INTRODUCCIÓN

APLICACIONES DE LOS SISTEMAS CAD/CAM

EN LA MANUFACTURA MODERNA

Dado el alto nivel de competitividad en el mercado nacional e internacional, las compañías necesitan abatir sus tiempos de diseño.

Se dan a conocer sus componentes y lo que implica su implementación en el medio industrial bajo la óptica de las medianas y pequeñas empresas.

La aplicación de los sistemas computacionales para el diseño y la manufactura han tenido un amplio desarrollo y se han extendido a diversos sectores productivos. Conoceremos sus componentes y lo que implica su implementación en el medio industrial bajo la óptica de las medianas y pequeñas empresas de manufactura con altos niveles de calidad.

Una herramienta poderosa para todo tipo de industria es el uso de la tecnología computacional en las labores de dibujo y diseño. Se analizan sus beneficios desde la perspectiva de la mediana y la pequeña empresa que requieren adoptar nuevas tecnologías, con la necesidad de ser competitivas a nivel mundial, lo cual se ha denominado manufactura de clase mundial, y en especial, presentar las aplicaciones de CAD/CAM en aquellos sectores tanto en el Metalmecánico, como en los otros sectores manufactureros.

Otro aspecto a considerar en un mercado tan competido, abierto y de múltiples opciones, es el soporte tecnológico posventa del cual dispone el proveedor. La venta comercial puede dar falsas expectativas con respecto al alcance del producto. El servicio ofrecido y en el programa de entrenamiento como también la adecuación a sus productos y la maquinaria de la cual dispone.

COMPUTER INTEGRATED MANUFACTURING (CIM)

La manufactura integrada por computador es el lado de ésta que reconoce que los diferentes pasos en el desarrollo de productos manufacturados están interrelacionados y pueden ser ajustados de manera más eficiente y efectiva con el uso de computadores.

A pesar de que CIM implica integrar todos los pasos de un proceso de manufactura, en la práctica muchas compañías han logrado grandes beneficios al implementar sistemas CIM parciales, es decir, en solo algunas áreas de la empresa. De hecho, se cree que aún no existe ninguna empresa que haya logrado una integración total del sistema. Sin embargo, se sabe con certeza que ése es el próximo paso a seguir.

ASPECTOS DE MANUFACTURA

Y PRODUCCIÓN

CIM incluye todas las actividades desde la percepción de la necesidad de un producto; la concepción, el diseño y el desarrollo del producto; también la producción, marketing y soporte del producto en uso. Toda acción envuelta en estas actividades usa datos, ya sean textuales, gráficos o numéricos. El computador, hoy en día la herramienta más importante en la manipulación de datos, ofrece la real posibilidad de integrar las ahora fragmentadas operaciones de manufactura en un sistema operativo único. Este acercamiento es lo que se denomina manufactura integrada por computador.

En el sistema CIM existen cinco dimensiones fundamentales:

• Administración general del negocio

• Definición del producto y del proceso

• Planificación y control del proceso

• Automatización de la fábrica

• Administración de las fuentes de información

Cada una de estas cinco dimensiones es un compuesto de otros procesos más específicos de manufactura, los cuales han demostrado una afinidad entre ellos. La primera dimensión rodea a las otras cuatro, y la quinta es el corazón del proceso. Respecto de esta última, existen dos aspectos: el intangible, el cual es la información misma, y el tangible, el cual incluye los computadores, dispositivos de comunicación, etc.

La implementación de este sistema por parte de algunas empresas busca, por una lado, aumentar la productividad y, por otro, mejorar la calidad de los productos. Un reciente estudio aporta información sobre los beneficios que ha traído el CIM a empresas que lo han implementado. En la siguiente tabla se presentan algunos de los resultados:

Beneficios de la implementación de un sistema CIM

Reducción en costos de diseño	15 - 30 %
Reducción en tiempo perdido	30 - 60 %
Incremento de la calidad del producto	2 - 5 veces el nivel anterior
Incremento en el aprovechamiento de los ingenieros respecto de la extensión y profundidad de sus análisis	3 - 35 veces
Incremento de la productividad de las operaciones de producción	40 - 70 %
Incremento de la productividad de las máquinas	2 - 3 veces
Reducción de trabajo en el proceso	30 - 60 %
Reducción de los costos de personal	5 - 20 %

DISEÑO DEL PRODUCTO

El diseño del producto puede realizarse en el computador con diversos sistemas, como son el CAD, el CAE y el CAPP.

El CAD (Computer Aided Design), o diseño asistido por computador, permite al diseñador crear imágenes de partes, circuitos integrados, ensamblajes y modelos de prácticamente todo lo que se le ocurra en una estación gráfica conectada a un computador Estas imágenes se transforman en la base de un nuevo diseño, o en la modificación de uno previamente existente. A éstas se le asignan propiedades geométricas, cinéticas, del material entre otras, mejorando así el diseño sobre papel. Se logra así una mayor velocidad en el diseño, al existir la posibilidad de corregir, encargándose el computador de recalcular el dibujo. Existen sistemas CAD especiales para aplicaciones mecánicas, electrónicas y de arquitectura, los cuales permiten una mejor interrelación con sus respectivos sistemas CAE.

