Diseño asistido por ordenador

1. Proceso de diseño

1.1. Definición

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

1.2. Concepción de un modelo.

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

1.3. Dibujo de detalle.

1.3.1. 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.

1.4. Construcción de prototipos.

1.4.1. 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.

1.5. Realización de ensayos.

1.5.1. 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.

1.6. Documentación.

1.6.1. 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.

2. Estructura de un sistema CAD

2.1. funciones

2.1.1. Definición interactiva del objeto.

2.1.2. Visualización múltiple.

2.1.3. Calculo de propiedades, simulación.

2.1.4. Modificación del modelo.

2.1.5. Generación de planos y documentación.

2.1.6. Conexión con CAM.

2.2. componentes

2.2.1. Modelo.

2.2.1.1. 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.

2.2.2. Subsistema de edición.

2.2.2.1. 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.

2.2.3. Subsistema de visualización.

2.2.3.1. Se encarga de generar imágenes del modelo. Normalmente interesa pode realizar distintas representaciones del modelo, bien por que 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.

2.2.4. Subsistema de cálculo.

2.2.4.1. Permite el cálculo de propiedades del modelo y la realización de simulaciones

2.2.5. Subsistema de documentación.

2.2.5.1. Se encarga de la generación de la documentación del modelo.

2.3. Campos de aplicación

2.3.1. ingeniería civil,

2.3.1.1. 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.

2.3.2. diseño industrial

2.3.2.1. 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.

2.3.3. diseño de hardware

2.3.3.1. aplicaciones para el diseño de placas de circuitos impresos hasta aplicaciones para el diseño de circuitos, 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.

2.3.4. aplicaciones específicas

2.3.4.1. AUTOCAD, 3D-Studio y MICROSTATION

2.3.5. aplicaciones comerciales

2.3.5.1. CATIA (IBM), I-DEAS (SDRC) y PRO/ENGINEER (PTC).

3. Concepto de sistema CAD

3.1. 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.

4. Fundamentos

4.1. Modelado geométrico.

4.1.1. 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.).

4.2. Técnicas de visualización.

4.2.1. 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).

4.3. Técnicas de interacción gráfica.

4.3.1. 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 por tanto esenciales para la edición.

4.4. Diseño de la interfaz de usuario.

4.4.1. Uno de los aspectos más importante del diseño de una herramienta CAD es la creación de una buena interfaz de usuario.

4.5. Bases de datos.

4.5.1. 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.

4.6. Métodos numéricos.

4.6.1. Son la base de los métodos de cálculo y simulación.