CAD, CAE E CAM: Qual a diferença entre eles?

O artigo a seguir é de autoria de Lucas Leão, autor do blog Engenharia Elétrica Moderna. Ele aborda de forma detalhada e de simples entendimento o que são os softwares CAD, CAE e CAM, e como são aplicados atualmente nas empresas. Boa leitura!

“O que é CAD? O que é o CAE? O que é CAM? O que são esses softwares e como se diferenciam um do outro?

O primeiro passo é saber o significado das duas primeiras letras em comum em cada sigla – o “CA” é a abreviação do termo Computer-Aided (assistido por computador), o que significa que os três sistemas foram criados para ajudar o usuário a alcançar o seu objetivo da forma mais rápida possível, usando o poder dos computadores para processamento. Em CAD, a última abreviação vem do termo Design (desenho, planta), para o CAE – Engineering (engenharia) e para o CAM – Manufacturing (manufatura). Cada programa tem um foco de atuação e um propósito, este artigo irá abordar os três sistemas de forma mais detalhada e mostrar a aplicação de cada um.

O CAD (Computer-Aided Design)

Um programa CAD é uma tecnologia computadorizada com foco no desenho do produto e na documentação da fase de projeto, durante o processo de engenharia. O CAD pode facilitar o processo de manufatura, transferindo diagramas detalhados dos materiais utilizados nos produtos, processos, tolerâncias e dimensionamentos. Isso pode ser usado tanto para produção do 2D e 3D, possibilitando a rotação em qualquer ângulo para todas as vistas, quanto para a vista de dentro para fora.

Computer-Aided Design tem como definição o uso de sistemas de computador para auxiliar na criação, modificação e otimização de projetos, e os programas CAD modernos podem oferecer melhorias significativas, como:

1. Aumento na produtividade do Engenheiro

2. Aumento de qualidade nos projetos

3. Melhoria nas comunicações através da documentação

4. Criação de Banco de Dados para Manufatura

Os projetos em CAD são geralmente exportados sob o formato de arquivos para impressão, usinagem, ou outras operações de fabricação. A maioria dos programas CAD para desenhos mecânicos usa tanto gráficos vetoriais para objetos, como podem produzir gráficos de varredura, mostrando a aparência geral dos objetos desenhados.

No entanto, softwares de engenharia exigem mais do que apenas formas. Como no desenho manual ou nos desenhos técnicos de engenharia, os programas mais modernos devem transmitir informações, tais como – materiais, processos, dimensões e tolerâncias, de acordo com as convenções específicas para cada aplicação.

O CAD vem sendo uma importante ferramenta industrial, amplamente utilizado em diversas aplicações, incluindo as indústrias automotivas, de construção naval e aeroespacial, na arquitetura, projetos de próteses, e outras tantas. Também é bastante utilizado para produção de animações por computador, para efeitos especiais em filmes, publicidade e manuais técnicos, muitas vezes chamado de DCC (criação de conteúdo digital). Tem sido também uma importante força motriz para a investigação em geometria computacional, computação gráfica, e geometria discreta.

Modernos programas CAD: aplicações

Além de ser uma das muitas ferramentas utilizadas por engenheiros e projetistas, com aplicações diversas também em variadas profissões, o CAD é uma parte de toda a atividade Digital de Desenvolvimento de Produto (DPD), dentro do processo de Product Lifecycle Management (PLM). São utilizados de forma integrada com outras ferramentas, que podem ser módulos integrados ou produtos autônomos, tais como:

1. Engenharia Assistida por Computador (CAE)

2. Manufatura Assistida por Computador (CAM)

3. Renderização

4. Gestão de Documentos e Controle de Revisão usando Product Data Management (PDM)

O CAD prova ser útil para engenheiros basicamente por meio de quatro principais propriedades:

1. Histórico

2. Especificação

3. Parametrização

4. Restrições de Alto Nível

O histórico de construção pode ser usado para consultar as especificações do modelo. Parâmetros e restrições podem ser usados para determinar o tamanho, a forma e outras propriedades dos diferentes elementos de modelagem.

Quem usa o Desenho Assistido por Computador

Uma pequena lista de profissionais que provavelmente utilizam o CAD em seus trabalhos:

Arquitetos
Engenheiros Civis
Engenheiros Eletricistas
Engenheiros Mecânicos
Engenheiros de Produção
Engenheiros Estruturais
Engenheiros Acústicos
Designers
Gestão de Facilidades
Vistoriadores

Esta lista vai longe. O Computer-Aided Design é usado em muitas indústrias - de aeroespacial, automotivo, têxteis, eletrônicos e muito mais. Permite que as empresas explorem ideias modeladas antes da prototipagem física ser implementada.

