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Intercambio de datos CAD

El intercambio de datos CAD es un método de intercambio de datos de dibujo utilizado para traducir entre diferentes sistemas de creación de diseño asistido por computadora ( CAD ) o entre CAD y otros sistemas CAx posteriores. [1] : 157 

Muchas empresas utilizan diferentes sistemas CAD e intercambian formatos de archivos de datos CAD con proveedores, clientes y subcontratistas. [2] Estos formatos suelen ser propietarios. [1] : 157  La transferencia de datos es necesaria para que, por ejemplo, una organización pueda desarrollar un modelo CAD, mientras que otra realiza un trabajo de análisis sobre el mismo modelo; al mismo tiempo, una tercera organización es responsable de la fabricación del producto. [3]

Desde la década de 1980, han surgido diversas tecnologías CAD , que difieren en sus objetivos de aplicación, interfaces de usuario, niveles de rendimiento y estructuras de datos y formatos de archivos de datos. [4] Para fines de interoperabilidad, es de suma importancia un requisito de precisión en el proceso de intercambio de datos y se necesitan mecanismos de intercambio robustos. [3]

El proceso de intercambio se dirige principalmente a la información geométrica de los datos CAD, pero también puede dirigirse a otros aspectos como metadatos , [1] : 153  conocimiento, información de fabricación, tolerancias y estructura de ensamblaje.

Hay tres opciones disponibles para el intercambio de datos CAD: traducción directa de modelos, intercambio de archivos neutrales y traductores de terceros. [5]

Contenido de datos CAD

Aunque inicialmente estaba orientado a la información geométrica ( estructura de alambre , superficies , sólidos y dibujos ) de un producto, hoy en día hay otros tipos de información que se pueden recuperar de un archivo CAD: [3]

Los diferentes tipos de información del producto a los que se dirige el proceso de intercambio pueden variar a lo largo del ciclo de vida del producto. En las primeras etapas del proceso de diseño, se da más énfasis a los aspectos geométricos y de diseño del intercambio de datos, mientras que los metadatos y los datos de la aplicación son más importantes en las etapas posteriores del desarrollo del producto y del proceso. [3]

Opciones de intercambio de datos

Hay al menos tres formas de intercambiar datos entre diferentes sistemas CAD: a través de una copia impresa o una imagen (por ejemplo , TIFF , GIF , JPEG , BMP o PCX , mediante el rastreo de la imagen), formatos neutrales en cuanto a CAD o traductores de archivos CAD de terceros entre formatos de archivos propietarios. [5] [1] : 158  Todos tienen sus ventajas y desventajas y pueden ser propensos a errores.

Traducción directa del modelo

Los traductores directos de datos proporcionan una solución directa que implica traducir los datos almacenados en una base de datos de productos directamente de un formato de sistema CAD a otro, normalmente en un solo paso. Normalmente existe una base de datos neutral en un traductor directo de datos. La estructura de la base de datos neutral debe ser general, regida por las definiciones mínimas requeridas de cualquiera de los tipos de datos de modelado y ser independiente de cualquier formato del proveedor. [3] Los principales sistemas CAD, como SolidWorks , PTC Creo , Siemens NX y CATIA pueden leer y/o escribir directamente otros formatos CAD, simplemente utilizando las opciones Abrir archivo y Guardar archivo como . [5] Esta opción está limitada por el hecho de que la mayoría de los formatos CAD son propietarios, por lo que los traductores directos suelen ser unidireccionales, parcialmente funcionales y no estandarizados. [6]

Intercambio de archivos neutral

El intercambio de archivos neutros utiliza un formato neutro intermediario para traducir datos entre sistemas CAD. Este método comienza con un preprocesador integrado en el sistema CAD original, que genera el archivo neutro a partir del formato CAD original. El sistema CAD de destino posprocesa el archivo neutro y lo convierte al formato nativo de destino. [7] Algunos formatos neutros están definidos por organizaciones de normalización como IGES y STEP, mientras que otros son propietarios pero aún se utilizan ampliamente y se consideran casi estándares de la industria. [5]

