INSTITUTO SUPERIOR TECNOLÓGICO PRIVADO
INSTITUTO SUPERIOR TECNOLÓGICO PRIVADO
ESPECIALIDAD DE COMPUTACIÓN E INFORMÁTICA
ESPECIALIDAD DE COMPUTACIÓN E INFORMÁTICA
MONOGRAFÍA
MONOGRAFÍA
DISEÑO ASISTIDO POR COMPUTADORA
DISEÑO ASISTIDO POR COMPUTADORA
ALUMNA:
ALUMNA:
ZYLENA VELÁSQUEZ LLONTOP
ZYLENA VELÁSQUEZ LLONTOP
DOCENTE:
DOCENTE:
2016
2016
DEDICATORIA DEDICATORIA
Dedico esta monografía
Dedico esta monografía a Dios por cuidarme cada día de mi vida y
a Dios por cuidarme cada día de mi vida y
encaminarme en todo a la realización de este trabajo.
encaminarme en todo a la realización de este trabajo.
A mis
A mis padres quienes me dieron vida, educa
padres quienes me dieron vida, educación,
ción, apoyo y consejos.
apoyo y consejos.
A mis c
A mis compañeros de estudio, a
ompañeros de estudio, a mis maestros y
mis maestros y amigos, quienes sin su
amigos, quienes sin su
ayuda nunca hubiera podido
AGRADECIMIENTO AGRADECIMIENTO
Deseo hacer mi agradecimiento al Profesor del curso, por el interés
Deseo hacer mi agradecimiento al Profesor del curso, por el interés
y el tiempo que me ha dedicado, Quiero expresar mi gratitud a
y el tiempo que me ha dedicado, Quiero expresar mi gratitud a
mis padres que por ellos he
mis padres que por ellos he
podido realizar este trabaj
podido realizar este trabaj
o por su
o por su
apoyo económico y moral y a Dios por haberme encaminado
apoyo económico y moral y a Dios por haberme encaminado
durante todo mi trabajo de investigación.
durante todo mi trabajo de investigación.
No
No
puedo
puedo
olvidarme
olvidarme
del
del
resto
resto
de
de
compañeros
compañeros
de
de
la
la
Especialidad
Especialidad
de Computación e Informática, en todo momento, estuvieron
de Computación e Informática, en todo momento, estuvieron
dispuestos a ayudarme y cuyas recomendaciones ha
dispuestos a ayudarme y cuyas recomendaciones ha
n permitido ir
n permitido ir
mejorando el resultado final.
ÍNDICE ÍNDICE DEDICATORIA 2 DEDICATORIA 2 AGRADECIMIENTO AGRADECIMIENTO 33 RESUMEN 6 RESUMEN 6 INTRODUCCIÓN 7 INTRODUCCIÓN 7
DISEÑO ASISTIDO POR COMPUTADORA DISEÑO ASISTIDO POR COMPUTADORA
DEFINICIONES 9
DEFINICIONES 9
CAD
CAD EN EN EL EL PROCESO PROCESO DE DE DISEÑO DISEÑO Y Y FABRICACIÓNFABRICACIÓN. . 1616 DESARRO
DESARROLLO LLO HISTÓRICO HISTÓRICO 2020 ASPECTOS RELEVAN
ASPECTOS RELEVANTES DE LA EVOLUTES DE LA EVOLUCIÓN DEL CAD CIÓN DEL CAD 2323 COMPONENT
COMPONENTES ES DEL DEL CAD CAD 2525 PROCESO
PROCESO DE DE DISEÑO DISEÑO 2828 CONCEPTO
CONCEPTO DE DE SISTEMA SISTEMA CAD CAD 3030 ESTRUCT
ESTRUCTURA URA DE DE UN UN SISTEMA SISTEMA CAD CAD 3434 CAMPOS
CAMPOS DE DE APLICACIÓN APLICACIÓN 3636
FUNDAMENTOS 37
FUNDAMENTOS 37
EL
EL CAD CAD DESDE DESDE EL EL PUNTO PUNTO DE DE VISTA VISTA INDUSTRIAL. INDUSTRIAL. 3939 SITUACIÓN
SITUACIÓN ACTUAL ACTUAL Y Y PERSPECTIVAS PERSPECTIVAS 4242
UTILIDADES 50
UTILIDADES 50
APLICACIONES DEL C
APLICACIONES DEL CAD AD 5555 DIFERENCIAS
DIFERENCIAS ENTRE ENTRE SIG SIG Y Y CAD CAD 5757 CONCEPTO
CONCEPTO DE DE DIBUJO DIBUJO COMO COMO ARCHIVO ARCHIVO GRÁFICO GRÁFICO 5858 CONCEPTO
CONCEPTO DE DE ENTIDAD ENTIDAD Y Y DE DE CELDA CELDA O O BLOQUE BLOQUE 6060 CAMPOS
CAMPOS DE DE ACCIÓN ACCIÓN DEL DEL CAD CAD 6161 TIPOS
TIPOS DE DE CAD. CAD. 6262 VENTAJ
VENTAJAS AS DEL DEL CAD CAD 6666 EL
EL CAE CAE Y Y EL EL CAM CAM 6868 CARACTERÍSTICAS, SEMEJANZAS Y DIFERENCIAS CON OTROS SISTEMAS DE
CARACTERÍSTICAS, SEMEJANZAS Y DIFERENCIAS CON OTROS SISTEMAS DE DIBUJO
DIBUJO ASISTIDO ASISTIDO POR POR COMPUTADORA COMPUTADORA 6969 LA
LA PROGRAMACIÓPROGRAMACIÓN N CAD CAD 7272 REDUCCI
REDUCCIÓN ÓN DE DE LA LA MANO MANO DE DE OBRA OBRA OPTIMIZACIÓN OPTIMIZACIÓN DEL DEL TEJIDO TEJIDO 7676 ALTERNATIVA LIBRE
ALTERNATIVA LIBRE DE AUTOCAD DE AUTOCAD 7777 CONFIGUR
CONFIGURACIÓN ACIÓN ACTUAL ACTUAL DE DE SISTEMA SISTEMA CAD CAD 7878
CONCLUSIONES 79
CONCLUSIONES 79
BIBLIOGRAFÍA 80
SIGLAS UTILIZADAS
CAD (Computer Aided Design): Diseño asistido por computador. Cad (Computer aided drafting): Dibujo asistido por computador.
CADD (Computer Aided Design and Drafting): Diseño y dibujo asistido
por computadora.
CAE (Computer Aided Engineering): Ingeniería asistida por
computador.
CAM (Computer Aided Manufacturing): Manufactura asistida por
computador.
CIM (Computer Integrated Manufacturing) Manufactura integrada por
computador.
RESUMEN
El diseño es una actividad que se proyecta hacia la solución de problemas planteados por el ser humano en su adaptación al medio que lo rodea, para l a satisfacción de sus necesidades, para lo cual utiliza recursos como la tecnología CAD/CAE/CAM. Estas tecnologías se vienen aplicando a través de los métodos de la ingeniería concurrente. La técnica más desarrollada en la ingeniería asistida por computador (CAE), es la aplicación de los análisis por elementos finitos (FEA), que con la mejora de los equipos de cómputo se ha convertido en técnicas accesibles para todos los usuarios. Estas técnicas son usadas industrialmente desde el diseño hasta la fabricación consiguiendo optimizar costos, calidad, tiempo, seguridad, etc.
INTRODUCCIÓN
El término diseño procede del vocablo italiano 'disegno'. En nuestro contexto se utiliza para caracterizar 'la representación gráfica, de acuerdo con una idea creativa previa, de un objeto artístico o funcional, de un dispositivo mecánico, o de la estructura o funcionamiento de un sistema o proceso.
En este tema veremos el proceso de diseño y como los sistemas informáticos pueden incidir en este proceso. Se planteará la estructura general de una aplicación CAD, destacando el papel del modelo geométrico.
