El ordenador y la revolución de la ingeniería mecánica

CAD, CAE, CAM, FEM, CNC,… y un largo etcétera. ¿Qué son esas siglas? A ver: ¿asociación de conductores? ¿Asociación española de anónimos? Bromas aparte, puede que no hayas escuchado nunca esas siglas, te suenen, o sepas de sobra qué significan, pero mi objetivo ahora no es explicar cada una de ellas, sino su importancia en la ingeniería mecánica y como ha cambiado ésta.

No es casualidad que casi todas comienzan por C del ingles “computer” ya que significan, o mejor dicho, representan ramas del diseño y fabricación de un producto industrial con la ayuda de un ordenador.

Esa C de “computer” es la clave, porque la ingeniería mecánica y todas las ingenierías sufrieron una enorme transformación con la aparición y uso de los primeros ordenadores en cuanto a la hora de diseñar y calcular se refiere. Y es que hasta las décadas de los años 30-40 en ingeniería todo era calculado a mano o con escasa ayuda recurriendo a las mayores simplificaciones matemáticas posibles y sobre todo a la experiencia empírica y la construcción de prototipos. Desde los remaches que unirán buena parte de las estructuras de la época al tamaño del tubo de escape del siguiente coche de carreras. Todo tiene sentido: se dibuja, calcula, construye y prueba, y si el resultado no es bueno se recalcula y vuelve a fabricar.

Pero con la década de los 50 y 60 y el uso de los primeros ordenadores surgen opciones que nunca antes habían sido posibles como automatizar un cálculo con relativa sencillez, y ahora preguntas como “¿y si esta tubería la cambio?” o “¿y si esta viga la cambio por ésta otra?” tenían una respuesta que no dependía de días y días de recalcular todo sino que una vez que teníamos nuestro modelo era fácil y relativamente rápido hacer cambios y obtener los resultados con ayuda de un ordenador entendido como una especie de calculadora con memoria.

En esos años paralelamente el ejército de Estados Unidos y el MIT (Instituto tecnológico de Massachusets) desarrollan lo que serían los primeros programas que permitían realizar dibujos en un ordenador. En cuanto al cálculo de componentes mecánicos y estructurales, unos años más tarde y bajo la demanda de la NASA se desarrolla el primer software de elementos finitos NASTRAN

ejemplo cadA raíz de estos avances iniciales surgieron programas que permitían hacer dibujos 2D y 3D (programas CAD) de multitud de componentes, observar el resultado final, hacer cambios con facilidad e interactuar unos componentes con otros. También se podía determinar el estado tensional de un componente con gran precisión (programas FEM) para reforzarlos o aligerarlos en las zonas convenientes. Incluso surgieron programas que permitían simular el proceso de fabricación para el componente que se quisiese (CAM y CNC) y controlar la máquina que lo haría.

En cuanto al tema de los fluidos el avance no fue menor, sino que muchos problemas se podían simular y recrear por primera vez como la circulación de un líquido por una tubería o el efecto del aire sobre un ala.

En definitiva, gracias a la enorme labor de todo tipo de ingenieros, físicos y técnicos surgieron multitud de programas y con ellos un cambio en la forma de concebir la ingeniería.

¿Y que ventajas tiene todo esto?
Pues en general se facilitó la visualización, diseño, cálculo y fabricación de los componentes mecánicos, resultó más sencillo dividir el trabajo, corregir los errores en las etapas iniciales del proceso de diseño antes de que éstos “fuesen a más”
Todo ésto muy bien, pero ¿y ejemplos concretos?

  • En el diseño y construcción del Boing 747 (finales de los años 60) se construyeron tres prototipos del avión con un coste de unos 1000 millones de dolares cada uno, mientras que para el 777 (mediados de los 90) diseñado prácticamente por completo con ayuda de programas específicos no fue necesario realizar ningún prototipo.
  • Con la creciente preocupación por la seguridad vial cada vez un mayor número de modelos de coches se someten a las famosas “pruebas de impacto”, en las que se les hace colisionar de determinada manera con distintos objetos para observar los daños que podrían sufrir sus ocupantes. Pues bien, con ayuda del análisis mediante elementos finitos los fabricantes pueden diseñar de forma bastante precisa los coches para que una vez ya fabricados pasen con buena puntuación estas pruebas sin necesidad de haber construido y sometido anteriormente prototipos del modelo que se quiere fabricar a éstas pruebas.

ingenieria mecanica     download (1)
Con todos éstos avances y programas ¿se puede diseñar, calcular y fabricar un coche, un avión o algún componente sólo ayudándose de éstos programas? Aunque todos éstos programas siempre dan la solución al problema que le planteamos, no hay que olvidar dos detalles: uno es que es muy fácil que la persona que los maneja cometa un error, y el otro es que éstos programas no tienen “consciencia” y capacidad de juzgar si esa solución tiene sentido. Así que éstos no deben ser utilizados para resolver un problema y confiar ciegamente en ellos, sino que deberían ser utilizados para afinar y ser más precisos a un resultado orientativo que ya tenemos. Por ésto se hace imprescindible que la persona que los utilice tenga buena formación y conozca a la perfección el problema al que se enfrenta y que solución esperar.

Con esta entrada se introduce el uso de software para la resolución de problemas en la ingeniería mecánica, un tema del que hablaremos en un futuro próximo. Espero vuestra opinión y que os haya gustado.

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