El diseño asistido por computadora ( CAD ) es el uso de computadoras (oestaciones de trabajo ) para ayudar en la creación, modificación, análisis u optimización de un diseño . [1] El software CAD 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. [2] Los diseños realizados mediante software CAD son útiles para proteger productos e invenciones cuando se utilizan ensolicitudes de patentes . La salida CAD suele estar en forma de archivos electrónicos para impresión, mecanizado u otras operaciones de fabricación. También se utiliza el término CADD (para diseño y dibujo asistido por ordenador ). [3]
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 ) o dibujo asistido por computadora ( CAD ), que incluye el proceso de creación de un dibujo técnico con el uso de software de computadora . [4]
El software CAD para diseño mecánico utiliza gráficos vectoriales para representar los objetos de dibujo tradicional, o también puede producir gráficos rasterizados que muestran la apariencia general de los objetos diseñados. Sin embargo, implica algo más que formas. Al igual que en la redacción 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.
El CAD se puede utilizar para diseñar curvas y figuras en un espacio bidimensional (2D); o curvas, superficies y sólidos en un espacio tridimensional (3D). [5]
CAD es un arte industrial importante ampliamente utilizado en muchas aplicaciones, incluidas las industrias automotriz , de construcción naval y aeroespacial , diseño industrial y arquitectónico , 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 los frascos de perfume y los dispensadores de champú se diseñan utilizando técnicas inauditas para 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 computadora (tanto hardware como software) y geometría diferencial discreta . [6]
El diseño de modelos geométricos para formas de objetos, en particular, se denomina ocasionalmente diseño geométrico asistido por computadora ( CAGD ). [7]
Historia [ editar ]
Descripción general del software CAD [ editar ]
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 la elaboración manual son las capacidades que a menudo se dan por sentadas en los sistemas informáticos actuales; generación automatizada de listas de materiales , diseño automático en circuitos integrados, comprobación de interferencias y muchos otros. Finalmente, CAD brindó al diseñador la capacidad de realizar cálculos de ingeniería. Durante esta transición, los cálculos todavía se realizaban a mano o por personas que podían ejecutar programas de computadora. CAD fue un cambio revolucionario en la industria de la ingeniería, donde los delineantes, diseñadores e ingenieros comienzan a fusionarse. No eliminó departamentos tanto como fusionó departamentos y empoderó a dibujantes, diseñadores e ingenieros. CAD es un ejemplo del efecto generalizado que las computadoras estaban comenzando a tener en la industria. Los paquetes actuales de software de diseño asistido por computadora van desde sistemas de dibujo basados en vectores 2D hasta sólidos y superficies 3Dmodeladores. 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 la redacción y diseño de todo tipo de edificios, desde pequeños tipos residenciales (casas) hasta las mayores estructuras comerciales e industriales (hospitales y fábricas). [8]
El CAD se utiliza principalmente para la ingeniería de detalle de modelos 3D o dibujos en 2D de componentes físicos, pero también se utiliza en todo el proceso de ingeniería, desde el diseño conceptual y la disposición de productos, pasando por el análisis dinámico y de resistencia de los ensamblajes hasta la definición de los métodos de fabricación de los componentes. También se puede utilizar para diseñar objetos como joyas, muebles, electrodomésticos, etc. Además, muchas aplicaciones CAD ahora ofrecen capacidades avanzadas de renderizado 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 como menores costos de desarrollo de productos y un ciclo de diseño muy reducido . CAD permite a los diseñadores diseñar y desarrollar el trabajo en la pantalla, imprimirlo y guardarlo para editarlo en el futuro, ahorrando tiempo en sus dibujos.
Usos [ editar ]
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El diseño asistido por computadora es una de las muchas herramientas que utilizan los ingenieros y diseñadores y se utiliza de muchas formas 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 utiliza junto con otras herramientas, que son módulos integrados o productos independientes, como:
- Ingeniería asistida por computadora (CAE) y análisis de elementos finitos (FEA, FEM)
- Fabricación asistida por computadora (CAM) que incluye instrucciones para máquinas de control numérico por computadora (CNC)
- Representación fotorrealista y simulación de movimiento.
- Gestión de documentos y control de revisiones mediante la gestión de datos de productos (PDM)
El CAD también se utiliza para la creación precisa de simulaciones fotográficas que a menudo se requieren en la preparación de informes de impacto ambiental, en las que los diseños asistidos por computadora de los edificios previstos se superponen en fotografías de entornos existentes para representar cómo será ese lugar, donde el Se permite la construcción de las instalaciones propuestas. El bloqueo potencial de los corredores visuales y los estudios de sombras también se analizan con frecuencia mediante el uso de CAD. [9]
Se ha demostrado que CAD también es útil para los ingenieros. Usando cuatro propiedades que son historia, características, parametrización y restricciones de alto nivel. El historial de construcción se puede utilizar para mirar hacia atrás en las características personales del modelo y trabajar en un área única en lugar de en el modelo completo. Se pueden utilizar 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, deformación, sincronización o cómo el elemento se ve afectado a ciertas temperaturas, etc.