Formatos neutrales

DXF ( formato de intercambio de dibujos )
Desarrollado por Autodesk en 1982 como su solución de interoperabilidad de datos entre AutoCAD y otros sistemas CAD. El DXF se basa principalmente en 2D y su formato es una representación de datos etiquetados de toda la información contenida en un archivo de dibujo de AutoCAD, lo que significa que cada elemento de datos del archivo está precedido por un número entero que se denomina código de grupo que indica el tipo del siguiente elemento de datos. Como la mayoría de los desarrolladores de software de aplicaciones comerciales han optado por admitir el DWG nativo de Autodesk como formato para la interoperabilidad de datos de AutoCAD, el DXF se ha vuelto menos útil. [3]
VDA-FS ( Verband der Automobilindustrie – Flächenschnittstelle)
Creado por la Asociación Alemana de la Industria Automotriz en 1982 como un método de interoperabilidad para superficies de forma libre. [8] Este formato se diferencia de otros formatos en que solo admite la comunicación de datos de curvas y superficies de forma libre con comentarios asociados, pero no otras entidades geométricas o no geométricas. Por lo tanto, está limitado a representaciones mediante polinomios paramétricos , pero esto cubre la gran mayoría de los sistemas CAD de forma libre. Incluye los tipos de productos tensoriales Bézier , B-Spline y Coons de superficies y curvas correspondientes. [2] La especificación VDA-FS se publica en la norma industrial alemana DIN 66301. [9]
PDES (Especificación de intercambio de datos de productos)
Originado en 1988 bajo el estudio de Interfaz de Datos de Definición de Producto (PDDI) realizado por McDonnell Aircraft Corporation en nombre de la Fuerza Aérea de los EE. UU. PDES fue diseñado para definir completamente un producto para todas las aplicaciones durante su ciclo de vida esperado, incluyendo geometría, topología, tolerancias, relaciones, atributos y características necesarias para definir completamente una parte o conjunto de partes. PDES puede verse como una expansión de IGES donde se han agregado datos organizativos y tecnológicos. De hecho, el PDES posterior contenía IGES. El desarrollo de PDES bajo la guía de la organización IGES y en estrecha colaboración con la Organización Internacional de Normalización ( ISO ) condujo al nacimiento de STEP . [3]
STEP ( ISO 10303 – Norma para el intercambio de datos de modelos de productos )
El trabajo con la norma ISO 10303 se inició en 1984 y se publicó inicialmente en 1994, con el objetivo de estandarizar el intercambio de datos de productos entre sistemas PLM . Es un conjunto muy completo de especificaciones que cubren muchos tipos de productos diferentes y muchas fases del ciclo de vida. STEP utiliza el formato neutral ISO 10303-11, también conocido como esquema EXPRESS . EXPRESS define no solo los tipos de datos, sino también las relaciones y las reglas que se aplican a ellos. [5] STEP admite el intercambio de datos, la compartición de datos y el archivo de datos. Para el intercambio de datos, STEP define la forma transitoria de los datos del producto que se transferirán entre un par de aplicaciones. Admite el intercambio de datos al proporcionar acceso y operación en una sola copia de los mismos datos del producto por más de una aplicación, potencialmente de manera simultánea. STEP también se puede utilizar para respaldar el desarrollo del propio archivo de datos del producto. [3] STEP consta de varios cientos de documentos llamados partes . Cada año se agregan nuevas partes o se lanzan nuevas revisiones de partes más antiguas. Esto hace de STEP el estándar más grande dentro de ISO. Las partes de la serie 200 STEP se denominan Protocolos de Aplicación (AP), [5] y las partes específicas están directamente relacionadas con los sistemas CAD:
Parasolid XT
Parte del núcleo de modelado geométrico Parasolid desarrollado originalmente por Shape Data y actualmente propiedad de Siemens Digital Industries Software . [10] Parasolid puede representar modelos de estructura alámbrica, de superficie, sólidos, celulares y modelos generales no múltiples. Almacena información topológica y geométrica que define la forma de los modelos en archivos de transmisión. Estos archivos tienen un formato publicado para que las aplicaciones puedan tener acceso a los modelos de Parasolid sin usar necesariamente el núcleo de Parasolid. [11] Parasolid es capaz de aceptar datos de otros formatos de modelador. Su exclusiva funcionalidad de modelado tolerante puede acomodar y compensar datos menos precisos. [12]
IGES (Especificación inicial de intercambio de gráficos)
Un formato obsoleto se originó a fines de 1979 y fue publicado inicialmente por el Instituto Nacional Estadounidense de Estándares (ANSI) en 1980, antes del despliegue a gran escala de la tecnología CAD en la industria. [13] Este formato de archivo considera la definición del producto como un archivo de entidades, y cada entidad se representa en un formato independiente de la aplicación. [3] Después del lanzamiento inicial de STEP (ISO 10303) en 1994, el interés en un mayor desarrollo de IGES disminuyó y la versión 5.3 (1996) fue el último estándar publicado. [5]

Traductores externos

Varias empresas se especializan en software de traducción de datos CAD que puede leer desde un sistema CAD y escribir la información en otro formato de sistema CAD. Hay un puñado de empresas que proporcionan kits de herramientas de software de bajo nivel para leer y escribir directamente los principales formatos de archivos CAD. La mayoría de los desarrolladores CAD licencian estos kits de herramientas, para agregar capacidades de importación y exportación a sus productos. También hay una cantidad significativa de empresas que utilizan los kits de herramientas de traducción de bajo nivel como base para crear aplicaciones de traducción y validación independientes para el usuario final. [14] Estos sistemas tienen su propio formato intermedio propietario, algunos de los cuales permitirán revisar los datos durante la traducción. Algunos de estos traductores funcionan de forma independiente, mientras que otros requieren uno o ambos paquetes CAD instalados en la máquina de traducción, ya que utilizan código ( API ) de estos sistemas para leer/escribir los datos. Algunas empresas también utilizan estos kits de herramientas de bajo nivel para crear complementos de importación o exportación para otras aplicaciones CAD.

