Curso de diseño Cad en automoción Gratuito

Curso de diseño Cad en automoción gratuito

Automotive Design & Marketing Management

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​Como hemos ido viendo a lo largo de las entregas, la fase de diseño de un automóvil se divide en varias fases. Dentro de estas fases, las que están más dedicadas al diseño y desarrollo de automóviles son el styling, la fase digital y la fase física. 

Como ya vimos en la anterior entrega, en la fase de styling se trabaja también con el ordenador, además de con los bocetos realizados a mano y con arcilla. Todo desde un punto de vista estético. En esta fase comienza la ingeniería. 
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3 - FASE DIGITAL

En esta fase se pasan los sketchs y las maquetas al ordenador para su posterior estudio y análisis. Para este momento habrán pasado alrededor de dos a tres años desde que se inició el proyecto. A pesar de que el tiempo de desarrollo de un proyecto tiende a reducirse, hemos tomado de referencia un proyecto clásico que tome cinco años. Comprende distintas etapas: 
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Fuente: Rimac Automobili

1 – Planificación: Se estudian las medidas necesarias para diseñar el modelo, se planifica el concepto de la estructura del vehículo acorde a las especificaciones.

2 – Desarrollo: Se diseña la estructura, el cuerpo del vehículo y los interiores, a nivel técnico.

3 – Finalización: Esta parte es prácticamente gestión documental para poder confirmar con los proveedores que todas las piezas puedan ser fabricadas. La elección de estos proveedores se realiza por concurso. Se les envían los Cad con las tolerancias y calidades requeridas, los plazos y volumen de producción y se recibe una oferta del proveedor. Además, internamente, en este punto se confirman las especificaciones del vehículo.  Este es un procedimiento interno poco conocido debido al secretismo que implica.

4 - Decisión: Al igual que ocurría en Styling, la solución final debe ser aprobada por todos los departamentos técnicos. Al fin y al cabo, son cientos de diseñadores trabajando en una solución común con muchos componentes distintos, por lo que al final de cada fase, los responsables de cada área técnica tendrán que dar el visto bueno. También se chequean posibles interferencias entre los elementos y se estudia la capacidad de fabricación tanto del conjunto, como de los elementos por separado. Una vez esté aceptado el proyecto pasaremos a la fase física, esto supone un desembolso enorme para cualquier fabricante, por lo que la responsabilidad en este paso es muy alta. 

Para trabajar en el diseño de automóviles dentro de esta fase te bastará con tener estudios de ingeniería y manejar un programa de Cad. Disponer de un portofolio o haber desarrollado proyectos propios siempre ayuda, pero no es algo esencial como ocurría en el styling. También hay personas con formación profesional o técnica, y una amplia experiencia en este campo que pueden abrirse un hueco en este mercado sin mayores dificultades. Por lo que a veces, es posible acceder sin disponer de ningún título universitario. Estos se podrán especializar en realizar el diseño paramétrico con CAD, pero no podrán realizar una simulación de los distintos componentes del vehículos.
 
Se comienza con el diseño estructural del vehículo, diseñando los distintos frames que componen el chasis autoportante del vehículo. Esto debe de obedecer a ciertos parámetros técnicos, como la rigidez torsional, o distintas resistencias frente a impactos. Después se trabajará en el diseño del chasis: motor, suspensiones, transmisión, frenos, etc. 
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Fuente: Renault

​Es clave planificar de antemano ambas fases para poder solapar la fase del diseño estructural del vehículo con los distintos departamentos encargados de diseñar los componentes del chasis para ahorrar tiempo de desarrollo del vehículo. Es decir, mientras se está diseñando el chasis, ¿es posible poner a trabajar al departamento de suspensiones en paralelo o tienen que esperar hasta ver dónde irán exactamente los anclajes en el vehículo? ¿Es posible obtener esos anclajes en una fase temprana del diseño estructural para que comience a trabajar el departamento de suspensiones?
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​Una vez de obtiene el chasis más el tren motor del vehículo se diseñaran los componentes funcionales, como los paneles, asientos o faros. Del mismo modo se solaparán todas las fases del diseño como sea posible para acortar tiempos de diseño y tener el vehículo en el mercado sin ningún tipo de retraso. También entran en juego los múltiples proveedores de componentes.

