"Ao de la Diversificacin Productiva y del Fortalecimiento de la Educacin"

SISTEMAS CAD CAM CAE FEA CIM

ANALISIS ING. USANDO METODO DE ELEMENTOS FINITOSPRESENTADO POR:CHRISTIAN KENNY VALENZUELA GONZALESKOHATSU ASATO, EDUARDO

ESPECIALIDAD:INGENIERIA MECANICACURSO:ELEMENTOS MAQUINAS Y FUNDAMENTOS DISEO IIPROFESOR:ABREGU LEANDRO Edwin Asencion

2015

INTRODUCCIN

Hoy en da el diseo y desarrollo de nuevos productos o la modificacin de losExistentes se ha convertido en un elemento clave y fundamental para la mejora dela capacidad de innovacin y competitividad de las empresas industriales.Cada vez ms el diseo de los productos es el nico elemento que diferencia a unProducto innovador de otro que no lo es. Hasta hace poco tiempo, el proveedorFabricaba bajo plano para sus clientes, por ejemplo en sectores tales comoAutomocin o aeronutica, mientras que en la actualidad, son ms comunes loscasos en los que el proveedor debe responsabilizarse del diseo e ingeniera deConjuntos completos y mdulos que agrupan diferentes funciones.Dado que actualmente resulta necesario ofrecer productos de mayor valor aadido,es prcticamente imprescindible adquirir, desarrollar y aplicar eficazmentetecnologas de apoyo a la funcin de diseo e ingeniera.El concepto de Herramientas de diseo e ingeniera hace referencia a trminostan conocidos y empleados hoy en da como CAD, CAM, CAE, etc. Todas lasciencias han incorporado trminos, a veces innombrables, que no son ms queconceptos o frases comprimidas en una nica palabra. Por tanto, conviene repasaruna serie de trminos que aparecern a lo largo de este captulo, as como lasrelaciones que existen entre ellos:

CAD Computer Aided Design Diseo asistido por ordenadorCAE Computer Aided Engineer Ingeniera asistida por ordenadorCAM Computer Aided Manufacturing Fabricacin asistida por ordenadorCNC Computer Numeric Control Control numrico por ordenadorCAI Computer Aided Inspection Verificacin asistida por ordenadorCIM Computer Integrated Manufacturing Fabricacin integrada por ordenador

CAD (Diseo asistido por computadora)

Es un sistema que permite el diseo de objetos por computadora, presentando mltiples ventajas como la interactividad y facilidad de crear nuevos diseos, la posibilidad de simular el comportamiento del modelo antes de la construccin del prototipo, modificando, si es necesario, sus parmetros; la generacin de planos con todo tipo de vistas, detalles y secciones, y la posibilidad de conexin con un sistema de fabricacin asistida por computadora para la mecanizacin automtica de un prototipo.

Tambin permite el diseo de objetos tridimensionales como diseo de piezas mecnicas, diseo de obras civiles, arquitectura, urbanismo, etc.

CAE (Ingeniera asistida por computadora)

El modelo geomtrico de un producto es el elemento central dentro del concepto de la CAE y consiste en la representacin del mismo en la memoria de la computadora. Todos los dems elementos de la CAE utilizan esta descripcin geomtrica como punto de partida. Ejemplo, el contorno de la pieza puede emplearse para determinar el paso de la herramienta al mecanizarse mediante un sistema de control numrico.

CAM (Fabricacin asistida por computadora)

Es un sistema que permite usar computadoras en el proceso de control de fabricacin industrial, buscando su automatizacin.

En un sistema moderno, la automatizacin abarca el proceso de transporte, almacenamiento, mecanizado o conformado, montaje y expedicin del producto,

Relaciones entre CAD/CAM, CIM, CAE, CAL/CAI

Existe entre algunos cientficos la tendencia a la clasificacin de disciplinas de la ciencia en conjuntos disjuntos.

ste podra ser el caso de los sistemas CAD/CAM. En cambio, la realidad es muy distinta de esas clasificaciones conceptuales. Por ejemplo, hoy en da, es difcil poder realizar procedimientos de CAD/ CAM sin apoyarse en otras disciplinas como la PIS (sistema de informacin grfica), la CAS (simulacin asistida por computadora), la computacin grfica, los diseos de slidos en tres dimensiones (3D para el rea de los CAD), los FIVIS (sistemas de fabricacin flexibles), el control numrico (NC), el FA (automatizacin total) o el AM (fabricacin autnoma) para el rea del CAM. Sin embargo, siguiendo esa normativa, ya aceptada, se pretende analizar diferentes sistemas ayudados por computadora, necesarios para poder desarrollar CAD/CAM, CIM, CAE, CAL/CAI, dividiendo sus disciplinas de soporte en reas concretas.

