INSTITUTO SUPERIOR TECNOLÓGICO PRIVADO ESPECIALIDAD DE COMPUTACIÓN E INFORMÁTICA
MONOGRAFÍA
DISEÑO ASISTIDO POR COMPUTADORA
ALUMNA:
ZYLENA VELÁSQUEZ LLONTOP
DOCENTE:
2016
DEDICATORIA
Dedico esta monografía a Dios por cuidarme cada día de mi vida y encaminarme en todo a la realización de este trabajo. A mis padres quienes me dieron vida, educación, educación, apoyo y consejos. A mis compañeros compañeros de estudio, a mis maestros y amigos, quienes sin su ayuda nunca hubiera podido hacer culminar mis estudios.
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AGRADECIMIENTO
Deseo hacer mi agradecimiento al Profesor del curso, por el interés y el tiempo que me ha dedicado, Quiero expresar mi gratitud a mis padres que por ellos he podido realizar este trabajo trabaj o por su apoyo económico y moral y a Dios por haberme encaminado durante todo mi trabajo de investigación. No puedo olvidarme del resto de compañeros de la Especialidad de Computación e Informática, en todo momento, estuvieron dispuestos a ayudarme y cuyas recomendaciones han ha n permitido ir mejorando el resultado final.
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ÍNDICE DEDICATORIA
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AGRADECIMIENTO
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RESUMEN
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INTRODUCCIÓN
7 DISEÑO ASISTIDO POR COMPUTADORA
DEFINICIONES
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CAD EN EL PROCESO DE DISEÑO Y FABRICACIÓN. FABRICACIÓN.
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DESARROLLO DESARRO LLO HISTÓRICO
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ASPECTOS RELEVANTES RELEVANTES DE LA EVOLUCIÓN EVOLUCIÓN DEL CAD
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COMPONENTES COMPONENT ES DEL CAD
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PROCESO DE DISEÑO
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CONCEPTO DE SISTEMA CAD
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ESTRUCTURA ESTRUCT URA DE UN SISTEMA CAD
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CAMPOS DE APLICACIÓN
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FUNDAMENTOS
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EL CAD DESDE EL PUNTO DE VISTA INDUSTRIAL.
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SITUACIÓN ACTUAL Y PERSPECTIVAS
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UTILIDADES
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APLICACIONES DEL CAD CAD
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DIFERENCIAS ENTRE SIG Y CAD
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CONCEPTO DE DIBUJO COMO ARCHIVO GRÁFICO
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CONCEPTO DE ENTIDAD Y DE CELDA O BLOQUE
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CAMPOS DE ACCIÓN DEL CAD
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TIPOS DE CAD.
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VENTAJAS VENTAJ AS DEL CAD
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EL CAE Y EL CAM
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CARACTERÍSTICAS, SEMEJANZAS Y DIFERENCIAS CON OTROS SISTEMAS DE DIBUJO ASISTIDO POR COMPUTADORA
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LA PROGRAMACIÓN PROGRAMACIÓ N CAD
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REDUCCIÓN REDUCCI ÓN DE LA MANO DE OBRA OPTIMIZACIÓN DEL TEJIDO
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ALTERNATIVA LIBRE DE AUTOCAD
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CONFIGURACIÓN CONFIGUR ACIÓN ACTUAL DE SISTEMA CAD
78
CONCLUSIONES
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BIBLIOGRAFÍA
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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.
FEA (Finite Element Analysis): Análisis por elementos finitos.
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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.
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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 normalizada de piezas para su diseño y fabricación,
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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.
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DISEÑO ASISTIDO POR COMPUTADORA DEFINICIONES El 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 asignatura que se centra en los procesos de diseño y fabricación, básicos
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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 acti vidades 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.
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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.
La figura 1, muestra de forma gráfica la diferencia entre estos dos tipos de aplicaciones.
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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
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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 MRPII).
