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Ordenadores personales: CAE/CAD/CAM basados en ordenadores personales
Ordenadores Personales CAE CAD CAM basados en ordenadores personales El concepto de CAD fue introducido por el MIT en los anos 50 El nacimiento de estos conceptos se realiza cuando existe el entorno de trabajo mínimo para poder iniciarse pantallas de televisión y unos circuitos lógicos incipientes El desarrollo de estos conceptos ha ido parejo con el de la tecnología Texto Fco Javier Jaquotot Calvo LOS conceptos de ingeniería Diseño y Fabricación basados en ordenadores personales CAE7CAD7CAM definen un entorno de trabajo industrial integrado flexible y en evolución El incremento de los costes para la puesta en el mercado de un producto y la disminución del ciclo de vida del mismo hizo pensar en ayudas para reducir dichos tiempos y costes La solución vino por automatizar el diseño a través de ordena dores Originalmente los ordenadores existentes eran grandes ordenadores pertenecientes a centros de cálculo muy poco adaptados al trabajo interactivo que exige el diseno por ordenador y con poco acceso a la programación1 que se hacia a través de analistas empleando mucho tiempo entre cambio y cambio Los primeros microprocesadores fueron la llave del cambio Con ellos se empezaron a desarrollar los ordenadores personales Las máquinas pre IBfvPC des arrollaron la tarea de allanar el camino de los ordena dores personales y desmitificar el uso y la programación de ordenadores Además los equipos de bajo coste utilizaban como monitor la propia TV con lo cual se conseguía una aceptable definición en los gráficos comparada con las pantallas alfanuméricas y semigráficas de los grandes ordenadores La llegada del IBIvPC supuso como una confirmación oficial de lo que debía ser un ordenador personal A partir de este punto la evolución ha sido espectacular Los microprocesadores han ido evolucionando 816 32 bits la memoria RAM aumentando los monitores han pasado de BXN a color multisincronismo con señal analógica los estándares gráficos también han evolucionado de MGA hacia EGA VGA etc El mundo de los periféricos ha sufrido no menos transformaciones impresoras láser ploters digitalizadores etc Las estaciones de trabajo las podemos considerar como el pu to de mira hacia el cual apunta el desarrollo de los ordenadores personales INTEGRACIÓN DE LOS ORDENADORES EN EL MUNDO INDUSTRIAL Hoy en día una estación de trabajo es un conjunto de aparatos formado por una CPU con un micro de 32 bits un monitor del orden de 1911 con una resolución aproximada de 1100 X900 un dispositivo digitalizador que puede ser un ratón un lápiz óptico etc, una inv presora y dispositivos de entrada salida de la inforrr ción tipo cinta magnética En el ámbito de los ordenadores personales podemos considerar que un ordenador personal de la gama alta se acercaría a estas prestaciones Por ejemplo un PCT con 1 Mega de RAM coprocesador matemático monitor color EGA un ratón y una impresora láser o ploter según necesidades Los ordenadores personales de altas prestaciones compiten con las estaciones de trabajo fundamenta mente debido a su precio pero no hay que olvidar otras razones de tipo indirecto como son Primero que no es una inversión arriesgada en el sentido de que un ordenador personal siempre se pue de dedicar como mal menor a procesar textos Segundo que el período de aprendizaje es más pequeño Tercero existe una menor dependencia de operarios superespecializados Cuarto el mantenimiento Estos ordenadores no precisan mantenimiento hardware pues no hay problemas con repuestos especiales y suele salir más económico cambiar las piezas averiadas cuando se estropeen El proceso de ingeniería diseno CAE7CAD como tal es interactiva la mayoría de las veces se necesita ver lo que se está disenando para continuar diseñando Esto exije a los monitores que sean de alta resolución capaces de dar una idea real del resultado del diseno y a los ordenadores que puedan refrescar la información a suficiente velocidad como para que el usuario no se sienta frenado en su capacidad creativa V RIT Ordenadores Personales El CAECAD se basan en la creación de una librería de modelos gráficos Un modelo gráfico está formado por una representación gráfica y un conjunto de p piedades que le confieren un significado físico y que son el soporte de un posterior tratamiento En el caso del CAE las propiedades del modelo son características electrónicas y en el caso del CAD son característ cas físicas o dimensionales La información está almacenada en capas de tal manera que se pueden seleccionar desde el ordenador las capas sobre las que se quiere dibujar o las que se quiere que sean visibles Estos modelos gráficos son dibujados una sola vez residen en la librería de modelos y están disponibles para ser utilizados en cualquier momento del proyecto La gestión de esta librería es importante ya que en ella se soporta la experiencia pasada de la empresa Deben ser gestionadas por un único ente que debe tener informado a todos los usuarios de las nuevas i corporaciones y modificaciones Con ordenadores personales este punto se resuelve integrándolos en red las figuras de librería residirán por lo tanto en un nudo que será accesible por todos las estaciones La introducción de la información en los programas CAD es un aspecto muy importante debido al hecho de que la introducción se realiza de forma continuada a