Relaciones entre CAD Y CAM

El diseo asistido por computadora (CAD) y la fabricacin asistida por computadora (CAM) constituyen dos tcnicas que, aunque diferentes, han estado, estrechamente relacionadas desde su aparicin. Sin embargo, su evolucin no ha logrado ser lo suficiente convergente para que la comunicacin entre ambos procesos alcance los niveles mnimos deseables.

Sin embargo, el futuro del CAD y del CAM depende mucho de los logros en la capacidad entre ambos procesos.

La fabricacin del futuro

Una fbrica del futuro con una integracin completa mediante computadora consistir en subsistemas modulares, controlados por computadoras que estarn interconectadas constituyendo un sistema de clculo distribuido.

Parece evidente que los papeles del personal involucrado en el diseo, planificacin de la produccin, ingeniera de fabricacin, y otras funciones asociadas se vern modificados respecto a la situacin actual en la fbrica del futuro. La aplicacin de la tecnologa CIM facilitar enormemente el diseo y desarrollo de nuevos productos e implicar la necesidad de elevar el nivel de los operarios. Como consecuencia de esto, la separacin entre diseo y fabricacin comenzar a disminuir. II. APLICACIONES GENERALES DE LOS SISTEMAS CAD/CAE/CAM

APLICACIONES CADICAM EN CAMPOS ESPECFICOS

Diseo de circuitos integrados

El auge y avance en la microelectrnica est ntimamente ligado al CAD, donde el paso ms importante es el diseo y la experimentacin.

El CAD colabora no slo en el diseo, sino en el mejoramiento continuo del proceso de fabricacin, donde interviene reduciendo horas-hombres y costos.

Otro aspecto importante del CAD es la verificacin de los circuitos integrados diseados y fabricados cuya complejidad aumenta constantemente, donde podemos resumir que: Se logra la obtencin de circuitos con las caractersticas deseadas. Asegura la completa ausencia de errores. Minimiza el tiempo de diseo. Disminucin de costos. Sincronizacin con la tecnologa existente. Diseo de circuitos electrnicos

Las constantes innovaciones tecnolgicas procesan la reduccin de la vida til de los productos electrnicos, por lo que el fabricante debe enfrentarse al reto de producir productos cada vez ms complejos en el menor tiempo y con bajo costo posible. Esto se puede lograr gracias a la ayuda de la computadora, tanto en la creacin y diseo como en la automatizacin de la produccin.

En todo este proceso, desde el diseo hasta la fabricacin, se encuentran realizados los sistemas CADI CAM/CAE, la finalidad del CAE es ayudar al ingeniero de diseo en todas las etapas del desarrollo del producto, englobando los conceptos CAD/CAM/CAE.

El proceso de desarrollo de un producto se reduce drsticamente, agilizando y anulando toda posibilidad de cometer errores. Lo que antes era necesario desarrollar en fsico un prototipo, ahora ya no lo es, hasta se puede comprobar la funcionalidad mediante una simulacin.

Industria Aeronutica

Una de las primeras industrias en asimilar las tcnicas y tecnologas que ofrece el CAD/CAM es sin duda la aeronutica, la que precisa de una ingeniera compleja, mtodos de fabricacin exactos y altas inversiones.

La industria aeronutica es una de las ms receptivas de la tecnologa CAD/CAM, sobre todo en la aplicacin para los proyectos aerospaciales, donde se requiere el desarrollo de superficies complejas,

Hoy en da es prcticamente impensable desarrollar un proyecto de avin, sin la utilizacin de las importantsimas tcnicas CAD/CAM.