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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
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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 etapas del desarrollo de un producto y en la producción, la optimización
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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
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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 distribución y marketing.
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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.
Fig. 1.3 El proceso CAD
Fig. 1.4 El proceso CAM
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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 modelado especificas
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 de materiales
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
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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,
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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.
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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
Años 50 y 60 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 Los minicomputadores son cabinas y cuestan unos pocos millones CAD significa Computer Aided Drafting Aparecen los primeros sistemas 3D (prototipos)
Años 70
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 Incremento de potencia (32 bits) Se extiende la funcionalidad de las aplicaciones CAD
Principios 80
Superficies complejas y modelado sólido Los sistemas de CAD son caros todavía Se incrementa el interés en el modelado 3D frente al dibujo 2D
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Nace Autocad y los PC's
Finales 80
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 Automatización
completa
procesos
industriales
Integración técnicas diseño, análisis, simulación y
Principios 90
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. Un problema crucial para esta industria era el diseño de superficies, que se resolvía, siempre que era factible instanciando curvas y superficies conocidas
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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. El modelado de sólidos tuvo un desarrollo más tardío. Tal vez, los primeros
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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: •
Modelado geométrico: Se ocupa del estudio de métodos de representación de entidades geométricas. Existen tres tipos de modelos: alámbricos, de superficies y sólidos, y su uso depende del objeto a
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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
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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 sistemas, dispositivos y máquinas de un sistema CAD.
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CAD
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
especificaciones. El modelo deberá documentarse.
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que
satisface
las
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 prototipo se pueden descubrir deficiencias en el modelo o en la propia definición del sistema, lo que obligará a volver atrás en el proceso, revisando el diseño. Debe observarse que el dibujo de detalle está, en
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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.
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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. Una herramienta CAD es un sistema software que aborda la automatización global del proceso de diseño de un determinado tipo de ente.
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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
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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.
Figura 7: Proceso de diseño usando una herramienta CAD. La zona sombreada muestra el ámbito del sistema CAD.
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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
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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 de modificación-visualización del modelo.
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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
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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.
FUNDAMENTOS Son varias las disciplinas que sirven de sustento al diseño asistido por
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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
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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 módulos de programación que permiten personalizar el sistema. Hay tres tipos de modelado geométrico, alámbrico, de superficies y sólido que se
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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.
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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 nuevas aplicaciones de diseño y fabricación.
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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.
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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.
Traductores de formatos neutros (IGES, STEP).
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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.
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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. Recientemente, las empresas más importantes del sector han lanzado al mercado sus interpretaciones de SIG para Internet.
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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.
Fig. 12. Aplicación de SIG en Internet.
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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 placas.
Fig. 13: Diseño eléctrico.
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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
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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. Para realizar los cortes se deben preparar los programas de control numérico. Estos se realizan de forma semiautomática, a partir de la geometría del
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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 electrónicos para impresión, mecanizado, u otras operaciones de fabricación.
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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.
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El Software CAD para el diseño mecánico utiliza cualquiera de los gráficos basados en vectores para representar los objetos de elaboración tradicional, o también puede producir gráficos de trama que muestran la apariencia general 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 salida del CAD debe transmitir t ransmitir información, tales como materiales, procesos, dimensiones y tolerancias, según las convenciones específicas de la aplicación. Se puede utilizar para diseñar curvas y figuras en dos dimensiones (2D) el espacio; o curvas, superficies y sólidos en el espacio tridimensional tri dimensional (3D). Existen varios software de CAD, de los cuales se destacan el CATIA para diseños de alta precisión comúnmente utilizado en la industria automotriz, aeroespacial y náutica. El SolidWorks es otro software CAD más ligero que el CATIA y orientado al diseño industrial.
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El Diseño asistido por computadora es un arte industrial importante que se utiliza ampliamente en muchas aplicaciones, incluye: Automotriz.
La construcción naval.
La industria aeroespacial.
El diseño industrial.
Arquitectónico.