Tipos [ editar ]
Hay varios tipos diferentes de CAD, [10] cada uno de los cuales requiere que el operador piense de manera diferente sobre cómo usarlos y diseñe sus componentes virtuales de una manera diferente para cada uno.
Hay muchos productores de sistemas 2D de gama baja, incluidos varios programas gratuitos y de código abierto. Estos proporcionan un acercamiento al proceso de dibujo sin todo el alboroto por la escala y la ubicación en la hoja de dibujo que acompañó al dibujo a mano, ya que pueden ajustarse según sea necesario durante la creación del borrador final.
El wireframe 3D es básicamente una extensión del dibujo 2D (que no se usa a menudo en la actualidad). 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.
Los sólidos tridimensionales "tontos" se crean de una manera análoga a las manipulaciones de objetos del mundo real (que no se usan a menudo en la actualidad). A las formas geométricas tridimensionales básicas (prismas, cilindros, esferas, etc.) se les agregan o restan volúmenes sólidos como si se ensamblaran o cortaran 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 componentes, establecer límites a su movimiento o identificar interferencias entre componentes.
Hay dos tipos de modelado de sólidos 3D
- El modelado paramétrico permite al operador utilizar lo que se denomina "intención de diseño". Los objetos y características creados son modificables. Cualquier modificación futura se puede realizar cambiando la forma en que se creó la pieza original. Si se pretendía ubicar una característica desde el centro de la pieza, el operador debe ubicarla desde el centro del modelo. La función podría ubicarse utilizando cualquier objeto geométrico que ya esté disponible en la pieza, pero esta ubicación aleatoria anularía la intención del diseño. Si el operador diseña la pieza como funciona, el modelador paramétrico puede realizar cambios en la pieza manteniendo las relaciones geométricas y funcionales.
- El modelado directo o explícito proporciona la capacidad de editar geometría sin un árbol histórico. 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. Al igual que con el modelado paramétrico, el modelado directo tiene la capacidad de incluir relaciones entre la geometría seleccionada (por ejemplo, tangencia, concentricidad).
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 al diseñador crear productos que se ajustan a la forma humana y los requisitos visuales, así como también interactúan con la máquina.
Tecnología [ editar ]
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Originalmente, el software para sistemas CAD se desarrolló con lenguajes de computadora como Fortran , ALGOL , pero con el avance de los métodos de programación orientados a objetos esto ha cambiado radicalmente. El modelador paramétrico moderno típico basado en características y los sistemas de superficie de forma libre se construyen en torno a una serie de módulos C clave con sus propias API . Un sistema CAD puede verse como construido a partir de la interacción de una interfaz gráfica de usuario (GUI) con la geometría NURBS o los datos de representación de límites (B-rep) a través de un núcleo de modelado geométrico. También se puede emplear un motor de restricción de geometría para administrar las relaciones asociativas entre geometría, como la geometría de estructura alámbrica en un boceto o componentes en un ensamblaje.
Las capacidades inesperadas de estas relaciones asociativas han llevado a una nueva forma de creación de prototipos llamada 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 escaneo CT industrial . Dependiendo de la naturaleza del negocio, inicialmente se pueden elegir prototipos digitales o físicos según necesidades específicas.
Hoy en día, existen sistemas CAD para las principales plataformas ( Windows , Linux , UNIX y Mac OS X ); algunos paquetes admiten múltiples plataformas. [11]
Actualmente, no se requiere hardware especial para la mayoría del software CAD. Sin embargo, algunos sistemas CAD pueden realizar tareas gráficas y computacionalmente 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 es generalmente a través de un mouse de computadora, pero también puede ser 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 . Las tecnologías que en el pasado se limitaban a instalaciones más grandes o aplicaciones especializadas se han vuelto disponibles para un amplio grupo de usuarios. Estos incluyen CAVE o HMD y dispositivos interactivos como la tecnología de detección de movimiento .
Software [ editar ]
El software CAD permite a los ingenieros y arquitectos diseñar, inspeccionar y gestionar proyectos de ingeniería dentro de una interfaz gráfica de usuario (GUI) integrada en un sistema informático personal . La mayoría de las aplicaciones admiten el modelado de sólidos con representación de límites (B-Rep) y geometría NURBS , y permiten que el mismo se publique en una variedad de formatos. Un núcleo de modelado geométrico es un componente de software que proporciona funciones de modelado sólido y modelado de superficies a aplicaciones CAD.
