El diseño asistido por computadora ( CAD ) es el uso de computadoras (oestaciones de trabajo ) para ayudar en la creación, modificación, análisis u optimización de undiseño.[1] : 3 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.[1] : 4 Los diseños realizados a través del software CAD ayudan a proteger productos e invenciones cuando se utilizan ende patentes. La salida CAD a menudo se presenta en forma de archivos electrónicos para impresión,mecanizadou otras operaciones de fabricación. También se utilizan los términosdibujo asistido por computadora(CAD) ydiseño y dibujo asistido por computadora(CADD).[2]
Su uso en el diseño de sistemas electrónicos se conoce como automatización del diseño electrónico ( EDA ). En el diseño mecánico se conoce como automatización del diseño mecánico ( MDA ), que incluye el proceso de creación de un dibujo técnico con el uso de software informático . [3]
El software CAD para diseño mecánico utiliza gráficos basados en vectores para representar los objetos del dibujo tradicional, o también puede producir gráficos rasterizados que muestran la apariencia general de los objetos diseñados. Sin embargo, implica más que solo formas. Al igual que en el dibujo manual de dibujos técnicos y de ingeniería , el resultado del 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). [4] [5] : 71, 106
El CAD es un importante arte industrial 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. El 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 y el poder modernos de las computadoras significan que incluso los frascos de perfume y los dispensadores de champú se diseñan utilizando técnicas desconocidas para los ingenieros de la década de 1960. Debido a su enorme importancia económica, el 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]
El diseño asistido por computadora es una de las muchas herramientas utilizadas por ingenieros y diseñadores y se utiliza de muchas maneras dependiendo de la profesión del usuario y del tipo de software en cuestión.
El 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:
El CAD también se utiliza para la creación precisa de simulaciones fotográficas que suelen ser necesarias en la preparación de informes de impacto ambiental, en los que los diseños asistidos por ordenador de los edificios previstos se superponen a fotografías de entornos existentes para representar cómo será ese lugar, donde se permitirá construir las instalaciones propuestas. El posible bloqueo de los corredores visuales y los estudios de sombras también se analizan con frecuencia mediante el uso del CAD. [8]
Existen varios tipos diferentes de CAD [9] , cada uno de los cuales requiere que el operador piense de manera diferente sobre cómo utilizarlos y diseñe sus componentes virtuales de una manera diferente. Prácticamente todas las herramientas CAD se basan en conceptos de restricción que se utilizan para definir elementos geométricos o no geométricos de un modelo.
Existen muchos fabricantes de sistemas de dibujo en 2D de gama baja, incluidos varios programas gratuitos y de código abierto. Estos ofrecen un enfoque del proceso de dibujo en el que la escala y la ubicación en la hoja de dibujo se pueden ajustar fácilmente en el borrador final según sea necesario, a diferencia de lo que ocurre con el dibujo a mano.
El modelo en alambre 3D es una extensión del dibujo 2D 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 aborda estos problemas de manera similar a los sistemas 2D, aunque muchos sistemas 3D permiten usar el modelo en alambre para crear 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. A las formas geométricas tridimensionales básicas (por ejemplo, prismas, cilindros, esferas o rectángulos) se les agregan o se les quitan volúmenes sólidos como si se ensamblaran o cortaran objetos del mundo real. Se pueden generar fácilmente vistas proyectadas bidimensionales a partir de los modelos. Los sólidos tridimensionales básicos no suelen incluir herramientas que permitan fácilmente el movimiento de los componentes, establezcan límites a su movimiento o identifiquen interferencias entre los componentes.
Existen varios tipos de modelado de sólidos 3D
Los sistemas CAD de gama alta ofrecen la posibilidad de incorporar características más orgánicas, estéticas y ergonómicas a los diseños. El modelado de superficies de forma libre suele combinarse con sólidos para permitir al diseñador crear productos que se adapten a la forma humana y a los requisitos visuales, así como a la interacción con la máquina.