Puede decirse que la industria Aerospacial ha sido una de las pioneras en el empleo de las tcnicas y tecnologas que hoy englobamos bajo las siglas CAD/CAM, a cuyo desarrollo ha contribuido de forma muy activa. Una de las herramientas adoptadas sin vacilaciones por la industria aeronutica, y quiz la ms significativa de los ltimos 35 aos, ha sido la computadora, cuya contribucin a la realizacin de trabajos de ingeniera represent, en su da, un salto cuantitativo y cualitativo al menos un orden de magnitud superior respecto a los procedimientos que subsista.

Industria del automvil

Si bien es cierto que la tecnologa CAD/CAM es aplicable a todas las industrias, no es menos cierto que la industria automotriz necesita de manera imperativa la aplicacin de esta tecnologa, dadas sus caractersticas de gran variedad de productos, alto volumen de produccin, su competitividad y su agresividad para llegar al usuario final en las mejores condiciones de calidad y precio.

La industria automotriz hace de la utilizacin del CAD/CAM una de sus principales herramientas debido a que tiene que afrontar: Altsima competitividad. Demanda creciente en calidad y precios. Gran variabilidad de modelos. Atender la alta demanda de repuestos. Escaso tiempo para introducir modificaciones sustanciales en modelos y componentes. Industria posada

La industria pesada se caracteriza por producir equipos de grandes dimensiones y grandes pesos, complejos y en cantidades reducidas, y muchos son productos unitarios y no repetitivos.

En atencin a las caractersticas mencionadas se hace imprescindible el uso de la tecnologa CAD, si se quiere reducir drsticamente el tiempo de diseo y el costo de produccin de un prototipo en el que se puedan efectuar pruebas de suficiencia.

La reduccin del ciclo de vida de muchos productos hace que cada vez se disponga de menos tiempo para el desarrollo de los mismos, complicando el hecho de su complejidad creciente, las exigencias de calidad y las garantas exigibles de seguridad.

Al producir bienes en cantidades pequeas o unitarias se hace impensable el tener que construir un prototipo. Las tcnicas de CAD pueden aplicarse en las diferentes fases de desarrollo de un equipo pesado.

Diseo Industrial

Las polticas industriales en los pases desarrollados del mundo inciden mucho en la tecnologa y el diseo industrial. Ambos conceptos influyen grandemente en la industria en general, pues hacen que el producto final se acerque cada vez ms a las exigencias del usuario, llegando al mercado en las mejores condiciones de calidad y precio y sobre todo en el momento oportuno, lo que hace que la industria crezca en competitividad.

El diseo es una actividad que se proyecta conceptualmente hacia la solucin de problemas que plantea al ser humano en su adaptacin al medio ambiente en la satisfaccin de sus necesidades.

El diseo utiliza recursos disponibles en cada situacin, estos recursos son la tecnologa CAD/CAM/CAE.

Ingeniera Civil

Existen numerosas aplicaciones en la Ingeniera Civil, pero donde alcanza mayor importancia es en el diseo estructural y en el anlisis del clculo.

Es difcil englobar en un solo contexto los numerosos campos de conocimientos que se suelen incluir en esta rama tcnica, por lo que basaremos la exposicin en el diseo estructural, con breves descripciones y posibles aplicaciones a otras reas (ingeniera de trfico, ingeniera ambiental). Uno de los problemas pendientes en el diseo en Ingeniera Civil es el correspondiente a la optimizacin automatizada.

La aplicacin del CAD a problemas de la Ingeniera Civil est hoy en da ampliamente extendida. Es evidente que, en la situacin actual de la tcnica, este desarrollo puede preverse rpidamente y en poco tiempo nos encontraremos en disposicin de utilizar tcnicas automticas para sustituir el tiempo del proyectista, el que podr ser empleado en aquello que nunca se automatizar: el libre ejercicio de la imaginacin creadora.

Diseo arquitectnico

El trabajo del arquitecto se funda, en especial, en el proyecto dentro de un abanico muy amplio de posibilidades, tanto en el mbito de su aplicacin (arquitectura, urbanismo, diseo, etc.) como por las ciencias en las que se apoya (geometra, sicologa, historia, fsica, derecho, etc,).