lo largo de todo el diserte Podemos diferenciar los siguientes tipos de interfaces de usuario Texto alfanumérico Consiste en introducir la i formación tecleando todo el comando o parte de él hasta evitar las ambigüedades entre varios comandos m Menús jerárquicos en los cuales los comandos se asocian por familias y éstas se estructuran en una red tipo árbol El movimiento por el árbol de comandos se realiza mediante teclas de función 9 Menús de tipo opopup que son de parecida estructura a los anteriores sólo que los comandos se seleccionan con el digitalizador y por tanto éstos se pueden hacer aparecer en cualquier pa te de la pantalla a iconos donde los comandos están representados en un lateral de la pantalla Se activan mediante el digitalizador Dentro de este apartado de introducción de la información podemos considerar las pantallas táctiles en las cuales los comandos se activan tocando zonas de la propia pantalla Generalmente lo más recomendable para las aplicaciones de CAE7CAD es que contemplen varias formas de introducir la información De esa manera los usuarios pueden evolucionar en la utilización del programa según se van haciendo más expertos y conociendo más comandos del programa CAE7CAD7CAM PARA LA INDUSTRIA ELECTRÓNICA Una de las aplicaciones más comunes del CAEX CAD7CAM es el diseno electrónico Dentro del diseno electrónico vamos a distinguir dos sectores las placas de circuito impreso y los circuitos integrados de aplicación específica El diseho electrónico de las placas de circuito imp sos empezará con una captura de esquemas ÍCAEJ esta etapa es importante desde el principio y debería ser realizada por el ingeniero de disenop ya que la captura de esquemas soporta toda la información que será utilizada a continuación por los demás programas Deberá ser de tipo jerárquico de tal manera que aparte de la información de conexionado la propia captura lleva información del sistema a través de los bloques fu cionaleSp lo cual es muy útil tanto para la simulación del circuito como para el posicionado de los componentes El paso siguiente será la simulación del circuito Podemos distinguir tres tipos de simulación digital ana lógica y mixta La simulación digital se basa en modelos de funcionamiento para aquellos componentes sencillos En d cho modelo se contemplan los parámetros del compo nente con sus valores máximos y mínimos1 como pueden ser tiempos de subida bajada en función de la carga etc Los componentes complejos tipo microprocesadores y circuitos ASIC se modelan hardware Esto se rea liza con un instrumento en el cual se insertan los componentes físicamente y éstos interaccionan con el resto del circuito software La simulación permite verificar el diserio a diferentes temperaturas y con las características de los componentes en los límites Cuando se realiza en ordenado res personales consume todos los recursos de la CPU y puede llegar a tardar horas Una vez de acuerdo con los resultados de la simulación se procede al desarrollo de la placa de circuito impreso con el mismo esquema utilizado en la i ción VIDA DE PRODUCTO ZUNA CRITICA IIWO DE DEL PRODUCID El CAD7CAM para placas de circuito impreso también podemos dividirlo en las siguientes tareas posicionamiento de los componentes conexionando de los mismos documentación y extracción de la inforrT ción destinada a producción El posicionado de componentes en ordenadores personales se suele hacer manualmente teniendo en cuenta la información contenida en el esquema Se tiende a limitar la interacción del ingeniero de diseno con el operador de CAD a través de los esquemas jerárquicos y un plano de posicionamiento global El conexionado de los componentes se realiza mediante programas específicos de conexionado En ción de los grados de libertad que se le den al ma fpe número de capas de la placa de circuito ip so anchura de pista etc se conseguirá conexionar un mayor o menor porcentaje de pistas Las pistas que queden por conexionar necesitarán la intervención manual de un operador experto que las trace El último punto de los programas CADXCAM es la generación de la documentación productiva y la ex tracción de información para la producción películas cintas de contorneado cintas de taladrado posiciona do de componentes etc Otra aplicación del CAE7CADXCAM en electrónica es el diseno de circuitos integrados para aplicaciones específicas ÍASICJ El proceso es similar al desarrol do para las placas de circuito impreso con las siguientes variantes Antes de empezar a capturar el circuito se describe su funcionamiento en un lenguaje de alto nivel conocido como lenguaje de comportamiento Esto es muy útil sobre todo para el diseno con ordenadores personales pues ayuda a definir el circuito a nivel de sistema a que las simulaciones sean más rápidas y ayudas también en la definición de los vectores de test y en la documentación Después de la definición se pasa a realizar con puntas lógicas los diferentes bloques del circuito y se vue ve a simular En este punto se suele enviar la inforrr ción al fabricante de circuitos integrados para su realización La etapa de conexionado físico de células a youtj no es aconsejable realizarla sobre ordenadores personales CAE7CAD7CAM EN OTRO TIPO DE INDUSTRIAS El diseno mecánico lo podemos dividir en tres apartados diseno simulación de tensiones y fabricación por máquinas de control numérico El diseno puede ser realizado por 2 dependiendo del número de ejes que el