11A - Automatización Del Diseño

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Automatización Industrialvsotelo

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Automatización del diseño:CAD / CAE



2011 Automatización Industrial (14) 2

Diseño asistido por computador

(CAD) “CAD es la aplicación de computadores y software

gráfico para ayudar o mejorar el diseño del producto

desde la conceptualización hasta la documentación”.(Rehg y Kraebber, 2001)

Fue desarrollado originalmente en el “Proyecto Sage”

(MIT, 1963) Un sistema CAD usado actualmente en compañías

grandes es una red de PCs, estaciones de trabajo RISCy computadores tipo mainframe.




Perspectiva histórica de CAD

Computadoras

Mainframe

Control

numérico

Control numérico

computarizado

Robots en

manufactura

Control

numérico

directo

Minicom-

putadoras

de taller

Control

adaptivoManufactura

Asistida por

Computador

Controladores

Lógicos

Programables

Microprocesador

CAD/CAMDibujo

manual CAD 2-D

Diseño y dibujoIngeniería Asistida

por Computador

(CAE)Modelos 3-D

alámbricosModelos 3-D

sólidos

Células de

Manufactura

Flexible

1950 1960 1970 1980 1990 - 2010

Sistemas de

Manufactura

Flexible

Computadores RISC

Computador

Personal

IBM

CAD & CAM basado en PC

Software de sistema

totalmente integrado

CIM

Tecnología de

Grupos (1920)

Codificado

de partes

Planificación de

procesos asistida

por computador(CAPP)

Planificación de

requerimiento de

materiales (MRP)

Planificación de

recursos de

manufactura

(MRP II)

Planeamiento y programación

Fuente: Rehg y Kraebber, 2001




Arquitectura de CAD

Memoria RAM

Cintasmagnéticas

Digitalizadores

Cintasmagnéticas

Trazadores (plotters)• De estilógrafo• Electrostáticos• De Microfilm

Controlador

Unidad central(CPU)

Disco(s) duro(s)

Teclado Tabletagráfica

Pantalla(s)CRT

Estación de trabajo típica

Estación Estación

Computador Mainframe




Diagrama de bloques CAD

Operario Dispositivosde entrada

Procesamientoy almacenamiento

Dispositivos de salida

Pantalla Copias impresas

Diseñador o dibujante

Tecladoalfanumérico

Teclado defunciones

Tabletagráfica

Puck Menú

Controlesdel cursor • Joystick• Light pen• Mouse• Track ball

UnidadCentral(CPU)

DiscoDuro

Medios de Almace-namiento

Computador Monitor (pantalla)

Trazador (plotter)

Impresor




Tipos de CAD

Modelamiento alámbrico(2 y 3D, líneas ocultas)

Modelamiento desuperficies Regladas

De revolución

De formas continuasrepresentadas por

polinomios racionales nouniformes (NURBS)

Modelamiento sólido 3-D SolidCAM




Características típicas de software CAD-3D (modelamiento sólido)

Diseño y manipulación del modeloen 3D, vistas dinámicas

Diseño en material laminado

Texturas de superficie y acabadode material

Trazado de cableado y tuberías

Combinación de varias partes en

un ensamble y simulación defuncionamiento

Generación de vistas 2-D,secciones

Generación automática de listasde partes

Conexión con software deproducción (CAD-CAM) parageneración de programas CNC

Autodesk Inventor

UGS SolidEdge




Selección del tipo de CAD

Tipo y complejidad de la la geometría y losdibujos: Grado de asimetría Tipos de superficies curvas Complejidad interior Número de partes en el ensamble

Diseño conceptual vs. repetitivo

Tamaño y complejidad del producto Interfaces con datos de la empresa Interfaces con datos externos




Ingeniería Asistida por Computador(CAE)

CAE es el análisis y evaluación del diseño de ingenieríamediante técnicas basadas en computador para calcular

los parámetros operacionales, funcionales y demanufactura que son muy complejos para los métodosclásicos. Ejemplos: Diseño para Manufactura y Ensamblaje (DFMA)

Análisis de elementos finitos (FEA) Análisis de propiedades de masa

Verificación del diseño

Análisis de tolerancias

Ingeniería de calidad

Construcción rápida de prototipos (Rapid Prototyping)

Tecnología de grupos




FEA es una técnica de simulación

numérica para analizar y estudiar

el comportamiento funcional de

una estructura o circuito,

dividiendo el objeto en un númerogrande de bloques pequeños (no

infinitesimales) más simples

llamados elementos finitos.