La realidad es muy compleja por la gran variedad de posibilidades constructivas y provoca constantes reajustes del proyecto. Sin embargo, la creciente complejidad en la tecnologa de la construccin hace que dentro de un proyecto arquitectnico subsistan varios subproyectos tecnolgicos. El CAD permite, entonces, al profesional una concepcin geomtrica, un contenido constructivo y la elaboracin de la documentacin (planos) acorde a la necesidad del proyecto objetivo.

Industrial textil

La aplicacin del CAD en la industria textil ha tenido un fuerte impacto sobre todo en: Reduccin de la mano de obra Optimizacin del tejido Reduccin de los inventarios en procesoLa empresa espaola INDUYCO, una de las empresas de confeccin lder en Europa ha sido pionera en la utilizacin de los CAD/CAM, implantando en los procesos de produccin estos sistemas hace ms de diez aos. El impacto de los sistemas CAD/CAM en la industria de la confeccin ha sido analizado en el informe sobre nuevas tecnologas financiado por la comisin de las comunidades econmicas europeas a peticin de la asociacin europea de las industrias del vestido (AEIH). Los sistemas CAD/CAM hay que incluirlos en el denominado modelo 3.

"Sper Tecnologa": en esta aplicacin de la industria textil podemos incluir algunos sistemas como son: Sistema de diseo, escalado y marcado INVESMARK Sistema de planificacin de corte CUTPLAN Sistema automtico de corte INVESCUTUna aplicacin CAD muy importante en la seccin de corte es el "PLANNING" de corte, el nuevo desarrollo se denomina CUTPLAN. El objeto del "planning" de corte es la determinacin de las combinaciones de tallas a marcar y de los colchones a tender y cortar de forma que el coste total, incluyendo procesos y materiales, sea mnimo. Se puede decir que el CUTPLAN es una herramienta de ayuda a la definicin del proceso de corte de una orden de fabricacin.

En la etapa de diseo es muy usado en el momento de disear patrones, permitiendo una fcil manipulacin de curvas y el control de parmetros geomtricos importantes, asimismo facilita la combinacin de modelos. Todo esto hace incrementar enormemente la productividad del diseador de patrones. Otro aspecto muy importante es reducir al mnimo los desperdicios al optimizar el corte de los componentes.

Aplicaciones en la industria de los plsticos

La seleccin de materiales, la sntesis de modelos, la simulacin, la creacin de prototipos y la documentacin son grandes campos que dominan la aplicacin de los sistemas CAD/CAM en la industria de los plsticos de ingeniera.

El ciclo de diseo se acopla perfectamente a estos campos, pero existen situaciones en las que los medios actuales no proporcionan la flexibilidad suficiente para disminuir su duracin y, por tanto, el impacto sufre la economa de la empresa desde su inicio.

En la industria del calzado

El impacto de los Sistemas Informticos en todas las reas del quehacer humano es innegable. La industria del calzado no poda estar ajena a este fenmeno y es por ello que se ha puesto al servicio de este sector la ms moderna tecnologa como es el "CAD". Gracias al "CAD" se puede digitalizar la horma para luego aadir las lneas de diseo, los detalles y los colores en tres dimensiones (3D). Algunos Sistemas "CAD" permiten aplanar esta imagen tridimensional para adaptarla a una horma y realizar seguidamente los trabajos propios de Ingeniera de Patrones.

Anlisis cinemtico

Muchos sistemas CAD poseen facilidades para establecer el movimiento de los componentes; los ms simples dan animacin a las partes como pistones, puertas, manivelas, etc., asegurando que en sus movimientos stos no impacten con otras partes de la estructura.

Sistemas de Informacin sobre imgenes (PIS)

Un sistema de este tipo es una forma especial de sistema de informacin que permite la manipulacin, almacenamiento, recuperacin y anlisis de datos de imgenes. Hasta hace poco estos sistemas eran designados para aplicaciones especficas, pero los recientes avances en tcnicas de datos, computacin grfica y estructuras de datos de imgenes han conducido al desarrollo de sistemas de caractersticas ms generales.