El avance vertiginoso del software y hardware, en estos últimos años ha modificado la forma de entender el concepto de CAD, actualmente se entiende como la integración del diseño y del análisis (Cad unida al CAE). La técnica CAE necesita de una gran potencia de cálculo de los computadores, lo cual implica una memoria RAM considerable, velocidad de proceso y una calidad de exhibición de los resultados; estas características se vienen consiguiendo con los nuevos computadores a precios aceptables para nuestro medio. Esto ha permitido que los profesionales relacionados a estas tecnologías mejoren su productividad, calidad y oportunidad, de manera que puedan dedicar un mayor tiempo en la mejora de los diseños.
La aplicación del software CAD en la ingeniería abarca la elaboración de cuadros sinópticos, diagramas de diversos tipos, gráficos estadísticos,
representación tridimensional de modelos dinámicos en multimedia, análisis con elementos finitos, aplicaciones en realidad virtual, robótica, etc.
Los software CAD pueden ser usados de dos maneras generales, a través de lenguajes de programación y de paquetes aplicativos. El desarrollo a través de lenguajes de programación abiertos implica un amplio dominio, conocimiento de las tecnologías de exhibición, manejo del análisis matemático, geométrico y vectorial (software abiertos más usados: Java y Visual Basic); en cambio el uso de paquetes aplicativos debido a su amplio desarrollo acelerado, su especialización en los diferentes campos de aplicación, su diseño de arquitectura abierta y su facilidad de uso han permitido su rápida aceptación y adopción. El CAD es una técnica de análisis, una manera de crear un modelo del comportamiento de un producto aun antes de que se haya construido. Los dibujos en papel pueden no ser necesarios en la fase del diseño.
DISEÑO ASISTIDO POR COMPUTADORA
DEFINICIONESEl Diseño y la fabricación asistidos por ordenador (CAD/CAM) es una disciplina que estudia el uso de sistemas informáticos como herramienta de soporte en todos los procesos involucrados en el diseño y la fabricación de cualquier tipo de producto.
Esta disciplina se ha convertido en un requisito indispensable para la industria actual que se enfrenta a la necesidad de mejorar la calidad, disminuir los costes y acortar los tiempos de diseño y producción. La única alternativa para conseguir este triple objetivo es la de utilizar la potencia de las herramientas informáticas actuales e integrar todos los procesos, para reducir los costes (de tiempo y dinero) en el desarrollo de los productos y en su fabricación.
El uso cooperativo de herramientas de diseño y de fabricación ha dado lugar a la aparición de una nueva tecnología denominada ‘Fabricación Integrada por Ordenador’ e incluso se habla de la ‘Gestión Integrada por Ordenador’ como
el último escalón de automatización hacia el que todas las empresas deben orientar sus esfuerzos. Esta tecnología consiste en la gestión integral de todas las actividades y procesos desarrollados dentro de una empresa mediante un sistema informático. Para llegar a este escalón sería necesario integrar, además de los procesos de diseño y fabricación, los procesos administrativos y de gestión de la empresa lo que rebasa el objetivo más modesto de esta
para la gestión integrada.
CAD es el acrónimo de ‘Computer Aided Design’ o diseño asistido por
computador. Se trata de la tecnología implicada en el uso de ordenadores para realizar tareas de creación, modificación, análisis y optimización de un diseño. De esta forma, cualquier aplicación que incluya una interfaz gráfica y realice alguna tarea de ingeniería se considera software de CAD. Las herramientas de CAD abarcan desde herramientas de modelado geométrico hasta aplicaciones a medida para el análisis u optimización de un producto específico. Entre estos dos extremos se encuentran herramientas de modelado y análisis de tolerancias, cálculo de propiedades físicas (masa, volumen, momentos, etc.), modelado y análisis de elementos finitos, ensamblado, etc. La función principal en estas herramientas es la definición de la geometría del diseño (pieza mecánica, arquitectura, circuito electrónico, etc.) ya que la geometría es esencial para las actividades subsecuentes en el ciclo de producto descrito en la figura 1.2.
La geometría de un objeto se usa en etapas posteriores en las que se realizan tareas de ingeniería y fabricación. De esta forma se habla también de Ingeniería asistida por Ordenador o Computer Aided Engineering (CAE) para referirse a las tareas de análisis, evaluación, simulación y optimización desarrolladas a lo largo del ciclo de vida del producto. De hecho, este es el mayor de los beneficios de la tecnología CAD, la reutilización de la información creada en la etapa de síntesis en las etapas de análisis y también en el proceso CAM.
El termino CAD se puede definir como el uso de sistemas informáticos en la creación, modificación, análisis u optimización de un producto.
El termino CAM se puede definir como el uso de sistemas informáticos para la planificación, gestión y control de las operaciones de una planta de fabricación mediante una interfaz directa o indirecta entre el sistema informático y los recursos de producción. Así pues, las aplicaciones del CAM se divi den en dos categorías:
Interfaz directa: Son aplicaciones en las que el ordenador se conecta
directamente con el proceso de producción para monitorizar su actividad y realizar tareas de supervisión y control. Así pues estas aplicaciones se dividen en dos grupos:
Supervisión: implica un flujo de datos del proceso de producción al
computador con el propósito de observar el proceso y los recursos asociados y recoger datos.
Control: supone un paso más allá que la supervisión, ya que no solo se
observa el proceso, sino que se ejerce un control basándose en dichas observaciones.
Interfaz indirecta: Se trata de aplicaciones en las que el ordenador se
utiliza como herramienta de ayuda para la fabricación, pero en las que no existe una conexión directa con el proceso de producción.
Figura 1. Supervisión y control
Una de las técnicas más utilizadas en la fase de fabricación es el Control Numérico. Se trata de la tecnología que utiliza instrucciones programadas para controlar maquinas herramienta que cortan, doblan, perforan o transforman una materia prima en un producto terminado. Las aplicaciones informáticas son capaces de generar, de forma automática, gran cantidad de instrucciones de control numérico utilizando la información geométrica generada en la etapa de diseño junto con otra información referente a materiales, máquinas, etc. que también se encuentra en la base de datos. Los esfuerzos de investigación se concentran en la reducción de la intervención de los operarios.
Otra función significativa del CAM es la programación de robots que operan normalmente en células de fabricación seleccionando y posicionando herramientas y piezas para las máquinas de control numérico. Estos robots
también pueden realizar tareas individuales tales como soldadura, pintura o transporte de equipos y piezas dentro del taller.
La planificación de procesos es la tarea clave en para conseguir la automatización deseada, sirviendo de unión entre los procesos de CAD y CAM. El plan de procesos determina de forma detallada la secuencia de pasos de producción requeridos para fabricar y ensamblar, desde el inicio a la finalización del proceso de producción. Aunque la generación automática de planes de producción es una tarea compleja, el uso de la Tecnología de Grupos supone una gran ayuda, ya que permite generar nuevos planes a partir de los planes existentes para piezas similares. Las piezas se organizan en familias y cada nueva pieza se clasifica dentro de una familia, según las características o los elementos que la componen. Esta tarea puede realizarse fácilmente utilizando técnicas de Modelado Basado en Características (Feature-Based Modeling) junto con la Tecnología de Grupos.
Además, los sistemas informáticos pueden usarse para determinar el aprovisionamiento de materias primas y piezas necesarias para cumplir el programa de trabajo de la manera más eficiente, minimizando los costes financieros y de almacenaje. Esta actividad se denomina Planificación de Recursos Materiales (Material Requirement Planning o MRP). También es posible ejercer tareas de monitorización y control de la actividad de las maquinas del taller que se integran bajo el nombre de Planificación de Recursos de Manufacturación (Manufacturing Requirement Planning o
La Ingeniería Asistida por Ordenador (Computer Aided Engineering o CAE) es la tecnología que se ocupa del uso de sistemas informáticos para analizar la geometría generada por las aplicaciones de CAD, permitiendo al diseñador simular y estudiar el comportamiento del producto para refinar y optimizar dicho diseño. Existen herramientas para un amplio rango de análisis. Los programas de cinemática, por ejemplo, pueden usarse para determinar trayectorias de movimiento y velocidades de ensamblado de mecanismos. Los programas de análisis dinámico de (grandes) desplazamientos se usan para determinar cargas y desplazamientos en productos complejos como los automóviles. Las aplicaciones de temporización lógica y verificación simulan el comportamiento de circuitos electrónicos complejos.