El CAE (Computer Aided Engineering), o ingeniería asistida por computador, es la tecnología que analiza un diseño y simula su operación para determinar su apego a las condiciones de diseño y sus capacidades. Hoy en día, CAE es casi dos tecnologías separadas: una es la aplicada a la mecánica y otra a la electrónica. Ambas realizan extensos análisis respecto de las leyes físicas, así como de los estándares de la industria. El CAE mecánico, en particular, incluye un análisis por elementos finitos (FEA, finite element analysis) para evaluar las características estructurales de una parte y programas avanzados de cinemática para estudiar los complejos movimientos de algunos mecanismos. El CAE electrónico, asimismo, permite verificar los diseños antes de fabricarlos, simular su uso y otros análisis técnicos para evitar perder tiempo y dinero.

El CAPP (Computer Aided Process Planning), o planificación de procesos asistida por computador, es un sistema experto que captura las capacidades de un ambiente manufacturero específico y principios manufactureros ingenieriles, con el fin de crear un plan para la manufactura física de un pieza previamente diseñada. Este plan especifica la maquinaria que se ocupará en la producción de la pieza, la secuencia de operaciones a realizar, las herramientas, velocidades de corte y avances, y cualquier otro dato necesario para llevar la pieza del diseño al producto terminado. Para usar el CAPP más efectivamente en un entorno CIM, el diseño debería provenir electrónicamente de un ambiente CAD. Debido a que el CAPP determina cómo una pieza va a ser hecha, aporta en gran medida a la optimización del proceso y a la disminución de los costos, si tiene oportunidad de manejar los procesos de más de un diseño. El CAPP tiene dos tipos básicos: el variante y el generativo. El variante es el más comúnmente usado y desarrolla un plan modificando un plan previamente existente, eligiendo éste usando criterios de tecnología de grupos y de clasificación. El generativo incorpora el concepto de inteligencia artificial, usando sus conocimientos sobre las capacidades de la planta. Basado en la descripción de la pieza (geometría y material) y sus especificaciones, el computador elige el método óptimo para producir la pieza y genera automáticamente el plan.

MANUFACTURA FÍSICA

La manufactura física de un producto envuelve un número de tecnologías interrelacionadas. Luego de haber usado el CAD y el CAE para crear y analizar el diseño y usando el CAPP para organizar el plan y controlar los pasos individuales de manufactura, el conglomerado manufacturero debe ahora controlar el procesamiento de los materiales que serán parte de un producto o una pieza.

El proceso productivo es complejo. Los materiales, las herramientas y componentes deben ser llevados a lugares específicos en determinados períodos de tiempo, operaciones que deben ser supervisadas y controladas. Progresos y errores en la línea de producción deben ser reportados, por lo menos, a la administración de manufactura automáticamente.

Difiriendo de la etapa de diseño, la manufactura física está relacionada no solo con software, sino también con hardware; es por esto que el proceso se complica, especialmente si las máquinas no acompañan la modernidad del conjunto. Se han desarrollado nuevos tipos de máquinas, para así lograr mejores resultados.

La manufactura física puede ocupar tres tipos de subsistemas, los que se detallan a continuación:

• Maquinaria para manufactura: Incluye máquinas herramientas, sistemas flexibles de manufactura (FMS, flexible manufacturing systems), equipos de ensamblaje automático, líneas de transferencia y equipos de inspección. Los sistemas flexibles de manufactura son difíciles de diferenciar con los de celdas flexibles. En ambos existen pequeños grupos de máquinas herramientas unidas por equipamiento de manejo de materiales, todo controlado por computadores bajo el mando de un computador central, el cual puede procesar piezas en orden aleatorio. La implementación exitosa del concepto de celdas flexibles envuelve mejoras no solo al nivel de integrar físicamente el sistema, sino también al relacionar el flujo de información, lo cual le permite operar eficientemente el equipo que posee.

• Maquinaria auxiliar para manufactura: Es la maquinaria que mejora la eficiencia de las máquinas herramientas y equipo de ensamble coordinando los movimientos de materiales y la colocación y el desmonte de las piezas en las máquinas, de tal manera que el flujo productivo no se detenga. Entre estas máquinas se pueden destacar los sistemas de almacenamiento automático (AS / RS, automated storage / retrieval system), los cuales manejan cargadores para pallets o bins, conociendo la ubicación exacta de cada materia prima y llevándola al lugar donde es requerida, ayudando además en el manejo de inventario; los vehículos guiados automáticamente (AGV, automatic guided vehicles), los cuales son pequeños camiones sin conductor que operan bajo control computacional y se guían por cables en el piso o cintas reflectantes en las paredes, y permiten flexibilidad en sus recorridos, al tener contacto con las otras partes del sistema; y los robots, los cuales son una de las tecnologías más versátiles en la tecnología CIM, al funcionar como cualquiera de los anteriores, además de estar equipados con equipos que le permiten "ver" e incluso decidir.

• Controles para máquinas manufactureras: El control computacional permite a las máquinas manufactureras comunicarse y coordinar sus actividades con otros sistemas basados en computadores dentro del ambiente CIM. Existe una gran variedad de tipos de controles, todo depende de la capacidad del microprocesador. Los tres más conocidos son:

- CNC (Computer numerical control), o control numérico por computador, cuya función básica es controlar la operación de una máquina herramienta a través de una serie de instrucciones codificadas que representan el camino que llevará la herramienta, la profundidad de corte, cambio de herramientas, etc. asociados con la operación. El control computacional ha cambiado la tecnología de la manufactura más que ningún otro adelanto por sí solo, pues introdujo el concepto de automatización que hoy manda en la industria.

