CAx: tecnologías informáticas al servicio
del ciclo de vida del producto
CAx: una visión general
Javier Cuadrado
Universidad de La Coruña
CAx, 1 al 5 de julio de 2002
Laboratorio de Ingeniería Mecánica
¿Qué es el CAx?
• Desarrollo de
– ordenadores
– aplicaciones de diseño en la ingeniería
estrechamente ligados, ya que la motivación de los
ordenadores era resolver problemas técnicos.
• El uso de ordenadores en el diseño mecánico se denota como:
– MDA: Mechanical Design Automation.
– CAD/CAM/CAE.
• Se trata de sistemas que permiten crear y modificar diseños
mecánicos, utilizando gráficos interactivos en un ordenador.
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Laboratorio de Ingeniería Mecánica
La prehistoria: años 50
• Todo comienza a mediados de los 50, con un proyecto de la
US Air Force que desarrolla el MIT: sistema de defensa aérea
controlado por ordenador.
• El proyecto pretende avanzar en varias direcciones:
– Conseguir ordenadores de mejores prestaciones.
– Obtener memorias de capacidad muy superior.
– Desarrollar gráficos por computador.
• El sistema logró que la información de los radares procesada
por ordenador apareciera en pantalla, pudiendo interactuar
sobre ella el operador mediante un lápiz óptico.
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La antigüedad: años 60
• Ivan Sutherland, estudiante del MIT, realiza su tesis doctoral
en la aplicación de los gráficos por computador al diseño en la
ingeniería: el proyecto se llamó Sketchpad, y se considera el
inicio de la industria del CAD.
• Dos proyectos más por esas fechas:
– ITEK Corp. con personal del proyecto de la US Air Force.
– GM+IBM.
• Se realiza el primer intento de sistema comercial para diseño
por parte de Control Data Corp.: Digigraphics (sucesor del
proyecto de ITEK). $500,000 por dos puestos. Fracasa.
• En 1969 empieza la comercialización seria: tableta y plotter.
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La edad media: años 70
• A principios de los 70 hay varias compañías que ofrecen
sistemas para dibujo 2D.
• Algunas grandes compañías, como GM, Ford, Chrysler o
Lokheed, desarrollan sus propios sistemas.
• Hardware del momento:
– Ordenadores: mainframes y minicomputadores.
– Terminales: gráficos vectoriales y DVS (Direct View Storage),
introducidos por Tektronix.
• A finales de los 70, Computervision lanza la primera terminal
de CAD con gráficos raster.
• $125,000 por puesto es el precio típico.
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El renacimiento: años 80
• Hardware:
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Ordenadores: VAX 11/780 de Digital.
Terminales: se generalizan los gráficos raster.
1981: IBM lanza el primer PC (procesador Intel 8088). $6,000.
Surgen las workstations: Apollo, Sun, HP, IBM, Digital, SGI.
• Software:
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Comienza a ser independiente del hardware.
Intercambio de información entre programas: IGES y STEP.
1983: Autodesk lanza AutoCAD, primer CAD-2D para PC.
1988: PTC lanza Pro/Engineer: modelado sólido y paramétrico 3D, con
capacidades de análisis y fabricación.
• Dibujo 2D a $35,000-$60,000 por puesto.
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La modernidad: años 90
• Separación definitiva de hardware y software: software multiplataforma.
• Generalización del modelado sólido y paramétrico.
• Enorme progreso en:
–
–
–
–
–
Ensamblaje.
Detección de interferencias.
Optimización del diseño.
Análisis interactivo.
Interoperabilidad.
• Convergencia progresiva de PC y WS, tanto en hardware
como en aplicaciones. $12,000 por puesto.
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Hoy
• 1 millón de diseñadores mecánicos en todo el mundo usan
CAD-3D, y 2 millones más CAD-2D.
• $6,000 por puesto.
• Aviones, automóviles o reactores, se diseñan de manera
integrada.
• Internet permite el intercambio de datos a equipos dispersos
por todo el planeta.
• MDA tiene parte del mérito del enorme aumento de
productividad de los últimos años: productos que tardaban
años en llegar al mercado, ahora lo hacen en meses, y son más
seguros, satisfactorios para el consumidor, y fáciles de
fabricar.