Prótesis, y muchos más.
CAD para animación
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CAD es también ampliamente utilizado para producir la animación por ordenador para los efectos especiales en el cine, la publicidad y manuales técnicos, a menudo llamado DCC creación de contenido digital. La ubicuidad moderna y el poder de l as computadoras significan que incluso las botellas de perfume y dispensadores de champú están diseñados utilizando técnicas desconocidas por los ingenieros de la década de 1960. Debido a su enorme importancia económica, CAD ha sido una fuerza impulsora importante para la investigación en geometría computacional, gráficos por ordenador (tanto hardware como software), y la geometría diferencial discreta.
Principales ventajas de la tecnología CAD:
Mayor precisión en el dibujo.
Mejora de la calidad de la presentación de los planos.
Evita la repetición total o parcial de dibujos.
Métodos de cálculos y análisis más eficientes.
Uso de formas superiores de diseño.
Integración del diseño con otras disciplinas.
Principales desventajas de la tecnología t ecnología CAD.
Inversión inicial.
Tiempo empleado en el aprendizaje y en la adquisición de destreza.
Resistencia al cambio.
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Facilidades de trabajo de los sistemas CADD.
Trazado interactivo de dibujos.
Desarrollo de bibliotecas gráficas.
Personalización del menú.
Programación para el trazado paramétrico.
Definición y extracción de atributos.
Vincular planos con bases de datos.
Mantener vinculación entre planos.
Posibilidad de interfaces entre sistemas.
Modelar tridimensionalmente.
APLICACIONES DEL CAD El CAD (Dibujo Asistido por Computadora) (Computer Aided Design) es 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 y concisa elementos geométricos básicos. Además, los sistemas CAD suelen contar con herramientas integradas de visualización y diseño gráfico que permiten realizar visualizaciones foto-realistas, animaciones, etc. Entre las mejores ventajas de buscar en este sitio es la variedad de
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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 * Modelación de terreno
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* 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)
La información en un SIG es al menos un orden de magnitud mayor. Los objetos son mucho más complejos. (se estima que la
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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
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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.
DXF: (acrónimo del inglés: Drawing Exchange Format) es un formato
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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,
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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 programas específicos de arquitectura.
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Para el diseño de elementos y equipos mecánicos se encuentran aplicaciones exclusivas a este propósito y también aplicaciones para ser empleadas junto con programas de CAD genéricos.
Electricidad En el campo del diseño eléctrico existen aplicaciones de CAD para el diseño de instalaciones que se integran con programas genéricos de CAD y con programas, que siendo de cálculo, al igual que ocurre con las aplicaciones de civil y estructuras, ofrecen la posibilidad de grabar en formato de intercambio DXF los esquemas empleados para el cálculo (cuadros eléctricos, iluminación, etc.).
Tuberías Las aplicaciones para el diseño de tuberías, son junto con las de arquitectura, las más complejas y las que necesitan una mayor preparación de los usuarios, para obtener de ellas un rendimiento óptimo. Están integradas con programas de cálculo de tensiones en las tuberías, recipientes, soportes, etc.; con bases de datos, hojas de cálculo, etc.
TIPOS DE CAD Se trata básicamente de una base de datos de entidades geométricas (puntos, líneas, arcos, etc) con la que se puede operar a través de una interfaz gráfica. Permite diseñar en dos o tres dimensiones mediante geometría alámbrica, esto es, puntos, líneas, arcos, splines (curva definida a trozos
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mediante polinomios); superficies y sólidos para obtener un modelo numérico de un objeto o conjunto de ellos. La base de datos asocia a cada entidad una serie de propiedades como color, capa, estilo de línea, nombre, definición geométrica, etc., que permiten manejar la información de forma lógica. Además pueden asociarse a las entidades ó conjuntos de estas, otro tipo de propiedades como el coste, material, etc., que permiten enlazar el CAD a los sistemas de gestión y producción. De los modelos pueden obtenerse planos con cotas y anotaciones para generar la documentación técnica. El Diseño Asistido por Computadora, es una técnica que puede definirse como "el proceso de automatización del diseño que emplea técnicas de Gráficos Informáticos junto con programas de cálculo y documentación del producto".