- DNC (Distributed numerical control), o control numérico directo, que es un concepto que abarca unir un computador a varias máquinas CNC para controlarlas y también recibir información de ellas, para así poder manejar de mejor manera la administración de la manufactura. Esta información puede ser conteo de piezas, tiempo de desuso de la máquina o información sobre el control de calidad.

- PLC (Programmable logic controllers), o controlador lógico programable, que son elementos de control bastante importantes en un ambiente de automatización. Los PLC son computadores específicamente diseñados para aguantar condiciones adversas de temperatura, suciedad y ruido eléctrico. Están preparados para ser programados como relais de escala lógica, de tal manera que hasta un electricista los pueda programar y mantener. La gran aceptación de estos controladores provocó mejoras en su diseño, agregándoseles varias funciones y subrutinas, haciéndolos cada vez más parecidos a los computadores.

PLANIFICACIÓN Y CONTROL DEL PROCESO DE MANUFACTURA

Sin importar cuán eficientes sean las operaciones de corte, ensamblaje y movimiento de materiales, mientras no exista una buena coordinación y planificación no existirá real eficiencia. La tecnología CIM que mejora la administración de la manufactura son los sistemas MRP II (manufacturing resource planning) o planeación de insumos de manufactura y, más recientemente, JIT (just in time) o justo a tiempo.

El MRP II ha sido llamado el sistema nervioso central de la empresa manufacturera. Contenidos en estos sistemas se encuentran los módulos de software que planean y organizan las operaciones de manufactura, permiten explorar mejores alternativas para la producción y los insumos, monitorean si las operaciones se ajustan al plan previo y permiten proyectar resultados -incluso financieros-. Se dice que ninguno de los sistemas actualmente instalados de CIM que tenga el MRP II lo usa a cabalidad, puesto que su capacidad de manejar información es demasiado elevada. La importancia de estos sistemas es obvia; a través de los datos ellos generan, recolectan y administran, estableciendo y manteniendo contactos con todas las locaciones y oficinas en la empresa.

La producción JIT, relacionada a la anterior, ha hecho que muchas compañías replanteen su estrategia de producción, debido a los grandes beneficios obtenidos tras su implementación. Una de las máximas del JIT es la de producir lo que y cuando se necesita, para eso reduce inventarios, particularmente inventarios de productos a medio terminar, y con ello costos de inventario. Partes compradas o materias primas son mandadas directamente a la línea de producción, varias veces al día si es necesario. Esta filosofía convierte el inventario en productos tan pronto como sea posible, y así echa por tierra la filosofía de mantener un buen inventario de partes de recambio "en caso de que se ocupen". Sin embargo, para que este sistema tenga éxito debe existir una estrecha relación con los proveedores, además éstos deben entregar un producto de calidad porque el JIT no permite perder tiempo en revisar las partes entrantes. Si los proveedores poseen una tecnología similar se evitan una serie de burocracias al hacer pedidos, pues las órdenes van de computador a computador. Si este sistema es bien aplicado, el JIT puede significar reducciones de hasta un 75% en el inventario y lograr así mejoras equivalentes en la calidad del producto.

TECNOLOGÍAS QUE PERMITEN UNIR LOS TRES NIVELES ANTERIORES

Anteriormente se ha tratado de describir el concepto CIM y como las tecnologías de sus componentes calzan en ese concepto. Ahora se discutirán los avances tecnológicos que están permitiendo que la integración sea realizada. Esta tecnología se centra en la computación y las telecomunicaciones, y busca la integración de todas las actividades del negocio.

La tecnología computacional es la tecnología que integra todas las otras tecnologías CIM. La tecnología computacional incluye todo el rango de hardware y de software ocupado en el ambiente CIM, incluyendo lo necesario para las telecomunicaciones. Existe una jerarquía de control en los ambientes manufactureros, en la cual hay 5 niveles principales que se detallan a continuación:

• Control de máquinas (PLCs)

• Control de celdas

• Computador de área

• Computador de planta

• Computador corporativo

El nivel más bajo (1) consiste en productos basados en microprocesadores que controlan directamente las máquinas. En el segundo nivel, varias máquinas trabajan en conjunto, y aunque cada una de ellas trabaja con su propio control, existe un computador central que las maneja. El tercer nivel monitorea operaciones de un área de la planta, por ejemplo, una línea de ensamblado o una línea de soldadura robotizada. El computador de planta sirve más para funciones administrativas, puesto que a pesar de que la planeación debe hacerse a distintos niveles, siempre existe alguien que los autoriza y divide las labores en la planta. Finalmente, y al tope de la jerarquía de control, encontramos el computador corporativo, dentro del cual reside la base de datos y los programas financieros y administrativos de la empresa. Una de las más importantes funciones de este computador es organizar la base de datos, de tal manera que ella pueda ser fácilmente manejada y guardada.

