Diseño asistido por ordenador

Ejemplo: dibujo CAD 2D

Ejemplo: Modelo CAD 3D

Diseño asistido por computadora (CAD) es el uso de computadoras (o estaciones de trabajo) para ayudar en la creación, modificación, análisis u optimización de un diseño. Este software se utiliza para aumentar la productividad del diseñador, mejorar la calidad del diseño, mejorar las comunicaciones a través de la documentación y crear una base de datos para la fabricación. Los diseños realizados mediante software CAD son útiles para proteger productos e invenciones cuando se utilizan en solicitudes de patentes. La salida de CAD suele ser en forma de archivos electrónicos para impresión, mecanizado u otras operaciones de fabricación. También se utilizan los términos dibujo asistido por ordenador (CAD) y diseño y dibujo asistidos por ordenador (CADD).

Su uso en el diseño de sistemas electrónicos se conoce como automatización de diseño electrónico (EDA). En diseño mecánico se conoce como automatización de diseño mecánico (MDA), que incluye el proceso de creación de un dibujo técnico con el uso de software informático.

El software de CAD para el diseño mecánico utiliza gráficos basados en vectores para representar los objetos del dibujo tradicional o también puede producir gráficos de trama que muestren la apariencia general de los objetos diseñados. Sin embargo, se trata de algo más que formas. Al igual que en la elaboración manual de dibujos técnicos y de ingeniería, la salida de CAD debe transmitir información, como materiales, procesos, dimensiones y tolerancias, de acuerdo con las convenciones específicas de la aplicación.

CAD se puede utilizar para diseñar curvas y figuras en un espacio bidimensional (2D); o curvas, superficies y sólidos en un espacio tridimensional (3D).

CAD es un arte industrial importante ampliamente utilizado en muchas aplicaciones, incluidas las industrias automotriz, de construcción naval y aeroespacial, diseño industrial y arquitectónico (modelado de información de construcción), prótesis y muchas más. CAD también se usa ampliamente para producir animación por computadora para efectos especiales en películas, publicidad y manuales técnicos, a menudo llamado creación de contenido digital DCC. La ubicuidad moderna y el poder de las computadoras significa que incluso las botellas de perfume y los 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 importante fuerza impulsora para la investigación en geometría computacional, gráficos por computadora (tanto hardware como software) y geometría diferencial discreta.

El diseño de modelos geométricos para formas de objetos, en particular, se denomina ocasionalmente diseño geométrico asistido por computadora (CAGD).

Resumen

El diseño asistido por computadora es una de las muchas herramientas que utilizan los ingenieros y diseñadores y se usa de muchas maneras según la profesión del usuario y el tipo de software en cuestión.

CAD es una parte de toda la actividad de desarrollo de productos digitales (DPD) dentro de los procesos de gestión del ciclo de vida del producto (PLM) y, como tal, se usa junto con otras herramientas, que son módulos integrados o productos independientes, como:

• Ingeniería computarizada (CAE) y análisis de elementos finitos (FEA, FEM)
• Fabricación computarizada (CAM) incluyendo instrucciones para máquinas de control numérico (CNC)
• Simulación de renderización fotorrealista y movimiento.
• Gestión de documentos y control de revisiones utilizando la gestión de datos de productos (PDM)

CAD también se usa para la creación precisa de simulaciones fotográficas que a menudo se requieren en la preparación de informes de impacto ambiental, en los que los diseños asistidos por computadora de edificios previstos se superponen a fotografías de entornos existentes para representar cómo será ese lugar., donde se permite la construcción de las instalaciones propuestas. El bloqueo potencial de los corredores de vista y los estudios de sombra también se analizan con frecuencia mediante el uso de CAD.