El método de análisis por ordenador más ampliamente usado en ingeniería es el método de elementos finitos o FEM (de Finite Element Method). Se utiliza para determinar tensiones, deformaciones, transmisión de calor, distribución de campos magnéticos, flujo de fluidos y cualquier otro problema de campos continuos que serían prácticamente imposibles de resolver utilizando otros métodos. En este método, la estructura se representa por un modelo de análisis constituido de elementos interconectados que dividen el problema en elementos manejables por el ordenador.
Como se ha mencionado anteriormente, el método de elementos finitos requiere más un modelo abstracto de descomposición espacial que la propia geometría del diseño. Dicho modelo se obtiene eliminando los detalles innecesarios de dicha geometría o reduciendo el número de dimensiones. Por
ejemplo, un objeto tridimensional de poco espesor se puede convertir en un objeto bidimensional cuando se hace la conversión al modelo de análisis. Por tanto, es necesario generar dicho modelo abstracto de forma interactiva o automática para poder aplicar el método de elementos finitos. Una vez creado dicho modelo, se genera la malla de elementos finitos para poder aplicar el método. Al software que se encarga de generar el modelo abstracto y la malla de elementos finitos se le denomina pre-procesador. Después de realizar el análisis de cada elemento, el ordenador ensambla los resultados y los visualiza. Las regiones con gran tensión se destacan, por ejemplo, mostrándose en color rojo. Las herramientas que realizan este tipo de visualización se denominan post-procesadores.
Existen también numerosas herramientas para la optimización de diseños. Se están realizando investigaciones para determinar automáticamente la forma de un diseño, integrando el análisis y la optimización. Para ello se asume que el diseño tiene una forma inicial simple a partir de la cual el procedimiento de optimización calcula los valores óptimos de ciertos parámetros para satisfacer un cierto criterio al mismo tiempo que se cumplen unas restricciones, obteniéndose la forma óptima con dicho parámetros.
La ventaja del análisis y optimización de diseños es que permite a los ingenieros determinar cómo se va a comportar el diseño y eliminar errores sin la necesidad gastar tiempo y dinero construyendo y evaluando prototipos reales. Ya que el coste de reingeniería crece exponencialmente en las últimas
temprana que permiten las herramientas CAE supone un gran ahorro de tiempo y una notable disminución de costes.
Así pues, CAD; CAM y CAE son tecnologías que tratan de automatizar ciertas tareas del ciclo de producto y hacerlas más eficientes. Dado que se han desarrollado de forma separada, aun no se han conseguido todos los beneficios potenciales de integrar las actividades de diseño y fabricación del ciclo de producto. Para solucionar este problema ha aparecido una nueva tecnología: la fabricación integrada por ordenador o CIM (de Computer Integrated Manufacturing). Esta tecnología tiene el objetivo de aunar las islas de automatización conjuntándolas para que cooperen en un sistema único y
eficiente.
El CIM trata de usar una única base de datos que integre toda la información de la empresa y a partir de la cual se pueda realizar una gestión integral de todas las actividades de la misma, repercutiendo sobre todas las actividades de administración y gestión que se realicen en la empresa, además de las tareas de ingeniería propias del CAD y el CAM. Se dice que el CIM es más una filosofía de negocio que un sistema informático.
CAD EN EL PROCESO DE DISEÑO Y FABRICACIÓN.
En la práctica, el CAD se utiliza de distintas formas, para producción de dibujos y diseño de documentos, animación por computador, análisis de ingeniería, control de procesos, control de calidad, etc. Por tanto, para clarificar el ámbito de las técnicas CAD, las etapas que abarca y las herramientas actuales y futuras, se hace necesario estudiar las distintas
actividades y etapas que deben realizarse en el diseño y fabricación de un producto. Para referirnos a ellas emplearemos el término ciclo de producto, que aparece reflejado en la figura 2.
Figura 2. Ciclo de producto típico
Para convertir un concepto o idea en un producto, se pasa por dos procesos principales, el de diseño y el de fabricación. A su vez, el proceso de diseño se puede dividir en una etapa de síntesis, en la que se crea el producto y una etapa de análisis en la que se verifica, optimiza y evalúa el producto creado. Una vez finalizadas estas etapas se aborda la etapa de fabricación en la que, en primer lugar se planifican los procesos a realizar y los recursos necesarios, pasando después a la fabricación del producto. Como último paso se realiza un control de calidad del producto resultante antes de pasar a la fase de
Debido a la demanda del mercado de productos cada vez más baratos, de mayor calidad y cuyo ciclo de vida se reduce cada vez más, se hace necesaria la intervención de los ordenadores para poder satisfacer estas exigencias. Mediante el uso de técnicas de CAD se consigue abaratar costes, aumentar la calidad y reducir el tiempo de diseño y producción. Estos tres factores son vitales para la industria actual.
Dentro del ciclo de producto descrito se ha incluido un conjunto de tareas agrupadas en proceso CAD y otras en proceso CAM, que, a su vez, son subconjuntos del proceso de diseño y proceso de fabricación respectivamente. Las figuras 3 y 4 muestran ambos procesos con más detalle. Las herramientas requeridas para cada proceso aparecen en las tablas 1 y 2.
FASE DE DISEÑO HERRAMIENTAS CAD REQUERIDAS Conceptualización del diseño Herramientas de modelado geométrico
Modelado del diseño y Las anteriores más herramientas de animación, simulación ensamblaje y aplicaciones de modeladoespecificas
Análisis del diseño Aplicaciones de análisis generales (FEM),aplicaciones a medida
Optimización del diseño Aplicaciones a medida, optimización estructural Evaluación del diseño Herramientas de acotación, tolerancias, listas demateriales
Informes y documentación Herramientas de dibujo de planos y detalles,imágenes color Tabla 1: Herramientas CAD para el proceso de diseño
FASE DE FABRICACIÓN HERRAMIENTAS CAM REQUERIDAS
Planificación de procesos Herramientas CAPP, análisis de costes,especificaciones de materiales y herramientas
Mecanizado de piezas Programación de control numérico Inspección Aplicaciones de inspección
Ensamblaje Simulación y programación de robots Tabla 2: Herramientas CAM para el proceso de fabricación
DESARROLLO HISTÓRICO
En la historia del CAD se pueden encontrar precursores de estas técnicas en dibujos de civilizaciones antiguas como Egipto Grecia o Roma. Los trabajos de Leonardo da Vinci muestran técnicas CAD actuales como el uso de perspectivas. Sin embargo, el desarrollo de estas técnicas está ligado a la evolución de los ordenadores que se produce a partir de los años 50.
A principios de la decada1950 aparece la primera pantalla gráfica en el MIT capaz de representar dibujos simples de forma no interactiva. En esta época y también en el MIT se desarrolla el concepto de programación de control numérico. A mediados de esta década aparece el lápiz óptico que supone el inicio de los gráficos interactivos. A finales de la década aparecen las primeras máquinas herramienta y General Motors comienza a usar técnicas basadas en el uso interactivo de gráficos para sus diseños.
La década de los 60 representa un periodo crucial para el desarrollo de los gráficos por ordenador. Aparece el termino CAD y varios grupos de investigación dedican gran esfuerzo a estas técnicas. Fruto de este esfuerzo es la aparición de unos pocos sistemas de CAD. Un hecho determinante de este periodo es la aparición comercial de pantallas de ordenador.
En la década de los 70 se consolidan las investigaciones anteriores y la industria se percata del potencial del uso de estas técnicas, lo que lanza definitivamente la implantación y uso de estos sistemas, limitada por la capacidad de los ordenadores de esta época. Aparecen los primeros sistemas 3D (prototipos), sistemas de modelado de elementos finitos, control numérico,
etc. Hechos relevantes de esta década son, entre otros, la celebración del primer SIGGRAPH y la aparición de IGES.