Las comunicaciones entre los sistemas es vital en un ambiente moderno de manufactura. Una jerarquía de computadores que se comunican entre ellos implica al menos una estandarización en los protocolos de comunicación. Es así como existen los protocolos MAP y TOP (Manufacturing Automation Protocol y Technical and Office Protocol), los cuales permiten fluidez en la integración de los departamentos. Los protocolos son reglas que gobiernan la interacción entre entidades comunicadas, y deben proveer una serie de servicios:

• Permitir la transmisión de datos entre programas o procesos en la red interna

• Tener mecanismos de control entre hardware y software

• Aislar a los programadores del resto, cuando éstos lo necesitan

• Ser modular, de tal manera que elegir entre protocolos alternativos tenga el mínimo impacto

• Permitir comunicación con otras redes

Al ser creado, el MAP especificó un protocolo funcional de red para la fábrica misma; en cambio, el TOP lo especificó para el procesamiento de información en ambientes técnicos y de negocios. Sin embargo, ambos protocolos cumplen funciones similares y están normalizados por la ISO en conformidad a la referencia de las "siete capas".
 
 

La implementación de un sistema CIM debe verse por el valor de ella como una herramienta estratégica y no como una mera inversión de capital. Para aquellas compañías que eligen CIM, los beneficios son reales, y pueden significar la diferencia entre el éxito y el fracaso.

Para las empresas que estén evaluando la implementación de CIM, existe una lista de opciones que deberían tener claras:

• Constatar la estrategia y los fines del negocio

• Comprometerse con la integración total, no solo buscar la excelencia en puntos aislados o convenientes

• Estudiar la compatibilidad entre los sistemas existentes

• Comprometerse a manejar toda la información de manera digital

• Estar de acuerdo con las normas y estándares existentes

• Tener aptitud para aprender del nuevo hardware y software

• Tener aptitud para aprender de la experiencia de otras compañías

• Conocer de las tecnologías JIT y de grupo

• Ajustar los departamentos y las funciones de cada uno para manejar una organización en red

• Usar fuentes externas (Universidades, asociaciones profesionales y consultores)

• Identificar potenciales beneficios

Para estudiar si se justifica o no instalar un sistema CIM, deben considerarse preguntas como: ¿Lo están instalando otras empresas del rubro?, ¿Podemos ser nosotros los líderes al incorporarlo?, ¿Vale la pena hacer esta inversión a corto/mediano/largo plazo?, entre otras.

En la práctica, el ambiente externo está cambiando constantemente, y muchos de los más importantes cambios son predecibles. Es por esto que un análisis de mediano plazo, díganse 10 años, puede incorporar estimaciones realistas como para analizar la factibilidad de la inversión.

A pesar de que los beneficios cualitativos del CIM no son cuantificados en las ecuaciones de factibilidad de inversión, se sabe positivamente que CIM aporta incuantificables beneficios. Entre los más importantes beneficios del CIM se encuentran las mejoras en la productividad, mayor rapidez en la introducción o modificación de productos, y una mejor intercambiabilidad de los trabajos específicos. Algunos de los más importantes beneficios estratégicos del CIM están presentados en la siguiente tabla:
 
 

Beneficios estratégicos del CIM

Beneficio	Descripción
Flexibilidad	Capacidad de responder más rápidamente a cambios en los requerimientos de volumen o composición
Calidad	Resultante de la inspección automática y mayor consistencia en la manufactura
Tiempo perdido	Reducciones importantes resultantes de la eficiencia en la integración de información
Inventarios	Reducción de inventario en proceso y de stock de piezas terminadas, debido a la reducción de pérdidas de tiempo y el acceso oportuno a información precisa
Control gerencial	Reducción de control como resultado de la accesibilidad a la información y la implementación de sistemas computacionales de decisión sobre factores de producción
Espacio físico	Reducciones como resultado de incremento de la eficiencia en la distribución y la integración de operaciones
Opciones	Previene riesgos de obsolescencia, manteniendo la opción de explotar nueva tecnología

OBJETIVOS DEL CIM

Los principales objetivos que se buscan con el CIM son:

• Especificar el sistema de fabricación flexible a implantar en una industria.

• Ensamblaje de módulos con diferentes partes y piezas (electrónicos, mecánicos, etc.)

• Conocer y usar correctamente distintos componentes mecánicos.

• Habilidad para poner en marcha sistemas automatizados.

• Ensamblar y desensamblar componentes mecánicos.

• Conocer, optimizar e instalar componentes neumáticos (Cilindros, Válvulas).

• Leer y desarrollar planos de circuitos neumáticos.

• Conocer el uso de compresoras y secadores.

• Conocer el uso de los distintos tipos de sensores(inductivos, capacitivos, ópticos, etc.).

• Conocer la estructura y modo de operación de un PLC.

• Programar un PLC con diferentes lenguajes de programación.

• Conocer la interfase entre un PLC y el controlador de un robot.

• Conocer la Estructura de un Sistema Automatizado.

• Diseñar e implementar sistemas automatizados.

• Conocer las aplicaciones de sistemas LAN, RS-232 buses de campo y comunicación industrial.

• Conocer el uso de estructuras maestro-esclavo.

• Conocer el uso de la relación cliente/servidor.

• Conocer el uso de un sistema de visión (Cámara 3-CCD).

• Programar robots industriales.

• Conocer el uso de sistemas de ensamblaje automatizados y los diferentes tipos de grippers.

• Localizar y corregir fallas en un Sistema Automatizado.

• Optimizar sistemas automatizados.

• Conocer y operar máquinas herramientas CNC (Torno y Fresadora).

• Programar y simular usando programas NC.

• Diseñar piezas de trabajo usando software CAD.

• Generar programas CNC usando software CAM.

• Conocer el uso de los sistemas de transporte y su interacción con los sistemas de producción.

• Mantenimiento de unidades y/o sistemas de fabricación flexible.

