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Descubra el poder de la fabricación CAD para optimizar sus procesos, reducir los residuos y aumentar la eficiencia. Conozca los principios y las herramientas clave para la mejora continua.
Cada producto fabricado comienza con un plan digital, generalmente un modelo de diseño asistido por computadora (CAD) creado con software de fabricación. Este plano 3D o modelo 3D define cada superficie, orificio y dimensión de un producto.
Los ingenieros lo utilizan para diseñar, probar y preparar las piezas para la producción. Pero a veces, surgen problemas entre el modelo CAD y el producto terminado.
Fig. 1. Ejemplo de cómo se utiliza un modelo CAD 3D en la industria automotriz. (Fuente)
Por ejemplo, las piezas pueden estar desalineadas, las características pueden pasarse por alto y pueden producirse inconsistencias durante la producción. Estos problemas resultan en costes añadidos y pueden llevar mucho tiempo. Por eso, los fabricantes están combinando la fabricación CAD con la visión artificial, una rama de la inteligencia artificial (IA) que permite a las máquinas interpretar y analizar datos visuales.
Mientras que CAD proporciona un plano preciso al capturar la estructura exacta de cada pieza, la visión artificial añade una capa visual de inteligencia por encima. Utiliza datos de cámaras y sensores para inspeccionar, validar y rastrear piezas durante el desarrollo del producto.
Juntos, los sistemas CAD y de visión artificial pueden optimizar los flujos de trabajo críticos y apoyar la fabricación inteligente como parte del cambio hacia la Industria 4.0. La Industria 4.0 integra tecnologías digitales avanzadas, como la IA y la automatización, en la fabricación para crear sistemas más fiables y eficientes.
En este artículo, exploraremos cómo el CAD y la visión artificial pueden cerrar la brecha entre el diseño y la ejecución. ¡Empecemos!
El papel del CAD en la fabricación moderna
Cuando un producto se crea a través de un proceso de fabricación inteligente, comienza con un plan digital construido en CAD. Los ingenieros utilizan CAD para definir cada detalle y asegurarse de que el diseño esté optimizado para una producción eficiente. Desde la fabricación aditiva hasta el ensamblaje final, todos los procesos posteriores dependen de la precisión de los datos CAD.
Una vez creados los modelos CAD, se transfieren al software de fabricación asistida por ordenador (CAM). Las soluciones CAM traducen el diseño digital en instrucciones para la producción generando trayectorias de herramientas, que definen los movimientos exactos de las herramientas de corte, y código G, el lenguaje de programación utilizado por las máquinas para ejecutar esos movimientos. Estas instrucciones se envían a máquinas de control numérico por ordenador (CNC) y otras herramientas automatizadas, que cortan, perforan y dan forma a las materias primas para crear piezas que coincidan con el diseño CAD original.
Los modelos CAD también se pueden utilizar para ejecutar simulaciones, probar diferentes operaciones de mecanizado y apoyar el control de calidad para los maquinistas en el taller. Curiosamente, los datos de diseño CAD pueden incluso enviarse directamente a configuraciones de impresión 3D para la creación rápida de prototipos o la fabricación de tiradas cortas.
Fig. 2. Un modelo CAD preparado para una impresora 3D (Fuente)
Introducción de la visión artificial en los flujos de trabajo de CAD
CAD proporciona la base para el diseño. Pero para convertir ese diseño en un producto físico preciso, los fabricantes necesitan retroalimentación en tiempo real desde la planta de producción. Aquí es donde la visión artificial juega un papel clave.
Los modelos de visión artificial como Ultralytics YOLO11 admiten tareas de visión esenciales, como la detección de objetos, que identifica y localiza elementos dentro de una imagen, y la segmentación de instancias, que separa objetos individuales etiquetando cada píxel. Estas capacidades ayudan a los fabricantes a supervisar la producción, detectar defectos y garantizar la calidad durante todo el proceso.
A continuación, analicemos más de cerca cómo funciona esto en las diferentes etapas de la fabricación.
