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Ingeniería asistida por ordenador (CAE)

La ingeniería asistida por computadora es el uso de software informático en todas las industrias para simular el rendimiento del producto para mejorar los diseños o ayudar en la resolución de problemas de ingeniería. Esto incluye la simulación, validación y optimización de productos, procesos y herramientas de fabricación.

¿Qué es la ingeniería asistida por ordenador?

CAE o ingeniería asistida por computadora es el uso de software informático en una amplia gama de industrias para simular el rendimiento basado en la física para mejorar los diseños de productos o ayudar en la resolución de problemas de ingeniería. Esto incluye la simulación, validación y optimización de productos, procesos y herramientas de fabricación.

Un proceso CAE típico comprende pasos de preprocesamiento, resolución y posprocesamiento. En la fase de preprocesamiento, los ingenieros modelan la geometría (o una representación del sistema) y las propiedades físicas del diseño, así como el entorno, en forma de cargas o restricciones aplicadas. A continuación, el modelo se resuelve utilizando una formulación matemática apropiada de la física subyacente. En la fase de posprocesamiento, los resultados se presentan al ingeniero para su revisión.

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An engineer using the Simcenter 3D software for computer-aided engineering (CAE).

Descubra los beneficios

La ingeniería asistida por ordenador es una metodología bien establecida que se utiliza a menudo para sustituir o complementar los métodos experimentales y analíticos para ayudar al diseño y análisis de ingeniería de productos cotidianos. En comparación con la creación de prototipos y los experimentos, la simulación CAE ofrece las siguientes ventajas.

Aumentar el rendimiento

La ingeniería asistida por ordenador le permite analizar y explorar rápidamente las posibilidades de ingeniería para aumentar el rendimiento del producto.

Reduce el tiempo

La ingeniería asistida por ordenador le ayuda a llevar al mercado diseños de productos optimizados más rápido en comparación con un método de construcción y prueba.

Reducción de costes

Al aprovechar la ingeniería asistida por computadora, puede reducir significativamente el costo de desarrollo de su producto en comparación con los procesos tradicionales de prueba basados en prototipos físicos.

Tipos de ingeniería asistida por ordenador

La ingeniería asistida por ordenador es un área ampliamente definida que consta de los siguientes subdominios:

Simulación de CFD de equipos mecánicos realizada con el software Simcenter 3D.

Finite element analysis

El análisis de elementos finitos (FEA) es el modelado y simulación virtual de productos y ensamblajes para el rendimiento estructural, acústico, electromagnético o térmico. FEA es la aplicación práctica del método de elementos finitos (MEF).

Captura de pantalla del software de simulación de dinámica computacional de fluidos multifísica.

Computational fluid dynamics

Las simulaciones de dinámica de fluidos computacional (CFD) se basan en la ecuación de Navier-Stokes, utilizada para describir el movimiento de los fluidos.

Modelo 3D de un bulldozer a partir del software Simcenter 3D.

Multibody dynamics | Motion

Entender el rendimiento de ingeniería es todo un reto en el caso de sistemas mecánicos intrincados, como alerones de alas, trenes de aterrizaje, techos corredizos, suspensiones, fotocopiadoras y otros mecanismos. La dinámica multicuerpo calcula las fuerzas de reacción, los pares y más para los sistemas mecánicos.

Imagen del software de Simcenter Amesim.

Systems simulation

La simulación de sistemas es el proceso de experimentar y estudiar cómo los cambios en las características de un sistema complejo (o subsistema) afectan al sistema en su conjunto.

Validación virtual e ingeniería predictiva

El diseño asistido por ordenador (CAD) combinado con CAE le ayuda a validar virtualmente el rendimiento de un diseño sin tener que construir y probar un prototipo físico. A medida que los procesos de fabricación se vuelven cada vez más complejos, la validación virtual puede ayudar a las empresas a planificar, diseñar e implementar sus sistemas antes de invertir un capital significativo.

Al combinar CAE con la exploración espacial de diseño e incluso la inteligencia artificial (IA), el futuro de CAE puede ser la ingeniería predictiva. Esto significa que los ingenieros pueden utilizar CAE para diseñar piezas en función de los requisitos del producto, las condiciones de carga esperadas y los entornos operativos, por lo que la simulación puede ayudar a dirigir y crear el diseño en lugar de simplemente verificar y validar los diseños creados por una persona.

Pruebe el software CAE de forma gratuita

Imágenes del software Simcenter 3D que representan un modelo de simulación del diseño de un tractor.