En la década de los 80 se generaliza el uso de las técnicas CAD propiciada por los avances en hardware y la aparición de aplicaciones en 3D capaces de manejar superficies complejas y modelado sólido. Aparecen multitud de aplicaciones en todos los campos de la industria que usan técnicas de CAD, y se empieza a hablar de realidad virtual.
La década de los 90 se caracteriza por una automatización cada vez más completa de los procesos industriales en los que se va generalizando la integración de las diversas técnicas de diseño, análisis, simulación y fabricación. La evolución del hardware y las comunicaciones hacen posible que la aplicación de técnicas CAD este limitada tan solo por l a imaginación de los usuarios. En la actualidad, el uso de estas técnicas ha dejado de ser una opción dentro del ámbito industrial, para convertirse en la única opción existente. Podemos afirmar por tanto que el CAD es una tecnología de supervivencia. Solo aquellas empresas que lo usan de forma eficiente son capaces de mantenerse en un mercado cada vez más competitivo.
A modo de resumen, la tabla 3 muestra algunos de los hechos más relevantes de la evolución del CAD.
Años 50 y 60
Un ordenador ocupa una habitación y cuesta cientos de millones Primera pantalla gráfica en el MIT Concepto de programación de control numérico Primeras máquinas herramienta
Cada compañía desarrolla su propio y peculiar sistema de CAD (GM) Lápiz óptico: inicio de los gráficos interactivos Aparición comercial pantallas de ordenador
Utilizado por la industria del automóvil, aeronáutica y compañías muy grandes
Años 70
Los minicomputadores son cabinas y cuestan unos pocos
millones CAD significa Computer Aided Drafting Aparecen los primeros sistemas 3D (prototipos)
Potencia de los sistemas limitada modelado de elementos finitos, control numérico Aparecen empresas como Computervision o Applicon Celebración del primer SIGGRAPH y aparición de IGES
Principios 80
Incremento de potencia (32 bits)
Se extiende la funcionalidad de las aplicaciones CAD Superficies complejas y modelado sólido
Los sistemas de CAD son caros todavía
Se incrementa el interés en el modelado 3D frente al dibujo 2D
Finales 80
Nace Autocad y los PC's
Menor precio y mayor funcionalidad de los sistemas Los sistemas potentes están basados en estaciones Unix El mercado del CAD se generaliza en las empresas
Principios 90
Automatización completa procesos industriales Integración técnicas diseño, análisis, simulación y fabricación Tecnología de supervivencia Estaciones PC Nuevas funcionalidades: modelado sólido, paramétrico, restricciones
Finales 90 -Siglo XXI
Internet e Intranets lo conectan todo El precio del Hardware cae La potencia aumenta Gran cantidad de aplicaciones Se impone el PC
Tabla 3: Evolución del CAD
ASPECTOS RELEVANTES DE LA EVOLUCIÓN DEL CAD
El término Diseño asistido por ordenador fue acuñado por Douglas Ross y Dwight Baumann en 1959, y aparece por primera vez en 1960, en un anteproyecto del MIT, titulado 'Computer-Aided Design Project' [Ross93]. En aquella época ya se había comenzado a trabajar en la utilización de sistemas informáticos en el diseño, fundamentalmente de curvas y superficies. Estos trabajos se desarrollaron en la industria automovilística, naval y aeronáutica.
y fácilmente representables (círculos, rectas, cilindros, conos, etc.). Las partes que no podían ser diseñadas de este modo, como cascos de buques, fuselaje y alas de aviones o carrocerías de coches, seguían procesos más sofisticados.
El primer trabajo publicado relacionado con la utilización de representaciones paramétricas para curvas y superficies fue escrito por J. Fergusson en 1964 [Bézi93], quien exponía la utilización de curvas cúbicas y trozos bicúbicos. Su método se estaba usando en el diseño de alas y fuselajes en Boeing.
Previamente Paul de Castelju desarrollo, en torno a 1958, un método recursivo para el diseño de curvas y superficies basado en el uso de polinomios de Bernstein, en Citroen. Sus trabajos, no obstante no fueron publicados hasta 1974. Paralelamente, y de forma independiente Pierre Bézier, trabajando para Renault desarrollo la forma explícita del mismo método de diseño, que hoy se conoce como método de Bézier.
Uno de los hitos en el desarrollo del CAD fueron los trabajos de Ivan Sutherland quien realizó su tesis doctoral sobre desarrollo un sistema de diseño en el MIT en 1963. El sistema permitía la definición y edición interactiva de elementos geométricos, que podían ser almacenados de forma concisa. Por la misma fecha, y también en el MIT Steve Coons comenzó a desarrollar técnicas de diseño de superficies basadas en la descomposición en trozos, que fueron aplicados al diseño de cascos de buques en 1964.
antecedentes sean los trabajos desarrollados por Coons en el MIT entre 1960 y 1965, que se centraron en la aplicación de métodos numéricos a sólidos creados por barrido.
Los primeros trabajos relacionados con el modelo de fronteras se desarrollaron en la Universidad de Cambridge (UK), a finales de la década de los sesenta. No obstante, el desarrollo del modelado de sólidos como disciplina, se debe en gran parte a los trabajos de Aristides Requicha y Herbert Voelcker en la Universidad de Rochester durante la década siguiente. En 1974 Baumgart propuso la representación mediante aristas aladas (windged-edges) para B-rep, y propuso la utilización de operadores de Euler para editar la representación.
A finales de la década de los sesenta y principios de los setenta, se comenzaron a desarrollar modeladores de sólidos. Entre ellos cabe destacar EUCLID, desarrollado por J.M. Brun en Francia, PADL-1 de la Universidad de Rochester, Shapes del MIT, TIPS-1 desarrollado por Okino.
COMPONENTES DEL CAD
Los fundamentos de los sistemas de Diseño y fabricación asistidos por ordenador son muy amplios, abarcando múltiples y diversas disciplinas, entre las que cabe destacar las siguientes:
modelar y la finalidad para la que se construya el modelo. Se utilizan modelos alámbricos para modelar perfiles, trayectorias, redes, u objetos que no requieran la disponibilidad de propiedades físicas (áreas, volúmenes, masa). Los modelos de superficie se utilizan para modelar objetos como carrocerías, fuselajes, zapatos, personajes, donde la parte fundamental del objeto que se está modelando es el exterior del mismo. Los modelos sólidos son los que más información contienen y se usan para modelar piezas mecánicas, envases, moldes, y en general, objetos en los que es necesario disponer de información relativa a propiedades físicas como masas, volúmenes, centro de gravedad, momentos de inercia, etc.
• Técnicas de visualización: Son esenciales para la generación de
imágenes del modelo. Los algoritmos usados dependerán del tipo de modelo, abarcando desde simples técnicas de dibujo 2D para el esquema de un circuito eléctrico, hasta la visualización realista usando trazado de rayos o radiosidad para el estudio de la iluminación de un edificio. Es habitual utilizar técnicas específicas para la generación de documentación dependiente de la aplicación, como por ejemplo, curvas de nivel, secciones o representación de funciones sobre sólidos o superficies.
• Técnicas de interacción gráfica: Son el soporte de la entrada de
información geométrica del sistema de diseño. Entre ellas, las técnicas de posicionamiento y selección tienen una especial relevancia. Las técnicas de posicionamiento se utilizan para la introducción de coordenadas 2D o
3D. Las técnicas de selección permiten la identificación interactiva de un componente del modelo, siendo por tanto esenciales para la edición del mismo.
• Interfaz de usuario: Uno de los aspectos más importantes de una
aplicación CAD es su interfaz. Del diseño de la misma depende en gran medida la eficiencia de la herramienta.
• Base de datos: Es el soporte para almacenar toda la información del
modelo, desde los datos de diseño, los resultados de los análisis que se realicen y la información de fabricación. El diseño de las bases de datos para sistemas CAD plantea una serie de problemas específicos por la naturaleza de la información que deben soportar.
• Métodos numéricos: Son la base de los métodos de cálculo empleados
para realizar las aplicaciones de análisis y simulación típicas de los sistemas de CAD.