De lo físico a lo digital: Scan-to-CAD e ingeniería inversa
Crear un modelo CAD desde cero lleva tiempo. Es especialmente lento cuando se trabaja con sistemas heredados o componentes personalizados que no tienen diseños digitales preexistentes. Técnicas como el escaneo a CAD pueden acelerar el proceso de conversión de objetos físicos en modelos CAD digitales.
Se pueden utilizar dispositivos de escaneo 3D con visión artificial para capturar la forma, las características y las dimensiones de un componente. Un sistema de escaneo a CAD puede identificar superficies, agujeros y bordes, traduciéndolos automáticamente a geometría CAD.
Esto acelera las iteraciones de diseño, permite la creación de modelos imprimibles en 3D y proporciona a los maquinistas opciones CAM flexibles para la creación de prototipos. El escaneo a CAD es especialmente impactante cuando se trata de ingeniería inversa, donde las piezas físicas existentes deben digitalizarse para su rediseño o reproducción.
Fig 3. Los dispositivos de escaneo 3D pueden escanear objetos para crear un modelo digital.
Fusión de lo digital y lo físico: RA y visión en el ensamblaje
En la planta de fabricación, incluso los pequeños errores de montaje pueden convertirse en importantes problemas de calidad, especialmente en industrias como la automotriz. Para solucionar estos problemas, los fabricantes están utilizando la realidad aumentada (RA) y la visión artificial para guiar el montaje. La RA superpone información digital a la vista del mundo real, lo que ayuda a los trabajadores a seguir instrucciones precisas sin tener que cambiar a pantallas o manuales independientes.
Los sistemas de visión artificial pueden rastrear la posición y la orientación de cada componente en tiempo real. Si falta una pieza o está desalineada, el sistema señala el problema y superpone una guía correctiva en los auriculares AR del técnico. Esto permite a los equipos detectar errores de inmediato y mantener una calidad consistente en la planta de producción.
Por ejemplo, en el montaje de automóviles, la RA puede proyectar un diseño basado en CAD de la puerta de un coche sobre el bastidor físico, mostrando exactamente dónde debe colocarse cada tornillo, manilla y componente. Esto asegura que cada pieza se instale en la posición y secuencia correctas.
Cerrando el círculo: garantía de calidad impulsada por CAD
Una vez fabricado un producto, el siguiente paso es asegurarse de que coincide con el diseño CAD original. Las soluciones de visión artificial pueden automatizar este proceso de inspección comparando el producto fabricado con sus diseños CAD.
Los sistemas de visión utilizan técnicas como la detección de objetos, la segmentación y la estimación de la pose para evaluar la forma, el tamaño, la colocación y la calidad de la superficie. Estas comprobaciones se pueden ejecutar durante la producción como parte del control de calidad, lo que permite a los equipos detectar problemas sin detener la línea.
Fig. 4. Ejemplo de escaneo 3D de un componente para una inspección precisa.
En particular, los modelos de visión artificial como YOLO11 hacen esto posible al detectar características faltantes o defectos superficiales en tiempo real. Cuando se integran con CAD, las comprobaciones de calidad basadas en la visión pueden comparar los productos terminados con las especificaciones de diseño, detectando errores antes del embalaje o el envío.
Aplicaciones de la visión artificial en la fabricación impulsada por CAD
Ahora que comprendemos mejor los flujos de trabajo CAD y la fabricación basada en CAD utilizando visión artificial, examinemos más de cerca algunas aplicaciones del mundo real.
Inspección de calidad automatizada en automoción y aeroespacial
Cuando se fabrican coches y aviones, la colocación de cada pieza, incluidos tuercas, pernos, remaches, etc., debe ser precisa. Hacerlo manualmente tiene muchas limitaciones, como errores humanos y retrasos.
Por ejemplo, un solo remache mal alineado en el fuselaje de un avión puede comprometer la integridad estructural, mientras que en la fabricación de automóviles, un sensor o soporte instalado incorrectamente puede provocar fallos en el sistema o retiradas del mercado.
Una gran solución es automatizar las inspecciones de calidad mediante la Visión Artificial. Estos sistemas utilizan cámaras, sensores e IA para detectar defectos, medir piezas y comprobar la correcta colocación de las piezas, lo que hace que la producción sea más rápida, precisa y segura.
