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 mediante software CAD ayudan a proteger productos e invenciones cuando se utilizan ende patentes. La salida CAD suele presentarse en forma de archivos electrónicos para impresión, mecanizado u otras operaciones de fabricación.También se utilizanlos términosdibujo asistido por computadora(CAD) ydiseño y dibujo asistidos por computadora(CADD[2]
Su uso en el diseño de sistemas electrónicos se conoce como automatización del diseño electrónico ( EDA ). En diseño mecánico se le conoce como automatización del diseño mecánico ( MDA ), que incluye el proceso de creación de un dibujo técnico con el uso de un software informático . [3]
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, se trata de 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 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
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. CAD también se usa ampliamente para producir animaciones 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, a veces se denomina 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 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:
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 a fotografías de entornos existentes para representar cómo será ese lugar, dónde Se permite la construcción de las instalaciones propuestas. Los posibles bloqueos de los pasillos de visión y los estudios de sombras también se analizan con frecuencia mediante el uso de CAD. [8]
Hay varios tipos diferentes de CAD, [9] cada uno de los cuales requiere que el operador piense de manera diferente sobre cómo usarlos y diseñar sus componentes virtuales de una manera diferente. Prácticamente todas las herramientas CAD se basan en conceptos de restricciones que se utilizan para definir elementos geométricos o no geométricos de un modelo.
Hay muchos productores de sistemas de dibujo 2D de gama baja, incluidos varios programas gratuitos y de código abierto. Estos proporcionan un enfoque al proceso de dibujo donde la escala y la ubicación en la hoja de dibujo se pueden ajustar fácilmente en el borrador final según sea necesario, a diferencia del dibujo manual.
La estructura alámbrica 3D es una extensión del dibujo 2D a 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 los aborda de manera similar a los sistemas 2D, aunque muchos sistemas 3D permiten usar el modelo de estructura alámbrica para crear las vistas finales del dibujo de ingeniería.
Los sólidos "tontos" 3D se crean de forma análoga a la manipulación de objetos del mundo real. A las formas geométricas tridimensionales básicas (p. ej., prismas, cilindros, esferas o rectángulos) se les agregan o restan volúmenes sólidos como si estuvieran ensamblando o cortando objetos del mundo real. A partir de los modelos se pueden generar fácilmente vistas proyectadas bidimensionales. Los sólidos 3D básicos no suelen incluir herramientas que permitan fácilmente el movimiento de los componentes, establezcan límites a su movimiento o identifiquen interferencias entre componentes.
Existen varios tipos de modelado de sólidos 3D .
Los sistemas CAD de alta gama 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 ajusten a la forma humana y a los requisitos visuales, además de que interactúen con la máquina.
Originalmente el software para sistemas CAD se desarrollaba con lenguajes informáticos como Fortran , ALGOL pero con el avance de los métodos de programación orientados a objetos esto ha cambiado radicalmente. Los sistemas de superficies de forma libre y modeladores paramétricos basados en funciones típicos y modernos se construyen en torno a una serie de módulos C clave con sus propias API . Se puede considerar que un sistema CAD se construye a partir de la interacción de una interfaz gráfica de usuario (GUI) con datos de geometría NURBS o representación de límites (B-rep) a través de un núcleo de modelado geométrico . También se puede emplear un motor de restricciones de geometría para gestionar las relaciones asociativas entre geometrías, 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 generarse mediante una computadora después de que el prototipo físico haya sido escaneado mediante 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 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 varias) y grandes cantidades de RAM .
La interfaz hombre-máquina generalmente se realiza a través de un mouse de computadora , pero también puede realizarse 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 . Tecnologías que en el pasado estaban limitadas a instalaciones más grandes o aplicaciones especializadas ahora están disponibles para un amplio grupo de usuarios. Estos 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 dibujos manuales con dibujos electrónicos, y el costo-beneficio para las empresas al cambiar a CAD se hizo evidente. El software automatizó muchas tareas que hoy en día se dan por sentado en los sistemas informáticos, como la generación automatizada de listas de materiales , el diseño automático en circuitos integrados , la verificación de interferencias y muchas otras. Con el tiempo, 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. CAD fue un cambio revolucionario en la industria de la ingeniería, donde los roles de dibujante, diseñador e ingeniero que antes estaban separados comenzaron a fusionarse. 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 van desde sistemas de dibujo basados en vectores 2D hasta modeladores de superficies y sólidos 3D . Los paquetes CAD modernos también pueden permitir rotaciones en tres dimensiones, lo que permite ver un objeto diseñado desde cualquier ángulo deseado, incluso desde adentro mirando hacia afuera. [5] Algunos programas de CAD son capaces de realizar modelos matemáticos dinámicos. [5]
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 estructuras comerciales e industriales más grandes (hospitales y fábricas). [12]
CAD se utiliza principalmente para el diseño detallado de modelos 3D o dibujos 2D de componentes físicos, pero también se utiliza durante todo el proceso de ingeniería, desde el diseño conceptual y el diseño de productos, pasando por el análisis dinámico y de resistencia de los ensamblajes hasta la definición de métodos de fabricación de 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 virtual de ingeniería de construcción 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 ámbito de las tecnologías asistidas por ordenador , con ventajas como menores costes de desarrollo de productos y un ciclo de diseño muy acortado . CAD permite a los diseñadores diseñar y desarrollar trabajos en pantalla, imprimirlos y guardarlos para editarlos en el futuro, ahorrando tiempo en sus dibujos.
En la década de 2000, algunos proveedores de software de sistemas CAD enviaban sus distribuciones con un software de administración de licencias dedicado que controlaba la frecuencia o el número de usuarios que 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 ingenieros y arquitectos diseñar, inspeccionar y gestionar proyectos de ingeniería dentro de una interfaz gráfica de usuario (GUI) integrada en un sistema de computadora personal . La mayoría de las aplicaciones admiten el modelado de sólidos con representación de límites (B-Rep) y geometría NURBS , y permiten publicarlos en una variedad de formatos. [ cita necesaria ]
Según las estadísticas de 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]
Materiales de aprendizaje relacionados con el diseño asistido por ordenador en WikiversityMateriales de aprendizaje relacionados con el Diseño Geométrico Asistido por Computadora en Wikiversity