SISTEMAS CAE

Bajo el nombre de ingeniera asistida por computador (Computer Aided Engineering) se agrupan habitualmente tpicos tales como los del CAD y la creacin automatizada de dibujos y documentacin. Es necesario pasar la geometra creada en el entorno CAD al sistema CAE. En el caso en que los dos sistemas no estn integrados, ello se lleva a trmino mediante la conversin a un formato comn de intercambio de informacin grfica.

Sin embargo, el concepto de CAE, asociado a la concepcin de un producto y a las etapas de investigacin y diseo previas a su fabricacin, sobre todo cuando esta ltima es asistida o controlada mediante computador, se extiende cada vez ms hasta incluir progresivamente a la propia fabricacin. Podemos decir, por tanto, que la CAE es un proceso integrado que incluye todas las funciones de la ingeniera que van desde el diseo propiamente dicho hasta la fabricacin.

Antes de la aparicin de los paquetes de diseo, los diseadores solo contaban con su ingenio y un buen equipo de delineantes que transportaban al papel sus ideas con un cierto rigor. Es quizs, por este motivo, por el que los primeros paquetes de diseo surgieron como rplica a estos buenos dibujantes, con la ventaja de la facilidad de uso, edicin y rapidez.

Conforme el hardware evolucionaba y disminuan los costes de los equipos, los programas eran ms rpidos y las bases de datos de mayor tamao, fue apareciendo un fenmeno de insatisfaccin en los usuarios, un buen programa de dibujo no bastaba, era necesario un sistema que diseara el producto desde el principio (boceto) hasta el final (pieza terminada), siguiendo unas reglas de diseo.

Para realizar la ingeniera asistida por computador (CAE), se dispone de programas que permiten calcular cmo va a comportarse la pieza en la realidad, en aspectos tan diversos como deformaciones, resistencias, caractersticas trmicas, vibraciones, etc.

Usualmente se trabaja con el mtodo de los elementos finitos, siendo necesario mallar la pieza en pequeos elementos y el clculo que se lleva a trmino sirve para determinar las interacciones entre estos elementos.

Mediante este mtodo, por ejemplo, se podr determinar qu grosor de material es necesario para resistir cargas de impacto especificadas en normas, o bien conservando un grosor, analizar el comportamiento de materiales con distinto lmite de rotura. Otra aplicacin importante de estos sistemas en el diseo de moldes es la simulacin del llenado del molde a partir de unas dimensiones de ste dadas, y el anlisis del gradiente de temperaturas durante el llenado del mismo.

La realizacin de todas estas actividades CAE depender de las exigencias del diseo, y suponen siempre un valor aadido al diseo al detectar y eliminar problemas que retrasaran el lanzamiento del producto.

En resumen, los sistemas CAE nos proporcionan numerosas ventajas:

Facilidad, comodidad y mayor sencillez en la etapa de diseo. Rapidez, exactitud y uniformidad en la fabricacin. Alto porcentaje de xito. Eliminacin de la necesidad de prototipos. Aumento de la productividad. Productos ms competitivos. Fcil integracin, sin problemas adicionales, en una cadena de fabricacin. Se obtiene un producto econmico, de ptima calidad y en el menor tiempo posible.

APLICACIONES.

Las principales aplicaciones del CAD/CAM se dan en dos campos de accin: el mecnico y el electrnico, dominando el primero con un 58 % del mercado, mientras que el diseo electrnico alcanza slo el 19 %, segn datos referidos a 1988. Esto es debido a que el nivel tecnolgico al que se ha llegado exige un gran conocimiento del mismo a la hora de disear programas.

Aparte del diseo mecnico de piezas y/o mquinas donde el peso de la industria del automvil y bienes de equipo es notable, otros sectores industriales utilizan la tecnologa CAD. Se usa para el diseo electrnico de circuitos (CAD 2D), arquitectura e ingeniera civil, ingeniera industrial (edificios y plantas industriales, urbanismo), patronaje en la industria textil (CAD 2D), y muchos otros como artes grficas y animacin.

Qu nos permiten hacer?

