El diseño asistido por ordenador y la fabricación asistida por ordenador (CAD/CAM) es una disciplina de ingeniería de sistemas completa y técnicamente compleja que incorpora diversos campos como la informática y la ingeniería, las matemáticas computacionales, el modelado geométrico, la visualización de gráficos por ordenador, las estructuras de datos y las bases de datos, la simulación, el control numérico, la robótica y las tecnologías de inteligencia artificial, así como conocimientos especializados relacionados con el diseño y la fabricación de productos.
Representa una nueva tecnología que permite a los diseñadores de productos y al personal de tecnología de procesos diseñar y fabricar productos con la ayuda de sistemas informáticos, siguiendo los procedimientos de diseño y fabricación del producto.
Es una combinación orgánica de técnicas tradicionales y tecnologías informáticas. En la actualidad, la tecnología CAD/CAM no sólo se utiliza ampliamente en los sectores aeroespacial, electrónico y de fabricación mecánica, sino que se está extendiendo gradualmente a ámbitos como la confección, la decoración, el mueble y el calzado.
En cuanto al proceso de fabricación de productos, suele implicar el dibujo o el modelado en 3D y el diseño del proceso antes de comenzar con el mecanizado. Por tanto, el CAD/CAM puede subdividirse en CAD/CAPP/CAM, donde la planificación de procesos asistida por ordenador (CAPP) sirve de puente entre el CAD y el CAM.
El diseño asistido por ordenador se refiere a un sistema compuesto por humanos y ordenadores en el que los ingenieros utilizan los ordenadores como herramientas auxiliares para llevar a cabo la ideación y validación del diseño del producto, el diseño general del producto, el diseño técnico y el diseño de componentes.
Incluye el análisis y el cálculo de la resistencia, la rigidez, el calor, la electricidad y el magnetismo de los componentes, y la producción de información sobre la fabricación de componentes (planos de ingeniería o información de mecanizado por control numérico, etc.), así como la preparación de documentos técnicos e informes técnicos relacionados. El objetivo es mejorar la calidad del diseño de los productos, acortar los ciclos de desarrollo y reducir sus costes.
Las principales características de un sistema CAD son, entre otras, el diseño de bocetos, el diseño de componentes, el diseño de ensamblajes, el diseño de superficies complejas, el dibujo de ingeniería, el análisis de ingeniería, el realismo y el renderizado, y las interfaces de intercambio de datos.
La planificación de procesos asistida por ordenador es un sistema compuesto por personas y ordenadores en el que, a partir de la información facilitada en la fase de diseño del producto, se determinan interactiva o automáticamente los métodos de mecanizado y el flujo de procesos.
Dentro de un entorno integrado CAD/CAM, los diseñadores de procesos pueden normalmente controlar el proceso de mecanizado de componentes y simular las condiciones de mecanizado basándose en la información proporcionada por el proceso CAD y las capacidades del sistema CAM, generando así información para controlar el proceso de mecanizado de componentes.
Las funciones básicas de CAPP incluyen principalmente el diseño de piezas en bruto, la selección de métodos de mecanizado, el trazado del proceso, el diseño de operaciones y pasos, y el diseño de herramientas y útiles.
En la industria de fabricación mecánica, la fabricación asistida por ordenador se refiere al uso de ordenadores para completar automáticamente los procesos de fabricación de productos discretos, incluido el mecanizado, el montaje, la inspección y el embalaje mediante diversas máquinas herramienta y equipos de control numérico. La fabricación asistida por ordenador puede tener una definición amplia o restringida.
En términos generales, el CAM hace referencia al uso de ordenadores para ayudar en actividades que van desde la preparación de la producción hasta la fabricación del producto, incluido el diseño de procesos, el diseño de dispositivos, la programación automática CNC, la planificación de trabajos de producción, el control de la producción y el control de calidad. En sentido estricto, CAM suele referirse a la programación CNC, que incluye la planificación de trayectorias de herramientas, la generación de archivos de ubicación de fresas, la simulación de trayectorias de herramientas y la generación de códigos CNC.
La arquitectura de los sistemas CAD/CAM puede dividirse en tres capas: la capa base, la capa de soporte y la capa de aplicación. La capa de base está formada por ordenadores, dispositivos periféricos y software de sistema, que incluye diversos programas de apoyo, herramientas para el desarrollo y mantenimiento del sistema.
La capa de soporte incluye software de soporte CAD/CAM, gestión de datos de productos, visualización de gráficos, etc. Con el uso generalizado de internet/intranets, el diseño y la fabricación colaborativos distribuidos en el entorno CAD/CAM se están convirtiendo en una parte importante de la capa de soporte. La capa de aplicación se compone de varios sistemas de aplicación CAD/CAM desarrollados en función de las diferentes necesidades del campo de aplicación.
El diseño de productos, como actividad creativa, ha evolucionado hasta convertirse en una tecnología integral con el desarrollo de las ciencias naturales, las ciencias técnicas, las ciencias medioambientales y las humanidades.