programa d sene Las partes de las que consta som diseno de las aristas del modelo conocido como modelo de y modelado de las superficies El paso siguiente es la simulación en donde las te siones a las que va a estar sometida la pieza son rep sentadas por zonas sombreadas de colores en los que cada color representa un margen de tensiones de funcionamiento Finalmente se extrae la información de diseno hacia las máquinas de control numérico El CAE7CAD7CAM sobre ordenadores personales está menos introducido que el diseno electrónico d bido principalmente a que existen menos acciones posteriores La modelización de una pieza exige un consumo alto de CPU y los ambientes de diseno cánico están un poco más alejados de los ordenadores En el diseno mecánico los interfaces de salida pueden ser los planos constructivos o a través de postprocesadores que transfieren la información directa para máquinas de control numérico El CAD es empleado en la Arquitectura como mienta de dibujo aprovechando la propiedad de dibujo por capas de información y de las librerías de figuras que se repiten a lo largo de los proyectos Además la extracción de los datos del dibujo permite obtener p supuestos muy precisos en lo que se refiere a lista de Los ordenadores personales de altas prestaciones comp ten con las estaciones de trabajo fundamentalmente debido a su precie RITP Ordenadores Personales materiales y cálculo de superficies y volúmenes En este ámbito de trabajo los ordenadores personales son utilizados también para planos de pequeñas reformas y decoración como pueden ser la disposición de los muebles de cocina etc El CAE7CAD en ordenadores personales también es utilizado para el cálculo y diseño de estructuras para obra civil empleando rutinas de simulación con e mentos finitos y librerías de pequeños elementos constructivos Otro de los conceptos que emerge de la utilización de programas de CAD es de empaginación La empa ginación consiste en posicionar diferentes partes del diseno1 o las mismas con el objetivo de aprovechar al máximo el material base sobre el que se materializará el diserte Hay aplicaciones que utilizan este concepto como son dentro del diseno electrónico los circuitos imp sos los circuitos híbridos los circuitos integrados etc Otras aplicaciones surgen directamente de la aplica ción directa de este concepto como en el corte textil en el cual la información obtenida del CAD es procesada posteriormente hacia máquinas automáticas de corte Un ejemplo de empleo de este tipo de técnica lo tenemos en el diseno y fabricación de velas para la navegación y en la industria de confección de ropa Los ordenadores personales en los ambientes técnicos también cumplen la función de un ordenador a cesible con muchos lenguajes de programación ca paces de resolver los problemas de cálculo específicos del diseno Existen asimismo programas sobre ordenadores personales para el diseno de circuitos de microondas tipo Compact Touchstone etc, y de circuitos de baja frecuencia analógicos donde la mayoría de ellos están basados en el programa Spice LA FABRICACIÓN La gestión de los ordenadores personales es el punto fundamental en el mundo CAE7CAD7CAM El entorno es de tipo industrial y como tal una cadena de producción en el sentido amplié Los ordenadores personales introducidos en dicho entorno deberán comportarse como una cadena es decir todos los puntos debida mente enlazados A la hora de instalar un sistema de CAD7CAM7CAE primero se tiende a optimizar células aisladas y luego se intentan unir El proceso tendría que ser escalonado primero establecer centros de CAE CAD CAM y luego optimizar los procesos aislados y su interconexión Los ordenadores personales en el mundo directo de la producción son empleados como soporte de la instrumentación programable Mucha instrumentación moderna lleva asociado un ordenador personal que programa las diferentes opciones calibra y representa gráficamente por pantalla los datos proporcionados por el instrumento1 permitiendo un mejor inferfaz de usuario Además puede llevar un control estadístico de las medidas que a su vez a través de los canales de comunicación puede enviar a un ordenador central para que las procese y las relacione No sólo la instrumentación puede llevar asociado un ordenador persona existen muchas máquinas de producción en las que el fabricante en vez de desarrollar un procesador se apoya en ordenadores personales para controlar su máquina Esto les permite focalizar los esfuerzos de su compañía en mejorar su propia máquina y aprovechar los ordenadores existentes que por otro lado son económicos fáciles de programar y se pueden interconectar a su vez con otros ordenado res Finalmente como reflexión última se podría decir que la evolución de la tecnología de ordenadores1 un da a la popularización de su uso hará posible que el ordenador personal pueda ser utilizado como una estación de trabajo versátil a todos los niveles con aplicaciones en todas las fases del proceso industrial y en todo tipo de empresas que necesiten mantener en evo lución constante su ingeniería y su producción Fco Javier Jaquotot Calvo ETSIT Madrid 1981 j desarrolla su actividad laboral en Telettra Española S A, donde es responsable del Departamento de I D de Componentes y Tecnologías Su experiencia profesional es amplia en el campo de los circuitos de microondas diseno de circuitos híbridos capa gruesa capa fina y multicapa y de ASIC
30 oct 2015