Conceptos básicos de diseño asistido por computadora y fabricación asistida por computadora
El diseño y la fabricación asistidos 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, los datos y bases de datos, la simulación, tecnologías de control numérico, robótica e inteligencia artificial, así como conocimientos especializados relacionados con el diseño y 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. Actualmente, la tecnología CAD/CAM no sólo es ampliamente utilizada en los sectores aeroespacial, electrónico y de fabricación mecánica, sino que también se está expandiendo paulatinamente a áreas como la confección, la decoración, el mueble y el calzado.
En cuanto al proceso de fabricación del producto, normalmente implica dibujar o modelar en 3D y diseñar el proceso antes de comenzar el mecanizado. En consecuencia, CAD/CAM se puede subdividir en CAD/CAPP/CAM, donde la planificación de procesos asistida por computadora (CAPP) sirve como puente que conecta CAD y CAM.
1. Diseño asistido por computadora (CAD)
El diseño asistido por computadora se refiere a un sistema formado por humanos y computadoras en el que los ingenieros utilizan las computadoras 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 cálculo de la resistencia, rigidez, calor, electricidad, magnetismo de los componentes y la salida de información de fabricación de los componentes (dibujos de ingeniería o información de mecanizado de control numérico, etc.), así como la preparación de documentos técnicos e informes técnicos relacionados. El objetivo es mejorar la calidad del diseño del producto, acortar los ciclos de desarrollo del producto y reducir los costos del producto.
Las principales características de un sistema CAD incluyen diseño de bocetos, diseño de componentes, diseño de ensamblaje, diseño de superficies complejas, dibujos de ingeniería, análisis de ingeniería, realismo e interfaces de renderizado e intercambio de datos, entre otras.
2. Planificación de procesos asistida por computadora (CAPP)
La planificación de procesos asistida por computadora implica un sistema compuesto por humanos y computadoras donde, en función de la información proporcionada desde la fase de diseño del producto, los métodos de mecanizado del producto y el flujo del proceso se determinan de forma interactiva o automática.
Dentro de un entorno CAD/CAM integrado, los diseñadores de procesos a menudo pueden 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 del método de mecanizado, el enrutamiento del proceso, el diseño de operaciones y pasos, y el diseño de herramientas y accesorios.
3. Fabricación asistida por computadora (CAM)
En la industria de fabricación mecánica, la fabricación asistida por computadora se refiere al uso de computadoras para completar automáticamente los procesos de fabricación de productos discretos, incluido el mecanizado, montaje, inspección y embalaje mediante diversas máquinas herramienta y equipos de control numérico. CAM se puede definir de manera amplia o restringida.
Em termos gerais, CAM refere-se ao uso de computadores para auxiliar nas atividades desde a preparação da produção até a fabricação do produto, incluindo projeto de processos, projeto de acessórios, programação automática CNC, planejamento de trabalhos de produção, controle de produção e control de calidad. Estrictamente, CAM generalmente se refiere a la programación CNC, que incluye planificación de trayectorias de herramientas, generación de archivos de ubicación de cortadores, simulación de trayectorias de herramientas y generación de códigos CNC.
Tecnologías clave en la investigación CAD/CAM
La arquitectura de los sistemas CAD/CAM se puede dividir en tres capas: la capa base, la capa de soporte y la capa de aplicación. La capa base consta de computadoras, dispositivos periféricos y software del sistema, que incluye diversos software de soporte, 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 consta de varios sistemas de aplicación CAD/CAM desarrollados según las diferentes necesidades del campo de aplicación.
1. Tecnología integrada
El diseño de productos, como actividad creativa, ha evolucionado hacia una tecnología integral con el desarrollo de las ciencias naturales, las ciencias técnicas, las ciencias ambientales y las humanidades.
El concepto de CIMS surgió a través de la introducción de sistemas y perspectivas de información en la fabricación. Con más de 40 años de desarrollo de 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 resulta en un trabajo repetitivo entre subsistemas. Por ejemplo, es necesario establecer un modelo de características del producto en CAPP y restablecer el modelo del producto 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 generalmente se refiere a la integración perfecta de sistemas y módulos, lo que permite la transmisión de información, respuesta, análisis y retroalimentación basados en un modelo de datos de producto unificado y una base de datos de ingeniería.
2. Tecnología inteligente
Los sistemas de producción inteligentes integran la inteligencia artificial en todos los aspectos del proceso productivo, reemplazando o ampliando actividades normalmente realizadas por especialistas. En un sistema de producción inteligente, el sistema tiene algo de la "inteligencia" de los expertos humanos.
Por ejemplo, el sistema puede monitorear automáticamente su estado operativo y ajustar sus parámetros para adaptarse al entorno externo, asegurando un rendimiento óptimo. La investigación y aplicación de sistemas de producción inteligentes depende en gran medida del desarrollo de la tecnología de inteligencia artificial.
3. Tecnología de red
La tecnología de red incluye implementación de hardware y software, varios protocolos de comunicación y protocolos de automatización de fabricación, interfaces de comunicación y estrategias de control de operación del sistema. Constituye la base para la automatización de diversos sistemas de producción.
Particularmente desde la década de 1990, con el desarrollo de Internet/intranets, ha proporcionado una plataforma para la investigación y aplicación de diseño remoto y colaborativo, y la tecnología CAD/CAM ha evolucionado hacia las redes. La investigación actual en esta área se centra principalmente en los siguientes aspectos:
1) Establecimiento de plataformas remotas de diseño colaborativo en entornos de internet/intranet.
2) Principios y tecnologías para implementar el trabajo colaborativo paralelo (incluida la resolución colaborativa de problemas, mecanismos de operación cooperativa y control de gestión).
3) Problemas de modelado de productos en un entorno de trabajo colaborativo.
4) Gestión de recursos de fabricación empresarial basada en red.
4. Tecnología de visualización
Utilizando tecnología de realidad virtual, tecnología multimedia y tecnología de simulación por computadora, se llevan a cabo simulación geométrica, simulación física, simulación de procesos de fabricación y simulación de procesos de trabajo en el diseño de productos y procesos de fabricación.
Se utilizan diversos medios para almacenar, expresar y procesar información diversa, integrando texto, voz, imágenes y animación para dar una sensación de realidad e inmersión. Las aplicaciones típicas incluyen fabricación virtual y realidad virtual. Se refleja específicamente en los siguientes aspectos:
1) Visualización de datos dinámicos digitales y gráficos de resultados de computación científica.
2) Simulación geométrica y simulación del proceso de montaje de productos y sus piezas.
3) Simulación física y mecánica del desempeño del producto.
4) Simulación del proceso de trabajo del producto para dar sensación de inmersión y controlabilidad.
En resumen, el grado de automatización en el proceso de fabricación es uno de los principales indicadores del avance de la tecnología de fabricación y es uno de los eslabones más activos de la tecnología de fabricación moderna en el siglo XXI. El desarrollo de la automatización de la fabricación satisfará las demandas del mercado que cambian rápidamente con sus características flexibles, integradas, ágiles, inteligentes y globales.
El desarrollo de la automatización fabril en nuestro país se basa en las condiciones nacionales, apuntando al nivel avanzado global y mejorando la competitividad.
Adopta 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 bajos grados de automatización de manera efectiva, y realiza un sistema de automatización de fabricación centrado en las personas y las computadoras como herramientas importantes. , que son flexibles, inteligentes, integrados, rápidos de respuesta y rápidamente reconfigurables.
Es evidente que la tecnología de automatización de la producción es un campo tecnológico importante que nuestro país debe desarrollar vigorosamente.
