El intercambio de datos CAD es una modalidad de intercambio de datos que se utiliza para traducir datos entre diferentes sistemas de creación de diseño asistido por computadora ( CAD ) o entre CAD y otros sistemas CAx posteriores.
Muchas empresas utilizan diferentes sistemas CAD internamente e intercambian datos CAD con proveedores, clientes y subcontratistas. [1] La transferencia de datos es necesaria para que, por ejemplo, una organización pueda estar desarrollando un modelo CAD, mientras que otra realiza un trabajo de análisis sobre el mismo modelo; al mismo tiempo, una tercera organización es responsable de la fabricación del producto. [2] Los sistemas CAD actualmente disponibles en el mercado difieren no solo en sus objetivos de aplicación, interfaces de usuario y niveles de rendimiento, sino también en estructuras y formatos de datos [3], por lo que la precisión en el proceso de intercambio de datos es de suma importancia y un intercambio sólido. Se necesitan mecanismos. [2]
El proceso de intercambio apunta principalmente a la información geométrica de los datos CAD, pero también puede apuntar a otros aspectos como metadatos , conocimiento, información de fabricación, tolerancias y estructura de ensamblaje.
Hay tres opciones disponibles para el intercambio de datos CAD: traducción directa de modelos, intercambio neutral de archivos y traductores externos. [4]
Contenido de datos CAD
Aunque inicialmente estaba dirigido a la información geométrica ( estructura de alambre , superficies , sólidos y dibujos ) de un producto, hoy en día existen otras piezas de información que se pueden recuperar de un archivo CAD: [2]
- Metadatos : atributos no gráficos
- Datos de intención de diseño, por ejemplo, árboles históricos, fórmulas, reglas, pautas
- Datos de aplicación, por ejemplo , trayectorias de herramientas de control numérico , dimensionamiento y tolerancia geométricos ( GD&T ), planificación de procesos y estructura de ensamblaje
Los diferentes tipos de información del producto a los que se dirige el proceso de intercambio pueden variar a lo largo del ciclo de vida del producto. En las primeras etapas del proceso de diseño, se da más énfasis a los aspectos geométricos y de la intención del diseño del intercambio de datos, mientras que los metadatos y los datos de la aplicación son más importantes en las etapas posteriores del desarrollo del producto y del proceso. [2]
Opciones de intercambio de datos
Traducción directa de modelos
Los traductores directos de datos proporcionan una solución directa que implica traducir los datos almacenados en una base de datos de productos directamente de un formato de sistema CAD a otro, generalmente en un solo paso. Suele existir una base de datos neutral en un traductor de datos directo. La estructura de la base de datos neutral debe ser general, regida por las definiciones mínimas requeridas de cualquiera de los tipos de datos de modelado y ser independiente de cualquier formato de proveedor. [2] Los principales sistemas CAD, como SolidWorks , PTC Creo , Siemens NX y CATIA pueden leer y / o escribir directamente otros formatos CAD, simplemente usando las opciones Abrir archivo y Guardar como archivo . [4] Esta opción está limitada por el hecho de que la mayoría de los formatos CAD son propietarios, por lo que los traductores directos suelen ser unidireccionales, parcialmente funcionales y no estandarizados. [5]
Intercambio de archivos neutral
El intercambio de archivos neutral utiliza un formato neutral intermedio para traducir datos entre sistemas CAD. Este método parte de un preprocesador integrado en el sistema CAD original, que genera el archivo neutral a partir del formato CAD de origen. El sistema CAD de destino procesa posteriormente el archivo neutral y lo convierte al formato nativo de destino. [6] Algunos formatos neutrales son definidos por organizaciones de estándares como IGES y STEP, mientras que otros son propietarios pero aún se utilizan ampliamente y se consideran estándares cuasi de la industria. [4]
Formatos neutros
- IGES (Especificación inicial de intercambio de gráficos): se originó a fines de 1979 y fue publicado inicialmente por el Instituto Nacional Estadounidense de Estándares (ANSI) en 1980, antes de la implementación a gran escala de la tecnología CAD en la industria. [7] Este formato de archivo considera la definición del producto como un archivo de entidades, con cada entidad representada en un formato independiente de la aplicación. [2] Después del lanzamiento inicial de STEP (ISO 10303) en 1994, el interés en un mayor desarrollo de IGES disminuyó, y la Versión 5.3 (1996) fue la última norma publicada. [4]
