11a - automatización del diseño
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Automatización Industrialvsotelo
@ulima.edu.pe
Automatización del diseño:CAD / CAE
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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.
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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)
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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
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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
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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
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Ejemplos de rapid prototyping
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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
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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
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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
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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