• Balancear líneas de producción.

• Planeamiento y control de materiales.

• Administrar y controlar inventario.

• Toma de tiempos en una línea de producción.

• Aplicar conceptos de MRP , JIT y TQM.

• Diseñar diagramas de procesos para distintas líneas de producción.

SISTEMA INTEGRADO DE MANUFACTURA COMPUTARIZADA

(CIM)

Tanto el CIM de Mesa, el Mini CIM, y el CIM completo emplean técnicas robóticas avanzadas. Estos sistemas de entrenamiento enfatizan los procesos de manufactura con el uso de alta tecnología.

Lo mejor de todo, los componentes usados en todos LOS CIM son de grado industrial, capaces de soportar un uso continuo, además ser fáciles de usar. El currículo y las experiencias cubren los conceptos básicos de cada componente, y luego su integración como sistema.

SISTEMA DE MANUFACTURA COMPUTARIZADO (CIM) DE MESA

El CIM de mesa incluye:

• Centro de Fresado CNC

• Brazo Robótico Neumático

• Sensores Industriales

• Controladores Lógicos Programables PLC

• Alimentador Neumático de Partes

MINI SISTEMA DE MANUFACTURA COMPUTARIZADA (CIM)

Este Sistema Mini (CIM) tiene características adicionales no incluidas en el sistema de mesa:

• Visión

• Decodificador de Código de Barras

• Almacenaje y dispendio Automáticos

• Faja de Transporte

• Torno Computarizado

• Robótica Avanzada

• Control por Software

SISTEMA COMPLETO DE MANUFACTURA COMPUTARIZADA (CIM)

El CIM completo tiene sistemas adicionales a los otros CIM :

• Visión

• Código de Barras

• Almacenaje y Alimentación Automática

• Banda Transportadora

• Torno Computarizado

• Fresa Computarizada

• Robótica Avanzada

• Software de Control

SISTEMAS CAD / CAM

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 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.

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.

• 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 muy preciso, en el caso de superficies planeadas o regladas o superficies de revolución, a menores niveles de precisión en superficies esculpidas.

- Sólidos: La modelación por sólidos es el último método de modelación geométrica para el ambiente CAD / CAM. Un factor determinante para automatizar el diseño a través del proceso de manufactura, esta herramienta permite almacenar información precisa sobre piezas dadas. Los modelos sólidos pueden ser divididos en CSG (Constructive Solid Geometry) y BREP (Boundary Representation). CSG consiste en usar cajas primitivas, como cubos, cilindros, conos, toros, etc., sacándoles partes a ellas para crear una imagen sólida del modelo. Los sólidos BREP pueden ser almacenados de dos maneras: Con superficies verdaderas y topología del modelo o solo con superficies ordenadas, de tal manera que cuando necesite calcular algo lo haga, y no lo tenga guardado de gusto como en el primer caso. En resumen, la modelación por sólidos es la mejor manera de lograr buenos resultados, tanto en análisis como en dibujo y velocidad, con la sola salvedad de que requiere computadores potentes.

Un sistema 3D debería elegirse en la práctica por las siguientes razones:

• Mejoras en calidad del producto y en tolerancias y alineamiento entre partes

• Reducción del tiempo de diseño y de potenciales problemas de manufactura

• Soporte de automatización mejorada para diseño, análisis, manufactura e inspección

• Soporte de 2D cuando se requiera sin restringir futuros métodos o expansiones

Uno de las más importantes compensaciones que se obtiene de los sistemas CAD / CAM es en el área de chequeo, verificación de diseño y manufactura del producto.

Hay distintas maneras de generar modelos de ensamblado en estos sistemas, los cuales son: modelos en modelos, componentes o figuras y ensamblados inteligentes. Todo va en el software y hardware del que se disponga.

APLICACIONES

La base de cualquier sistema CAD / CAM es la plataforma de software usada en generar y documentar el modelo de una parte o documento, y es el llamado corazón del sistema. Lo que vendría a ser el alma del sistema son las aplicaciones que se le pueden agregar. Es a través de aplicaciones que las verdaderas eficiencias del CAD / CAM en términos de ahorro en producción y costos relacionados con el proceso se pueden ver realizadas.

Las aplicaciones en el ambiente CAD / CAM pueden ser separadas en tres tipos principales: función, disciplina e industria. Algunas de ellas se pueden ver en la siguiente tabla:
 

Función	Disciplina	Industria
Diseño	Estructural	Aeroespacial
Análisis	Mecánica	Automotriz
Documentación	Eléctrica	Electrónica de consumo
Planeación de producción	Electrónica	Otros
Manufactura	Arquitectura
Control de calidad	Civil
Simulación	Otros
Soporte logístico

Las funciones son normalmente aquellas operaciones, herramientas o acciones soportados por la plataforma de software, tales como la geometría wireframe o la modelación de la superficie.

Las disciplinas son creadas con la adición de software especializado de aplicación, librerías, interfaces de usuario y herramientas sobre las funciones básicas con el fin de crear diagramas esquemáticos de aplicaciones de wireframes, o aplicaciones de estilo de software de modelación de superficie.

Las aplicaciones industriales son creadas con el software específico para disciplinas o industrias, y la adición de librerías y herramientas especiales para cada proceso en particular.