El uso de cuatro propiedades, que son el historial, las funciones, la parametrización y las restricciones de alto nivel, es útil en la ingeniería diaria. El historial de construcción se puede utilizar para mirar hacia atrás en las características personales del modelo y trabajar en un área individual en lugar de en todo el modelo. Se pueden usar parámetros y restricciones para determinar el tamaño, la forma y otras propiedades de los diferentes elementos de modelado. Las características del sistema CAD se pueden utilizar para una variedad de herramientas de medición, como resistencia a la tracción, límite elástico, propiedades eléctricas o electromagnéticas. También su estrés, tensión, tiempo o cómo el elemento se ve afectado en ciertas temperaturas, etc.

Tipos

Un simple procedimiento para recrear un modelo sólido de los bocetos 2D.

Hay varios tipos diferentes de CAD, cada uno requiere que el operador piense de manera diferente sobre cómo usarlos y diseñar sus componentes virtuales de una manera diferente para cada uno.

CAD 2D

Hay muchos productores de sistemas 2D de gama baja, incluidos varios programas gratuitos y de código abierto. Estos proporcionan un enfoque del proceso de dibujo sin todo el alboroto sobre la escala y la ubicación en la hoja de dibujo que acompañaba al dibujo manual, ya que se pueden ajustar según sea necesario durante la creación del borrador final.

CAD 3D

La estructura alámbrica 3D es básicamente una extensión del dibujo 2D (que no se usa con frecuencia en la actualidad) en un espacio tridimensional. Cada línea debe insertarse manualmente en el dibujo. El producto final no tiene propiedades de masa asociadas y no se le pueden agregar características directamente, como agujeros. El operador los aborda de manera similar a los sistemas 2D, aunque muchos sistemas 3D permiten usar el modelo de estructura alámbrica para hacer las vistas finales del dibujo de ingeniería.

3D "tonto" los sólidos se crean de manera análoga a la manipulación de objetos del mundo real (que no se usan con frecuencia en la actualidad). A las formas geométricas tridimensionales básicas (prismas, cilindros, esferas, rectángulos) se les agregan o restan volúmenes sólidos como si estuvieran ensamblando o cortando objetos del mundo real. Las vistas proyectadas bidimensionales se pueden generar fácilmente a partir de los modelos. Los sólidos 3D básicos no suelen incluir herramientas para permitir fácilmente el movimiento de los componentes, establecer sus límites para su movimiento o identificar interferencias entre componentes.

Hay dos tipos de modelado de sólidos en 3D

• Modelado paramétrico permite al operador utilizar lo que se denomina "intención de diseño". Los objetos y las características se crean modificables. Cualquier modificación futura se puede hacer cambiando sobre cómo se creó la parte original. Si se pretendía localizar una característica desde el centro de la parte, el operador debería localizarla desde el centro del modelo. La característica podría ser localizada usando cualquier objeto geométrico ya disponible en la parte, pero esta colocación aleatoria derrotaría la intención de diseño. Si el operador diseña la parte como funciona el modelador paramétrico es capaz de hacer cambios a la parte manteniendo relaciones geométricas y funcionales.
• Modelado directo o explícito proporcionar la capacidad de editar geometría sin un árbol de historia Con el modelado directo, una vez que se utiliza un boceto para crear geometría, el boceto se incorpora a la nueva geometría y el diseñador simplemente modifica la geometría sin necesidad del boceto original. Como con el modelado paramétrico, el modelado directo tiene la capacidad de incluir las relaciones entre geometría seleccionada (por ejemplo, cursi, concentricidad).

CAD de formato libre

Los sistemas de gama alta ofrecen la capacidad de incorporar características más orgánicas, estéticas y ergonómicas en los diseños. El modelado de superficies de forma libre a menudo se combina con sólidos para permitir que el diseñador cree productos que se ajusten a la forma humana y los requisitos visuales, así como a la interfaz con la máquina.

