Conceptos fundamentales del CAD/CAM/CAE/CIM El CAD, CAM, CAE y CIM son conceptos fundamentales en la ingeniería y la manufactura que se orienta a ofrecer asistencia en las etapas posteriores a la conceptualización, como son la determinación geométrica y dimensional de piezas, el diseño de ensambles, es decir todas aquellas etapas qué conforma diseño de detalles en tales softwares. CAD (Diseño Asistido por Computadora) El CAD es un sistema que permite el diseño de objetos por computadora, presentando múltiples ventajas como la interactividad y facilidad de crear nuevos diseños, la posibilidad de simularlo el modelo, modificando si es necesario sus parámetros, brindando así la posibilidad de que los ingenieros y diseñadores crear modelos digitales tridimensionales (o 2D) de productos, componentes o sistemas. Función: Facilita la creación de representaciones precisas y detalladas de objetos físicos, que a su vez permite escalarlos y acotarlos, lo que ayuda en el proceso de diseño, visualización y análisis. Aplicaciones: Diseño de piezas, ensambles, diseño de productos, arquitectura, diseño de interiores, diseño de maquinaria, electrónica, entre otros. 1. CAM (Manufactura Asistida por Computadora) El mecanizado asistido por computadora (CAM) se utiliza en una fase posterior del proceso de desarrollo de productos, donde el software se utiliza para automatizar los procesos de mecanizado. Función: Automatiza y traduce los modelos CAD en instrucciones y trayectorias de herramientas para máquinas de control numérico, como tornos y fresadoras CNC. Aplicaciones: Fabricación de piezas mecánicas, mecanizado de metales, producción de prototipos, fabricación aditiva (impresión 3D). 2. CAE (Ingeniería Asistida por Computadora) La ingeniería asistida por computadora (CAE) consiste en el uso de software para simular el rendimiento con el objetivo de mejorar los diseños de los productos o contribuir a la resolución de problemas de ingeniería para sectores muy diversos. Función: Permite llevar a cabo la simulación, la validación y optimización de pruebas virtuales para evaluar aspectos como resistencia, flujo de fluidos, transferencia de calor y vibraciones antes de la fabricación física. Aplicaciones: Es compatible con diciplinas o fenómenos de ingeniería muy diversos como los son el análisis de tensión y de dinámica en componentes y ensambles mediante el análisis de elementos finitos (FEA) el cual se implementa en diseño de automóviles, análisis de estructuras, simulación de procesos químicos, diseño de aeronaves. 3. CIM (Manufactura Integrada por Computadora) El CIM es un sistema de información computarizado que tiene como objetivo automatizar los procesos de manufactura en su totalidad. Al tener una integración grafica de los procesos, se consigue una optimización en la calidad, producción y automatización de operaciones Función: Los equipos deben de estar en un entorno informático distribuido y tener sensores que puedan responder ante de rendimiento para poder controlar todo el proceso desde una computadora, es decir busca una gestión eficiente y fluida de la información a lo largo de todo el ciclo de vida del producto, desde el diseño hasta la producción y la distribución. Aplicaciones: Automatización de fábricas, gestión de la cadena de suministro, control de calidad, planificación de producción. Estado actual de los sistemas CAD/CAE y tendencias a futuro Actualmente, los sistemas CAD y CAE se encuentran cada vez mas empleados con la finalidad de permitir un flujo de trabajo más práctico y eficiente. Lo que les permite a los ingenieros poder analizar y simular diseños directamente con las herramientas de los softwares, reduciendo así la necesidad de importar y exportar modelos. La implementación de la simulación en tiempo real de los softwares va mejoran con el tiempo, permitiendo a los ingenieros realizar análisis al más exactos y cambios en el diseño cada que se requiera, lo que agiliza el proceso de toma de decisiones. El almacenamiento en la nube se encuentra ganando terreno en CAD/CAE, lo cual permite a los usuarios poder acceder y colaborar en proyectos desde cualquier lugar y dispositivo, aprovechando al máximo la capacidad de procesamiento en la nube para tareas computacionalmente intensivas. La inteligencia artificial se encuentra incorporada cada vez más en diversos medios, y en los softwares CAD/CAE implementa la optimización de diseños, la detección de errores y la automatización de tareas repetitivas. Tendencias Futuras: Con los avances tecnológicos, se implementarán diseño generativo la IA y algoritmos cada vez más avanzados creando automáticamente diseños óptimos basados en criterios definidos con base a parámetros puestos por el usuario, lo cual permitirá diseños más ligeros, eficientes y optimizados. La realidad