- DXF ( Drawing eXchange Format ): desarrollado por Autodesk en 1982 como su solución de interoperabilidad de datos entre AutoCAD y otros sistemas CAD. El DXF se basa principalmente en 2D y su formato es una representación de datos etiquetados de toda la información contenida en un archivo de dibujo de AutoCAD, lo que significa que cada elemento de datos en el archivo está precedido por un número entero que se denomina código de grupo que indica el tipo. del siguiente elemento de datos. Como la mayoría de los desarrolladores de software de aplicaciones comerciales han optado por admitir el DWG nativo de Autodesk como formato para la interoperabilidad de datos de AutoCAD, DXF se ha vuelto menos útil. [2]
- VDA-FS ( Verband der Automobilindustrie - Flächenschnittstelle) - creado por la Asociación Alemana de la Industria Automotriz en 1982 como un método de interoperabilidad para superficies de forma libre. [8] Este formato se diferencia de otros formatos en que solo admite la comunicación de datos de superficie y curva de forma libre con comentarios asociados, pero no admite otras entidades geométricas o no geométricas. Por lo tanto, está limitado a representaciones mediante polinomios paramétricos , pero esto cubre la gran mayoría de sistemas CAD de forma libre. Incluye los tipos de productos tensores Bézier , B-Spline y Coons de superficies y las curvas correspondientes. [1] La especificación VDA-FS se publica en la norma industrial alemana DIN 66301. [9]
- PDES (Especificación de intercambio de datos de productos): se originó en 1988 bajo el estudio de Interfaz de datos de definición de productos (PDDI) realizado por McDonnell Aircraft Corporation en nombre de la Fuerza Aérea de EE. UU. PDES fue diseñado para definir completamente un producto para todas las aplicaciones durante su ciclo de vida esperado, incluida la geometría, topología, tolerancias, relaciones, atributos y características necesarias para definir completamente una pieza o ensamblaje de piezas. PDES puede verse como una expansión de IGES donde se han agregado datos organizativos y tecnológicos. De hecho, el PDES posterior contenía IGES. El desarrollo de PDES bajo la dirección de la organización IGES y en estrecha colaboración con la Organización Internacional de Normalización ( ISO ) condujo al nacimiento de STEP . [2]
- STEP ( ISO 10303 - Estándar para el intercambio de datos de modelos de productos ): el trabajo con el estándar ISO 10303 se inició en 1984 y se publicó inicialmente en 1994, con el objetivo de estandarizar el intercambio de datos de productos entre sistemas PLM . Es un conjunto muy completo de especificaciones que cubren muchos tipos de productos diferentes y muchas fases del ciclo de vida. STEP utiliza el formato neutro ISO 10303-11, también conocido como esquema EXPRESS . EXPRESS define no solo los tipos de datos, sino también las relaciones y reglas que se les aplican. [4] STEP admite el intercambio de datos , el intercambio de datos y el archivo de datos. Para el intercambio de datos, STEP define la forma transitoria de los datos del producto que se transferirán entre un par de aplicaciones. Admite el intercambio de datos al proporcionar acceso y operación en una sola copia de los mismos datos del producto por más de una aplicación, potencialmente simultáneamente. STEP también se puede utilizar para respaldar el desarrollo de los datos del producto de archivo en sí. [2] STEP consta de varios cientos de documentos denominados partes . Cada año se agregan piezas nuevas o se lanzan nuevas revisiones de piezas antiguas. Esto convierte a STEP en el estándar más importante dentro de ISO. Las piezas STEP de la serie 200 se denominan Protocolos de aplicación (AP), [4] con las piezas específicas directamente relacionadas con los sistemas CAD:
- 203 (Diseños 3D controlados por configuración de piezas mecánicas y conjuntos) - Se utiliza principalmente para diseño 3D y estructura de productos. Un subconjunto de AP214 pero el más utilizado.
- 210 (Montaje, interconexión y diseño de embalajes electrónicos) - Sistemas CAD para placa de circuito impreso .
- 212 (Diseño e instalación electrotécnica) - Sistemas CAD para instalación eléctrica y mazo de cables .
- 214 (Datos básicos para procesos de diseño mecánico automotriz): cómo se representa STEP en un archivo de texto para el intercambio.
- 238 ( Modelo interpretado de aplicación STEP-NC para controladores numéricos computarizados) - Información del proceso de mecanizado CAD, CAM y CNC .
- 242 (Ingeniería 3D basada en modelos gestionados): la fusión de los dos protocolos de aplicación STEP líderes, AP 203 y AP 214.
