Sergio Gómez González
Aplicación de la Inteligencia Artificial (IA) en la Creación de Modelos en 3D aligerados y la Programación en VBA para SolidWorks
La integración de la inteligencia artificial (IA) en el diseño y modelado 3D, particularmente utilizando herramientas como SolidWorks, ChatGPT y lenguajes de programación como VBA, representa un avance significativo en la eficiencia y capacidad de innovación en diversas industrias. Este artículo explora las ventajas de esta integración, la aplicación específica de IA en la programación en VBA para SolidWorks, y compara SolidWorks con otros softwares de modelado. Además, se realiza una revisión de los libros de Sergio Gómez González sobre SolidWorks, destacando cómo estos recursos pueden ser aprovechados para maximizar el uso de IA en el diseño 3D.
Ventajas de la IA en la Creación de Modelos en 3D
La aplicación de la IA en el modelado 3D ofrece múltiples ventajas, como la optimización de los procesos de diseño mediante la automatización de tareas repetitivas y el aumento de la precisión en la creación de modelos complejos. La IA puede aprender de los datos históricos de diseño para sugerir modificaciones que mejoren la funcionalidad y la eficiencia de los modelos. Además, la capacidad de simulación mejorada permite realizar pruebas de validación virtuales más sofisticadas de los modelos antes de su fabricación física, reduciendo así los costes y tiempos en pruebas de prototipos.
En el campo de la ingeniería y el diseño, la inteligencia artificial (IA), por ejemplo, ha hecho posible avanzar significativamente en la optimización de estructuras y componentes aligerados mediante la técnica conocida como optimización topológica. La optimización topológica es una técnica que utiliza algoritmos de aprendizaje automático para determinar la distribución óptima del material dentro de un diseño dado, asegurando que el objeto sea lo más ligero y resistente posible. La IA analiza múltiples iteraciones de diseño ajustando la forma y el volumen del material para lograr los objetivos de rendimiento deseados mientras reduce el peso y el coste del material.
Empresas aeroespaciales y automotrices, como Airbus y BMW, emplean estas técnicas para diseñar componentes que no solo son más eficientes en términos de recursos sino también extremadamente aligerados y resistentes. En la industria aeroespacial, la optimización topológica ayuda a diseñar piezas de aviones que resisten las fuerzas extremas durante el vuelo al mismo tiempo que reducen el peso, lo cual es crucial para mejorar la eficiencia del combustible y reducir las emisiones.
Estos procesos, potenciados por la IA, junto con la Fabricación aditiva (impresión 3D) no solo ahorran horas de cálculo, sino que también abren nuevas posibilidades en el diseño de productos que anteriormente podrían haber sido imposibles de fabricar mediante métodos tradicionales. La capacidad de simular y analizar rápidamente grandes cantidades de datos permite a los ingenieros y diseñadores experimentar con configuraciones más audaces y creativas, empujando los límites de lo que es posible en diseño y manufactura.
En el libro SolidWorks práctico II, escrito por Sergio Gómez, se incluyen dos prácticas paso a paso, de optimización topológica de piezas. La función de optimización topológica en SolidWorks es una herramienta avanzada que permite a los usuarios mejorar el diseño de componentes, asegurando que sean tanto livianos como resistentes. El proceso comienza con el modelado del componente en 3D y la definición de las cargas y restricciones que actuarán sobre él. Posteriormente, el usuario especifica el objetivo de optimización, generalmente enfocado en minimizar la masa del componente mientras se cumplen ciertas restricciones de desempeño, como factores de seguridad, desplazamientos o tensiones máximas admitidas. SolidWorks procede a generar una malla sobre el modelo para facilitar el análisis por elementos finitos (FEA), que es crucial para evaluar la respuesta de cada segmento del modelo a las fuerzas aplicadas. Utilizando algoritmos de optimización, el software modifica la distribución del material, eliminando áreas donde el material no es necesario y reforzando zonas de mayores esfuerzos. Al finalizar el proceso, SolidWorks presenta una geometría optimizada que es más ligera y eficiente, acompañada de análisis detallados que permiten al usuario evaluar si el diseño final cumple con los requisitos establecidos, ajustándolo según sea necesario antes de proceder a la fase de producción. Esta herramienta es un “regalo” para ingenieros y diseñadores que buscan optimizar la eficiencia del material y reducir costes sin comprometer la integridad estructural de sus productos.