Tecnología

Un modelo CAD de un ratón de computadora

Originalmente, el software para sistemas CAD se desarrolló con lenguajes informáticos como Fortran, ALGOL, pero con el avance de los métodos de programación orientados a objetos esto ha cambiado radicalmente. Los típicos modeladores paramétricos modernos basados en características y los sistemas de superficie de forma libre se construyen alrededor de una serie de módulos C clave con sus propias API. Se puede considerar que un sistema CAD se construye a partir de la interacción de una interfaz gráfica de usuario (GUI) con geometría NURBS o datos de representación de límites (B-rep) a través de un kernel de modelado geométrico. También se puede emplear un motor de restricción de geometría para administrar las relaciones asociativas entre la geometría, como la geometría de estructura alámbrica en un croquis o los componentes en un ensamblaje.

Las capacidades inesperadas de estas relaciones asociativas han dado lugar a una nueva forma de creación de prototipos denominada creación de prototipos digitales. A diferencia de los prototipos físicos, que conllevan tiempo de fabricación en el diseño. Dicho esto, los modelos CAD pueden ser generados por una computadora después de que el prototipo físico haya sido escaneado usando una máquina de tomografía computarizada industrial. Dependiendo de la naturaleza del negocio, inicialmente se pueden elegir prototipos digitales o físicos según las necesidades específicas.

Hoy en día, existen sistemas CAD para todas las plataformas principales (Windows, Linux, UNIX y Mac OS X); algunos paquetes admiten múltiples plataformas.

Actualmente, no se requiere ningún hardware especial para la mayoría de los programas de CAD. Sin embargo, algunos sistemas CAD pueden realizar tareas gráficas y computacionales intensivas, por lo que se puede recomendar una tarjeta gráfica moderna, CPU de alta velocidad (y posiblemente múltiples) y grandes cantidades de RAM.

La interfaz hombre-máquina generalmente se realiza a través de un mouse de computadora, pero también se puede realizar a través de un lápiz y una tableta gráfica digitalizadora. La manipulación de la vista del modelo en la pantalla también se realiza a veces con el uso de un Spacemouse/SpaceBall. Algunos sistemas también admiten gafas estereoscópicas para ver el modelo 3D. Tecnologías que en el pasado estaban limitadas a instalaciones más grandes o aplicaciones especializadas ahora están disponibles para un amplio grupo de usuarios. Estos incluyen CAVE o HMD y dispositivos interactivos como la tecnología de detección de movimiento.

Software

A partir de mediados de la década de 1960, con IBM Drafting System, los sistemas de diseño asistido por computadora comenzaron a proporcionar más capacidad que la simple capacidad de reproducir el dibujo manual con el dibujo electrónico, el costo-beneficio para las empresas de cambiar a CAD se hizo evidente.. Los beneficios de los sistemas CAD sobre el dibujo manual son las capacidades que a menudo se dan por sentadas en los sistemas informáticos actuales; generación automatizada de listas de materiales, auto layout en circuitos integrados, verificación de interferencias, y muchos otros. Eventualmente, CAD proporcionó al diseñador la capacidad de realizar cálculos de ingeniería. Durante esta transición, los cálculos aún se realizaban a mano o por aquellas personas que podían ejecutar programas de computadora. CAD fue un cambio revolucionario en la industria de la ingeniería, donde los roles de delineantes, diseñadores e ingenieros comenzaron a fusionarse. No eliminó departamentos sino que fusionó departamentos y empoderó a dibujantes, diseñadores e ingenieros. CAD es un ejemplo del efecto generalizado que las computadoras comenzaban a tener en la industria. Los paquetes actuales de software de diseño asistido por computadora van desde sistemas de dibujo 2D basados en vectores hasta modeladores de superficies y sólidos 3D. Los paquetes CAD modernos también pueden permitir con frecuencia rotaciones en tres dimensiones, lo que permite ver un objeto diseñado desde cualquier ángulo deseado, incluso desde adentro mirando hacia afuera. Algunos programas de CAD son capaces de realizar modelos matemáticos dinámicos.

La tecnología CAD se utiliza en el diseño de herramientas y maquinaria y en el dibujo y diseño de todo tipo de edificios, desde pequeños tipos residenciales (casas) hasta las estructuras comerciales e industriales más grandes (hospitales y fábricas).