• Conceptos de fabricación: Referentes a máquinas, herramientas y
materiales, necesarios para entender y manejar ciertas aplicaciones de fabricación y en especial la programación de control numérico.
• Conceptos de comunicaciones: Necesarios para interconectar todos los
Fig. 5 Componentes del CAD
Otra forma alternativa de estudiar los componentes del CAD se basa en cómo se implementan. Según este criterio el CAD estaría formado por el hardware más el software de diseño y además los mecanismos de comunicación necesarios para establecer la comunicación con las máquinas y robots.
PROCESO DE DISEÑO
Tradicionalmente el proceso de diseño sigue los siguientes pasos:
Definición. Consiste en especificar las propiedades y cualidades
relevantes del sistema a diseñar.
Concepción de un modelo. Es el núcleo del proceso de diseño. El
ingeniero concibe un modelo de sistema que satisface las especificaciones. El modelo deberá documentarse.
Dibujo de detalle. La mayor parte de las cosas que se fabrican tienen
algún tipo de representación gráfica natural, que se utiliza como descripción 'formal' del elemento a construir. Por ese motivo, antes de pasar al proceso de construcción se deben generar gran cantidad de 'planos' (o descripciones gráficas en general). El conjunto de documentos generados debe ser suficiente para describir el modelo, con el suficiente detalle como para permitir la fabricación de prototipos, con los que validar el diseño. Este paso puede requerir hasta un 50% del esfuerzo de diseño.
Construcción de prototipos. Para elementos que se van a someter a un
proceso de fabricación en cadena, es normal fabricar previamente prototipos, fuera de la cadena de montaje. Los prototipos se fabrican con el propósito de detectar posibles errores en el modelo o la especificación, y en caso contrario, servir de validación del modelo. Los prototipos no tienen que ser necesariamente un ejemplar completo del elemento a fabricar, pudiendo utilizarse para validar tan solo determinadas propiedades.
A veces se utilizan prototipos con elementos que no se fabrican en serie,
como en ingeniería civil o arquitectura. En esta situación cabe destacar las maquetas para estudios de resistencia de materiales, o comportamiento aerodinámico, y las maquetas de arquitectura.
Realización de ensayos. Tras la realización de ensayos sobre el
principio, dentro de este ciclo de revisión.
Documentación. Una vez validado el diseño se pasa a documentarlo. La
documentación debe contener la información suficiente como para poder abordar la construcción del sistema. La documentación puede estar formada por información muy diversa: descripción del sistema y de sus componentes, esquemas de montaje, lista de componentes, etc.
El proceso de diseño sigue un esquema iterativo, en el que el diseñador
trata de encontrar un diseño que satisfaga unos determinados requerimientos, explorando posibilidades, siguiendo un ciclo de propuesta - valoración.
CONCEPTO DE SISTEMA CAD
En un sentido amplio, podemos entender el Diseño Asistido por Computador (CAD) como la "aplicación de la informática al proceso de diseño". Puntualizando la definición, entenderemos por Sistema CAD, un sistema informático que automatiza el proceso de diseño de algún tipo de ente, para descartar, como sistemas CAD las aplicaciones que incidan tan solo en algún aspecto concreto del proceso de diseño.
Fig. 6: Proceso clásico de diseño.
Los medios informáticos se pueden usar en la mayor parte de las tareas del proceso, siendo el dibujo el punto en el que más profusamente se ha utilizado.
El éxito en la utilización de sistemas CAD radica en la reducción de tiempo invertido en los ciclos de exploración. Fundamentalmente por el uso de sistemas gráficos interactivos, que permiten realizar las modificaciones en el modelo y observar inmediatamente los cambios producidos en el diseño. El desarrollo de un sistema CAD se basa en la representación computacional del modelo. Esto permite realizar automáticamente el dibujo de detalle y la documentación del diseño, y posibilita la utilización de métodos numéricos para realizar simulaciones sobre el modelo, como una alternativa a la construcción de prototipos.
El ciclo de diseño utilizando un sistema CAD se ve afectado, tan solo, por la inclusión de una etapa de simulación entre la creación del modelo y la generación de bocetos. Esta simple modificación supone un ahorro importante en la duración del proceso de diseño, ya que permite adelantar el momento en que se detectan algunos errores de diseño.
La figura 7 muestra el ciclo de diseño utilizando una herramienta CAD. Tan solo las etapas de definición y ensayo con prototipos quedan fuera del ámbito del sistema CAD. El resto de las tareas se realizan utilizando el sistema CAD. La importancia de la realización de ensayos con prototipos dependerá de la naturaleza del ente a diseñar, y de la posibilidad de sustituirlos por simulaciones numéricas. Cuando no hay un proceso de fabricación en serie la construcción de prototipos no suele realizarse.
Otro aspecto importante de la automatización del diseño es la posibilidad de utiliza la información del modelo como base para un proceso de fabricación
asistida por ordenador (CAM).
Los sistemas CAM se utilizan para automatizar el proceso de fabricación, incluyendo la planificación y control del proceso, así como del control de máquinas herramientas. El uso de sistemas CAM está más extendido en procesos de fabricación en cadena, en los que se realizan gran número de tareas mecánicas susceptibles de ser automatizadas. El sistema CAM debe diseñarse para hacer uso de la base de datos del diseño.
ESTRUCTURA DE UN SISTEMA CAD
El diseño es un proceso iterativo de definición de un ente, por tanto, el desarrollo de un sistema CAD se debe basar en el establecimiento de un ciclo de edición soportado por técnicas de representación del modelo, de edición y de visualización. A un nivel más concreto, un sistema CAD debe realizar las siguientes funciones:
- Definición interactiva del objeto. - Visualización múltiple.
- Calculo de propiedades, simulación. - Modificación del modelo.
- Generación de planos y documentación. - Conexión con CAM.
Es difícil establecer un modelo universal de sistema de diseño. No obstante, a nivel general, y en base a las funciones a desempeñar, se puede establecer que todos los sistemas de diseño poseen al menos los siguientes componentes:
Modelo. Es la representación computacional del ente que se está
diseñando. Debe contener toda la información necesaria para describir el ente, tanto a nivel geométrico como de características. Es el elemento central del sistema, el resto de los componentes trabajan
sobre él. Por tanto determinará las propiedades y limitaciones del sistema CAD.
Subsistema de edición. Permite la creación y edición del modelo,
bien a nivel geométrico o bien especificando propiedades abstractas del sistema. En cualquier caso la edición debe ser interactiva, para facilitar la exploración de posibilidades.
Subsistema de visualización. Se encarga de generar imágenes del
modelo. Normalmente interesa pode realizar distintas representaciones del modelo, bien porque exista más de un modo de representar gráficamente el ente que se está diseñando, o bien para permitir visualizaciones rápidas durante la edición, junto con imágenes más elaboradas para evaluar el diseño.
Subsistema de cálculo. Permite el cálculo de propiedades del modelo
y la realización de simulaciones
Subsistema de documentación. Se encarga de la generación de la
documentación del modelo.
Indudablemente, tanto las técnicas de representación y edición del modelo, como la visualización, el cálculo o la documentación, dependen del tipo de ente a modelar. No es pues posible construir sistemas CAD universales. En el ciclo de diseño con un sistema CAD, se puede ver como una sucesión
Una sesión de trabajo con un sistema CAD puede interpretarse como la creación de un 'programa', el modelo, que se especifica inte ractivamente con una secuencia de órdenes de edición.
Figura 8. Esquema general de un sistema CAD CAMPOS DE APLICACIÓN
Hay un gran número de aplicaciones que de uno u otro modo automatizan parte de un proceso de diseño. Actualmente, para casi cualquier proceso de fabricación o elaboración se dispone de herramientas informáticas que soportan este proceso. No obstante, los tres campos clásicos de aplicación son la ingeniería civil, el diseño industrial y el diseño de hardware.
Es posible encontrar en el mercado aplicaciones específicas para un campo concreto junto con aplicaciones de tipo general, que básicamente son editores
de un modelo geométrico, sobre las que se pueden acoplar módulos de simulación o cálculo específicos para un campo concreto. Este último es el caso de AUTOCAD, 3D-Studio y MICROSTATION.
