, para valorar sus características, propiedades, viabilidad, y rentabilidad. Su finalidad es optimizar su desarrollo y consecuentes costos de fabricación, y reducir al máximo las pruebas para la obtención del producto deseado.

La base de todas ellas se presentan como módulos o extensiones de aplicaciones CAD, que incorporan:

Análisis cinemático.

Análisis por el método de elementos finitos (FEM, Finite Elements Method).

Maquinado por control numérico CNC (Computered Numeric Control).

De exportación de ficheros "Stl" (Estereolitografía) para máquinas de prototipado rápido.

CAD

CAM

La fabricación asistida por computadora, también conocida por las siglas

en inglés CAM (computer-aided manufacturing), implica el uso de computadores y

tecnología de cómputo para ayudar en la fase directa de manufactura de un producto,

es un puente entre el Diseño Asistido por Computadora CAD y el lenguaje de

programación de las máquinas herramientas con una intervención mínima del

operario. Es parte de los Sistemas de planificación del proceso y la producción CAPP, que incluyen calendarización, administración y control de calidad. Comúnmente se refiere al uso de aplicaciones de software computacional de control numérico (NC) para crear instrucciones detalladas (G-code) que conducen las máquinas de herramientas para manufactura de partes controladas numéricamente por computadora (CNC). Los fabricantes de diferentes industrias dependen de las capacidades de CAM para producir partes de alta calidad.

Una definición más amplia de CAM puede incluir el uso de aplicaciones computacionales para definir planes de manufactura para el diseño de herramientas, diseño asistido por computadora (CAD) para la preparación de modelos, programación NC, programación de la inspección de la máquina de medición (CMM), simulación de máquinas de herramientas o post-procesamiento. El plan es entonces ejecutado en un ambiente de producción, como control numérico directo (DNC), administración de herramientas, maquinado CNC, o ejecución de CCM.

Beneficios de CAMLos beneficios de CAM incluyen un plan de manufactura correctamente definido que genera los resultados de producción esperados.

Los sistemas CAM pueden maximizar la utilización de la amplia gama de equipamiento de producción, incluyendo alta velocidad, 5 ejes, máquinas multifuncionales y de torneado, maquinado de descarga eléctrica (EDM), y inspección de equipo CMM.

Los sistemas CAM pueden ayudar a la creación, verificación y optimización de programas NC para una productividad óptima de maquinado, así como automatizar la creación de documentación de producción.

Los sistemas CAM avanzados, integrados con la administración del ciclo de vida del producto (PLM) proveen planeación de manufactura y personal de producción con datos y administración de procesos para asegurar el uso correcto de datos y recursos estándar.

Los sistemas CAM y PLM pueden integrarse con sistemas DNC para entrega y administración de archivos a máquinas de CNC en el piso de producción.

Algunas de las aplicaciones características de la fabricación asistida por computadora son las siguientes:

Control numérico computarizado y robots industriales

Diseño de dados y moldes para fundición en los que, por ejemplo, se reprograman tolerancias de contracción (pieza II).

Dados para operaciones de trabajo de metales, por ejemplo, dados complicados para formado de láminas, y dados progresivos para estampado.

Diseño de herramientas y sopones, y electrodos para electroerosión.

Control de calidad e inspección; por ejemplo, máquinas de medición por coordenadas programadas en una estación de trabajo CAD/CAM.

Planeación y calendarización de proceso.

Distribución de planta.