aumentada se implementará en los sistemas CAD, permitiendo que los diseñadores y los ingenieros puedan interactuar con modelos 3D en entornos físicos, lo que permitirá la visualización y la colaboración. Los sistemas CAD se adaptarán aún más a la impresión 3D avanzada, incluyendo la optimización de geometría específica para la fabricación aditiva. La colaboración en tiempo real se convertirá en una característica cotidiana, permitiendo equipos de diversos lados, distribuidos trabajando de manera conjunta en proyectos de diseño y simulación. La consideración de la sostenibilidad será cada vez más importante en el diseño asistido por computadora, con herramientas que evalúen el impacto ambiental de los diseños y sugieran alternativas más sostenibles. La computación en la nube se consolidará como una plataforma común para CAD/CAE, permitiendo una mayor flexibilidad y escalabilidad en la implementación de estas herramientas. Lista del software CAD, CAM, CAE, con una descripción de cada uno y ventajas sobre otro software: Software CAD (Diseño Asistido por Computadora) 1. AutoCAD: Es uno del software CAD más conocidos y utilizado, es multifacético el cual permite desarrollar proyectos de índole arquitectónico, industrial, mecánicos, de diseño gráfico y de ingeniería. Gracias a la posibilidad de visualizar los diseños en 2D y 3D. Ventajas: Permite crear diseños bidimensionales y tridimensionales que permiten visualizar desde todos los ángulos 2. SolidWorks: Es un software de diseño CAD 3D para modelar piezas y ensamblajes en 3D y planos en 2D. El software ofrece un abanico de soluciones para cubrir aspectos implicados en el proceso de desarrollo del producto. Ventajas: Ofrece herramientas de diseño para crear modelos y ensamblajes; herramienta de simulación para evaluar el diseño y garantizar que es el mejor posible. 3. Fusion 360: Es una plataforma de software CAD, CAM, CAE y de circuitos impresos de modelado 3D basada en la nave para el diseño y la manufactura de productos. Ventajas: Diseña y proyecta productos del modo que desees para garantizar su ajuste, estética, forma y función Software CAM (Manufactura Asistida por Computadora) 1. Mastercam: Es un software CAD/CAM ampliamente utilizado para manufactura en máquina de control numérico y centros de programación de máquinas CNC. Mastercam permite leer un diseño CAD 3D y manufacturarlo con operaciones para maquinas herramientas, entre ellas, torneado, fresado, taladros, corte por alambre, electro erosión, etc. Ventajas: Amplia gama de herramientas de mecanizado, interfaz amigable, soporte para múltiples máquinas. 2. Siemens NX CAM: Es parte del software de diseño Siemens PLM se utiliza para crear y editar modelos CAD, los cuales se utilizan para generar modelos NC que producen la pieza real en la máquina herramienta. Ventajas: Potentes capacidades de simulación, ofrece una variedad de estrategias de mecanizado, como el desbaste, el semiacabado y el acabado. gestión de datos y mecanizado de alto rendimiento. 3. CAMWorks: Es un complemento para todas las versiones de SOLIDWORKS CAD que le permite preparar diseños para elevar las posibilidades de fabricación en las primeras fases del ciclo de desarrollo. Ventajas: Ofrece reconocimiento automático de geometría, base de datos tecnológica y capacidades de maquinado de sólidos. Software CAE (Ingeniería Asistida por Computadora) 1. ANSYS: Es el software líder de simulación CAE multifásico para análisis y simulación por elementos finitos (FEA). Incluye las fases de pre-proceso, resolución, y post-proceso de una plataforma de trabajo. Ventajas: Amplia gama de análisis a piezas o conjuntos usados en ingeniería y diseño mecánico que están sometidos a uno o varios fenómenos físicos de manera individual o simultánea. 2. COMSOL Multiphysics: Es un paquete de modelización para la simulación de cualquier proceso físico que pueda describirse mediante ecuaciones en derivadas parciales. Esta provistos de la última tecnología y algoritmos de solución que pueden manejar problemas complejos de forma rápida y precisa, mientras que su intuitiva estructura está diseñada para proporcionar facilidad de uso y flexibilidad. Ventajas: Puede modelar prácticamente cualquier fenómeno a través de plantillas de modelado predefinidas. 