O CAE (Computer-Aided Engineering)

É o amplo uso de programas de computador para auxiliar nas tarefas de análise de engenharia. Programas para Engenharia incluem a análise de elementos finitos (FEA), dinâmica computacional de fluidos (CFD), dinâmica de multicorpos (MDB) e otimização. Softwares de engenharia desenvolvidos para apoiar essas atividades são considerados ferramentas CAE e estão sendo usados, por exemplo, para analisar a robustez e o desempenho de componentes e conjuntos. O termo engloba simulação, validação e otimização de produtos e ferramentas de fabricação. No futuro, os sistemas CAE serão os principais provedores de informação para ajudar as equipes de projeto nas tomadas de decisões.

CAE

No que diz respeito às redes de informação, sistemas CAE são considerados individualmente um único nó em uma grande rede de informação e cada nó pode interagir com outro na mesma rede. Estes nós desempenham um papel no método dos elementos finitos, que utiliza uma geometria de modelo existente para construir uma rede de nós ao longo de todo o modelo, que é então utilizado para determinar a forma como o modelo irá funcionar, baseado no parâmetro de entrada que a parte real iria experimentar, no mundo real. Os seguintes parâmetros são normalmente utilizados em engenharia mecânica para simulações CAE:

1. Temperatura

2. Pressão

3. Interações entre componentes

4. Forças aplicadas

A maioria dos parâmetros usados para a simulação são baseados no ambiente e nas interações que o modelo poderá sofrer durante a operação. São então inseridos no software CAE como uma maneira de verificar se a parte poderia, teoricamente, controlar as restrições do projeto.

Sistemas CAE podem fornecer suporte às empresas. Isto é possível através do uso de arquiteturas de referência e sua capacidade de colocar pontos de vista de informação sobre o processo de negócio. Arquitetura de referência é a base do modelo de informação, em especial os modelos de produtos e manufatura.

Áreas CAE abrangidas:

1. Análise de tensão na montagem de componentes usando FEA

2. Análise Térmica e do Fluxo de Fluidos usando CFD

3. Dinâmica de Multicorpos (MBD) e Cinemática

4. Ferramentas de análise para simulação de processos nos Processos de Fabricação

5. Otimização da documentação do processo

6. Otimização de desenvolvimento de produto

7. Verificação de inconformidades inteligente

8. Análise de segurança nas montagens

Em geral, há três fases em quaisquer tarefas de engenharia assistida por computador:

1. Pré-tratamento: definir o modelo e fatores ambientais a ser aplicado.

2. Análise para resolução de problemas

3. Pós-processamento de resultados

O CAM (Computer-Aided Manufacturing)

A manufatura assistida por computador consiste no uso de um software para controlar ferramentas de máquinas e equipamento relacionado ao processo de fabricação. Não é tecnicamente considerado um sistema de programas de software de engenharia, mas sim voltado para as máquinas na fabricação. CAM também pode referir-se a utilização de um computador para ajudar em todas as operações de uma planta de fabricação, incluindo planejamento, gestão, transporte e armazenamento. Seu objetivo principal é criar um processo mais rápido de produção e componentes e ferramentas com dimensões mais precisas e consistência material. CAM é um processo assistido por computador subsequente ao CAD e, por vezes, posterior à engenharia assistida por computador (CAE) - como um modelo gerado em CAD, verificado em CAE e gerando a entrada para o software CAM , que controla máquina-ferramenta.

O CAM usado em CNC

Computer-Aided Manufacturing é o código de software por trás das máquinas que fabricam os produtos. Máquinas controladas por computadores numéricos são os dispositivos que utilizam o código CAM para a fabricação dos produtos. Máquinas CNC incluem:

Fresadoras
Tornos
Gravadoras
Lixadeiras
Soldadoras
Eletroerosão ou manufatura por descarga elétrica

Tudo o que seria necessário ser feito por um operador com máquinas convencionais é programável com máquinas CNC. O CAM fornece instruções passo-a-passo que as máquinas irão seguir para concluir a fabricação do produto. Antes do software, o operador tinha de digitar manualmente o código antes de implementar o programa e essa entrada manual pode ser trabalhosa, com base na complexidade do produto final. O CAM faz isso se tornar mais simples através de um software inteligente para desenvolver o código baseado na plataforma (Graphical User Interface - GUI). Isso fez com que o código de fabricação se tornasse fácil de produzir, com pouco mais de um clique no processo desejado, gerando o código para a máquina CNC.

Como CAD, CAE e CAM trabalham em conjunto

Um programa CAD é necessário tanto na fabricação - CAM, como nos softwares de engenharia - CAE, pois ambos os sistemas exigem um modelo, a fim de executar qualquer análise ou fabricação. O CAE requer o modelo geométrico para determinar a rede nodal integrada a ser usada para a análise. O CAM exige a geometria da peça para determinar as rotas das máquinas e os cortes. Ambos requerem o CAD, mas esse pode ser usado como um sistema independente para a engenharia de modelos virtuais. O CAD é a espinha dorsal de qualquer CAM ou CAE e é necessário para que eles funcionem corretamente. Os softwares atuais são ferramentas poderosas para engenheiros e técnicos tornarem seus trabalhos diários mais fáceis e eficientes. Usados corretamente, proporcionam o melhor benefício possível para os indivíduos e empresas que os implementam.