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Fabricantes y productos
El CAx tiene como base al
CAD, al que se añaden
capacidades de análisis,
optimización, fabricación,
mantenimiento, etc., de
manera que el ciclo de vida
del producto se replica
virtualmente en el
ordenador.
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UGS: Unigraphics
PTC: Pro/Engineer
Dassault-Systemes: CATIA
UGS: Solid Edge
Dassault-Systemes: SolidWorks
Autodesk: AutoCAD
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CAx y el ciclo de vida del producto
RP&T
CAT
CAM
CAPP
VR
CAE
Fabricación
Ensayo
Análisis
Mantenimiento
CAT
&M
PDM
RE
Diseño
Reciclaje
ECM
CAD
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CAD: Computer Aided Design
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Diseño conceptual y de detalle
Generación de planos
Ensamblajes
Catálogo de piezas normalizadas
Definición de tolerancias
Representación realista (texturas)
Diseño de superficies
Creación de matrices
Piezas laminadas
Conjuntos soldados
Animaciones
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CAE: Computer Aided Engineering
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Análisis estructural
Análisis de frecuencias
Análisis de movimiento
Impacto
Ruido y vibraciones
Durabilidad
Acústica
Análisis térmico
Inyección de plásticos
Mecánica de fluídos (CFD)
Ergonomía
Optimización
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CAT: Computer Aided Testing
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Ensayos estructurales
Análisis modal
Maquinaria rotativa
Arranque-parada de motores
Ensayos acústicos
Durabilidad
Control de vibraciones
Condiciones de carretera
(automóviles)
 Condiciones de vía
(ferrocarriles)
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CAM: Computer Aided Manufacturing
 Escribe programas de CN para:
– Torno
– Centro de mecanizado
 Permite la elección de:
– Herramientas
– Avances
 Realiza la simulación del
mecanizado
 Estima el tiempo de operación
 Optimiza el orden de las tareas
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CAPP: Computer Aided Processing
and Planning
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
Gestiona la planta en su conjunto
Planes y hojas de procesos
Diagramas de flujo de procesos
Control de tiempos de
manufactura
Planes de ensambles
Control de calidad
Control de herramientas
Simulación de procesos
Estudio de seguridad
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RE: Reverse Engineering
 Herramientas
para pasar de
real a virtual
(y viceversa)
 Scanners 3D y
software
asociado
(Impresoras 3D:
prototipado
rápido)
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VR: Virtual Reality
 Prototipado virtual: mejor
percepción de los modelos
CAD y los análisis CAE
 Simuladores
 Interacción
– Vista
– Oído
– Tacto
 Dispositivos
– Guantes
– Cascos
– Salas
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RP&T: Rapid Prototyping and Tooling
 Método automático para la fabricación
de un modelo físico o prototipo a partir
de un modelo de CAD-3D
 Permite:
–
–
–
–
Comprobar viabilidad del diseño
Realizar ensayos
Verificar ajustes en mecanismos complejos
Facilitar la colaboración entre distintos
departamentos
– Estimar costes
– Preparar moldes y matrices
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CAT&M: Computer Aided Testing and
Maintenance
 Similar al CAT pero aplicado a
mantenimiento
 Tipos de tareas:
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–
–
–
–
Vibraciones en maquinaria rotativa
Arranques y paradas de máquina
Análisis de aceites y lubricantes
Medida de eficiencia de motores
Inspección termográfica
Inspección visual por endoscopia
Análisis de imágenes por estroboscopia
y video alta velocidad
– Detección ultrasónica de fugas
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ECM: Environmentally Concious
Manufacturing
 Modificar el diseño del
producto para reducir el
impacto ambiental
 Contempla:
 Reglas de diseño
 Influencia de la forma
 Influencia del proceso de
fabricación
 Montaje y desmontaje de
productos para reutilización,
remanufactura, reciclaje y
destrucción
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PDM: Product Data Management

Permite manejar la enorme cantidad de
información que genera una compañía en
torno a un producto:
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
Geometría
Planos
Ficheros sobre piezas
Esquemas de montaje
Especificaciones
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
Programas de CN
Resultados de análisis
Diagramas de flujo de procesos
Correspondencia
Listas de material
asegurando que la información llega a las
personas adecuadas (confidencialidad) en la
forma adecuada
La información se mantiene siempre actualizada y se sabe qué modificaciones
se han realizado y por parte de quién
Realización de búsquedas
Facilita la colaboración entre los distintos departamentos
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