La creación y documentación básica de los modelos CAD / CAM es parte de la plataforma de software, mientras que las aplicaciones son las herramientas usadas para automatizar completamente el proceso de diseño. Una breve lista de aplicaciones puede verse en la siguiente tabla:
 

Mecánica	Diseño eléctrico / electrónico	Arquitectura / Civil	Diseño de componentes electrónicos
Eslabones y mecanismos	Diagramas de cableado	Diseño con acero	Tableros de cir-
Engranajes y poleas	Diseño lógico y esquemático	Diseño de construcción	cuitos impresos
Hidráulica y neumática	Cableado y encaminado	Tubos, diseño de plantas	Diseño LSI y
Planchas de metal	Diseño de arneses para cables	Topografía	VLSI
Diseño de moldes	Sistemas de iluminación	Creación de mapas	Diseño híbrido
Diseño de fundición	Distribución de potencia	Diseño de concretos	Diseño guiado
Superficies y estilo	Diseño para montar y acercar	Planeación de espacio	por ondas

El análisis ingenieril puede ser dividido en varias áreas, sin embargo, una clasificación más general es:

• Soluciones cerradas: hechas con ecuaciones particulares para ese tipo de problemas

• Análisis lógico y de simulación: Análisis computacional para comprobar ajuste a la forma y a la función

• Elementos finitos y análisis de diferencias finitas: Análisis computacional para sistemas particulares: Análisis estructural, mecánico y térmico

• Análisis cinemático: Virtualmente se puede observar la operación de un componente

Aquí entra el concepto de ingeniería asistida por computador, CAE (Computer Aided Engineering).

Como en el caso de las aplicaciones para diseño, el número de aplicaciones para manufactura está creciendo rápidamente. Al dirigir aplicaciones de manufactura, el proceso se puede dividir en dos categorías: generación y uso. Lo más importante es la generación de datos, y su transmisión está en manos de la correcta implementación del CAM. El CAM en el sistema CAD / CAM implica que el diseño y la manufactura están estrechamente ligados. La idea es que el CAM utilice los datos generados por el CAD adecuadamente.

El rango y la profundidad de las aplicaciones CAM varía hoy grandemente. Ellas abarcan desde herramientas altamente automatizadas, que son predominantemente manejadas a través de gráficos, hasta herramientas basadas en lenguajes como APT, y otros lenguajes para manejar la máquina.

Los productos más avanzados permiten el uso e integración de ambos métodos (gráfico y lenguaje) en aplicaciones concurrentes para maximizar la productividad del usuario.

Una lista parcial de aplicaciones actuales de manufactura con CAD / CAM se presenta a continuación:

Oxicorte, taladrado, perforado, compresión, maquinado, soldado, colocación y ensamble de piezas, diseño de herramientas, diseño de moldes, doblado de cañerías y tubos, extrusión, estampado y embutido, programación de robots, impresión de tableros de circuitos y recubrimiento de cables.

MÉTODOS DE IMPLEMENTACIÓN Y USO

El método y la calidad de la implementación del CAD / CAM en varios ambientes de la industria es un factor crítico en el uso exitoso de la tecnología. Asimismo, CAD / CAM y las tecnologías de automatización son críticas para el éxito de las corporaciones en la hoy en día tan competitiva economía mundial.

Discutiendo la implementación y el uso de CAD / CAM, una premisa importante debe ser considerada. Los mayores beneficios que se puedan obtener de la tecnología CAD / CAM serán derivados de mejoras en el proceso de producción como un todo, desde el concepto a la producción, distribución y soporte. Una reducción en el tiempo de salida al mercado y una mejor calidad del producto son importantes para el cliente y, por tanto, para la empresa.

Todos los aspectos del proceso CAD / CAM parten de la concepción básica del producto. Mientras antes se ingrese información al sistema sobre el diseño y la manufactura, más efectivo será el ciclo en general.

Algunos factores importantes al implementar el sistema son los siguientes:

• El diseño inicial es lo más importante, por lo que hay que invertir harto en él

• Desarrollar librerías de partes para componentes estándar

• Codificar cada pieza para que sea fácil de encontrar

• Usar estándares y normas

• No dejar que las decisiones CAD / CAM de hoy afecten la planeación futura e implementación de nuevas tecnologías

• Recordar que la modelación de sólidos usada para diseñar partes con un número mínimo de operaciones llevará probablemente a una pieza más barata debido a procesos de manufactura reducidos

• Recordar que programas simples pueden usarse en sistemas CAD / CAM de alto nivel, pero no viceversa

Los ingenieros industriales y manufactureros que planean los procesos tienen grandes probabilidades de hacer mejoras en la producción CAD / CAM futura. El nivel de inteligencia de los productos de aplicación y de las bases de datos han alcanzado un punto donde los datos y procesos de manufactura son directamente agregados al proceso de diseño. Sin embargo, un punto importante en este proceso es el conocimiento que tenga la empresa de sus propias capacidades, pues mientras los sistemas automatizados son capaces de extraer información directamente de las bases de datos, las reglas para los procesos locales deben ser desarrolladas basándose en las herramientas que posee la empresa y su capacidad.

Factores clave para tener en cuenta en la planeación integrada de procesos son la habilidad:

• del sistema CAD / CAM para aceptar y guardar información en su base de datos

• para adaptar el sistema a los procesos locales y cambiar de política en cuanto a la administración

• para personalizar la planeación de acuerdo a las capacidades de la planta

• del sistema para producir gráficos del diseño CAD / CAM y procesos de manufactura con texto e información generada por las herramientas de planeación de procesos de las aplicaciones planificadoras de procesos para soportar los sistemas de control y ubicación, y para poder traspasar información a otras aplicaciones CIM.

