Diseño Asistido Por Computadora

4.3. SISTEMAS CAD / CAM

Este capítulo trata sobre el diseño asistido por computador (CAD, Computer Aided

Design) y la manufactura asistida por computador (CAM, Computer Aided Manufacturing)

- sus conceptos, herramientas, aplicaciones y métodos de implementación y uso.

4.3.1. Conceptos

Cronológicamente, los sistemas CAD fueron los primeros en aparecer, luego

aparecieron los CAM y finalmente se llegó al concepto CIM; esto ocurrió así debido a que

cada nuevo sistema se basó en el anterior o al menos lo usó como base.

Muchos de los sistemas CAD / CAM en uso hoy en día están diseñados y pensados

para automatizar funciones manuales, independientemente de si la función particular que

cumplirán será análisis ingenieril, diseño conceptual, dibujo, documentación o la

programación de la maquinaria de manufactura e inspección.

La implementación de sistemas CAD / CAM es una decisión fundamental que

depende de cuánto de la tecnología se necesitará en una empresa / trabajo en particular. Si

el trabajo que se realizará es una sola pieza, que a largo plazo sufrirá solo pequeñas

modificaciones, se necesitará un CAD simple; en cambio, si se habla de productos con

múltiples piezas y con necesidad de intercambiabilidad, estamos hablando de un

computador sofisticado y un programa más complicado. Esto significa además que al

planificar una inversión en hardware y software debe planificarse fríamente, de tal manera

de conocer el ciclo de vida de los equipos y de los programas. Las empresas que

implementan este sistema no deben pensar que tendrán solo un costo inicial y después

andará todo sobre ruedas, pues en la práctica, el uso de estos sistemas implica costos y

necesidades constantes, fundamentalmente por los apresurados cambios tecnológicos que

se producen hoy en día.

Sin embargo, la diferencia de costo y potencia entre las plataformas

computacionales requeridas para un CAD y un CAD / CAM ya no son tan notorias. Esto se

debe a que los computadores personales ya son suficientes para manejar el software, y los

costos de éste o aquel son similares, así como el costo de su puesta en marcha (díganse

operadores, cursos, implementación, etc.). Lamentablemente, en caso de que el software no

sea muy compatible o esté pasado de moda, se pierde plata. Por esto la industria

computacional ha tendido a una mayor estandarización de sus productos, con el fin también

de disminuir costos, así como ha implementado el concepto de Upgrade, el cual permite

conseguir la última tecnología dando la antigua “en parte de pago”.

Las redes computacionales han contribuido enormemente con el desarrollo de los

sistemas CAD / CAM, teniendo la desventaja eso sí de que se pierde un poco la privacidad

de la información, ya sea porque el sistema de red es muy complejo o porque hay un mayor

4 - 29 número de usuarios con acceso directo a él. Se han desarrollado numerosos protocolos con

el fin de salvaguardar las comunicaciones entre computadores, algunos de ello son:

ETHERNET, TCP / IP, MAP / TOP, ASCII, FTP, NFS, y mucho otros.

En los periféricos del computador mismo han existido grandes avances también, que

han permitido mejorar ostensiblemente la calidad de las imágenes. Es así como hoy existen

monitores de 4000 por 4000 pixeles y millones de colores. También en el área de los

scanners, plotters e impresoras se ha logrado gran éxito, existiendo digitalizadores de

imágenes en tres dimensiones, impresoras a color y otros.

El término plataforma de software se aplica en este caso a la arquitectura de

software básica, incluyendo base de datos, metodología, capacidades gráficas y

herramientas geométricas. En base a esta definición, existen tres clasificaciones básicas de

plataformas CAD / CAM: 2D, 2-½D y 3D. Dentro de estas clasificaciones existe una serie

de herramientas para generar y usar variadas librerías de símbolos y partes, así como para

agregar distintos niveles de inteligencia. Rodeando estas clasificaciones hay herramientas

adicionales para personalizar, acceso, entrada / salida y periféricos. Tras estas

clasificaciones hay distintas definiciones de geometría usada para curvas, superficies y

sólidos. Es la combinación agregada de todas estas herramientas la que de vida al concepto

de plataforma.

4.3.2. Herramientas

La modelación básica, la modelación del ensamblado, el cuidar los detalles, el

dibujo y la documentación son las herramientas que componen la plataforma de software en

el ambiente CAD / CAM.