Robótica guiada por visión para el acabado de precisión
De forma similar, tareas como el esmerilado, el pulido o el recorte requieren una gran precisión. La realización manual de estas tareas a veces puede provocar defectos que pueden resultar caros de solucionar posteriormente.
El uso de robots guiados por visión puede reducir la probabilidad de que se produzcan tales defectos. Estos robots utilizan visión 3D para escanear la pieza y compararla con su modelo CAD. A continuación, realizan operaciones de acabado con precisión basándose en los resultados de la comparación.
Por ejemplo, si una pieza fundida tiene material adicional, el robot sabe exactamente dónde está y cuánto recortar basándose en el diseño CAD de la pieza. Estas configuraciones a menudo se basan en una programación CAM precisa, donde programadores cualificados optimizan los procesos de mecanizado y los movimientos del robot basándose en los datos CAD.
Al combinar los flujos de trabajo CAD CAM con Vision AI, los fabricantes pueden mantener consistentemente una mayor calidad incluso para las piezas más complejas. Estos flujos de trabajo no solo mejoran la calidad, sino que también hacen que la producción en masa sea más fiable.
Verificación de ensamblaje basada en RA en la industria aeroespacial
Corregir errores de ensamblaje en la industria aeroespacial es costoso y requiere mucho tiempo. Para prevenirlos, muchas empresas aeroespaciales están adoptando sistemas de realidad aumentada integrados con visión artificial y modelos CAD.
Por ejemplo, Northrop Grumman, un líder mundial en tecnología aeroespacial y de defensa, utiliza cascos de realidad aumentada para ayudar en el ensamblaje de sistemas complejos como satélites. Aprovechan el software CAD/CAM para crear modelos digitales a gran escala, que luego se proyectan sobre la nave espacial física durante la construcción. Los componentes y las instrucciones aparecen exactamente donde se necesitan, y las superposiciones permanecen alineadas a medida que los técnicos se mueven. Esta guía en tiempo real acelera el ensamblaje y reduce significativamente las costosas repeticiones.
Beneficios de integrar la visión artificial con CAD
Aquí hay algunos beneficios de integrar la IA de visión con los flujos de trabajo CAD:
Diseño de productos más rápido: Con la visión artificial, los fabricantes pueden digitalizar los componentes rápidamente. Estos sistemas utilizan el reconocimiento automatizado y el escaneo 3D para reemplazar el modelado manual, optimizando y acelerando la creación de modelos CAD.
Mayor precisión en la fabricación: Los sistemas de visión artificial detectan problemas como desalineaciones, defectos superficiales o características faltantes en tiempo real, lo que mejora la detección de defectos y la precisión general.
Productividad y formación mejoradas: Los sistemas de visión artificial impulsados por deep learning proporcionan orientación en tiempo real utilizando superposiciones CAD y herramientas de RA. Esto acorta el tiempo de formación para los nuevos operadores.
Retos y consideraciones
A pesar de las ventajas de la visión artificial en la fabricación CAD-CAM, hay algunos retos de implementación que hay que tener en cuenta. Estos son algunos de los factores clave que hay que tener en cuenta:
Complejidad de los datos y del modelo: Los sistemas de visión artificial dependen de grandes volúmenes de datos de alta calidad. Sin datos limpios, el rendimiento puede disminuir.
Escalabilidad y coste: Las herramientas avanzadas de visión artificial, los escáneres 3D y los dispositivos periféricos suelen ser caros. Su ampliación a varias líneas o emplazamientos puede requerir una inversión inicial.
Integración con sistemas heredados: La integración de la visión artificial y el CAD con los sistemas de fabricación más antiguos puede ser un reto y, a menudo, costosa.
Conclusiones clave
La visión artificial está redefiniendo el papel del CAD en la fabricación, permitiendo inspecciones más inteligentes y ciclos perfectos de diseño a producción. Lo que antes requería horas de comprobaciones manuales ahora ocurre en tiempo real, lo que reduce los errores y brinda a los equipos un mayor control. La industria manufacturera está cambiando hacia operaciones basadas en datos y dirigidas por el diseño, con Vision AI convirtiéndose en un componente central de los modernos sistemas CAD/CAM.