El diseño industrial es el campo típico de aplicación, y en el que se comercializan más aplicaciones. Se utilizan modelos tridimensionales, con los que se realizan cálculos y simulaciones mecánicas. La naturaleza de las simulaciones depende del tipo de elemento a diseñar. En el diseño de vehículos es normal simular el comportamiento aerodinámico; en el diseño de piezas mecánicas se puede estudiar su flexión, o la colisión entre dos partes móviles. Entre las aplicaciones comerciales de tipo general cabe destacar CATIA (IBM), I-DEAS (SDRC) y PRO/ENGINEER (PTC).
En diseño de hardware podemos encontrar desde aplicaciones para el diseño de placas de circuitos impresos hasta aplicaciones para el diseño de circui tos, incluyendo circuitos integrados. En este último campo es fundamental la realización de simulaciones del comportamiento eléctrico del circuito que se está diseñando. Muchas de estas aplicaciones son 2D, e incluyen conexión con un sistema CAM.
En ingeniería civil podemos encontrar aplicaciones 2D, especialmente en arquitectura, y aplicaciones 3D. Las simulaciones realizadas suelen estar relacionadas con el estudio de la resistencia y la carga del elemento.
ordenador, entre ellas destacamos las siguientes:
Modelado geométrico. Se ocupa del estudio de los métodos de
representación de entes con contenido geométrico. Para sistemas 2D en los que la representación gráfica sean esquemas se suele utilizar modelos basados en instanciación de símbolos. Para modelar objetos de los que solo interese el contorno, (perfiles, trayectorias, zapatos, carrocerías, fuselajes, etc.) se suelen usar métodos de diseño de curvas y superficies. Para objetos sólidos (piezas mecánicas, envases, moldes, ingeniería civil, etc.).
Técnicas de visualización. Son esenciales para la generación de
imágenes del modelo. Los algoritmos usados dependerán del tipo de modelo, pudiendo variar desde simples técnicas de dibujo 2D, para el esquema de un circuito, hasta la visualización realista usando trazado de rayos o radiosidad, para el estudio de la iluminación de un edificio o una calzada. Además, se suelen usar técnicas específicas para la generación de la documentación (generación de curvas de nivel, secciones, representación de funciones sobre sólidos o superficies).
Técnicas de interacción gráfica. Son el soporte de la entrada de
información geométrica del sistema de Diseño. Entre estas, las técnicas de posicionamiento y selección poseen una especial relevancia. Las técnicas de posicionamiento se utilizan para la introducción de posiciones 2D o 3D. Las técnicas de selección permiten la identificación interactiva de un componente del modelo, son
por tanto esenciales para la edición.
Diseño de la interfaz de usuario. Uno de los aspectos más
importante del diseño de una herramienta CAD es la creación de una buena interfaz de usuario.
Bases de datos. El soporte para almacenar la información del modelo,
cuando se diseñen objetos de un cierto tamaño, sea una base de datos. El diseño de bases de datos para sistemas CAD plantea una serie de problemas específicos, por la naturaleza de la información y por las necesidades de cambio de la estructura con la propia dinámica del sistema.
Métodos numéricos. Son la base de los métodos de cálculo y
simulación.
EL CAD DESDE EL PUNTO DE VISTA INDUSTRIAL.
Históricamente, el CAD/CAM es una tecnología, (tanto hardware como software) guiada por la industria. Las industrias aeroespacial, de automoción, y naval, principalmente, han contribuido al desarrollo de estas técnicas. Por lo tanto, el conocimiento de cómo se aplican las técnicas CAD en la industria (figura 9) es fundamental para la comprensión de las mismas.
La mayoría de las aplicaciones incluyen diferentes módulos entre los que están modelado geométrico, herramientas de análisis, de fabricación y
estudiarán en temas posteriores.
Las herramientas de modelado geométrico realizan funciones tales como transformaciones geométricas, planos y documentación, sombreado, coloreado y uso de niveles. Las herramientas de análisis incluyen cálculos de masas, análisis por elementos finitos, análisis de tolerancias, modelado de mecanismos y detección de colisiones. En algunas ocasiones, estas aplicaciones no cubren las necesidades específicas de un determinado trabajo, en cuyo caso se pueden utilizar las herramientas de programación para suplir estas carencias. Una vez que el modelado se completa, se realizan los planos y la documentación con lo que el trabajo queda listo para pasar a la fase de CAM en la que se realizan operaciones tales como planificación de procesos, generación y verificación de trayectorias de herramientas, inspección y ensamblaje.
Fig. 9: El CAD en entorno industrial.
El conocimiento y comprensión de las herramientas CAD actuales y las relaciones entre ellas constituyen la base esencial para el proceso de aprendizaje. Por lo tanto, conocer el fundamento de las técnicas existentes mejora tanto la utilización de los sistemas actuales, como el desarrollo de
SITUACIÓN ACTUAL Y PERSPECTIVAS
El diseño y la fabricación asistidos por ordenador han alcanzado actualmente un gran nivel de desarrollo e implantación y se han convertido en una necesidad esencial para la supervivencia de las empresas en un mercado cada vez más competitivo. El uso de estas herramientas permite reducir costes, acortar tiempos y aumentar la calidad de los productos fabricados. Estos son los tres factores críticos que determinan el éxito comercial de un producto en la situación social actual en la que la competencia es cada vez mayor y el mercado demanda productos de mayor calidad y menor tiempo de vida. Un ejemplo sencillo y evidente de estas circunstancias es la industria de la automoción, donde cada día aparecen nuevos modelos de coches con diseños cada vez más sofisticados y se reduce la duración de un modelo en el mercado, frente a la situación de hace unas pocas décadas en las que el número de modelos en el mercado era mucho más reducido y su periodo de comercialización mucho más largo.
Ante este panorama, las herramientas CAD han tenido un auge espectacular, extendiéndose su uso a la práctica totalidad de las áreas industriales. Para ver la situación actual y las perspectivas, a continuación se presentan un breve estudio de los campos de aplicación más importantes de las herramientas CAD.
Mecánica
Es el campo donde más uso se he hecho tradicionalmente, fomentado sobre todo por la industria automovilística y aeroespacial que han llevado la iniciativa de la tecnología CAD. Las aplicaciones más habituales del CAD mecánico incluyen:
Librerías de piezas mecánicas normalizadas Modelado con NURBS y sólidos paramétricos. Modelado y simulación de moldes
Análisis por elementos finitos. Fabricación rápida de prototipos.
Generación y simulación de programas de control numérico. Generación y simulación de programación de robots.
Planificación de procesos.
Fig. 10: Análisis por elementos finitos. Arquitectura e Ingeniería Civil
En este campo la tecnología CAD/CAM se ha venido utilizando desde sus inicios, en principio con aplicaciones 2D de delineación y actualmente con sofisticadas herramientas 3D. Las aplicaciones más habituales del CAD/CAM relacionado con la arquitectura y la ingeniería civil son:
Librerías de elementos de construcción normalizados Diseño arquitectónico.
Diseño de interiores. Diseño de obra civil Cálculo de estructuras.
Mediciones y presupuestos. Planificación de procesos.
Fig. 11: Ingeniería civil Sistemas de información geográfica y cartografía
En este campo se están produciendo avances muy significativos propiciados, entre otros factores, por las posibilidades de conexión que aporta la red Internet. La tendencia apunta hacia un paso de los sistemas 2D hacia sistemas 3D, como ha ocurrido antes en otras áreas.
Las aplicaciones más habituales del CAD relacionado con la cartografía y los Sistemas de Información Geográfica (SIG) son:
Mantenimiento y producción de mapas y datos geográficos. Análisis topográfico.
Estudios medioambientales. Catastro
Planificación urbana.
Ingeniería Eléctrica y electrónica
Las aplicaciones más habituales del CAD relacionado con la Ingeniería Eléctrica y electrónica son:
Librerías de componentes normalizados. Diseño de circuitos integrados.