CAD Analítico: Que usa procedimientos analíticos para definir sus límites ó acciones. Los programas del tipo CAD analíticos, surgieron después de los primeros métodos gráficos por la necesidad de cuantificar y permitir evaluar los resultados de las variables que involucra el diseño estructural. En los CADs analíticos el dibujo ó trazado permanece en la memoria de la computadora como una serie de relaciones de puntos-coordenadas, sentido y dirección en programas vectoriales ó como un grupo de pixeles, en programas de renderizado y tratamiento de imágenes. Cada elemento del dibujo ó trazado es definido por sus coordenadas espaciales (x, y, z) mediante el uso de complejos procedimientos analíticos matemáticos (calculo vectorial,
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integral, diferencial, algebraico), en los cuales toda la información se maneja de forma Lógica-Analítica.
CAD Paramétrico: Que usa parámetros para definir sus límites ó acciones. Un programa paramétrico de CAD difiere básicamente de cualquier otro tradicional, en un aspecto clave. En un programa paramétrico la información visual es parte de la información disponible en el banco de datos, o sea, una representación de la información como un objeto, en la memoria de la computadora. Cada elemento del dibujo (paredes, puertas, ventanas, etc.) es tratado como un "objeto", que no es definido únicamente por sus coordenadas espaciales (x, y, z), si no que también por sus parámetros, sean estos gráficos ó funcionales. Los bancos de datos relacionales de los objetos son interligados permitiendo que cualquier cambio ocurrido en una especificación, modifique el dibujo en uno ó todo el articulado. Como esos bancos de datos pueden incluir informaciones económicas y financieras, ellos son descritos como 5D verdaderos donde existen las 3 dimensiones espaciales, la cuarta sería el tiempo y la quinta incluiría los costos. En la actualidad el CAD paramétrico ha substituido, casi por completo, a las técnicas clásicas de diseño en tres dimensiones mediante el modelado de sólidos y superficies, y se ha convertido en un conocimiento imprescindible para cualquier profesional de la ingeniería o la informática técnica.
Dentro de los programas de CAD se distinguen dos tipos:
1º) Programas de diseño de objetos reales , (diseño de piezas, edificios, etc.).
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o
Se trata de programas de dibujo vectorial y han de ser muy exactos para poder controlar entidades que se están dibujando y sus interrelaciones; ya que los objetos que se construyan estarán basados en los dibujos hechos con este tipo de programas
Programas para dibujar planos
Programas para simular la
Tipos de programas de objetos
realidad
reales:
Programas de CAM
Programas de CAE
Programas de instalaciones
2º) Programas para el diseño gráfico, (elaboración de carteles, maquetación, páginas web, etc.) o
Estos programas se centran principalmente en la imagen, su resolución, las opciones de color, la impresión o resolución en video. etc. No necesitan ser tan exactos como los anteriores y las imágenes suelen almacenarse en forma de mapa de bits
Programas de dibujo libre (ilustración)
Tipos de programas de
diseño gráfico:
Programas de tratamiento y retoque fotográfico
Programas de maquetación de publicaciones
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Algunos programas permiten trabajar en distintas capas y cada una de ellas de una de las dos formas (como mapa de bits o como dibujos vectoriales), con lo que es posible dibujar entidades de ambos tipos si es necesario.
Los programas de dibujo vectorial definen entidades geométricas, mientras que los de mapas de bits trabajan sobre conjuntos de puntos de color. Una línea dibujada en el primer caso está definida por su principio y su final; en el segundo, por la asignación de color a cada uno de los puntos que la forman.