Las bases de datos de imgenes (PIS) son una coleccin de datos de imgenes codificadas en distintas formas. Hay sistemas, como el PDBS (Sistemas de bases de datos de imgenes), que proporcionan una coleccin de datos de imgenes fcilmente accesibles por un gran nmero de usuarios. En definitiva, los PDBS son el corazn o el almacn de los PIS. Hasta hace poco, la atencin principal en la investigacin sobre PDBS (Picture Data Base System) estaba dirigida al manejo de informacin no alfanumrica, lo que requiere gran cantidad de memoria aun con imgenes de mediana complejidad. La lista de nuevas aplicaciones dentro del proceso digital de imgenes ha crecido al concluir CAD interactivo, procesamiento de datos geogrficos, censores remotos para estudiar los recursos de la tierra, procesamiento de datos relativos a economa agrcola, aplicaciones a la cartografa y a la realizacin de mapas.

TOMANDO EN CUENTA LAS SEPARATAS PROPORCIONADAS SOBRE EL TEMA: CAD-CAM-CIM, SE PIDE RESPONDER LAS SIGUIENTES PREGUNTAS:

1.-Definir el significado de las siguientes siglas:

CAD (Computer-aideddesign)

Diseo asistido por computadora, es el uso de programas de computadora para crear representaciones grficas de objetos fsicos ya sea en segunda o tercera dimensin, facilitando la edicin y modificacin de este y su representacin en planos.El software CAD puede ser especializado para usos y aplicaciones especficas. CAD es ampliamente utilizado para la animacin computacional y efectos especiales en pelculas, publicidad y productos de diferentes industrias, donde el software realiza clculos para determinar una forma y tamao ptimo para una variedad de productos y aplicaciones de diseo industrial.

CAM (Computer-aidedmanufacturing)

Fabricacin asistida por computadora, se define como el uso de programas computarizados utilizados para automatizar y monitorear las mquinas herramientas que se van a utilizar durante el proceso de fabricacin de un objeto que puede haber sido diseado mediante un programa CAD anteriormente.

CAE (Computer-aidedengineering)

Ingeniera asistida por computadora, se define como el uso de programas para realizar el anlisis de ingeniera de un elemento creado, por ejemplo con la ayuda de estos programas pueden realizarse los anlisis de fuerzas que actan en un cuerpo y las repercusiones que traen.

FEA (FiniteElementAnalysis)

Anlisis de elementos finitos, consiste en el anlisis computarizado de elementos que pueden ser creados por el mismo software o puede ser creados con un programa CAD, en este sistema se aplica el mtodo de los elementos finitos para realizar el anlisis de un elemento, dividindolo en una gran cantidad de elementos para observar el comportamiento de cada seccin al aplicarse una fuerza, restriccin, etc.

CIM (CommonInformationModel)Manufactura integrada por computador, propone utilizar el poder de anlisis, clculo y procesamiento de las computadoras al servicio de la produccin de bienes de mercado cubriendo varios aspectos de la industria, que van desde el diseo, la ingeniera, la manufactura hasta la logstica, el almacenamiento y la distribucin de los productos.

CNC (ComputerizedNumerical Control)

Control numrico computarizado, se define como la automatizacin de las mquinas herramientas, con la ayuda de una computadora para poder monitorear e intervenir durante el proceso de mecanizado.

2.-Indicar los softwares utilizados para la aplicacin del CAD:

AUTOCAD

Software en programas de diseo, dibujo, modelado, dibujo arquitectnico e ingeniera en 2D y 3D

Solid Works

El programa permite modelar piezas y conjuntos y extraer de ellos tantoplanos tcnicoscomo otro tipo de informacin necesaria para la produccin

Autodesk Inventor

Ofrece un conjunto de herramientas profesionales para diseo mecnico, documentacin y simulacin de productos en 3D

3.-Indicar los softwares utilizados para la aplicacin del CAM:

BOBCAD-CAM MILL Proes un software completo de diseo y manufactura por computadora para ser utilizado en maquinas fresadoras, tornos, y electro erosionado.