Hay multitud de programas de Cad, más adelante veremos cuáles son los softwares de diseño empleados en automoción. En los grandes fabricantes un buen porcentaje de los diseños Cad son subcontratados, por lo que a veces, realizarás más gestión documental que diseño puro. Después de este paso viene la simulación para predecir los comportamientos de los distintos componentes y ensamblajes. Durante el diseño de un coche se realizan aproximadamente 200.000 simulaciones distintas.
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DIFERENCIA ENTRE CAE, CAM Y CAD

Diferencia entre CAE, CAM y CAD

Fuente: Xing Mobility

​Si no estamos habituados, es muy posible que podamos confundirnos con estas siglas.
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CAD: Es el diseño asistido por ordenador, en el que se dimensiona y se parametriza el vehículo y sus componentes. También se verifican ensamblajes de componentes complejos.
 
CAS: Es una parte del CAD en la que se diseña la superficie, sin un grosor inicial definido. Lo mencionamos en el artículo anterior para diferenciar el diseño de un vehículo a nivel estético a partir de sus superficies, de cuando realizamos el vehículo al completo para trabajar desde el punto de vista de la ingeniería. Normalmente no se hace esa diferenciación ya que el CAD comprende todo el diseño asistido por ordenador.
 
CAM: Fabricación asistida por ordenador. A líneas generales, engloba el CNC (Control numérico) para poder mecanizar una pieza. Por ejemplo, para fabricar una pieza por arranque de viruta en un torno o en una fresadora. Está ligado a la fabricación y no tanto al diseño de coches. Salvo tareas puntuales de prototipado rápido, por ejemplo, haciendo uso de la impresión 3d. Si tu intención es convertirte en diseñador de coches, sea la fase que sea, quizás te interese más adquirir conocimientos en Cad (Cas) /Cae que en Cam. Salvo que, como indicamos, tu interés esté en la impresión 3d.
 
CAE: Ingeniería asistida por ordenador. Se realizan todas las simulaciones, lo veremos en detalle a continuación.


​A modo de resumen: Imaginemos una mesa de escritorio, para simplificar. La superficie y la estética corresponden a un diseño basado en superficies, es decir, CAS. En la siguiente fase de CAD, se le otorga un grosor real a la mesa y se diseñaría la tornillería, taladros, arandelas, soportes …. Si tiene alguna pieza abatible, esta debería ser funcional. Por lo que en el CAD no nos limitamos a la estética, sino a diseñar una pieza real que sea fabricable. En el CAE simulamos el comportamiento de la mesa. En este caso nos aseguraríamos de que soporta un cierto peso, por ejemplo, si un niño de 8 años se sube encima la mesa debería de soportarlo, aunque lógicamente esa no sea su función. En el CAM se diseñaría cómo se cortaría la madera y se trasladarían las órdenes a la máquina-herramienta para su fabricación.  

CAE EN AUTOMOCIÓN

CAE en automoción

Fuente: Hennessey

Cae es la Ingeniería asistida por ordenador (Computer Aided Engineering). Es indispensable ser ingeniero para trabajar en este campo, o disponer de alguna carrera compatible como física o matemáticas. A diferencia de las fases creativas como el modelado de vehículos con CAD (CAS), no compites con artistas y diseñadores que provienen de distintas disciplinas como Arquitectura o Bellas Artes. Tampoco es necesario disponer de un portofolio de diseño para trabajar en este campo.
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Si te interesa la ingeniería en el diseño de coches, es recomendable adquirir algún conocimiento en un área técnica. Me centraré en mencionar los sistemas Cad/Cae, pero hay multitud de sistemas adicionales, especialmente en las áreas de electrónica.
 
Nota de autor: Ya que no soy ingeniero electrónico, sino de la rama de la mecánica, no me centraré en la electrónica. Sin embargo, también hay una gran demanda de estos especialistas que dominan programas tales como Simulink/Matlab. De hecho, el Cae también aplica a muchas áreas de la ingeniería electrónica. 