El concepto de CIMS ha surgido al introducir perspectivas de sistemas e información en la fabricación. Con más de 40 años de desarrollo de la tecnología CAD/CAM, sus tecnologías individuales (como CAD, CAPP, CAM, PDM, ERP, etc.) han madurado y desempeñan papeles cada vez más importantes en sus respectivos campos.
Sin embargo, estos subsistemas independientes no pueden transmitir e intercambiar información automáticamente, lo que da lugar a un trabajo repetitivo entre subsistemas. Por ejemplo, es necesario establecer un modelo de características del producto en CAPP, y el modelo del producto debe restablecerse en el sistema CAM, mientras que el modelo CAD normal se utiliza principalmente para la generación de dibujos y la simulación del producto.
La integración suele referirse a la integración sin fisuras de sistemas y módulos al permitir la transmisión de información, la respuesta, el análisis y la retroalimentación basados en un modelo unificado de datos de producto y una base de datos de ingeniería.
Los sistemas de fabricación inteligentes integran la inteligencia artificial en todos los aspectos del proceso de fabricación, sustituyendo o ampliando las actividades que suelen realizar los expertos. En un sistema de fabricación inteligente, el sistema posee parte de la "inteligencia" de los expertos humanos.
Por ejemplo, el sistema puede supervisar automáticamente su estado operativo y ajustar sus parámetros para adaptarse al entorno externo, garantizando un rendimiento óptimo. La investigación y la aplicación de sistemas de fabricación inteligentes dependen en gran medida del desarrollo de la tecnología de inteligencia artificial.
La tecnología de redes incluye la implantación de hardware y software, diversos protocolos de comunicación y de automatización de la fabricación, interfaces de comunicación y estrategias de control del funcionamiento del sistema. Constituye la base de la automatización de diversos sistemas de fabricación.
En particular, desde la década de 1990, con el desarrollo de Internet/intranets, ha proporcionado una plataforma para la investigación y aplicación del diseño a distancia y en colaboración, y la tecnología CAD/CAM ha evolucionado hacia la creación de redes. La investigación actual en este campo se centra principalmente en los siguientes aspectos:
1) Establecimiento de plataformas de diseño colaborativo a distancia en entornos de internet/intranet.
2) Principios y tecnologías de aplicación del trabajo colaborativo paralelo (incluida la resolución colaborativa de problemas, los mecanismos de funcionamiento cooperativo y el control de gestión).
3) Cuestiones de modelado de productos en un entorno de trabajo colaborativo.
4) Gestión de recursos de fabricación empresarial basada en redes.
Utilizando la tecnología de realidad virtual, la tecnología multimedia y la tecnología de simulación por ordenador, se realiza la simulación geométrica, la simulación física, la simulación del proceso de fabricación y la simulación del proceso de trabajo en el diseño del producto y el proceso de fabricación.
Se utilizan diversos medios para almacenar, expresar y procesar información variada, integrando texto, voz, imágenes y animación para dar sensación de realidad e inmersión. Entre las aplicaciones típicas figuran la fabricación virtual y la realidad virtual. Se refleja específicamente en los siguientes aspectos:
1) Visualización dinámica digital y gráfica de los datos de los resultados de la computación científica.
2) Simulación geométrica y simulación del proceso de ensamblaje de productos y sus piezas.
3) Simulación física y mecánica del rendimiento del producto.
4) Simulación del proceso de trabajo del producto para dar sensación de inmersión y controlabilidad.
En resumen, el grado de automatización del proceso de fabricación es uno de los principales indicadores del avance de la tecnología de fabricación y constituye uno de los eslabones más activos de la moderna tecnología de fabricación del siglo XXI. El desarrollo de la automatización de la fabricación responderá a los rápidos cambios de los requisitos del mercado con sus características flexibles, integradas, ágiles, inteligentes y globales.
El desarrollo de la automatización de la fabricación en nuestro país se basa en las condiciones nacionales, con el objetivo de alcanzar el nivel avanzado mundial y mejorar la competitividad.
Adopta una tecnología de automatización moderada que combina humanos y máquinas, organiza equipos con altos grados de automatización (como máquinas herramienta CNC, robots industriales) y equipos con grados más bajos de automatización de forma eficaz, y realiza un sistema de automatización de la fabricación centrado en las personas y los ordenadores como herramientas importantes, que es flexible, inteligente, integrado, de respuesta rápida y rápida reconfiguración.
Está claro que la tecnología de automatización de la fabricación es un importante campo tecnológico que nuestro país debe desarrollar enérgicamente.
Como fundador de MachineMFG, he dedicado más de una década de mi carrera a la industria metalúrgica. Mi amplia experiencia me ha permitido convertirme en un experto en los campos de la fabricación de chapa metálica, mecanizado, ingeniería mecánica y máquinas herramienta para metales. Estoy constantemente pensando, leyendo y escribiendo sobre estos temas, esforzándome constantemente por mantenerme a la vanguardia de mi campo. Deje que mis conocimientos y experiencia sean un activo para su empresa.
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