BobcadCamLathe es un programa completo de diseo 3D y manufactura paratornos CNCque se agrega a BobCad, forma parte de la familia BobCad CAM,con capacidades de interactuar con superficies y slidos,con todo el control de fabricacin por torneado usando maquinado dinamico, ciclos, desbastes, acabados ,control de stock, libreras de herramientas, rutinas, postproceso. Tambin deteccin de colisiones y programacin asociativa respecto a elsolid.Lathe puede leer formatos de otras fuentes atraves de DXF, IGS, DWG y SLDPRT. Contiene una serie de ayudas y wizards para facilitarte su uso en programacin de maquinado de piezas cilndricas.

CAMWorks es unprograma de computiopara manufactura, quedisea rutas de maquinadoparatornos y fresadoras de 2.5 a 5 ejes,usa modelos slidos CAD creados enSolidWorksySolidEdge. El manejo de CAMWorks essencillo y contiene operaciones de maquinado asociativo y parametricos, permitela programacin CNC visual a travs de la visualizacin 3D.

DFM es un acrnimo de DesignforManufacturing o Diseo para Manufactura. DFMPro es un software basado en conocimiento que te ayuda en anticiparte durante la fase diseo a resolver probables problemas y situaciones de manufactura, lo que permite tener mejor funcionalidad, calidad y desempeo del producto. DFMProesta integrado aCreo Elementsa travs del programa partneradvantage de PTC y aSolidWorkscomo solutionspartner

ESPRIT es un programa para manufactura por control numrico CAM muy competitivo, que permite controlar un gran nmero de centros de maquinado de 2 a 5 ejes en fresado , torneado, electroerosiny corte con hilo, ademas operaciones en maquinas multitareas y de alta velocidad.

4.-Explicar el uso del CIM (Manufactura integrada por computadora)

El CIM se utiliza para automatizar el proceso de manufactura, incluye todas las actividades que se realizan para la fabricacin de un producto, desde la percepcin de la necesidad, la concepcin, el diseo y su desarrollo, pasando por su produccin, marketing y soporte del producto en uso. Adems est ligado a la automatizacin que es la utilizacin de tcnicas y equipos para gobernar un proceso industrial en forma ptima y de manera automtica.

5.-Dar ejemplos prcticos de uso del sistema CAD-CAM

El CAD-CAM es especialmente til para el trazado de recorridos, los aviones y las plataformas de perforacin petroleras tienen muchos kilmetros de tuberas, y calcular y trazar su recorrido ptimo con estos sistemas ha facilitado el proceso. En la industria dental, mediante esta tecnologa digital se est en condiciones de disear y fabricar rehabilitaciones odontolgicas extremadamente precisas y de la ms alta calidad. Estas caractersticas permiten recudir enormemente el margen de error humano para conseguir porcentajes de xito todava ms altos en los tratamientos que requieren piezas artificiales. La aplicacin CAD/CAM relacionado con la arquitectura y la ingeniera civil se basa en el modelad, el diseo el clculo de las estructuras, as como, la planificacin de procesos.

6.-Dar ejemplos prcticos de uso del sistema CIM

Comparar la matriz de un objeto con la de otra de igual o similares condiciones, con la finalidad de evitar que piezas en mal estado formen parte del producto final El anlisis de una pieza con estos programas , para saber cules sern las condiciones de mecanizado y los procesos que se debern seguir El ensamblaje de un conjunto de piezas para obtener el producto final

CERRADURA CORTACSPED

TALADRO BOMBN

TORNO VALVULA DE BOLA

CONCLUSIN

Finalmente podemos decir que los sistemas CAD/CAM Y CAE son tecnologas fundamentales debido a la mejora de la calidad. Los productos salen de su proceso de fabricacin casi perfectos, la tecnologa CAD/CAM/CAE disminuye al mnimo los posibles errores de fabricacin. Disminucin de costes, tiempos de diseo y produccin, el producto final, no es necesario modificar una vez diseado con las potentes herramientas CAD/ CAE.

BIBLIOGRAFIA

::"Principles of CAD/CAM/CAE" Kunwoo Lee Ed. Addison-Wesley, 1999

::"CAD/CAM Teory and Practice" Ibrahim Zeid Ed. MacGraw-Hill Inc., 1991

::"CAD/CAM: Computer-Aided Design and Manufacturing" M.P. Groover and E.W. Zimmers Jr. Ed. Prentice Hall International Inc., 1984