El sistema CAD

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Para fines de ingeniería, el modelo geométrico se almacena en el sistema CAD como un modelo sólido 3-D, proporcionando así una representación más precisa del objeto. Esto es útil para calcular las propiedades de masa, en el ensamblaje para realizar la verificación de interferencia entre los componentes de acoplamiento, y en otros cálculos de ingeniería. Finalmente, otras dos características en los modelos de sistemas CAD son el color y la animación. Algunos sistemas CAD tienen capacidad de color además de blanco y negro.

Análisis de ingeniería. Después de que se ha desarrollado una alternativa de diseño particular, a menudo se debe realizar alguna forma de análisis de ingeniería como parte del proceso de diseño.

La disponibilidad de software para el análisis de ingeniería en un sistema CAD aumenta en gran medida la capacidad y disposición del diseñador, para realizar un análisis más exhaustivo de un diseño propuesto. El término ingeniería asistida por computadora (CAE) a menudo se usa para análisis de ingeniería realizados por computadora. Los ejemplos de software de análisis de ingeniería de uso común de sistemas CAD incluyen:

• Análisis de propiedades de masa, que implica el cálculo de tales características de un objeto sólido como su volumen, área de superficie, peso y centro de gravedad.
• Análisis de elementos finitos. Software para análisis de elementos finitos (FEA), también conocido como modelado de elementos finitos (FEM), está disponible para su uso en sistemas CAD para ayudar en el estrés, la transferencia de calor, el flujo de fluidos y otros cálculos de ingeniería.
• Análisis cinemático y dinámico. El análisis cinemático implica el estudio de la operación de enlaces mecánicos para analizar sus movimientos. Un típico análisis cinemático consiste en especificar el movimiento.
• Simulación de eventos discretos. Este tipo de simulación se utiliza para modelar sistemas operativos complejos, como una celda de fabricación o un sistema de manejo de materiales, ya que los eventos ocurren en momentos discretos en el tiempo y afectan el estado y el rendimiento del sistema.
• Rutinas de acotación automáticas que determinan medidas precisas de distancia entre superficies en el modelo geométrico identificado por el usuario.
• Comprobación de errores. Este término se refiere a 10 algoritmos de CAD que se utilizan para revisar la precisión y consistencia de las dimensiones y tolerancias y para evaluar si se ha seguido el formato de documentación de diseño adecuado.
• Animación de soluciones de simulación de eventos discretos. La simulación de eventos discretos se describió anteriormente en el contexto del análisis de ingeniería.

El procedimiento tradicional para diseñar un nuevo producto incluye la fabricación de un prototipo antes de la aprobación y la liberación del producto para la producción. El prototipo sirve como la "prueba de ácido" del diseño, permitiendo que el diseñador y otros lo vean.

Se han desarrollado varios enfoques nuevos que se basan en el usc del modelo geométrico del producto que reside en el archivo de datos CAD. Mencionamos dos de estos enfoques aquí:

• El prototipado rápido. Es un término general aplicado a una familia de tecnologías de fabricación que permite fabricar prototipos de ingeniería de piezas sólidas en un tiempo mínimo. La característica común de los procesos de prototipado rápido es que fabrican la pieza directamente a partir del modelo geométrico CAD. Los procesos de prototipado rápido luego fabrican el objeto comenzando en la base y construyendo cada capa en la parte superior de la capa anterior para aproximar la forma sólida. La fidelidad de la aproximación depende del grosor de cada capa. A medida que el espesor de la capa disminuye, aumenta la precisión.
• Prototipos virtuales. Basado en tecnología de realidad virtual, implica el uso del CAD modelo geométrico para construir una maqueta digital del producto, permitiendo que el diseñador y otros obtengan la sensación del producto físico real sin construir realmente el prototipo físico. La creación de prototipos virtuales se ha utilizado en la industria del automóvil para evaluar nuevos diseños de estilo de automóvil. El observador del prototipo virtual puede evaluar la apariencia del nuevo diseño aunque no se muestre ningún modelo físico.

24.2 HARDWARE DEL SISTEMA CAD

El hardware para un sistema CAD típico consta de los siguientes componentes: (1) una o más estaciones de trabajo de diseño, (2) computadora digital, (3) trazadores, impresoras y otros dispositivos de salida, y (4) dispositivos de almacenamiento.

