Entendiendo CAD, CAE y CAM: Diferencias Clave Explicadas

¿Qué es CAD? ¿Qué es CAE? ¿Qué es CAM? ¿Qué son estos softwares y en qué se diferencian entre sí?

El primer paso es conocer el significado de las dos primeras letras en común en cada acrónimo: "CA" es la abreviatura del término Computer-Aided (asistido por computadora), lo que significa que los tres sistemas fueron creados para ayudar al usuario a alcanzar su objetivo lo más rápido posible, usando la potencia de las computadoras para el procesamiento. En CAD, la última abreviatura proviene del término Design (diseño), para CAE - Engineering (ingeniería) y CAM - Manufacturing (fabricación). Cada programa tiene un foco de acción y un propósito; este artículo cubrirá los tres sistemas en más detalle y mostrará la aplicación de cada uno.

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CAD (Computer-Aided Design - Diseño Asistido por Computadora)

Un programa CAD es una tecnología computarizada enfocada en el diseño de productos y documentación de la fase de diseño, durante el proceso de ingeniería. CAD puede facilitar el proceso de fabricación al transferir diagramas detallados de los materiales utilizados en los productos, procesos, tolerancias y diseños. Esto puede usarse tanto para producción 2D como 3D, permitiendo rotación en cualquier ángulo para todas las vistas, así como para la vista de adentro hacia afuera.

El Diseño Asistido por Computadora define el uso de sistemas informáticos para asistir en la creación, modificación y optimización de proyectos, y los programas CAD modernos pueden ofrecer mejoras significativas, tales como:

1. Aumento de la productividad del ingeniero
2. Aumento de la calidad en los proyectos
3. Mejora en las comunicaciones a través de la documentación
4. Creación de base de datos para fabricación

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Los diseños CAD generalmente se exportan en forma de archivos para impresión, mecanizado u otras operaciones de fabricación.

La mayoría de los programas CAD para dibujos mecánicos usan tanto gráficos vectoriales para objetos como pueden producir gráficos raster, mostrando la apariencia general de los objetos dibujados. Sin embargo, el software de ingeniería requiere más que solo formas. Como en el dibujo manual o dibujos técnicos de ingeniería, los programas más modernos deben transmitir información, como materiales, procesos, dimensiones y tolerancias, según las convenciones específicas para cada aplicación.

CAD ha sido una herramienta industrial importante, ampliamente utilizada en varias aplicaciones, incluyendo las industrias automotriz, naval y aeroespacial, en arquitectura, proyectos de prótesis y muchos otros. También se usa ampliamente para la producción de animaciones por computadora, para efectos especiales en películas, publicidad y manuales técnicos, a menudo llamado DCC (creación de contenido digital). También ha sido una fuerza impulsora importante para la investigación en geometría computacional, gráficos por computadora y geometría discreta.

Aplicaciones de los programas CAD modernos:

Además de ser una de las muchas herramientas utilizadas por ingenieros y diseñadores, con diversas aplicaciones también en varias profesiones, CAD es parte de toda la actividad de Desarrollo Digital de Productos (DPD), dentro del proceso de Gestión del Ciclo de Vida del Producto (PLM). Se usan de forma integrada con otras herramientas, que pueden ser módulos integrados o productos independientes, tales como:

1. Ingeniería Asistida por Computadora (CAE)
2. Fabricación Asistida por Computadora (CAM)
3. Renderizado
4. Gestión de Documentos y Control de Revisiones usando Gestión de Datos de Producto (PDM)

CAD resulta útil para ingenieros básicamente a través de cuatro propiedades principales:

1. Historial
2. Especificación
3. Parametrización
4. Restricciones de Alto Nivel

El historial de construcción puede usarse para referirse a las especificaciones del modelo. Los parámetros y restricciones pueden usarse para determinar el tamaño, forma y otras propiedades de los diferentes elementos de modelado.

¿Quién usa el Diseño Asistido por Computadora?

Una lista corta de profesionales que probablemente usan CAD en su trabajo:

• Arquitectos
• Ingenieros Civiles
• Ingenieros Eléctricos
• Ingenieros Mecánicos
• Ingenieros de Producción
• Ingenieros Estructurales
• Ingenieros Acústicos
• Diseñadores
• Gestión de Instalaciones
• Topógrafos

Esta lista continúa. El Diseño Asistido por Computadora se usa en muchas industrias: aeroespacial, automotriz, textil, electrónica y más. Permite a las empresas explorar ideas modeladas antes de implementar prototipos físicos.

CAE (Computer-Aided Engineering - Ingeniería Asistida por Computadora)

Es el uso generalizado de programas informáticos para asistir en tareas de análisis de ingeniería. Los programas de ingeniería incluyen análisis de elementos finitos (FEA), dinámica de fluidos computacional (CFD), dinámica de multicuerpos (MDB) y optimización.

El software de ingeniería desarrollado para apoyar estas actividades se considera una herramienta CAE y se está utilizando, por ejemplo, para analizar la robustez y el rendimiento de componentes y ensamblajes. El término abarca simulación, validación y optimización de productos y herramientas de fabricación. En el futuro, los sistemas CAE serán los principales proveedores de información para asistir a los equipos de proyecto en la toma de decisiones.