En el mundo del CAD / CAM, el primer foco está apuntado a la geometría. Es, al

mismo tiempo, la herramienta con la que el sistema se construye y la primera constante en

cualquiera de sus aplicaciones. Muchos sistemas CAD / CAM disponibles están confinados

a la creación de diseños y dibujos a través de los gráficos de un computador. Otros proveen

un más comprensivo juego de herramientas y geometría, tal y como lo permite la tecnología

actual.

Los métodos básicos de modelación usados por estos sistemas son los que definen

su precio, capacidad y productividad para el usuario. Por ejemplo, Los sistemas de dibujo

de dos dimensiones requieren algoritmos matemáticos más simples, y producen archivos

menores. Los de dos y media dimensiones necesitan procesadores más poderosos, pero

proveen información de profundidad, muestran imágenes tridimensionales y generan vistas

que aumentan la productividad. En ambos sistemas, sin embargo, los métodos generalmente

replican los método manuales de diseño. Los sistemas de dibujo de tres dimensiones

proveen la más alta productividad, calidad y ganancias en diseño, pero requieren

computadores y memorias considerablemente más grandes. Si los productos son solo

dibujos, un sistema de dos dimensiones bastará. Por otro lado, un sistema de dos

dimensiones tendrá muy pocas posibilidades de expandirse a un sistema mayor.

4 - 30 • Dos dimensiones (2D): Con pocas excepciones, la mayor parte de los sistemas CAD /

CAM comenzaron implementando herramientas geométricas de dos dimensiones. Hoy

en día se siguen usando, a pesar de no dar la mejor productividad, ni siquiera en dibujos

de solo dos dimensiones. Un buen sistema de dos dimensiones debe poder dibujar a

través de proyecciones, aceptar los formatos internacionales de dibujo, tener alta

velocidad, tener librerías, aceptar los formatos internacionales de medidas, tener un buen

set de estilos y portes de letras y ser escalable. El sistema puede basarse en vectores o en

puntos en el espacio, siendo el primero el más indicado, pues debería ser capaz de

detallar despieces de modelos tridimensionales y tener una posibilidad para ampliarse a

un sistema 3D.

• Dos y media dimensiones (2-½D): Uno se podría preguntar: ¿Qué es media dimensión?

En los sistemas CAD / CAM eso implica que el sistema maneja los datos de profundidad

del modelo y ofrece normalmente la posibilidad de mostrar la apariencia tridimensional

de él, usando técnicas bidimensionales con representaciones ortográficas. Muchas veces,

Los sistemas 2-½D están equipados para diseño y manufactura de productos simples o

planchas, y son muy utilizados por compañías cuyos productos consisten más de partes

compradas que de partes manufacturadas, en las cuales interfaces, interacciones e

interferencias entre partes están dadas más que por calcular. Sin embargo los sistemas 2-

½D proveen limitadas mejoras en calidad y productividad por un costo ínfimamente

superior a los sistemas 2D.

• Tres dimensiones (3D): La modelación en tres dimensiones es la puerta de entrada a un

ambiente CAD / CAM completo. A pesar de que los sistemas 3D no son necesariamente

ocupados para todos los ambientes de diseño, ingeniería y manufactura, muchos de los

sistemas tridimensionales de CAD / CAM pueden replicar las funciones de sistemas 2D

y 2-½D si así se requiere. Los sistemas 3D pueden separarse en tres clases:

- Wireframe (malla): En el sistema wireframe, el modelo 3D es creado y guardado solo

como una representación geométrica de aristas y puntos dentro del modelo. Los modelos

3D wireframe son transparentes en la realidad y por esta razón requieren un usuario de

experiencia y gran conocimiento del modelo antes de entender claramente la

representación. Una ventaja de los sistemas 3D es la generación automática de vistas y

dibujos de una parte de los modelos. Esto ayuda en calidad, productividad, preparación y

manufactura del producto. Sin embargo, el sistema wireframe requiere de un gran

esfuerzo para desplegar imágenes limpias del modelo 3D completo.

- Superficies: La adición de información de las superficies al modelo 3D resulta en

imágenes gráficas mejoradas cuando se traspasa a aplicaciones manufactureras como

CNC. La modelación de superficie permite grados variables de precisión en el modelo

CAD / CAM desde

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