Diseño de placas de circuito impreso Diseño de instalaciones eléctricas.
Análisis, verificación y simulación de los diseños.
Programación de control numérico para el mecanizado o montaje de
Aplicación.
Para comprender mejor como las técnicas de CAD permiten incrementar la calidad, rebajar el coste y acortar los procesos, se va a presentar el ejemplo práctico de una aplicación. Este consiste en la fabricación de un mueble para alojar un equipo de audio.
Como especificaciones iniciales el mueble debe tener cuatro alojamientos (reproductores de CD, cassette, radio, amplificador y compartimiento para almacenar CD’s y cintas). A partir de estos datos un diseñador realizará varios
bocetos utilizando herramientas de dibujo 2D y tratamiento de imágenes. Los resultados se enviarán en soporte electrónico a través de la red (email). El resultado elegido se almacenará en la base de datos del proyecto.
El siguiente paso es determinar las dimensiones del mueble y especificar la geometría de todos los elementos. El tamaño total debe determinarse considerando el tamaño individual de cada espacio para que pueda alojar la mayoría de modelos de los aparatos disponibles en el mercado. Dicha información se puede obtener de los catálogos o las bases de datos de distribuidores o fabricantes (web). La información recopilada puede ser también almacenada en la base de datos para consultas futuras. Con esta información se determinan las dimensiones.
El siguiente paso consiste en elegir el material. Se podría elegir pino, roble, conglomerado, metal, plástico, etc. La elección se basa normalmente en la experiencia y la intuición. En el caso de productos creados para trabajar bajo condiciones estrictas (calor, rozamiento, etc.), se deben considerar las
propiedades físicas del material a emplear. Dichas propiedades se almacenan también en la base de datos. Se pueden utilizar herramientas (sistemas expertos) para elegir el material a partir de los requerimientos y de las propiedades de los materiales de la base de datos.
El siguiente paso es determinar el espesor de cada elemento (estantes, laterales, trasera, frontal). Esta elección estará basada en criterios estéticos aunque también se debe considerar que los estantes aguanten el peso típico de los componentes. Cuando existen requerimientos estrictos se utilizan programas de Análisis por elementos finitos (FEM) para determinar las posibles deformaciones. FEM requiere datos geométricos del modelo (mallado). Se evalúa la deformación que produce la carga en función del espesor.
Después se considera el método de ensamblado de las piezas (remaches, encolado, tornillos, etc.). Dependiendo de la rigidez que se quiere dar al conjunto.
Una vez concluida esta fase hay que hacer la documentación de diseño, realizándose planos, instrucciones de montaje, memorias descriptivas, etc. Aquí concluye la fase de diseño y se inicia la fase de fabricación.
Para fabricar el mueble será necesario cortar cada pieza de las que se necesite de una plancha de materia prima. Se pueden minimizar los sobrantes distribuyendo bien las piezas. Se pueden utilizar herramientas de nesting.
modelo almacenada en la base de datos.
Además se pueden utilizar herramientas informáticas para muchas otras tareas como el diseño de herramientas necesarias para realizar la producción, simulación y programación de robots (ensamblado, soldadura, pintura), etc. UTILIDADES
Diseño asistido por computadora o CAD es el uso de sistemas informáticos para ayudar en la creación, modificación, análisis, o la optimización de un diseño y se utiliza para:
Aumentar la productividad del diseñador.
Mejorar la calidad del diseño.
Mejorar las comunicaciones a través de documentación.
Crear una base de datos para la fabricación.
La exportación de archivos CAD es a menudo en forma de archivos
El Diseño asistido por computadora se utiliza en muchos campos. Su uso en el diseño de sistemas electrónicos que se conoce como la automatización de diseño electrónico, o EDA. En el diseño mecánico se le conoce como la automatización de diseño mecánico MDA o diseño asistido por ordenador CAD, que incluye el proceso de creación de un dibujo técnico con el uso de programas informáticos.
El Software CAD para el diseño mecánico utiliza cualquiera de los gráficos El Software CAD para el diseño mecánico utiliza cualquiera de los gráficos basados en vectores para representar los
basados en vectores para representar los objetos de elaboración tradicional, oobjetos de elaboración tradicional, o también puede producir gráficos de trama que muestran la
también puede producir gráficos de trama que muestran la apariencia generalapariencia general de los objetos diseñados. Sin embargo, se trata de algo más que formas. Al de los objetos diseñados. Sin embargo, se trata de algo más que formas. Al igual que en la elaboración manual de los dibujos técnicos y de ingeniería, la igual que en la elaboración manual de los dibujos técnicos y de ingeniería, la salida del CAD debe t
salida del CAD debe transmitir información, tales como materiales, procesos,ransmitir información, tales como materiales, procesos, dimensiones y tolerancias, según las convenciones específicas de la dimensiones y tolerancias, según las convenciones específicas de la aplicación.
aplicación.
Se puede utilizar para diseñar curvas y figuras en dos dimensiones (2D) el Se puede utilizar para diseñar curvas y figuras en dos dimensiones (2D) el espacio; o curvas, superficies y sólidos en el espacio tri
espacio; o curvas, superficies y sólidos en el espacio tridimensional (3D).dimensional (3D). Existen varios software de CAD, de los cuales se destacan el
Existen varios software de CAD, de los cuales se destacan el CATIACATIA para para diseños de alta precisión comúnmente utilizado en la industria automotriz, diseños de alta precisión comúnmente utilizado en la industria automotriz, aeroespacial y náutica.
aeroespacial y náutica. El
El SolidWorksSolidWorks es otro software CAD más ligero que eles otro software CAD más ligero que el CATIACATIA y orientado al y orientado al diseño industrial.
El Diseño asistido por computadora es un arte industrial importante que se El Diseño asistido por computadora es un arte industrial importante que se utiliza ampliamente en
utiliza ampliamente en muchas aplicaciones, incluye:muchas aplicaciones, incluye:
Automotriz. Automotriz.
La construcción La construcción naval.naval.
La industria La industria aeroespacial.aeroespacial.
El El diseño diseño industrial.industrial.
Arquitectónico. Arquitectónico.
Prótesis, y Prótesis, y muchos muchos más.más.
CAD es también ampliamente utilizado para producir la animación por CAD es también ampliamente utilizado para producir la animación por ordenador para los efectos especiales en el cine, la publicidad y manuales ordenador para los efectos especiales en el cine, la publicidad y manuales técnicos, a menudo llamado DCC creación
técnicos, a menudo llamado DCC creación de contenido digital. La ubicuidadde contenido digital. La ubicuidad moderna y el poder de l
moderna y el poder de l as computadoras significan que incluso las botellas deas computadoras significan que incluso las botellas de perfume y dispensadores de champú están diseñados utilizando técnicas perfume y dispensadores de champú están diseñados utilizando técnicas desconocidas por los ingenieros de la década de 1960. Debido a su enorme desconocidas por los ingenieros de la década de 1960. Debido a su enorme importancia económica, CAD ha sido una fuerza impulsora importante para la importancia económica, CAD ha sido una fuerza impulsora importante para la investigación en geometría computacional, gráficos por ordenador (tanto investigación en geometría computacional, gráficos por ordenador (tanto hardware como software), y la geometría diferencial
hardware como software), y la geometría diferencial discreta.discreta. Principales ventajas de la
Principales ventajas de la tecnología CAD:tecnología CAD:
Mayor precisión en el dibujo.Mayor precisión en el dibujo.
Mejora de la Mejora de la calidad de la presentación de los planos.calidad de la presentación de los planos.
Evita la repetición total o parcial de dibujos.Evita la repetición total o parcial de dibujos.
Métodos de cálculos y análisis más eficientes.Métodos de cálculos y análisis más eficientes.
Uso de formas superiores de diseño.Uso de formas superiores de diseño.
Integración del diseño con otras disciplinas.Integración del diseño con otras disciplinas.
Principales desventajas de la t
Principales desventajas de la tecnología CAD.ecnología CAD.
Inversión inicial.Inversión inicial.