Mapa de bits: conjunto de puntos (píxels) que forman una imagen. Todos los puntos se almacenan en memoria, por lo que los archivos de este tipo pueden llegar a ser muy grandes.
La resolución es el número de puntos que tiene una imagen por unidad de superficie determinada (píxels por pulgada cuadrada, normalmente). Una imagen queda definida por su tamaño y resolución; Cuanto mayores sean ambos, más memoria ocupará el archivo. Las extensiones más comunes de los archivos de imágenes son, entre otras, .bmp, .jpg (un mapa de bits comprimido), .tiff o .tga, más los específicos de cada programa: .psd (Photoshop), .cdr (Core1), dwg (AutoCAD), etc, etc…
VENTAJAS DEL CAD
La introducción del ordenador dentro del proceso constructivo ha contribuido a mejorar notablemente la fase de diseño. Se han reducido los costes y tiempos de diseño, y también ha disminuido el tiempo de respuesta ante los cambios de producción. Pero manejar un sistema CAD
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no es tan solo dominar un conjunto de instrucciones de un programa informático, sino que exige también el conocimiento del proceso de diseño y de las tareas que conlleva. Es el conocimiento del proceso de diseño y del sistema de CAD, lo que nos proporciona el método de trabajo más eficiente. Algunas de las numerosas ventajas que supone el utilizar un programa de CAD son las siguientes:
Es posible utilizar librerías de elementos comunes.
Se elimina la distinción entre plano original y copia.
El almacenamiento de los planos es más reducido, fiable (tomando ciertas medidas de seguridad) y permite realizar búsquedas rápidas y precisas mediante bases de datos.
Aumenta la uniformidad en los planos. La calidad de los planos es mayor. No hay tachones, ni líneas más gruesas que otras.
El tiempo invertido en las modificaciones se reduce enormemente.
Reducción del tiempo empleado en operaciones repetitivas. Por ejemplo en los sombreados, ¿alguien prefiere hacerlos a mano?
Los datos pueden exportarse a otros programas para obtener cálculos, realizar informes, presentaciones…
Se puede obtener un modelo en 3D para visualizarlo desde cualquier punto de vista.
Pueden exportarse los datos a programas de CAE y a máquinas de CNC.
Obtener simulaciones, animaciones y hacer análisis cinemáticas.
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Facilitan el trabajo en equipo.
etc.
EL CAE Y EL CAM CAE (Computer Aided Engineering), en español “Ingeniería Asistida por Computadora”. Se denomina así al conjunto de programas informáticos que
analizan los diseños de ingeniería realizados con la computadora ó creados de otro modo e introducidos en la computadora, para valorar sus características, propiedades, viabilidad y rentabilidad. Su finalidad es optimizar su desarrollo y consecuentes costos de fabricación y reducir al máximo las pruebas para la obtención del producto deseado.
CAM (Computer Aided Manufacturing ), en español “Fabricación Asistida por Computadora”. Hace referencia al uso de un extenso abanico de herramientas
basadas en las computadoras que ayudan a ingenieros, arquitectos y otros profesionales dedicados al diseño en sus actividades. Los datos creados con el CAD, se mandan a la máquina para realizar el trabajo, con una i ntervención mínima del operador. Algunos ejemplos de CAM son: La realización de agujeros en circuitos automáticamente por un robot, la soldadura automática de componentes SMD en una planta de montaje, etc.
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CARACTERÍSTICAS, SEMEJANZAS Y DIFERENCIAS CON OTROS SISTEMAS DE DIBUJO ASISTIDO POR COMPUTADORA
Características del Auto CAD El diseño asistido por computadora (o computador u ordenador), abreviado como DAO (diseño asistido por ordenador) pero más conocido por sus siglas inglesas CAD (Computer Aided Design), es el uso de un amplio rango de herramienta computacional que asisten a ingenieros, arquitectos y otros profesionales del diseño en sus respectivas actividades. Estas herramientas se pueden dividir básicamente en programas de dibujo en dos dimensiones (2D) y modeladores en tres dimensiones (3D). Las herramientas de dibujo en 2D se basan en entidades geométricas vectoriales como puntos, líneas, arcos y polígonos con las que se pueden operar a través de una interfaz gráfica. Los modeladores en 3D añaden superficies y sólidos.
