Contexto

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Sistemas CAD/CAM, la integración de dos grandes tecnologías

Anteriormente conociste los sistemas CAD (dibujo asistido por computadora) y los sistemas CAM (Manufactura asistida por computadora), ahora estudiarás los beneficios y el enorme potencial que tiene la integración de estas dos tecnologías, a la cuales se les conoce como sistemas CAD/CAM.

Ambas tecnologías fueron desarrolladas independientemente, los sistemas CAM tienen sus orígenes en el control numérico (NC) cuando un hombre llamado John T. Parson inventó una forma de controlar una máquina en los años cuarenta. Su método envolvía el uso de tarjetas perforadas que contenía las coordenadas donde una máquina debería de moverse, en el año de 1952 se dio la primera demostración con un prototipo de una máquina de control numérico.

Los sistemas CAD tienen sus orígenes en los años cincuenta, cuando en el IMT se desarrolla la primera computadora orientada a gráficos, la cual se conectó a la primera computadora que tuvo la capacidad de trabajar en tiempo real, llamada la Whirlwind 1.

Fue hasta la década de los sesenta, es decir, 20 años después de haber iniciado los sistemas CAM y 10 años después de haber nacido los sistemas CAD, que estas dos tecnologías se unen para desarrollar los sistemas CAD/CAM. En la década de los ochenta, con el desarrollo e integración de los sistemas de cómputo en las empresas, los sistemas CAD/CAM tuvieron un fuerte impulso para desplegar todo su potencial.

Hoy los sistemas CAD/CAM son una herramienta de vital importancia en el diseño y manufactura de un producto, gracias a los sistemas CAD/CAM se ha logrado disminuir el tiempo de desarrollo de los productos, se han disminuido los costos de fabricación y se ha mejorado la calidad.

Concepto de integración de sistemas CAD CAM
Imagen obtenida de Besant, C. (1985). Computer aided desing and manufacturing (3ª ed.). EE.UU: Ellis Horwood.

Explicación

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13.1 Introducción a la tecnología CAD/CAM

Los sistemas CAD/CAM son una tecnología utilizada para automatizar el diseño y la manufactura de un producto, la cual utiliza recursos computacionales (software y hardware) para acelerar y optimizar ambos proceso. La parte del CAD utiliza una computadora para realizar las funciones del diseño del producto, por su parte el CAM, utiliza los procesos de cómputo para las funciones de manufactura.

La combinación de ambas tecnologías en un mismo proceso habilita la posibilidad de reaccionar de forma más rápida antes posibles errores en el diseño o la manufactura; además, reduce los tiempos del ciclo de desarrollo del producto, minimiza los costos del diseño y asegura un proceso de manufactura eficiente con el mínimo de desperdicio de los recursos, como puede ser los tiempos muertos de las maquinas, la disminución del desperdicio, aumenta el tiempo de vida de las herramientas, entre otros beneficios.

Imagen obtenida de http://www.wtec.org/loyola/ep/c5s1.htm. Sólo para fines educativos.

Hay que tener cuidado de no confundir al CIM con los sistemas CAD/CAM. Los sistemas CIM (computadora integrada a la manufactura) incluyen a los sistemas CAD/CAM, pero también incluye otras funciones de negocio a parte de la manufactura.

Los sistemas CIM implementan el uso del recurso de cómputo en todas las operaciones y procesos de información de la manufactura de un producto, como por ejemplo la planeación del proceso, la planeación de la manufactura, el control de la manufactura, las funciones de negocio necesarias para la operación de la planta. Las actividades dentro de las funciones de negocio pueden ser las órdenes de entrada, los sistemas contables, los sistemas de pago de salarios, las cuentas por cobrar y las cuentas por pagar.

Alcance de los sistemas CAD/CAM y CIM
Fuente: Groover, M. (2015). Automation production system and computer integrated manufacturring (3ª ed.). EE.UU: Pearson.