Figura 1. Simulaciones topológicas realizadas con SolidWorks Simulation e incluidas en el libro SolidWorks práctico II. Marco de la bicicleta: restricción de masa (reducir la masa en un 80 % [de 33 kg a 6,69 kg]) y restricción de la tensión (80 % del valor del límite elástico). Estructura: restricción de masa (reducir la masa en un 50 % [de 2032,8 kg a 1016,4 kg] y restricción de la tensión (80 % del valor del límite elástico).
IA en la Programación de VBA para SolidWorks
El lenguaje de programación VBA (Visual Basic for Applications) es una herramienta potente dentro de SolidWorks que permite la automatización de tareas específicas y la personalización de flujos de trabajo. La IA puede ser integrada en scripts de VBA para realizar análisis predictivos y generar decisiones basadas en datos en tiempo real. Por ejemplo, se puede desarrollar un macro en VBA que utilice modelos de IA para seleccionar automáticamente los mejores métodos y parámetros de diseño basándose en criterios de optimización previamente definidos. Esto no solo mejora la eficiencia, sino que también abre nuevas posibilidades para la personalización y la innovación en el diseño.
ChatGPT, por ejemplo, siendo un modelo de lenguaje avanzado, puede asistir en la creación de scripts de VBA para SolidWorks, aunque no puede escribir código directamente en el software. El proceso comienza con el usuario proporcionando especificaciones detalladas de la pieza deseada, incluyendo dimensiones, propiedades del material y requisitos funcionales, por ejemplo. Utilizando esta información, ChatGPT puede generar un esquema o plantilla del script en VBA, detallando los pasos necesarios para modelar la pieza en 3D. Este script podría incluir instrucciones para iniciar un nuevo proyecto, definir las dimensiones de la pieza. Luego, el usuario necesita revisar y ajustar este script según sea necesario antes de ejecutarlo en SolidWorks para asegurarse de que cumpla con todos los requisitos técnicos y de diseño. Aunque ChatGPT facilita la creación inicial del script, es esencial que un usuario con conocimientos de VBA y SolidWorks realice las modificaciones finales para garantizar la precisión y funcionalidad del modelo 3D resultante.
En este sentido, Sergio Gómez, también ha incluido una práctica guiada en el libro SolidWorks práctico II, en el que se utiliza ChatGPT 3.5 para diseñar un script para dibujar una esfera en 3D. Se trata de un ejemplo muy sencillo pero muy interesante para saber cómo conectar ChatGPT con SolidWorks.
Figura 2. Código creado por ChatGPT 3.5 para el diseño de una esfera con SolidWorks.
Ventajas de SolidWorks frente a otras soluciones de diseño y validación
SolidWorks destaca frente a otros softwares de diseño asistido por computadora (CAD) por su interfaz intuitiva, su extensa comunidad de usuarios y su compatibilidad con una amplia gama de módulos de ingeniería y diseño. La facilidad de integración con otras herramientas y plataformas, incluida la IA, hace de SolidWorks una opción preferente para empresas que buscan adaptabilidad y escalabilidad en sus operaciones de diseño. A diferencia de otros programas, SolidWorks ofrece soluciones específicas para cada etapa del proceso de diseño y validación, desde el boceto inicial hasta la simulación y el análisis de elementos finitos.
Libros y cursos online de Sergio Gómez González y Editorial Marcombo
Sergio Gómez González, en sus libros publicados por la Editorial Marcombo desde hace más de 20 años y en sus dos cursos online, ofrece una cobertura exhaustiva sobre el uso y dominio de SolidWorks. Estos son recursos valiosos para comprender a fondo todas las funcionalidades del software, incluyendo consejos prácticos y técnicas avanzadas. La mayoría de los ejercicios planteados y ejemplos descritos son y han sido prácticas y/o preguntas de exámenes en la Escuela de Ingeniería de la Universidad Politécnica de Catalunya dónde es docente e investigador (EEBE, UPC).
Acerca del autor
Sergio Gómez Gonzalez