Según las estadísticas del mercado, el software comercial de Autodesk, Dassault Systems, Siemens PLM Software y PTC dominan la industria CAD. [12] [13] La siguiente es una lista de las principales aplicaciones CAD, agrupadas por estadísticas de uso. [14]
Comercial [ editar ]
- AC3D
- Diseño Alibre
- AutoCAD ( Autodesk )
- Inventor de Autodesk
- AxSTREAM
- BricsCAD
- CATIA (Dassault Systèmes)
- Cobalto
- Fusion 360 (Autodesk)
- IntelliCAD
- IRONCAD
- Creador de claves (Kubotek)
- MEDUSA
- MicroStation ( Bentley Systems )
- Modelur (AgiliCity)
- Onshape
- Promine
- PTC Creo (sucesor de Pro / ENGINEER )
- PunchCAD
- Remo 3D
- Rinoceronte 3D
- Siemens NX
- SketchUp
- Solid Edge (Siemens)
- SolidWorks (Dassault Systèmes)
- SpaceClaim
- CAD T-FLEX
- TurboCAD
- Vectorworks ( Nemetschek )
Freeware y código abierto [ editar ]
- Licuadora
- Forma BricsCAD
- BRL-CAD
- FreeCAD
- LibreCAD
- OpenSCAD
- QCAD
- Salome (software)
- SolveSpace
- Tinkercad (sucesor de Autodesk 123D )
Núcleos CAD [ editar ]
- ACIS por espacial
- Kit de herramientas C3D de C3D Labs
- Open CASCADE Open Source
- Parasolid de Siemens
- ShapeManager de Autodesk
Ver también [ editar ]
- Gráficos 3D por computadora
- Impresión 3d
- Formato de archivo de fabricación aditiva
- Estándares CAD
- Espacio grueso (análisis numérico)
- Comparación de software de gráficos por computadora en 3D
- Comparación de visores de archivos CAD, CAM y CAE
- Comparación de software de diseño asistido por computadora
- Comparación de software EDA (Electronic Design Automation)
- Diseño industrial asistido por computadora
- Arquitectura digital
- Automatización de diseño electrónico
- Optimización de ingeniería
- Método de elementos finitos
- ISO 128
- ISO 10303 (PASO)
- Definición basada en modelos
- Software de diseño molecular
- Hardware de código abierto
- Creación rápida de prototipos
- Diseño receptivo asistido por computadora
- Mapeo espacial
- Modelo sustituto
- Integración de sistema
- Creación de prototipos virtuales
- Realidad virtual
Referencias [ editar ]
- ^ Narayan, K. Lalit (2008). Diseño y fabricación asistidos por ordenador . Nueva Delhi: Prentice Hall of India. pag. 3. ISBN 978-8120333420.
- ^ Narayan, K. Lalit (2008). Diseño y fabricación asistidos por ordenador . Nueva Delhi: Prentice Hall of India. pag. 4. ISBN 978-8120333420.
- ^ Duggal, Vijay (2000). Cadd Primer: A General Guide to Computer Aided Design and Drafting-Cadd, CAD . Mailmax Pub. ISBN 978-0962916595.
- ^ Madsen, David A. (2012). Dibujo y diseño de ingeniería . Clifton Park, Nueva York: Delmar. pag. 10. ISBN 978-1111309572.
- ^ Farin, Gerald; Hoschek, Josef; Kim, Myung-Soo (2002). Manual de diseño geométrico asistido por ordenador [recurso electrónico] . Elsevier. ISBN 978-0-444-51104-1.
- ^ Pottmann, H .; Brell-Cokcan, S. y Wallner, J. (2007) "Superficies discretas para el diseño arquitectónico" Archivado el12 de agosto de 2009 enla Wayback Machine , págs. 213-234 en Curve and Surface Design , Patrick Chenin, Tom Lyche y Larry L. Schumaker (eds.), Nashboro Press, ISBN 978-0-9728482-7-5 .
- ^ Farin, Gerald (2002) Curvas y superficies para CAGD: una guía práctica , Morgan-Kaufmann, ISBN 1-55860-737-4 .
- ^ Jennifer Herron (2010). "Diseño basado en modelos 3D: aclarar las definiciones" . MCADCafe.
- ^ "Diseño asistido por computadora (CAD) y fabricación asistida por computadora (CAM)" . Inc.com . Consultado el 30 de abril de 2020 .
- ^ "Modelado sólido paramétrico basado en características 3D" . Engineershandbook.com . Archivado desde el original el 18 de noviembre de 2012 . Consultado el 1 de marzo de 2012 .
- ^ "¿Qué es una estación de trabajo CAD? Definición, usos y más" . Reseñas de tecnología informática . 2019-11-21 . Consultado el 30 de abril de 2020 .
- ^ Los 6 grandes en la industria del software CAD / CAE / PLM (2011) , CAEWatch, 12 de septiembre de 2011
- ↑ van Kooten, Michel (23 de agosto de 2011). "GLOBAL SOFTWARE TOP 100 - EDICIÓN 2011" . Software Top 100.
- ^ Lista de softwares CAD mecánicos , BeyondMech
Enlaces externos [ editar ]
- Laboratorio CAD del MIT 1982
- Materiales de aprendizaje relacionados con el diseño asistido por computadora en Wikiversity
- Materiales de aprendizaje relacionados con el diseño geométrico asistido por computadora en Wikiversity
- Medios relacionados con el diseño asistido por computadora en Wikimedia Commons
- La definición del diccionario de diseño asistido por computadora en Wiktionary