CAD se utiliza principalmente para la ingeniería de detalle de modelos 3D o dibujos 2D de componentes físicos, pero también se utiliza en todo el proceso de ingeniería, desde el diseño conceptual y la disposición de los productos, pasando por el análisis dinámico y de resistencia de los ensamblajes hasta la definición de métodos de fabricación de componentes También se puede usar para diseñar objetos como joyas, muebles, electrodomésticos, etc. Además, muchas aplicaciones CAD ahora ofrecen capacidades avanzadas de representación y animación para que los ingenieros puedan visualizar mejor los diseños de sus productos. 4D BIM es un tipo de simulación de ingeniería de construcción virtual que incorpora información relacionada con el tiempo o el cronograma para la gestión de proyectos.

CAD se ha convertido en una tecnología especialmente importante dentro del alcance de las tecnologías asistidas por computadora, con beneficios tales como menores costos de desarrollo de productos y un ciclo de diseño mucho más corto. CAD permite a los diseñadores diseñar y desarrollar el trabajo en pantalla, imprimirlo y guardarlo para editarlo en el futuro, ahorrando tiempo en sus dibujos.

Software de gestión de licencias

A principios de 2000, algunos proveedores de software de sistema CAD podrían haber enviado sus distribuciones con un software de administración de licencias dedicado que podría controlar la frecuencia o la cantidad de usuarios que pueden utilizar el sistema CAD. Podría ejecutarse en una máquina local (cargando desde un dispositivo de almacenamiento local) o en un servidor de archivos de red local y, en este último caso, generalmente estaba vinculado a una dirección IP específica.

Lista de paquetes de software

El software CAD permite a los ingenieros y arquitectos diseñar, inspeccionar y administrar proyectos de ingeniería dentro de una interfaz gráfica de usuario (GUI) integrada en un sistema de computadora personal. La mayoría de las aplicaciones admiten el modelado de sólidos con representación de límites (B-Rep) y geometría NURBS, y permiten que se publiquen en una variedad de formatos. Un kernel de modelado geométrico es un componente de software que proporciona funciones de modelado sólido y modelado de superficies para aplicaciones CAD.

Según las estadísticas del mercado, el software comercial de Autodesk, Dassault Systems, Siemens PLM Software y PTC dominan la industria CAD. La siguiente es una lista de las principales aplicaciones CAD, agrupadas por estadísticas de uso.

Software comercial

• AC3D
• Alibre Design
• ArchiCAD (Graphisoft)
• AutoCAD (Autodesk)
• Autodesk Inventor
• AxSTREAM
• BricsCAD
• CATIA (Dassault Systèmes)
• Cobalto
• CorelCAD
• Fusion 360 (Autodesk)
• IntelliCAD
• IRONCAD
• KeyCreator (Kubotek)
• Landscape Express
• MEDUSA
• MicroStation (Bentley Systems)
• Modelur (AgiliCity)
• Onshape
• Promine
• PTC Creosuccessor to Pro/ENGINEER)
• PunchCAD
• Remo 3D
• Revit (Autodesk)
• Rhinoceros 3D
• Siemens NX
• SketchUp
• Solid Edge (Siemens)
• SolidWorks (Dassault Systèmes)
• SpaceClaim
• T-FLEX CAD
• TranslateCAD
• TurboCAD
• Vectorworks (Nemetschek)

Software de código abierto

• BRL-CAD
• FreeCAD
• LibreCAD
• LeoCAD
• OpenSCAD
• QCAD
• Salome (software)
• SolveSpace

Programa gratuito

• BricsCAD Forma
• TiffinCAD
• Tinkercad (sucesor a Autodesk 123D)

Núcleos CAD

• ACIS by Spatial
• C3D Toolkit by C3D Labs
• Open CASCADE Fuente abierta
• Parasolid by Siemens
• ShapeManager by Autodesk