La parte más importante del sistema CAD / CAM, junto al manejo de datos, es la porción CAM. Sin entrar en detalles de alguna aplicación de manufactura en particular, ciertas consideraciones son críticas al implementar uno de estos sistemas:

¿Se puede aplicar un soporte de manufactura automático del producto?

¿Están disponibles los periféricos adecuados para realizar los procesos?

¿Están disponibles los post-procesadores CAM para dar soporte a las máquinas NC en uso?

¿Son compatibles los sistemas con las aplicaciones CNC y DNC existentes?

Asumiendo que todas las herramientas CAD / CAM, CAE y CIM necesarias para automatizar las operaciones de una compañía están en su lugar, es hora de analizar los verdaderos logros del trabajo con CAD / CAM.

Como se puede deducir, existen importantes mejoras en el manejo de datos. El manejo de éstos pasa de ser principalmente de manejo de papeles al manejo informático, sin dejar de lado eso sí los papeles. El manejo de datos en el ambiente CAD / CAM se refiere a toda la información miscelánea y conocimiento que se tiene del diseño a través del proceso de manufactura, requerido para la producción y el soporte del producto. Esto incluye:

• Información y conocimiento asociado con la aprobación y control del producto

• Administración de la configuración

• Control de cambios en la ingeniería

• Control de interfaces

• Compra de materiales y control de recepción

• Ordenes de trabajo

• Testeo, inspección y certificación

• Documentación del producto

Al implementar CAD / CAM en el próximo milenio con el actual paso de la tecnología, dos factores serán críticos: 1) Seleccionar software CAD / CAM de calidad y ampliable, y que además cumpla con los estándares actuales de la industria, y 2) Seleccionar proveedores de software confiables y perdurables en el tiempo, con el fin de tener soporte en el futuro. Existe un intento importante de estandarización en los manejos de datos, cual es el llamado PDES (Product Data Exchange Standard). Este intento busca definir todos los aspectos del manejo de datos, datos de modelos, datos ingenieriles, datos de manufactura, datos de materiales, etc., con el fin de lograr máxima integración en la modelación de sólidos y el mundo CAD / CAM del mañana.

Los sistemas de modelación basados en las características, programación y bases de datos orientados al objeto, inteligencia artificial y sistemas expertos se han convertido en frases importantes en la discusión del futuro de CAD / CAM. Son éstas y otras tecnologías las que van a tener una mayor apoyo del diseño, ingeniería y manufactura del mañana. La industria CAD / CAM está en transición de la automatización de funciones manuales a la automatización del proceso.

Transferencia de Archivos

Es el intercambio de archivos por medio de convertidores los cuales cambian el formato del archivo para así llevarlos a otros programas. Dichos archivos pueden ser obtenidos tanto de paquetes gráficos (Publicitarios) como de otros tipos de programas CAD.

Estos son algunos archivos de transferencia:

FORMATO DE SISTEMA QUE USA DIMENSIÓN, EXTENSIÓN ASCII N/A 2D Y 3D .DOC

CADL CADKEY 3 D .CDL DXF AutoCAD 3 D .DXF IGES Public Standard 3 D .IGS

NFL Anvil 3 D .NFL STL N/A 3 D .STL V D A German Standard 3 D .VDA SAT ACIS SÓLIDOS .SAT

También se mencionan los archivos tipo “raster” los cuales contienen información no asociada a entidades sino a un mapeo gráfico de los objetos, conformado por una matriz en la cual cada elemento contiene información gráfica. Se mencionan a continuación algunos de los existentes: bmp, gif, jpg, tif, dib, tga etc.

Existen programas que pueden convertir los archivos raster y los archivos vectoriales mutuamente entre sí, permitiendo a los modernos sistemas visuales, por procesamiento de imágenes, generar representaciones tridimensionales.

Ejemplo de Formatos

A continuación se muestra cómo, a partir de un mismo archivo gráfico, que corresponde a un plano de una pieza, se pueden obtener diferentes formatos de información.

El acotado sólo se utiliza para tener una referencia dimensional y de coordenadas. No aparece en la característica del archivo.

Formato NFL de ANVILÒ

PARTNO/'NFL',1

LEVEL/1

FONT/SOLID

COLOR/WHITE

L1=LINE/-5,7.5,5,7.5

L2=LINE/5,7.5,5,-7.5

L3=LINE/-5,7.5,5,-7.5

C1=CIRCLE/CENTER,1.538462,5.192308,RADIUS,

1.5, GOANG,0,ENDANG,360

FINI/

STOP/

WinCAM

(Manufactura Asistida por Computadora)

Características

• Guía del usuario mediante iconos

• Ayudas mediante gráficos

• Salida de varios tipos de formatos de control

• Simulación 3D del proceso de mecanizado

• Control directo a la EMCO PCTurn o PCMill o transmisión directa de datos del programa CN a una máquina herramienta CNC.

• Visualización del área de trabajo con herramienta, pieza en bruto, plato, contrapunto y mordaza.

• Biblioteca de herramientas editable

• Editor integrado CN

• Interface DXF

• Posibilidad de conexión en red

• Pantallas de ayuda.