Simcenter 3D trial

  • Transforme rápidamente la geometría CAD en geometría utilizable para la simulación.
  • Engrane y resuelva de manera eficiente sus modelos para el análisis estructural a fin de obtener información sobre el rendimiento del diseño
  • Actualiza rápidamente el modelo de simulación con el software Simcenter 3D para diseñar cambios de modo que pueda volver a simular en segundos

Preguntas más frecuentes

¿Es precisa la ingeniería asistida por ordenador?

La ingeniería asistida por ordenador se ha utilizado con éxito para la ingeniería de productos durante décadas. Junto con eso, hubo un desarrollo continuo tanto de enfoques de modelado de alta fidelidad como de otros más pragmáticos que le permiten obtener resultados suficientemente precisos más rápido. Hoy en día, los ingenieros pueden y deben elegir el nivel de precisión que mejor se adapte a sus necesidades para responder a las preguntas de ingeniería con el mínimo esfuerzo computacional. El nivel de precisión va desde técnicas de modelado de alta fidelidad que permiten la predicción del comportamiento real dentro de un pequeño porcentaje o incluso menos hasta métodos rápidos que permiten predicciones rápidas de tendencias.

Hoy en día, sobre esa base, los procesos de certificación y verificación de las herramientas CAE están bien establecidos. Seguirán siendo un ingrediente fundamental para el progreso de CAE, su fiabilidad y confianza en los gemelos digitales y su establecimiento en áreas novedosas. Si bien la simulación predictiva reducirá continuamente la necesidad de costosas mediciones y creación de prototipos, seguirá requiriendo métodos CAE rigurosos y la validación de las mejores prácticas a través de experimentos.

¿Es difícil aprender CAE?

Aprender CAE requiere tiempo, dedicación, estudio minucioso y práctica. Es fundamental comprender la física fundamental subyacente del dominio en el que se encuentra, comprender los métodos numéricos y sus limitaciones, así como practicar el uso práctico de las herramientas de software CAE reales. Gracias a la automatización, el aumento de la potencia informática y la mejora continua de las interfaces de usuario en el software CAE moderno, las barreras para el CAE de alta fidelidad disminuirán aún más en todos los niveles de usuario, cambiando el alcance a la exploración de resultados y la toma de decisiones basadas en simulaciones.  Además, es fundamental comprender la dinámica física fundamental que tiene lugar para juzgar los resultados y tomar decisiones de ingeniería significativas basadas en los resultados de CAE.

¿Cuáles son las aplicaciones de CAE?

El software CAE se utiliza en una amplia gama de aplicaciones de ingeniería siempre que sea necesario comprender o predecir cómo los distintos tipos de física afectarán al rendimiento del diseño de un producto o sistema. En el desarrollo de productos industriales, la ingeniería asistida por ordenador ha progresado ahora hacia la simulación del comportamiento multifísico en geometrías complejas, lo que permite a las empresas comprender y optimizar completamente el diseño de sus productos prácticamente antes de construir un prototipo.

Las industrias en las que la ingeniería asistida por ordenador se utiliza ampliamente incluyen:

  • Sector aeroespacial
  • Automoción
  • Las empresas de productos de consumo
  • Marino (diseño de barcos, sistemas de propulsión, diseño de motores)
  • Electrónica
  • Energía (Nuclear, Petróleo y Gas, Generación de Energía)
  • Servicios de construcción
  • Ciencias biológicas
  • Turbomaquinaria
  • Deportivo
  • Otras aplicaciones generales relacionadas con estructuras, vibraciones, electromagnetismo, sonido, calor y flujo de fluidos

¿Cuál es la diferencia entre CAD y CAE?

CAD es el uso de programas informáticos para crear, modificar, analizar y documentar representaciones gráficas bidimensionales o tridimensionales (2D o 3D) de objetos físicos como alternativa a los borradores manuales y prototipos de productos. CAD se centra únicamente en la geometría de una pieza o producto.

La ingeniería asistida por ordenador es realmente el siguiente paso en el proceso de desarrollo, y permite a los ingenieros simular la pieza o el producto definido en CAD para comprender si el diseño funcionará como se espera para cumplir con los requisitos. Los datos CAD alimentan el proceso CAE, donde los ingenieros que utilizan herramientas CAE crean un modelo de simulación basado en la geometría definida en CAD. Los resultados de la simulación permiten a los ingenieros saber si el diseño cumple con los requisitos o falla y proponer ideas para cambiar el diseño y mejorar el rendimiento.

El CAD, junto con el CAE, es un proceso iterativo que permite a los equipos de ingeniería desarrollar más rápidamente nuevos productos innovadores en menos tiempo que los métodos de prueba físicos que se basan en la construcción de prototipos reales.

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