3. Altair HyperWork: Es una suite de software CAE unificado para el desarrollo ofreciendo flujos de trabajo sencillos y eficaces que aprovechan todo el conocimiento para aumentar la productividad del equipo, permitiendo un desarrollo eficaz de los productos, cada vez más complejos y conectados Ventajas: Amplia gama de herramientas CAE, permite pasar de un parámetro físico a otro e incluso crear informes sin salir del otro. Crea, explora y optimiza diseños robustos en Hyperworks que sean robustos y modelen con presión estructuras, mecanismos, fluidos, características electromagnéticas y eléctricas, software integrado, diseños de sistemas y procesos de fabricación. Lista de los programas más utilizados para FEA, con una descripción de cada uno y ventajas sobre otro software 1. ANSYS ANSYS: Es uno del software de FEA más ampliamente utilizados y ofrece una amplia gama de capacidades de análisis, incluyendo análisis estructurales, de fluidos, térmicos y electromagnéticos. Ventajas: Amplia variedad de análisis, capacidades avanzadas de simulación, herramientas de optimización, por procesamiento robusto y un ecosistema de usuarios y recursos de soporte muy grande. 2. Abaqus Abaqus: Es una suite de software de análisis de elementos finitos de SIMULIA (parte de Dassault Sistemas) que se utiliza ampliamente en aplicaciones de simulación estructural y multiphysics. Ventajas: Amplia gama de análisis, modelado avanzado de materiales, capacidad de acoplar diferentes tipos de análisis, y fuertes capacidades de postprocesamiento. 3. Nastran MSC Nastran: Es un software de análisis de elementos finitos ampliamente utilizado en la industria aeroespacial, automotriz y otras industrias. Ventajas: Amplia compatibilidad con múltiples plataformas, extensa biblioteca de elementos finitos, capacidades de análisis lineales y no lineales. 4. COMSOL Multiphysics COMSOL: se destaca por su enfoque en la simulación multiphysics, lo que permite analizar acoplamientos físicos complejos. Ventajas: Análisis multiphysics, flexibilidad en la definición de modelos personalizados, interfaz intuitiva y por procesamiento interactivo. Hardware utilizado para FEA, descripción de las partes más importantes, requerimientos mínimos, modelos comerciales de Workstation Partes Importantes de una Estación de Trabajo para FEA • Procesador (CPU) El procesador es uno de los componentes más críticos para FEA, ya que realiza los cálculos numéricos. Se recomiendan procesadores de múltiples núcleos y alta frecuencia de reloj. • Memoria RAM La memoria RAM almacena datos y resultados temporales durante la simulación. Cuanta más RAM tengas, más grandes y complejas podrán ser tus simulaciones. • Tarjeta Gráfica (GPU) (opcional) Las GPU no son esenciales para FEA, pueden acelerar algunas operaciones de visualización y procesamiento paralelo en software específico. • Almacenamiento Un almacenamiento rápido es importante para cargar modelos y datos de simulación rápidamente. Se recomiendan unidades SSD (Solid State Drive) para una mayor velocidad. • Tarjeta Madre (Motherboard) La elección de la placa base debe ser compatible con el procesador y la RAM seleccionados y tener suficientes puertos de expansión para posibles actualizaciones. • Fuente de Alimentación Asegúrate de tener una fuente de alimentación adecuada para proporcionar energía suficiente a todos los componentes de tu estación de trabajo. Requisitos Mínimos Los requisitos mínimos pueden variar según el software de FEA que utilices, pero como referencia, aquí tienes una configuración mínima general recomendada: • Procesador: CPU quad-core a 2.5 GHz o superior. • Memoria RAM: 8 GB o más. • Almacenamiento: Unidad SSD de 256 GB o superior. • Tarjeta Gráfica: GPU compatible (opcional, dependiendo del software). • Sistema Operativo: Windows 10 o sistema operativo compatible. Modelos Comerciales de Workstation 1. Dell Precision Workstation Modelos populares: Dell Precision 5000 Series, 7000 Series. Ventajas: Alta calidad de construcción, configuraciones personalizables, soporte técnico de calidad. 2. HP Z Workstation Modelos populares: HP Z4, Z6, Z8. Ventajas: Potentes opciones de configuración, estabilidad y rendimiento. 3. Lenovo ThinkStation Modelos populares: Lenovo ThinkStation P Series. Ventajas: Diseño robusto, opciones de rendimiento sólidas. Bibliografía Computer-Aided Engineering (CAE). (s. f.). Siemens Digital Industries Software. https://www.plm.automation.siemens.com/global/es/ourstory/glossary/computer-aided-engineering-cae/13112 ¿Cuál es el futuro de la ingeniería asistida por computadora en México? (2019, 17 mayo). http://intelligy.com/. https://intelligy.com/blog/2019/05/17/cual-es-elfuturo-de-la-ingenieria-asistida-por-computadora-en-mexico/ Software CAM para el mecanizado CNC. (2023, https://www.ptc.com/es/technologies/cad/cam-software 12 mayo). Gandhi, M., Gandhi, M., & Gandhi, M. (2021). Qué es CIM: concepto y aspectos relevantes. AUTYCOM - AUTYCOM. https://www.autycom.com/que-escim/#:~:text=Se%20trata%20de%20un%20sistema,producci%C3%B3n%20y% 20automatizaci%C3%B3n%20de%20operaciones. FEA / Finite Element Analysis. (s. f.). Siemens Digital Industries Software. https://www.plm.automation.siemens.com/global/es/ourstory/glossary/finite-element-analysis-fea/1317 Alegsa, L. (2023). 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