Semejanzas y Diferencias En semejanza con el Auto CAD tenemos al programa Coreldraw, el cual también es una herramienta que asiste a diversos profesionales en el área que tiene que ver con el dibujo, pero el Coreldraw se caracteriza por ser un programa de dibujo vectorial que facilita la creación de ilustraciones profesionales: desde simples logotipos a complejos diagramas técnicos. También tenemos otra herramienta en semejanza con el Auto CAD el cual se llama Illustrator, desarrollado por Adobe, con la que como herramienta se puede crear y trabajar con dibujos basados en gráficos vectoriales, siendo de
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gran utilidad para el profesional ligado a las áreas de dibujo. En cambio en caso del programa Power Point, nos permite crear nuestros propios dibujos, partiendo de líneas o trazos de figuras básicas o formas predefinidas. Y existe otro programa, este se llama Photo Draw, el cual está perfectamente dotado para trabajar con imágenes fotográficas, pero se puede conseguir también muy buenos resultados trabajando con dibujos y textos. En esto saca ventaja a otros programas menos preparados para trabajar con imágenes vectoriales.
Concepto de dibujo como archivo gráfico: Al realizar un trabajo en cualquier aplicación debemos guardarlo como un archivo, para luego poder abrirlo y modificarlo cuando querramos. En AutoCAD sucede lo mismo. De tal manera, que cualquier dibujo que se realiza, al ser guardado en la computadora 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:
DWG: se originó de la palabra inglesa "drawing" que significa dibujar. Es el predeterminado y de trabajo de AutoCAD.
BAK: Este es el formato de archivo de respaldo para AutoCAD. Siempre que uno guarde 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, se
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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 programaespecial que se instala en nuestro navegador de Internet.
DXF: (acrónimo del inglés: Drawing Exchange Format) es un formato 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.
Celda o 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. Las entidades que pertenecen a un bloque pueden estar en distintas capas del dibujo pero esto no es recomendable lo mejor es siempre formar bloques en la capa 0 y después poner cada inserción
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del bloque en la capa que deseemos. Los bloques también tienen sus atributos propios y además al insertarlos se puede elegir el punto de inserción, el factor de escala, el ángulo de rotación y la capa en la que insertarlo. Una entidad que es parte de un bloque puede tener sus propios atributos, heredar los atributos de la capa donde se coloca (por capa), o heredar los del bloque de la que forma parte (por bloque). Otra propiedad interesante de los bloques es que después de ser inserta dos siguen dependiendo del bloque de origen y si modificamos el bloque se actualizarán todos los bloques insertados de ese tipo en el dibujo. Un bloque es un grupo de objetos, los bloques pueden ser insertados en un mismo dibujo más de una vez con diferentes atributos y en diferentes posiciones, diferente escala y ángulo de rotación.
Objetos o entidad Los sistemas CAD disponen de una serie de objetos o entidades geométricas comunes como líneas, arcos circulares, arcos elípticos, así como otros objetos más complejos y específicos de CAD como polilíneas, textos, cotas, rellenos y splines. Cada uno de estos objetos tiene ciertas propiedades asociadas que lo definen como son, por ejemplo, color, tipo de línea y grosor de línea.