Originalmente, el software para sistemas CAD se desarrollaba con lenguajes informáticos como Fortran y ALGOL , pero con el avance de los métodos de programación orientados a objetos esto ha cambiado radicalmente. Los modeladores basados en características paramétricas y los sistemas de superficies de forma libre típicos modernos se construyen alrededor de 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 geometría NURBS o 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 gestionar las relaciones asociativas entre la geometría, como la geometría de estructura alámbrica en un boceto 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 implican un tiempo de fabricación en el diseño, los modelos CAD pueden generarse mediante un ordenador después de que el prototipo físico haya sido escaneado utilizando una máquina de escaneo CT industrial . Dependiendo de la naturaleza del negocio, se pueden elegir inicialmente 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. [11]
Actualmente, no se requiere ningún hardware especial para la mayoría del software 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 se realiza generalmente mediante un ratón de ordenador , pero también puede realizarse mediante 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 estaban limitadas a instalaciones de mayor tamaño o aplicaciones especializadas se han puesto a disposición de un amplio grupo de usuarios. Entre ellas se incluyen CAVE o HMD y dispositivos interactivos como la tecnología de detección de movimiento .
A partir del IBM Drafting System a mediados de la década de 1960, los sistemas de diseño asistido por computadora comenzaron a proporcionar más capacidades que la simple capacidad de reproducir el dibujo manual con el dibujo electrónico, y el costo-beneficio para las empresas de cambiar a CAD se hizo evidente. El software automatizó muchas tareas que se dan por sentado en los sistemas informáticos actuales, como la generación automática de listas de materiales , el diseño automático en circuitos integrados , la verificación de interferencias y muchas otras. Finalmente, el CAD proporcionó al diseñador la capacidad de realizar cálculos de ingeniería. [5] Durante esta transición, los cálculos todavía se realizaban a mano o por personas que podían ejecutar programas de computadora. El CAD fue un cambio revolucionario en la industria de la ingeniería, donde los roles de dibujante, diseñador e ingeniero que anteriormente habían estado separados comenzaron a fusionarse. El CAD es un ejemplo del efecto generalizado que las computadoras estaban comenzando a tener en la industria. Los paquetes de software de diseño asistido por computadora actuales varían desde sistemas de dibujo basados en vectores 2D hasta modeladores de superficies y sólidos 3D . Los paquetes CAD modernos también permiten con frecuencia rotaciones en tres dimensiones, lo que permite ver un objeto diseñado desde cualquier ángulo deseado, incluso desde adentro hacia afuera. [5] Algunos programas CAD son capaces de realizar modelos matemáticos dinámicos. [5]
La tecnología CAD se utiliza en el diseño de herramientas y maquinaria y en la elaboración y diseño de todo tipo de edificios, desde pequeños tipos residenciales (casas) hasta las estructuras comerciales e industriales más grandes (hospitales y fábricas). [12]
El CAD se utiliza principalmente para el diseño detallado 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 conjuntos, 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 ofrecen ahora capacidades avanzadas de renderizado y animación para que los ingenieros puedan visualizar mejor sus diseños de productos. El BIM 4D 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.
El CAD se ha convertido en una tecnología especialmente importante dentro del ámbito de las tecnologías asistidas por ordenador , con beneficios como menores costes de desarrollo de productos y un ciclo de diseño muy acortado . El CAD permite a los diseñadores diseñar y desarrollar el trabajo en pantalla, imprimirlo y guardarlo para su posterior edición, ahorrando así tiempo en sus dibujos.
En la década de 2000, algunos proveedores de software de sistemas CAD enviaron sus distribuciones con un software de administración de licencias dedicado que controlaba con qué frecuencia o cuántos usuarios podían utilizar el sistema CAD. [5] : 166 Podía ejecutarse en una máquina local (cargándolo 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. [5] : 166
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 la geometría NURBS , y permiten su publicación en una variedad de formatos. [ cita requerida ]
Según las estadísticas del mercado, el software comercial de Autodesk, Dassault Systems , Siemens PLM Software y PTC dominan la industria CAD. [13] [14] La siguiente es una lista de las principales aplicaciones CAD, agrupadas por estadísticas de uso. [15]
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