CAE - red de nodos

Con respecto a las redes de información, los sistemas CAE se consideran individualmente como un solo nodo en una gran red de información y cada nodo puede interactuar con otro en la misma red. Estos nodos juegan un papel en el método de elementos finitos, que usa una geometría de modelo existente para construir una red de nodos a través de todo el modelo, que luego se usa para determinar cómo funcionará el modelo, basado en el parámetro de entrada que la pieza real experimentaría en el mundo real. Los siguientes parámetros se usan normalmente en ingeniería mecánica para simulaciones CAE:

1. Temperatura
2. Presión
3. Interacciones entre componentes
4. Fuerzas Aplicadas

La mayoría de los parámetros usados para la simulación se basan en el entorno y las interacciones que el modelo puede experimentar durante la operación. Luego se insertan en el software CAE como una forma de verificar si la parte podría teóricamente controlar las restricciones de diseño.

Los sistemas CAE pueden proporcionar soporte a las empresas. Esto es posible a través del uso de arquitecturas de referencia y su capacidad para poner puntos de vista de información en el proceso de negocio. La arquitectura de referencia es la base del modelo de información, especialmente los modelos de producto y fabricación.

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Áreas cubiertas por CAE:

1. Análisis de tensiones en ensamblaje de componentes usando FEA
2. Análisis Térmico y de Flujo de Fluidos usando CFD
3. Dinámica de Multicuerpos (MBD) y Cinemática
4. Herramientas de análisis para simulación de procesos en Procesos de Fabricación
5. Optimización de la documentación de procesos
6. Optimización del desarrollo de productos
7. Comprobación inteligente de no conformidad
8. Análisis de seguridad en ensamblajes

En general, hay tres fases en cualquier tarea de ingeniería asistida por computadora:

1. Pretratamiento: definir el modelo y los factores ambientales a aplicar.
2. Análisis de resolución de problemas
3. Post-procesamiento de resultados

Software principal para ingeniería: Abaqus, Ansys, MSC Adams Car, y muchos otros. Modelos simples de programas CAD pueden exportarse a programas de ingeniería para análisis del prototipo virtual.

CAM (Computer-Aided Manufacturing - Fabricación Asistida por Computadora)

La fabricación asistida por computadora consiste en usar software para controlar máquinas herramienta y equipos relacionados con el proceso de fabricación. Técnicamente no se considera un sistema de programa de software de ingeniería, sino más bien orientado hacia máquinas en fabricación. CAM también puede referirse al uso de una computadora para asistir en todas las operaciones de una planta de fabricación, incluyendo planificación, gestión, transporte y almacenamiento. Su objetivo principal es crear un proceso de producción más rápido y componentes y herramientas con dimensiones más precisas y consistencia de material. CAM es un proceso asistido por computadora posterior a CAD y a veces después de la ingeniería asistida por computadora (CAE) - como un modelo generado en CAD, verificado en CAE y generando entrada para el software CAM, que controla las máquinas herramienta.

CAM usado en CNC

La Fabricación Asistida por Computadora es el código de software detrás de las máquinas que fabrican los productos. Las máquinas controladas por computadoras numéricas son dispositivos que usan el código CAM para fabricar productos. Las máquinas CNC incluyen:

• Fresadoras
• Tornos
• Grabadoras
• Lijadoras
• Soldadoras
• EDM o fabricación por descarga eléctrica

Todo lo que necesitaría hacer un operador con máquinas convencionales es programable con máquinas CNC. CAM proporciona instrucciones paso a paso que las máquinas seguirán para completar la fabricación del producto. Antes del software, el operador tenía que ingresar manualmente el código antes de implementar el programa y esta entrada manual puede ser laboriosa, basada en la complejidad del producto final. CAM lo hace más fácil con software inteligente para desarrollar código basado en la plataforma (Interfaz Gráfica de Usuario - GUI). Esto hizo que el código de fabricación fuera fácil de producir, con poco más de un clic en el proceso deseado, generando el código para la máquina CNC.

Cómo trabajan juntos CAD, CAE y CAM

Un programa CAD es necesario tanto en fabricación - CAM, como en software de ingeniería - CAE, ya que ambos sistemas requieren un modelo para realizar cualquier análisis o fabricación. CAE requiere el modelo geométrico para determinar la red nodal integrada a usar para el análisis. CAM requiere la geometría de la pieza para determinar las rutas y cortes de la máquina. Ambos requieren CAD, pero este puede usarse como un sistema independiente para modelos virtuales de ingeniería. CAD es la columna vertebral de cualquier CAM o CAE y es necesario para que funcionen correctamente. El software actual es una herramienta poderosa para ingenieros y técnicos para hacer sus trabajos diarios más fáciles y eficientes. Usados correctamente, proporcionan el mejor beneficio posible a las personas y empresas que los implementan.

¿Has usado alguna de estas plataformas de software? Si es así, ¿realmente te facilitaron la vida en el trabajo?

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