Tiempo empleado en el aprendizaje y en Tiempo empleado en el aprendizaje y en la adquisición de destreza.la adquisición de destreza.
Facilidades de trabajo de los sistemas CADD. Facilidades de trabajo de los sistemas CADD.
Trazado interactivo de dibujos.Trazado interactivo de dibujos.
Desarrollo de bibliotecas gráficas.Desarrollo de bibliotecas gráficas.
Personalización del menú.Personalización del menú.
Programación para el trazado paramétrico.Programación para el trazado paramétrico.
Definición y extracción de atributos.Definición y extracción de atributos.
Vincular planos con bases de datos.Vincular planos con bases de datos.
Mantener vinculación entre planos.Mantener vinculación entre planos.
Posibilidad de interfaces entre sistemas.Posibilidad de interfaces entre sistemas.
Modelar tridimensionalmente.Modelar tridimensionalmente.
APLICACIONES DEL CAD APLICACIONES DEL CAD
El CAD (Dibujo Asistido por Computadora) (Computer Aided Design) es El CAD (Dibujo Asistido por Computadora) (Computer Aided Design) es una instrumento que accede el uso del computador para crear y modificar una instrumento que accede el uso del computador para crear y modificar planos y modelos en 2 y 3 dimensiones, operando de una manera precisa planos y modelos en 2 y 3 dimensiones, operando de una manera precisa y concisa elementos geométricos básicos. Además, los sistemas CAD y concisa elementos geométricos básicos. Además, los sistemas CAD suelen contar con herramientas integradas de visualización y diseño suelen contar con herramientas integradas de visualización y diseño gráfico que permiten realizar visualizaciones foto-realistas, animaciones, gráfico que permiten realizar visualizaciones foto-realistas, animaciones, etc.
herramientas y la claridad sobre que versiones de la línea de AutoDesk. Entre estos temas se puede encontrar aplicaciones para:
Diseño para edificaciones: * Arquitectura * Construcción * Electricidad * Costos y presupuesto * Plomería * Paisajismo * Diseño Estructural Geo Ingeniería
* Herramientas para análisis espacial * Hidrología * Paisajismo * Control de Proyectos * Topografía / carreteras * Planeación Geo espacial * Comunicaciones * Conversión de datos * Recursos naturales
* Sistemas de Información Geográfica * Mapeo
* Manejo de servicios (Agua, gas, electricidad) Manufactura * Modelado y ensamble * Diseño electromecánico * Diseño Industrial * Ingeniería de la producción
DIFERENCIAS ENTRE SIG Y CAD
Algunas de las diferencias fundamentales entre la parte gráfica de un SIG y un CAD son:
Propósitos diferentes: SIG reflejar la realidad. CAD diseñar algo que no existe todavía.
Ambos tienen un estrato geométrico, pero la creación de estos
elementos es distinta: en CAD los crea un delineante, con exactitud. en SIG se toman de mapas o del terreno con un cierto error e imprecisión inevitable pero mensurable.
El CAD segmenta los datos en archivos independientes que no
comparten un espacio de coordenadas global. En SIG los datos conforman un conjunto continuo.(Esto implica diferentes formas de acceso y diferentes problemas de concurrencia)
infraestructura municipal requiere entre medio y un Gigabyte por cada cien mil habitantes)
Los CAD habitualmente permiten el enlace con una base de datos,
pero no permiten una integración suficiente como para responder preguntas que combinen criterios alfanuméricos y espaciales. (No cuentan con un lenguaje de consulta alfanumérico/espacial, ni la posibilidad del análisis de superposición, y normalmente el concepto de topología es muy pobre).
Hay algunos tipos de datos característicos del SIG que un CAD no
gestiona: datos raster georeferenciados y con atributos, como los de teledetección, o Modelos Digitales del Terreno, que no se pueden implementar eficazmente con un modelador de sólidos.
Un CAD separa las entidades geométricas en capas o niveles. En un
SIG tal partición no debería existir pues complica el mantenimiento de los datos. En SIG aparecen los conceptos de clase de elemento geométrico y tema, que no son correctamente tratados al sustituirse por capas.
CONCEPTO DE DIBUJO COMO ARCHIVO GRÁFICO
Al ejecutar un trabajo en cualquier aplicación debemos guardarlo como un archivo, para luego poder abrirlo y modificarlo. En AutoCAD sucede igual. De tal manera, que cualquier dibujo que se realiza, al ser guardado en el computador debe guardarse en forma de archivo. Para
ello debe tener una extensión para identificar qué tipo de archivo es. A continuación se encuentran los tipos de archivos.
Tipos de archivos de dibujo
Los tipos de archivos básicos con los que trabaja AutoCAD son los que se describen a continuación:
DWG: Se originó de la palabra inglesa "drawing" que significa dibujar. Es el predeterminado y de trabajo de AutoCAD. Siempre que no se indique lo contrario, se utilizará para guardar los trabajos.
BAK: Este es el formato de archivo de respaldo para AutoCAD. Siempre que se guarda un dibujo, AutoCAD crea automáticamente un duplicado que sirve como archivo de respaldo. Este archivo tiene la misma información que el original, pero una extensión diferente. Si su archivo original resulta dañado o inutilizable por alguna razón, usted puede cambiar la extensión del archivo BAK por DWG y abrirlo tal como haría con cualquier otro archivo de dibujo.
DWF: (Drawing Web Format): (Dibujo en Formato Web). Para visualizar dibujos en Internet, ocupan poco espacio. Necesita un programa especial que se instala en nuestro navegador de Internet.
de archivo informático para dibujos de CAD, creado fundamentalmente para posibilitar la interoperabilidad entre los archivos .DWG, usados por el programa AutoCAD, y el resto de programas del mercado. Utilizado para intercambio entre programas, ya que es un formato
“universal. Esto quiere decir que este tipo de archivos puede ser abierto
en cualquier aplicación de trabajo con dibujos.
CONCEPTO DE ENTIDAD Y DE CELDA O BLOQUE
Entidad: son cada uno de los objetos gráficos en un sistema CAD, las en tidades típicas u objetos que pueden haber son: puntos, segmentos, arcos, estos pueden ser tanto circulares como elípticos y también hay otras entidades más complejas como polilinias, textos, cotas, sombreado tachados y marcados gráficos.
Bloques: Los bloques son grupos de entidades. Se suelen usar cuando necesitas repetir un grupo de entidades en el mismo dibujo o para pegarlos cuando su uso es común en muchos dibujos. Por ejemplo una bañera que se usa en muchos dibujos de arquitectura es razonable tenerla guardada en un bloque y así poderla pegar en cualquier dibujo sin tener que dibujarla una y otra vez.
Celdas: Una imagen, o mejor dicho un archivo de imagen, es una cuadricula de datos. Cada celda tiene un dato de color asignado, de modo que el conjunto de todas las celdas (cuadricula) permiten ver la imagen. A estas celdas se les conoce con el nombre de pixels, de modo que se habla de una imagen de 600 x 400 pixels por ejemplo,
indicando que esa imagen está formada por una cuadrícula de 600 x 400, en total 240.000 puntos, celdas, pixeles o como queramos llamarlos.
CAMPOS DE ACCIÓN DEL CAD
Estamos en la etapa de la nueva generación de la ingeniería, donde una computadora es más que una herramienta de trabajo. El dibujo asistido por computadora (CAD) nos presta el beneficio de elaborar de manera eficiente y rápida cualquier trabajo. Con la ayuda del CAD podemos diseñar los factores más habituales en proyectos de instalaciones industriales. En los que se puede mencionar:
• Civil, estructuras y arquitectura
Para las aplicaciones de arquitectura, implican cálculos que ofrecen l a posibilidad de grabar los esquemas en los que se apoyan los cálculos en ficheros DXF, formato de intercambio gráfico normalizado, capaz de ser leído por cualquier programa de CAD.
• Mecánica
Las aplicaciones desarrolladas para esta disciplina, corresponden al grupo conocido como instalaciones generales mecánicas (aire acondicionado, ventilación, calefacción, fontanería, etc.), y son herramientas integradas con programas de CAD genéricos dentro de