Las estaciones de trabajo de diseño. La estación de trabajo es la interfaz entre la computadora y el usuario en el sistema CAD. Sus funciones son las siguientes: (1) comunicarse con el CPu. (2) genera continuamente una imagen gráfica. (3) proporcionar descripciones digitales de la imagen, (4) traducir los comandos del usuario en funciones operativas, y (5) facilitar la interacción entre el usuario y el sistema.

Los dispositivos de entrada del usuario permiten que el operador se comunique con el sistema. Para operar el sistema CAD, el usuario debe ser capaz de lograr lo siguiente: (1) ingresar datos alfanuméricos, (2) ingresar comentarios al sistema (0 realizar varias operaciones gráficas, y (3) controlar la posición del cursor en la pantalla Para ingresar datos alfanuméricos, se proporciona un teclado alfanumérico.

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Computadora digital. Las aplicaciones de CAD requieren una computadora digital con una unidad de procesamiento central (CPU) de alta velocidad, un coprocesador matemático para realizar operaciones de cálculo intensivo y una gran memoria interna. Los sistemas comerciales actuales tienen procesadores de 32 bits, que permiten la ejecución de alta velocidad de gráficos CAD y aplicaciones de análisis de ingeniería.

Una estación de trabajo de ingeniería es un sistema informático autónomo dedicado a un usuario y capaz de ejecutar software de gráficos y otros programas que requieren una potencia de cálculo de alta velocidad.

Un sistema CAD basado en PC es una PC con una CPU de alto rendimiento y una pantalla de visualización de gráficos de media a alta resolución. La computadora está equipada con una gran memoria de acceso aleatorio (RAM), un coprocesador matemático y un disco duro de gran capacidad para el almacenamiento de los paquetes de software de grandes aplicaciones utilizados para CAD. Los sistemas CAD basados en PC se pueden conectar en red a 10 dispositivos de salida de archivos compartidos, y para otros fines.

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25.4 PLANIFICACIÓN DE FABRICACIÓN AVANZADA

La planificación avanzada de fabricación enfatiza la planificación para el futuro. Es una actividad de nivel corporativo que se distingue de la planificación de procesos porque se trata de productos que se contemplan en los planes a largo plazo de la compañía (futuro de 2 a 10 años), en lugar de los productos que actualmente se diseñan y lanzan. La planificación de fabricación avanzada implica trabajar con las ventas, marketing e ingeniería de diseño para pronosticar los nuevos productos que se introducirán y determinar qué recursos de producción se necesitarán para fabricar esos futuros productos.

Las actividades en planificación de fabricación avanzada incluyen: (1) evaluación de nueva tecnología, (2) gestión de proyectos de inversión, (3) planificación de instalaciones, y (4) investigación de fabricación.

Nueva evaluación de tecnología.

Ciertamente, una de las razones por las cuales una empresa puede considerar nuevas tecnologías es porque las líneas de productos futuras requieren métodos de procesamiento que la compañía no utiliza actualmente. Para presentar los nuevos productos la empresa debe implementar nuevas tecnologías de procesamiento o adquirir los componentes creados por las nuevas tecnologías por parte de los proveedores.

Hay una: otras razones por las cuales una empresa puede necesitar introducir nuevas tecnologías: (1) mejora de la calidad. (2) mejora de la productividad, (3) reducción de costos, (4) reducción del tiempo de entrega, y (5) modernización y reemplazo de instalaciones gastadas con equipo nuevo.

Los programas de análisis de ingeniería se escribieron para realizar cálculos de elementos finitos para problemas complejos de transferencia de calor y estrés. El uso de CAD tuvo el efecto de aumentar la productividad del diseño, mejorar la calidad del diseño, mejorar las comunicaciones y crear una base de datos para la fabricación.

Gestión de proyectos de inversión. Las inversiones en nuevas tecnologías o nuevos equipos generalmente se hacen un proyecto a la vez. La duración de cada proyecto puede ser de varios meses a varios años.

Para cada proyecto, la siguiente secuencia de pasos generalmente debe realizarse: (1) Se prepara la propuesta para justificar la inversión. (2) Se otorgan aprobaciones de gestión para la inversión. (3) Se solicitan cotizaciones de proveedores. (4) El pedido se realiza al proveedor ganador. (5) Se monitorea el progreso del proveedor en la construcción del equipo. (6) Se ordena cualquier asistencia especial y suministros. (7) El equipo es instalado y depurado. (8) Entrenamiento de operadores. (9) La responsabilidad del funcionamiento del equipo se transfiere al departamento de operaciones.

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