Configuración mínima de PC

PC 486 SX compatible IBM, 4MB en memoria principal, floppy 3½, disco duro, tarjeta VGA, ratón. Windows 3.1 o superior. Un slot de 8 bits disponible para el control de las máquinas EMCO-PC.

EMCO WinCAM ha sido especialmente desarrollado para una rápida introducción a la tecnología CNC. Sin conocimientos previos el usuario puede familiarizarse en un periodo muy breve de tiempo con todos los aspectos de la programación CN mediante CAD/CAM. Una característica especial del WinCAM es quem adicionalmente a las funciones del CAD/CAM, las máquinas EMCO PCTurn55 y PCMilll55 pueden ser controladas directamente con un módulo CNC integrado.

Además los programas CN generados por el sistema pueden ser transmitidos a máquinas industriales CNC. Ya que el mayor problema para el principiante de CNC -la creación del programa CN específico de cada control- queda solucionado automáticamente por el WinCAM, el éxito de la aplicación práctica del programa es seguro en pocos minutos. Por tanto el WinCAM combina la funcionalidad de un sistema profesional CAD/CAM con las ventajas de un programa específico de formación. La excelente preparación didáctica de todas las aplicaciones, las ayudas gráficas de entrada y la simulación 3D para torneado y fresado facilitan a través de WinCAM la combinación óptima de la formación de la aplicación práctica.

Las posibilidades

Después de la creación gráfica de la pieza en pantalla, se genera automáticamente en la parte CAM un programa CN, a través de varios ciclos de mecanizado, el cual es procesado al tipo de control deseado (por ejemplo GE-Fanuc Series 0, Sinumerik 8120/820, Emcotronic TM02, DIN 66025, etc.). En el editor CN integrado sin postprocesador se muestra el programa de control numérico en el formato de control definido.

El programa CN puede ser ejecutado bien directamente en una máquina EMCO PC o CNC. A través de la interface DXF es posible tomar gráficos de otros sistemas CAD (por ejemplo Autocad).

Simulación gráfica 3D

La simulación gráfica 3D incluida en el WinCAM muestra una imagen exacta del proceso real de mecanizado al cual lleva a una mejor comprensión de la secuencia del programa y a más seguridad en la creación del mismo.

Hemos puesto gran énfasis en su fácil manejo. El WinCAM guía al usuario a través de todos y cada uno de sus comandos. La ayuda on-line y el menú de ayudas proveen un soporte en cualquier situación.

CONCLUSIÓN

Desing computer Aided Manufacturing. Conformado por las siglas de diseño y manufactura asistidos por computador.

Son sistemas que han revolucionado la industria desde las fases de diseño y análisis hasta los procesos que involucran la producción. Simplifica las operaciones de los dibujantes y los diseñadores en el cálculo de ecuaciones matemáticas para hallar tangencias, Intersecciones, posiciones de centro o complicadas superficies; permitiendo rápidos resultados y cambios inmediatos por medio de herramientas de edición.

El uso de estos sistemas ahorra tiempo, recursos de producción y costos, con un aumento de la eficiencia y de la exactitud dimensional. Abarcan el diseño gráfico, el manejo de bases de datos para el diseño y la fabricación, control numérico de máquinas herramientas, simulación de procesos y robótica.

La evolución del CAD/CAM ha sido debida, en gran parte, a que esta tecnología es fundamental para obtener ciclos de producción más rápidos y productos elaborados de mayor calidad. “A mejor tecnología mayor producción. - Producir más, en menos tiempo y mejor calidad”.

Cuando se menciona CAD/CAM en forma integrada, se refiere a los sistemas computacionales apoyados en bases de datos comunes que contienen planos, listas de materiales, hojas de ruta … etc.

Aplicaciones de los Sistemas CAD/CAM en la Manufactura Moderna

Con cada uno de los anteriores medios, se ha podido llegar a exactitudes muy estrechas, imposibles de lograr con los métodos tradicionales. Además presentan ventajas en la disminución del tiempo. Cuando un producto está en su fase de diseño, se pueden realizar las evaluaciones

pertinentes en forma paralela o simultánea, las siguientes son las más conocidas:

• Análisis mecánico y estructural

• Análisis térmicos y magnéticos

• Estudios fluidodinámicos

• Evaluación de mecanismos

• Análisis cinéticos y dinámicos

• Simulaciones eléctricas y electrónicas

• Estudio de llenado de moldes para plásticos

• Análisis balísticos y estudios de penetración de proyectiles.

A todo lo anterior se le conoce como CAE (Ingeniería asistida por computador) y se realizan en fases intermedias entre el CAD y el CAM.

Existen programas que pueden convertir los archivos raster y los archivos vectoriales mutuamente entre sí, permitiendo a los modernos sistemas visuales, por procesamiento de imágenes, generar representaciones tridimensionales.

El fin último de la tecnología del futuro es capturar y combinar el conocimiento del diseño, ingeniería y manufactura del pasado con el actual, asistiendo así la automatización de los procesos del futuro.

FUENTE DE INFORMACIÓN

http://www.eafit.edu.co/revista/110/paramo1.pdf  

http://www.tii-tech.com/spanish/full.html

http://www.emac.com.mx/didactica/emco/wincam.htm

http://www.urp.edu.pe/Facultades/Ingenieria/Labs/cefai/objetivos/objetivos.htm

http://www2.ing.puc.cl/icmcursos/procesos/apuntes/cap4/