- Parasolid XT: parte del núcleo de modelado geométrico Parasolid desarrollado originalmente por Shape Data y actualmente propiedad de Siemens PLM Software . [10] Parasolid puede representar modelos de estructura alámbrica, de superficie, sólidos, celulares y generales no múltiples. Almacena información topológica y geométrica que define la forma de los modelos en la transmisión de archivos. Estos archivos tienen un formato publicado para que las aplicaciones puedan tener acceso a los modelos de Parasolid sin tener que usar necesariamente el kernel de Parasolid. [11] Parasolid es capaz de aceptar datos de otros formatos del modelador. Su exclusiva funcionalidad de modelado tolerante puede adaptarse y compensar datos menos precisos. [12]
Traductores externos
Varias empresas se especializan en software de traducción de datos CAD que pueden leer de un sistema CAD y escribir la información en otro formato de sistema CAD. Hay un puñado de empresas que ofrecen juegos de herramientas de software de bajo nivel para leer y escribir directamente los principales formatos de archivo CAD. La mayoría de los desarrolladores de CAD licencian estos conjuntos de herramientas para agregar capacidades de importación y exportación a sus productos. También hay un número significativo de empresas que utilizan los kits de herramientas de traducción de bajo nivel como base para crear aplicaciones independientes de traducción y validación para el usuario final. [13] Estos sistemas tienen su propio formato intermedio patentado, algunos de los cuales permitirán revisar los datos durante la traducción. Algunos de estos traductores trabajan de forma independiente, mientras que otros requieren uno o ambos paquetes CAD instalados en la máquina de traducción, ya que utilizan código ( API ) de estos sistemas para leer / escribir los datos. Algunas empresas también utilizan estos conjuntos de herramientas de bajo nivel para crear complementos de importación o exportación para otras aplicaciones CAD.
Lista de kits de herramientas de software para desarrolladores
- Datakit CrossCad / Ware : SDK para leer y escribir formatos CAD.
Lista de aplicaciones de traducción independientes para el usuario final
- Datakit CrossManager : traductor CAD de múltiples formatos.
- PolyTrans | CAD : Traductor CAD de múltiples formatos.
- Transmagic : traductor CAD de múltiples formatos.
Lista de complementos para aplicaciones CAD
- Datakit CrossCad / Plg : Importar y exportar complementos para Rhino, SOLIDWORKS, ...
- PolyTrans | CAD : plug-ins de importación / exportación para 3ds Max, Maya, CADMATIC y Visual Components.
- Traductores avanzados : importación de complementos para 3dsMax.
Calidad del intercambio de datos
La calidad de los datos se puede abordar de forma intrínseca y extrínseca. Los problemas intrínsecos son los relacionados con la estructura del modelo CAD antes de que comience cualquier proceso de traducción, mientras que los problemas extrínsecos se relacionan con los problemas que aparecen durante la traducción. El desarrollo de STEP es la mejor solución para resolver los problemas extrínsecos, ampliando sus capacidades actuales para admitir secciones paramétricas 2-D, ensamblajes paramétricos 3-D y modelado basado en historia. La calidad de los datos del producto es un tema clave para evitar problemas intrínsecos de intercambio de datos y simplificar la integración de aplicaciones posteriores en la cadena de diseño.
Como cada sistema CAD tiene su propio método para describir la geometría, tanto matemática como estructuralmente, siempre se pierde algo de información al traducir datos de un formato de datos CAD a otro. Un ejemplo es cuando la traducción se produce entre sistemas CAD que utilizan diferentes núcleos de modelado geométrico, en los que las inconsistencias de traducción pueden provocar anomalías en los datos. [2] Los formatos de archivo intermedios también están limitados en lo que pueden describir, y pueden ser interpretados de manera diferente por los sistemas de envío y recepción. Por lo tanto, al transferir datos entre sistemas, es importante identificar qué se necesita traducir. Si solo se requiere el modelo 3D para el proceso posterior, solo se debe transferir la descripción del modelo. Sin embargo, existen niveles de detalle. Por ejemplo: es la estructura alámbrica de los datos, la superficie o el sólido; es la información de topología ( BREP ) requerida; deben conservarse las identificaciones de cara y borde en modificaciones posteriores; ¿Se debe preservar la información y el historial de características entre sistemas? y se transferirá la anotación del PMI . Con los modelos de producto, es posible que se requiera conservar la estructura de ensamblaje. [4] Si los dibujos necesitan ser traducidos, la geometría de la estructura alámbrica normalmente no es un problema; sin embargo, el texto, las dimensiones y otras anotaciones pueden ser un problema, especialmente las fuentes y los formatos. Independientemente de los datos que se vayan a traducir, también es necesario conservar los atributos (como el color y la capa de los objetos gráficos) y los metadatos almacenados en los archivos.