- Desarrollo de Productos y Empaques.- Elaboracin de prototipos y modelos computacionales fotorrealsticos y funcionales.- Determinar la viabilidad mecnica de los diseos y/o cumplimiento de norma.- Ingeniera inversa.(1)- Reducir el ciclo de desarrollo, mejorar la calidad y las propiedades deseadas.- Optimizar los diseos desde el punto de vista estructural.- Anlisis utilizando tecnologas de elementos finitos (Esfuerzos, Deformaciones, Pandeo, Dilataciones Trmicas, Transferencia de Calor).- Simulacin cinemtica y dinmica de mecanismos.- Optimizar los moldes y procesos de fundicin y/o inyeccin (Inyectabilidad, Tiempos de inyeccin, Lneas de Flujo, Flujo vs. tiempo, Temperatura durante el llenado, Trampas de aire, Frente de presin, Anlisis de Solidificacin, Esfuerzos Residuales).- Simulacin de Fundicin e Inyeccin de Metales (Prediccin de Estructuras y Propiedades Metalrgicas, Tratamiento Trmico).- Simulacin de Inyeccin de Plstico.

Ingeniera Inversa: modelizacin en CAD de un objeto real, a partir de la digitalizacin por mquina tridimensional de medida. Se trata de tareas en las que otra tecnologa, el CAM, tiene tambin su papel: posteriormente a la modelizacin CAD del objeto real mediante superficies (alterando el diseo segn se desee), se pasa a fabricar con tcnicas CAM el molde que permitir la fabricacin a gran escala del objeto. Es frecuente que, previamente a la fabricacin del molde y usando tambin tecnologa CAM o de Rapid Prototyping, se produzca directamente el objeto a partir de su modelizacin CAD, como si se tratara de una impresin 3D.

PERSPECTIVAS DE FUTURO.

Las tecnologas CAD/CAM/CAE se encuentran ya en una fase de madurez. Su utilidad es indiscutible y han abierto posibilidades para el rediseo y fabricacin impensables sin estas herramientas. La falta de sistemas de diseo va asociada a rediseos que se realizan sobre la marcha, con la consiguiente prdida de tiempo y dinero. El factor tiempo tambin repercute de forma prioritaria en el desarrollo de prototipos.

Los fabricantes de maquinaria informtica que permiten soportar programas de CAD, van a proporcionar en los prximos aos ordenadores ms veloces, con ms memoria y mayor potencia grfica. Como tendencia de futuro, se confirmar la desaparicin de la ya tenue frontera entre el mundo de los PC's y el de las Estaciones de Trabajo CAD. En el campo de los perifricos CAD suceder algo parecido: los plotters, consolidada la tecnologa de inyeccin de tinta, van a ser cada vez ms rpidos y de mejor resolucin.

Otra tendencia de futuro en el campo de los perifricos es la popularizacin de los dispositivos de impresin 3D. Hasta el presente, las tecnologas de Rapid Prototyping, aunque consolidadas, no se han utilizado intensivamente dado su elevado coste. Los aparatos de reproduccin tridimensionales de diseos compartirn un lugar con el plotter en la oficina tcnica del maana.

Mayor integracin con las tecnologas CAE y CAM, con una especial potenciacin del CAE: actualmente la mayora de los desarrolladores CAD cubren con su producto las necesidades de diseo, ingeniera y fabricacin de la empresa, ofreciendo soluciones compactas en los ms diversos campos de las tecnologas asistidas por computador. Pero lo que actualmente es casi una yuxtaposicin de mdulos CAD, CAE y CAM, en el futuro ser una unidad total: en etapas tempranas del diseo se podr verificar su funcionalidad y fabricabilidad, contando adems con tecnologas de Rapid Protyping de los utillajes de fabricacin (Rapid Tooling).La competencia es cada da mayor y el tiempo de lanzamiento del producto es primordial a la hora de conseguir mayores beneficios. Por ltimo, podemos citar la ausencia, prcticamente total, de formacin con herramientas CAE de los estudiantes de ingeniera. Uno de los xitos educacionales consistir en preparar a estos estudiantes en el entorno industrial que le espera donde los sistemas integrados CAE estn convirtindose en estndares.

El futuro se muestra ambicioso tecnolgicamente hablando, por la introduccin de las Clulas de fabricacin flexible y el gran avance de los Computadores y de los Robots. Todo ello lleva a pensar que en un futuro prximo la "Fbrica Automtica" ser una realidad.

EMPRESAS ESPECIALIZADAS.

Se citan a continuacin las principales empresas desarrolladoras de software CAD, junto con el producto CAD que crean:

Autodesk AUTOCAD V14

Silicon Graphics ALIAS WAVEFRONT

ComputerVision CADD 5

Dassault Systmes CATIA

Mc Donell Douglas Unigraphics

Hewlett Packard PE-ME10, PE-SolidModeler

Intergraph EMS

Matra Datadivision Euclid

Parametrics Technology C. Pro/Engineer

SDRC IDEAS Master Series