Los sistemas CAD/CAM están relacionados con los procesos de ingeniería, tanto de diseño como de manufactura, dentro del proceso de diseño se engloban las siguientes actividades:

• Diseño del producto
• Análisis ingenieril
• Documentación del diseño

Las actividades de ingeniería de manufactura son las siguientes:

• Planeación del proceso
• Programación CNC

Los sistemas CAM, desarrollados durante los años setenta y principios de los ochenta, fueron diseñados específicamente para resolver estos tipos de problemas en manufactura, desde esas épocas, los sistemas CAD/CAM han incluido muchas otras funciones de manufactura como los siguientes:

• Sistemas de requerimientos de materiales
• Programación de la producción
• Control de los procesos

Al utilizar sistemas CAD/CAM es posible realizar un puente entre las áreas de diseño y manufactura, dando paso a la ingeniería concurrente. El objetivo de los sistemas CAD/CAM no solo es automatizar ciertas etapas del diseño y la manufactura, sino también automatizar la transición de la información desde el diseño a la manufactura y viceversa.

Un sistema CAD/CAM ideal, es aquel donde se puede tomar las especificaciones de diseño de un CAD y convertirlo automáticamente en un plan de proceso para la fabricación del producto.

Elementos de un sistemas CADCAM y del CIM
Fuente: Groover, M. (2015). Automation production system and computer integrated manufacturring (3ª ed.). EE.UU: Pearson.

Para el desarrollo del proceso utilizando un sistema CAD/CAM, existen dos vías de implementación, la primera consiste en trabajar de forma independiente las dos tecnologías, es decir, realizar un dibujo CAD en un software distinto al software donde se realiza el CAM, esto ocurre por lo común cuando un proveedor externo es el encargado de manufacturar la pieza, quien solo recibe el archivo CAD con la extensión correspondiente para trabajar con el CAM.

La segunda vía, es utilizar un software específico de manufactura que abarque tanto el CAD como el CAM, donde el diseño de la pieza está ligado siempre a la manufactura, por lo que las actualización del modelo son inmediatas o de mínimas correcciones, además de poder realizar una análisis cuantitativo de su funcionabilidad.

13.2 Importancia de los sistemas CAD/CAM para la manufactura avanzada

La forma de hacer negocios ha cambiado y las industrias de hoy deben de competir a nivel global con empresas en cualquier parte del mundo, por ello, las empresas deben de poseer estrategia y herramientas tecnológicas que les permitan competir y ser eficientes. Existen muchos software en el mercado que permiten a las empresas alcanzar los objetivos para ser eficientes, los sistemas CAD/CAM son sólo uno de estos softwares.

Los sistemas CAD/CAM están orientados a empresas con alguna o varias de las siguientes características: de alta tecnología, que implementan procesos de cómputo en diferentes etapas del ciclo de desarrollo y fabricación de un producto; que utilizan tecnologías de vanguardia en sus procesos de manufactura, como lo es el CNC, la robótica, la visión industrial, los sistemas de manejo de materiales automáticos, etc.

Algunos de los fundamentos para la utilización de los sistemas CAD/CAM se presentan a continuación:

• Los sistemas CAD/CAM permiten realizar la manufactura de los productos en menor tiempo y sin incrementar los costos.
• Los sistemas de CAD/CAM permiten la manufactura de componentes de geometrías complejas y la disminución dramática del tiempo de generación de los programas de CNC.
• Los sistemas CAD/CAM permiten la evaluación del diseño y la manufactura de un producto de manera integral y con retroalimentación constante.
• La primera y más importante aplicación del CAM es la programación "off-line" de máquinas CNC, o sea, la generación de programas fuera de las mismas. Ello permite realizar los programas sin interrumpir la máquina, simular la ejecución de los mismos en el ordenador, evitando posibles errores y colisiones, así como aumentar el rendimiento de la máquina y la calidad de las piezas mecanizadas.



Aplicación de los sistemas CAD/CAM en CNC
Imagen obtenida de http://www.icam.com Sólo para fines educativos.