Algunos métodos de traducción tienen más éxito que otros en la traducción de datos entre sistemas CAD. Los formatos nativos ofrecen la traducción simple de sólidos en 3D, pero aun así hay algunos escollos a tener en cuenta. Si dos sistemas CAD utilizan representaciones diferentes para un tipo de geometría en algún momento, la representación debe convertirse o incluso descartarse, independientemente del tipo de traducción. Los formatos neutrales están diseñados en parte para resolver este problema, pero ningún formato puede eliminar por completo todos los problemas de traducción. [14]
Los problemas de intercambio de datos CAD más comunes a través de formatos neutrales son:
- pérdida de la estructura arquitectónica
- cambiar los nombres de las piezas con números o nombres asignados a los directorios donde se almacenan
- pérdida de cuerpos de las asambleas
- Desplazamiento de detalles de su posición correcta en relación con el modelo original.
- pérdida del color original de las piezas
- visualización de detalles de su posición correcta en relación con el modelo original
- mostrando las líneas de construcción que están ocultas en el producto original
- modificación en la información gráfica
- modificación de cuerpos huecos en cuerpos sólidos. [14]
Algunos sistemas CAD tienen funcionalidades para comparar la geometría de dos modelos. [15] [16] Por lo tanto, el usuario puede comparar el modelo antes y después de la traducción de un CAD a otro para estimar la calidad de la traducción y corregir los defectos encontrados. Pero a menudo, estas funcionalidades solo pueden comparar teselados de dos modelos. Es un problema algorítmico realmente difícil comparar elementos topológicos de dos modelos 3D y restaurar su asociatividad para mostrar grupos de caras modificadas, porque hay una representación muy diferente de los datos geométricos en diferentes sistemas CAD, pero a veces es posible. Por ejemplo, el componente Comparación de geometría LEDAS basado en el kernel C3D se puede integrar en un sistema CAD (como Autodesk Inventor , [17] ) para comparar modelos 3D y señalar todas las diferencias entre ellos. [18]
Maquetas digitales MultiCAD
Dos tendencias CAD / CAM / CAE PLM han impulsado la tecnología de intercambio de datos CAD. Una es la necesidad de una interacción cercana entre las empresas multiCAD extendidas de hoy en día. La otra es la mayor dependencia de las maquetas digitales para permitir la visualización, el diseño en contexto, la simulación y el análisis de conjuntos a gran escala antes de la fabricación real del producto físico. Los continuos avances en la tecnología de intercambio de datos han permitido una satisfacción significativa de esas necesidades.
La capacidad de visualizar ensamblajes de mediana, si no gran escala, fue uno de los primeros éxitos de estos formatos de traducción CAD. Las mejoras de hardware y el desarrollo de formatos ligeros apoyaron ensamblajes a mayor escala.
Los avances actuales ahora permiten una "maqueta activa". Esta tecnología permite diseñar en contexto con simulaciones como el análisis dinámico de holguras y la generación automática de envolventes de movimiento. Las maquetas activas permiten la edición de componentes directamente dentro del ensamblaje multi-CAD. Múltiples pantallas de nivel de detalle respaldan el rendimiento interactivo incluso en ensamblajes grandes. [ cita requerida ]
Intercambio de datos CAD a CAM
La programación NC generalmente requiere que la geometría recibida de un sistema CAD, ya sea en formato de alambre, superficie, sólido o combinado, esté libre de irregularidades e inconsistencias que puedan haber ocurrido en la fase CAD de la creación de la geometría. Por lo tanto, el intercambio de datos de CAD a CAM debe incluir herramientas para identificar y reparar esas inconsistencias. Por lo general, estas herramientas se incluyen en el software de intercambio de datos de cada conjunto de soluciones CAM.
En un verdadero entorno PLM, el intercambio de datos CAD a CAM debe proporcionar más que la transferencia de geometría. La información de fabricación del producto , ya sea generada por el diseñador para su uso en la fabricación o generada por la organización de fabricación para su uso por diseño, debe formar parte del sistema de intercambio de datos. STEP-NC fue diseñado para llevar GD&T y otros PMI a través de CAD y CAM a un CNC.
Referencias
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