LA PROGRAMACIÓN CAD En el momento de hacer un programa CAD/CAM se ha de tener siempre presente la idea ya descrita en el capítulo 5: se ha de intentar que las
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condiciones de corte en la herramienta sean siempre lo más constantes posibles. Esto es especialmente relevante si se están mecanizando materiales especialmente duros. Si no fuera así, se tendría una vida más corta de la herramienta un rompimiento prematuro además de unos malos resultados en la pieza (por ejemplo en la calidad del acabado). También hay que recordar que se intenta que las máquinas trabajen de manera automática sin que nadie las tenga que estar controlando permanentemente. Esto implicara en la mayoría de los casos programas muy largos con cambios de herramienta incluida. Es fundamental saber conservar las herramientas, conocer sus tiempos de vida y no permitir que se rompan. EL rompimiento de una herramienta que ocupa uno de los primeros lugares en el orden de mecanización comporta casi siempre automáticamente el rompimiento de muchas de las herramientas que van detrás. No hace falta decir el coste que podría tener un hecho como este en horas de máquina perdidas, en costo económico directo en las propias herramientas, de la pieza y hasta de la propia máquina. Como ya se ha dicho anteriormente, los sistemas de programación CAD/CAM intentan ser cada vez más potentes y más sencillos de utilizar. Esto es verdad sobre todo en lo que se refiere a programación tradicional. La mecanización de alta velocidad, especialmente en materiales duros, no está todavía suficientemente resuelta para ningún o casi ningún sistema de CAD/CAM. Hay sistemas más potentes que otros pero en gener al no hay ninguno que sea suficientemente ágil si se compara con la mecanización tradicional. Las trayectorias de la herramienta en la mecanización de alta velocidad son muy exigentes y generalmente difíciles de
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conseguir con los sistemas actuales. No queremos decir que sea imposible ya que se están haciendo programas de alta velocidad y se están haciendo con los sistemas actuales. Pero en estos momentos esta dificultad de programación comporta tiempos de programación mucho más elevados que la programación tradicional. La mecanización de alta velocidad es un compromiso que se ha de tomar teniendo en cuenta los siguientes factores: tiempo necesario para la programación, coste de las herramientas, tiempos de mecanización (o lo que es lo mismo, coste de la hora de máquina) y calidad en los resultados deseados. La secuencia de operaciones a programar ha de ser: Desbastes, semiacabados y acabados. Las tres han de ser consideradas con la misma importancia.
Es importante asumir el concepto de que en mecanización de alta velocidad la pieza a mecanizar se ha de entender como un conjunto de áreas diferenciadas y no como un área general. Las piezas pueden tener diferente zonas con características geométricas totalmente diferentes. Estas se han de tratar de manera totalmente independiente a la hora de hacer el programa. Es habitual entonces desbastar, semiacabar y acabar parte de una determinada pieza cuando todavía ni se han tocado otras partes que se mecanizarán después con programas y herramientas totalmente diferentes. Esta visión es relativamente nueva ya que tradicionalmente se han intentado mecanizar las piezas entendiéndolas como una sola: se a hecho un desbaste general, a veces un semiacabado general y posteriormente un acabado también general.
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Ingeniería Civil Existen numerosas aplicaciones en la Ingeniería Civil, pero donde alcanza mayor importancia es en el diseño estructural y en el análisis del cálculo.
Es difícil englobar en un solo contexto los numerosos campos de conocimientos que se suelen incluir en esta rama técnica, por lo que basaremos la exposición en el diseño estructural, con breves descripciones y posibles aplicaciones a otras áreas (ingeniería de tráfico, ingeniería ambiental). Uno de los problemas pendientes en el diseño en Ingeniería Civil es el correspondiente a la optimización automatizada. La aplicación del CAD a problemas de la Ingeniería Civil está hoy en día ampliamente extendida. Es evidente que, en la situación actual de la técnica, este desarrollo puede preverse rápidamente y en poco tiempo nos encontraremos en disposición de utilizar técnicas automáticas para sustituir el tiempo del proyectista, el que podrá ser empleado en aquello que nunca se automatizará: el libre ejercicio de la imaginación creadora.
