Dibujo Asistido Por Computadora

INSTITUTO TECNOLOICO DE REYNOSA

1.1 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.

Proceso de diseño

Tradicionalmente el proceso de diseño sigue los siguientes pasos [Mass87] (ver figura 1):

- Definición. Consiste en especificar las propiedades y cualidades relevantes del sistema a diseñar.

- Concepción de un modelo. Es el núcleo del proceso de diseño. El ingeniero concibe un modelo de sistema que satisface las especificaciones. El modelo deberá documentarse.

- Dibujo de detalle. La mayor parte de las cosas que se fabrican tienen algún tipo de representación gráfica natural, que se utiliza como descripción 'formal' del elemento a

construir1. 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 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.

1.2 Conceptos fundamentales sobre CAD/CAM/CAE/CIM

Para poder entender los conceptos que se desarrollarán es necesario conocer las siguientes siglas:

 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.

En un sentido amplio, podemos entender el Diseño Asistido por Computador (CAD) como la

"aplicación de la informática al proceso de diseño"[Salm87]. 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.

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.

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 2 muestra el ciclo de diseño utilizando una herramienta CAD. Tan solo las etapas de definición y ensayo con prototipos quedan fuera del ámbito del sistema CAD. El resto de las tareas se realizan utilizando el sistema CAD. La importancia de la realización de ensayos con prototipos dependerá de la naturaleza del ente a diseñar, y de la posibilidad de sustituirlos por simulaciones numéricas. Cuando no hay un proceso de fabricación en serie la construcción de prototipos no suele realizarse.

Otro aspecto importante de la automatización del diseño es la posibilidad de utiliza la información del modelo como base para un proceso de fabricación asistida por ordenador (CAM).

Los sistemas CAM se utilizan para automatizar el proceso de fabricación, incluyendo la planificación y control del proceso, así como del control de máquinas herramientas. El uso de sistemas CAM está más extendido en procesos de fabricación en cadena, en los que se realizan gran número de tareas mecánicas susceptibles de ser automatizadas.

El sistema CAM debe diseñarse para hacer uso de la base de datos del diseño.

Estructura de un sistema CAD

El diseño es un proceso iterativo de definición de un ente, por tanto, el desarrollo de un sistema CAD se debe basar en el establecimiento de un ciclo de edición soportado por técnicas de representación del modelo, de edición y de visualización. A un nivel más concreto, un sistema CAD debe realizar las siguientes funciones [Brun86,pp.55]:

- Definición interactiva del objeto.

- Visualización múltiple.

- Calculo de propiedades, simulación.

- Modificación del modelo.

- Generación de planos y documentación.

- Conexión con CAM.

Es difícil establecer un modelo universal de sistema de diseño. No obstante, a nivel general, y en base a las funciones a desempeñar, se puede establecer que todos los sistemas de diseño poseen al menos los siguientes componentes:

- Modelo; Es la representación computacional del ente que se está diseñando. Debe contener toda la información necesaria para describir el ente, tanto a nivel geométrico como de características. Es el elemento central del sistema, el resto de los componentes trabajan sobre él. Por tanto determinará las propiedades y limitaciones del sistema CAD.

- Subsistema de edición; Permite la creación y edición del modelo, bien a nivel geométrico o bien especificando propiedades abstractas del sistema. En cualquier caso la edición debe ser interactiva, para facilitar la exploración de posibilidades.

- Subsistema de visualización; Se encarga de generar imágenes del modelo. Normalmente interesa pode realizar distintas representaciones del modelo, bien porque exista más de un modo de representar gráficamente el ente que se está diseñando, o bien para permitir visualizaciones rápidas durante la edición, junto con imágenes más elaboradas para evaluar el diseño.

- Subsistema de cálculo; Permite el cálculo de propiedades del modelo y la realización de simulaciones

- Subsistema de documentación; Se encarga de la generación de la documentación del modelo.

Indudablemente, tanto las técnicas de representación y edición del modelo, como la visualización, el cálculo o la documentación, dependen del tipo de ente a modelar. No es pues posible construir sistemas CAD universales.

En el ciclo de diseño con un sistema CAD, se puede ver como una sucesión de modificación-visualización

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