El CAE se emplea para realizar todo tipo de simulaciones. Algunas de ellas son las siguientes:
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• Análisis cinemático, dinámica de mecanismos empleando la dinámica de cuerpos múltiples (MBD) y simulación de eventos mecánicos (MES).
• Análisis por elementos finitos (FEM), empleado para estudiar el comportamiento de las piezas frente a esfuerzos de fatiga, torsión, etc.
• Simulación de sistemas mecatrónicos y diseño electrónico (ECAD)
• Mecánica de fluidos computacional (CFD), para simular distintos fluidos, incluyendo el aire para estudiar la aerodinámica de los vehículos.
• Análisis acústicos, métodos de elementos límite (BEM)
  
• Procesos de fabricación, como pudiera ser el troquelado, la estampación o el conformado de plásticos.

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Fuente: Siemens

Si os parece demasiada materia para tener conocimientos de Cae en automoción, no andáis equivocados. De hecho, los ingenieros se especializan en una única de estas ramas, no intentan dominar todas ellas ya que sería algo imposible. Las más comunes dentro de la simulación son quizás el FEM y CFD, también está muy valorado en el mercado el conocimiento del conformado de plásticos y de simulación de procesos de soldadura. Cada vez más, está ganando mayor importancia los conocimientos de impresión 3d en el sector de la automoción.

Cualquier ingeniero con un alto conocimiento en uno solo de los puntos anteriores se convierte en un ingeniero ultra-especializado y por lo general, muy demandado. Si no sabéis por dónde comenzar, lo ideal es aprender CAD y después ir descubriendo áreas técnicas que sean de vuestro interés, por ejemplo, especializarse en materiales compuestos (Composites) o en diseño de moldes en automoción. Hay muchas más áreas además de las aquí mencionadas. No os quedéis únicamente con estas áreas ya que el CAD/CAE es tan amplio como la ingeniería en sí misma.

Como curiosidad, algunos fabricantes no aceptan los cálculos hechos únicamente a ordenador, si es posible hacerlo, tienen que estar respaldados después por un ejercicio calculado a mano.

La simulación de un vehículo por ordenador reduce con creces los costes y los tiempos en el diseño, ya que el desarrollo de un modelo nuevo de automóvil demanda como mínimo 50 prototipos hasta alcanzar el definitivo. Aunque de los modelos pre-producción, que son al fin y al cabo prototipos en un estado de desarrollo muy avanzado, suelen emplearse entre 400 y 600 vehículos. Todos ellos estarán sometidos a multitud de pruebas. Dependerá de la marca e incluso del modelo a desarrollar, ya que no será lo mismo si emplean la base de otro vehículo, si es un restyling o si es un coche con una plataforma completamente nueva.

Para las unidades de preserie que fueron fabricadas con fines de investigación y desarrollo, está permitido rescatar las piezas del vehículo que ya estén en la fase final para ofrecerlos como recambios originales reacondicionados, por lo que serán aprovechados en gran parte. Pero los primeros prototipos de las fases iniciales no correrán la misma suerte y la inmensa mayoría acabarán triturados (denominado escrapear un vehículo, del inglés: scrap).
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Esto supone un coste económico muy alto para la marca, del cual el consumidor final no es consciente. Cada marca determinará cuántos prototipos realizar, dependiendo de sus estándares de calidad y de su preocupación por afinar el producto final. 

¿CUÁNTO CUESTA UN PROTOTIPO?

¿Cuánto cuesta un prototipo de un coche?

Fuente: Laboratorio BEBI

Esta información es compleja de conseguir de forma pública, además, hay cifras que no se pueden publicar de manera exacta pero sí unas horquillas de precio.

Estos prototipos no tienen el coste de un coche normal. A más temprana sea la fase de desarrollo de un vehículo, más costoso es el prototipo. En la fase inicial, estos prototipos pueden costar entre 800.000€ y 1.000.000€ aproximadamente. En fases más avanzadas oscilan entre 120.000€ y 300.000€. Hay que considerar que en el desarrollo del vehículo no se ha diseñado un utillaje y un molde industrial para el modelo, de ahí, sus excesivos costes.
 