• Sin embargo, debe precisarse que los sistemas CAD/CAM son un concepto mucho más amplio, que incluye la programación de robots, de máquinas de medir por coordenadas (CMM), simulación de procesos de fabricación, planificación de procesos, etc.

Otras aplicaciones de los sistemas CAD/CAM

Otras ventajas de implementar sistemas CAD/CAM en una empresa son los siguientes:

• Aumento de la productividad con base en la mejor utilización de los recursos.
• Se incrementa la flexibilidad de los diseños del producto.
• La precisión y repetitividad del proceso de fabricación se incrementa, por lo que se obtiene una mejor calidad de los productos.
• La complejidad de las geometrías se puede incrementar sin complicaciones.
• La flexibilidad del uso de máquinas se incrementa.
• La planeación de la manufactura es más confiable y en menor tiempo en comparación con métodos tradicionales.
• Se pueden integrar sistemas de inspección y control de calidad automáticos.
• Es posible evaluar los procesos de manufactura antes de la inversión en equipos y herramentales.
• El tiempo invertido en el diseño del producto se reduce drásticamente.
• Expansión de los mercados.
• Permite abaratar los costes de producción, reduciendo la mano de obra y disminuyendo posibles errores que puedan ocurrir durante el proceso.
• Los costes del diseño de los productos se reducen.
• Es posible analizar la viabilidad de un producto.
• Mejor adaptación a las exigencias del mercado.
• Es posible calcular los costos de la fabricación de manera más precisa.
• Mejora en general del diseño con respecto al diseño sin herramientas CAD.

La comunidad industrial identifico 6 grandes ventajas de los sistemas CAD/CAM

1. Elimina los pasos de traducción de datos entre las aplicaciones que funcionan con el mismo modelo 3D.
2. La automatización del proceso de fabricación con la obtención de códigos G y M´s.
3. La utilización de herramientas de validación integrados en todo el proceso.
4. El mantener los datos organizados para que pueda trabajar en equipo, trabajar en paralelo y reaccionar más rápidamente a los cambios de diseño.
5. La posibilidad de compartir conocimientos entre departamentos para que los diseños pueden hacerse bien desde la primera vez, tomada en consideración el proceso de fabricación.
6. La capacidad de los sistemas CAD/CAM para copiar funciones y almacenarlos en una biblioteca para su uso posterior, o crear funciones personalizadas.

13.3 Software de integración de sistemas CAD/CAM

En el mercado existen una gran cantidad de sistemas (softwares) de CAD/CAM, dependiendo de la necesidad y presupuesto de cada empresa es el tipo de Software de CAD/CAM requerido. El costo de un software de CAD/CAM puede variar de 2,000 hasta más de 100,000 USD, por lo que es muy importante la validación del software a comprar, basándose en las necesidades de cada empresa.

Algunos software están diseñados específicamente para realizar operaciones CAD/CAM, es decir, generar códigos de control numérico a partir de un dibujo que puede realizarse en el mismo software, los procesos que normalmente incluyen estos software son procesos de fresado, torneado y máquinas de electroerosión, su desventajas es que no es posible integrarlos con módulos más avanzados como análisis de elementos finitos, manufactura virtual, PLM y planeación de la manufactura. Sin embargo, estas desventajas no son de gran importancia si la empresa no se dedica al diseño de productos y su único giro es la manufactura de las partes. Algunos ejemplos de estos software son los siguientes:

Haz clic en cada clasificación para conocerla a detalle.

Por otro lado, existen los software de mayor capacidad, los cuales, además de integrar módulos de CAD/CAM, pueden administrar otro tipo de información como el PLM, simulación avanzada de elementos finitos, planeación del proceso, simulación de planta, programación de robots, análisis cinemáticos y dinámico entre otros. En este tipo de softwares, el costo por modulo es más alto que un software dedicado exclusivamente en CAD/CAM, pero el alto costo es justificado si las empresas además de la manufactura realizan el proceso del diseño del producto. Ejemplo de este tipo de software son los siguientes:

Haz clic en cada clasificación para conocerla a detalle.

Cierre

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Checkpoint

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