Diseño arquitectónico El trabajo del arquitecto se funda, en especial, en el proyecto dentro de un abanico muy amplio de posibilidades, tanto en el ámbito de su aplicación (arquitectura, urbanismo, diseño, etc.) como por las ciencias en las que se apoya (geometría, sicología, historia, física, derecho, etc,). La realidad es muy compleja por la gran variedad de posibilidades constructivas y provoca constantes reajustes del proyecto. Sin embargo, la creciente complejidad en
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la tecnología de la construcción hace que dentro de un proyecto arquitectónico subsistan varios subproyectos tecnológicos. El CAD permite, entonces, al profesional una concepción geométrica, un contenido constructivo y la elaboración de la documentación (planos) acorde a la necesidad del proyecto objetivo. Industrial textil La aplicación del CAD en la industria textil ha tenido un fuerte impacto sobre todo en:
REDUCCIÓN DE LA MANO DE OBRA OPTIMIZACIÓN DEL TEJIDO Reducción de los inventarios en proceso
La empresa española INDUYCO, una de las empresas de confección líder en Europa ha sido pionera en la utilización de los CAD/CAM, implantando en los procesos de producción estos sistemas hace más de diez años. El impacto de los sistemas CAD/CAM en la industria de la confección ha sido analizado en el informe sobre nuevas tecnologías financiado por la comisión de las comunidades económicas europeas a petición de la asociación europea de las industrias del vestido (AEIH). Los sistemas CAD/CAM hay que incluirlos en el denominado modelo 3. "Súper Tecnología": en esta aplicación de la industria textil podemos incluir algunos sistemas como son:
Sistema de diseño, escalado y marcado INVESMARK Sistema de planificación de corte CUTPLAN Sistema automático de corte I NVESCUT
Una aplicación CAD muy importante en la sección de corte es el " PLANNING"
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de corte, el nuevo desarrollo se denomina CUTPLAN. El objeto del "planning" de corte es la determinación de las combinaciones de tallas a marcar y de los colchones a tender y cortar de forma que el coste total, incluyendo procesos y materiales, sea mínimo. Se puede decir que el CUTPLAN es una herramienta de ayuda a la definición del proceso de corte de una orden de fabricación. En la etapa de diseño es muy usado en el momento de diseñar patrones, permitiendo una fácil manipulación de curvas y el control de parámetros geométricos importantes, asimismo facilita la combinación de modelos. Todo esto hace incrementar enormemente la productividad del diseñador de patrones. Otro aspecto muy importante es reducir al mínimo los desperdicios al optimizar el corte de los componentes.
ALTERNATIVA LIBRE DE AUTOCAD Los software de dibujo asistido por computadora (CAD) tienen como su principal ventaja el aumento en la productividad al momento del modelado, pero también es bien conocido que una de sus principales desventajas es el alto precio de estos productos, lo que hace que las licencias de uso sean accesibles prácticamente solo a las empresas. Por suerte, en estos últimos tiempos estamos experimentando un crecimiento en el software de código libre y esto nos abre una baraja de varias buenas alternativas, como las 10 que se listan en minocan.
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CONFIGURACIÓN ACTUAL DE SISTEMA CAD
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CONCLUSIONES
El sistema CAD se viene desarrollando en forma acelerada y debido al desarrollo del software y hardware su aplicación se está generalizando tanto en el ámbito académico como empresarial.
En el diseño y análisis de componentes es viable una solución analítica o experimental computarizada a un bajo costo y con alto nivel de confiabilidad. Es así que las técnicas de expresión gráfica se han convertido en el mejor lenguaje para la descripción de objetos.
El diseño asistido por computadora ha venido a sustit uir a la vieja Regla "T" y a las escuadras, restiradores, compases, escalimetros y transportadores. Ya que gracias a esta maravilloso programa prescindimos del trabajo, reduciéndolo a más simple y correcto.
Dicho programa es necesario para todas las ramas de las ingenierías con el podemos construir diseño de piezas, plantas e instalaciones, levantamientos, animaciones digitales, en escala real, perspectivas, vistas etc.
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