Análisis de Elementos Finitos(FEA)




Análisis mecánico y estructural(estático, dinámico, frecuencias)

Análisis térmico y magnético Estudios fluido-dinámicos (CFD) Evaluación de mecanismos

(cinética, dinámica) Análisis acústico Simulación de pruebas de choque

(Crash Tests)

Análisis balístico y estudios depenetración de proyectiles

Áreas de aplicación de FEA




Análisis cinemáticos deensambles (suspensión,

dirección, etc.) Análisis de esfuerzos de

bielas, cigüeñales, árbol

de levas Análisis témicos de

carcasas de motores

Análisis fluido-dinámicosde aletas de ventilaciónen componenteselectrónicos

Ejemplos de aplicación de FEA




Construcción rápida de prototipos

El prototipado rápido o construcción rápida de prototipos(rapid prototyping) es una técnica de manufactura

automática de objetos sólidos a partir de un diseño CADpor suministro secuencial de energía y material enpuntos específicos del espacio. Tipos: Estereolitografía: Curado de polímeros o cera con láser Sinterizado láser selectivo: Fusión de un polvo metálico con

láser Modelado por deposición: Extrusión de un plástico por boquillas

para obtener un modelo Fabricación de objetos laminados: Capas finas de papel o film

plástico unidas por calor o adhesivo por rociado y cortadas conláser o cuchilla. El producto final se asemeja a la madera. Impresión 3D: Impresión de un adhesivo para cohesionar

partículas finas




Ejemplos de rapid prototyping




Evolución de CAD/CAE en el ciclo devida del producto

Sinconocimiento

Sinconocimiento

Conocimientodel producto

Conocimientodel producto

Conocimientodel proceso

Conocimientodel proceso

Conocimientohistórico

Conocimientohistórico

Integracióndigital

Integracióndigital

Diseño 3-DDiseño 3-D

Diseño 2-DDiseño 2-D

Sin CADSin CAD

Ciclo de vidadel producto

digital

Ciclo de vidadel producto

digital

Procesodigital

Procesodigital

Innovación basadaen el conocimientoInnovación basadaen el conocimiento

Product LifeCycle Management

Fuente: DASSAULT SYSTEMES S.A., 2000




Ejemplo de integración digital

Mantenimiento

Manufactura

Análisis estructuralCinemática

Pre-ensamble

digital

Análisis departes

TuberíasEstructuras

Sistemaseléctricos

Panelescompuestos

Desarrollo por sección

Digital MockDigital Mock--UpUp

Fuente: DASSAULT SYSTEMES S.A., 2000




Ventajas del CAD/CAE

Incremento en la flexibilidad, reducción de tiempos Diseño y simulación

Introducción Modificación a partir de diseños existentes,

reusabilidad Almacenamiento y recuperación

Mejora de la Calidad Evaluación y análisis Simulación Cambios y mejoras Uso de normas

Incremento de la productividad




Software para CAD/CAE

MSC Software Corp.

Ansys

Abaqus, Inc.

Fluent

Dassault Systems

Nastran, Marc, Patran

LS-Dyna

Abaqus Suite

Fluent CFD

CosmosWorks®, CosmosMotion™,

CosmosFloWorks ™

Análisis de elementosfinitos (FEA) y Dinámicade fluidos computacional(CFD)

Dassault Systems

Bentley Systems

CATIA

ProjectWise

Integración digital

Bentley SystemsDigital plantDiseño de planta yproyectos industriales

Autodesk®

UGS

Dassault Systems

AutoCAD Mechanical, Inventor Series

SolidEdge

SolidWorks

Diseño mecánico,modelamiento sólido

Graphisoft

Autodesk®

Bentley Systems

ArchiCAD®

Architectural Desktop, AutoCAD

Build as One™

Diseño arquitectónico,ingeniería civil

FabricantesProductos Áreas de aplicación

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