Viendo estas cifras, entenderemos que trataremos de producir el menor número de prototipos en la fase inicial, y tratar de fabricarlos en las fases más avanzadas. Además, como ya vimos, en fases más avanzadas es posible reacondicionar algunos componentes del coche y amortizar su coste; algo impensable en prototipos tempranos.
 
El coste de fabricación de un prototipo de un coche también depende cómo de nuevo sea el modelo. Los costes se reducen si el vehículo comparte plataforma con coches ya existentes o si es un retrofit (actualización tecnológica de un modelo) o un restyling. Viendo la cantidad de coches que produce un fabricante y su coste, entendemos porqué es tan importante la simulación por ordenador, ya que supone un gran ahorro de costes para el fabricante. De este modo, las marcas pueden poner en el mercado coches con una gran seguridad activa y pasiva, y con componentes relativamente duraderos a precios lógicos.

Si por cada iteración que se hace por ordenador hubiera que testear el coche en un modelo real, no habría medios económicos suficientes para disponer en el mercado de la gran variedad de vehículos que tenemos. 
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CAD EMPLEADOS EN AUTOMOCIÓN

¿Qué CAD emplean los fabricantes de automoción?

Imagen filtrada del Corvette en un entorno de trabajo real, fuente: Motor1

​Hay que tener en cuenta que a veces algunas compañías migran de un Cad a otro por lo que la información puede variar con el tiempo:
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• Catia: Lo emplea Toyota, Grupo Volkswagen, Hyundai, PSA (Peugeot, Citroën), Honda, Renault, Mercedes-Benz, BMW, McLaren, Audi, Jaguar-Land Rover, Fiat, Ford, Tesla y Rolls Royce.

 

• PTC Creo: Lo emplea Toyota, Volkswagen, Hyundai y BMW

 

• Siemens NX: Lo emplea GM, Nissan, Fiat, Suzuki, Mercedes-Benz, Mazda y Chrysler

 
Hay más programas útiles, por ejemplo Inventor y Solidworks en el diseño de coches. Este último es empleado por muchos fabricantes de menor tamaño. Aunque también es usado en compañías como Audi y Mercedes. Adams es empleado como CAE en la industria automotriz, para MSD y FEM.
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También es importante mencionar programas como TeamCenter, es un gestor de diseño y un visualizador de varios programas de Cad. Si sabes usar un programa Cad, sabrás manejarte con TeamCenter, pero es importante conocerlo de cara a futuras entrevistas de trabajo.
 
En esta entrega hemos visto una introducción a la fase digital, la hemos dedico a aclarar los distintos tipos de programas, ya que suelen ser las dudas principales de los estudiantes de ingeniería. En la siguiente entrega veremos un pequeño resumen de los distintos programas disponibles, y comentaremos algunos aspectos sobre ellos. Como ejemplo de CAD emplearemos SolidWorks, pero no es necesario que descarguéis ningún Cad ni para seguir este curso de automoción online, ni mucho menos para el examen. Aquí podéis verel índice si os habéis perdido alguna entrega.

​Después entraremos en la fase física del vehículo en la que explicaremos multitud de ensayos y aspectos técnicos del desarrollo de los coches. 

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​Aquí os dejamos un par de libros de Catia, aunque hay muchos más programas para aprender. El primer libro es muy interesante porque se adentra en la parte de Cad básico aunque a buen nivel. Es decir, para tener la capacidad de hacer planos, piezas y ensamblajes con dichas piezas. El segundo es como el "gran manual" de Catia, de Marcombo, que son bastante buenos en manuales de Cad. Con estos dos libros, se obtiene muy buen nivel, de hecho, más que suficiente para trabajar en multinacionales de automoción. 

Si es para España, Catia es más demandado que Siemens NX. Es por ello, que nos inclinamos a recomendar libros de Catia, porque conocemos mejor el programa; en cambio, no conocemos tanto a nivel práctico Siemens NX. ​

10. Modelado 3D y Clay

12. Fase digital - Cad (II)