Lista de kits de herramientas de software para desarrolladores

Lista de aplicaciones de traducción independientes para el usuario final

Lista de complementos para aplicaciones CAD

Calidad del intercambio de datos

La calidad de los datos se puede abordar de forma intrínseca y extrínseca. Los problemas intrínsecos son aquellos relacionados con la estructura del modelo CAD antes de que comience cualquier proceso de traducción, mientras que los problemas extrínsecos se relacionan con aquellos problemas que aparecen durante la traducción. El desarrollo de STEP es la mejor solución para resolver los problemas extrínsecos, ampliando sus capacidades actuales para admitir secciones paramétricas 2D, ensamblajes paramétricos 3D y modelado basado en historial. La calidad de los datos del producto es una cuestión clave para evitar problemas intrínsecos de intercambio de datos y simplificar la integración de aplicaciones posteriores en la cadena de diseño.

Como cada sistema CAD tiene su propio método de descripción de la geometría, tanto matemática como estructuralmente, siempre hay alguna pérdida de información al traducir datos de un formato de datos CAD a otro. Un ejemplo es cuando la traducción ocurre entre sistemas CAD que utilizan diferentes núcleos de modelado geométrico, en los que las inconsistencias de traducción pueden conducir a anomalías en los datos. [3] Los formatos de archivo intermedios también están limitados en lo que pueden describir, y pueden ser interpretados de manera diferente por los sistemas de envío y recepción. Por lo tanto, es importante al transferir datos entre sistemas identificar lo que se necesita traducir. Si solo se requiere el modelo 3D para el proceso posterior, entonces solo se necesita transferir la descripción del modelo. Sin embargo, existen niveles de detalle. Por ejemplo: ¿los datos son de estructura alámbrica, superficie o sólido?; ¿se requiere la información de topología ( BREP )?; ¿se deben conservar las identificaciones de caras y bordes en modificaciones posteriores?; ¿se debe conservar la información y el historial de características entre sistemas?; y ¿se debe transferir la anotación PMI ? Con los modelos de productos, puede ser necesario conservar la estructura del ensamblaje. [5] Si es necesario traducir dibujos, la geometría del wireframe normalmente no es un problema; sin embargo, el texto, las dimensiones y otras anotaciones sí pueden serlo, en particular las fuentes y los formatos. Independientemente de los datos que se deban traducir, también es necesario conservar los atributos (como el color y la capa de los objetos gráficos) y los metadatos almacenados en los archivos.

Algunos métodos de traducción son más exitosos que otros en la traducción de datos entre sistemas CAD. Los formatos nativos ofrecen la traducción simple de sólidos 3D, pero aún así hay algunos inconvenientes a tener en cuenta. Si dos sistemas CAD utilizan diferentes representaciones para un tipo de geometría en algún momento la representación debe convertirse o incluso descartarse, independientemente del tipo de traducción. Los formatos neutros modernos están diseñados para resolver este problema. Los formatos neutros antiguos como IGES pueden tener algunos problemas de traducción [15] como la pérdida del color original de las partes o la posición incorrecta de los cuerpos. Esto ya no es el caso con estándares modernos como STEP AP242, que incorpora Propiedades de Validación. Las Propiedades de Validación son características clave del modelo (Centro de Gravedad de un sólido, área húmeda de una superficie, características PMI o incluso puntos de control en una forma), almacenadas por el sistema emisor y verificadas por el sistema receptor. Esto permite controlar la calidad de los datos importados. La calidad del intercambio mediante STEP es tan importante que asociaciones independientes (AFNeT, PDES, inc., ProSTEP iViP) realizan evaluaciones comparativas periódicas para comprobar los intercambios entre varios sistemas CAD y PLM.

Algunos sistemas CAD tienen funcionalidades para comparar la geometría de dos modelos. [16] [17] De esta forma, el usuario puede comparar el modelo antes y después de la traducción de un CAD a otro para estimar la calidad de la traducción y corregir los defectos encontrados. Pero a menudo, dichas funcionalidades solo pueden comparar teselaciones de dos modelos. Es un problema algorítmico realmente difícil comparar elementos topológicos de dos modelos 3D y restaurar su asociatividad para mostrar grupos de caras modificadas, porque hay representaciones muy diferentes de datos geométricos en diferentes sistemas CAD, pero a veces es posible. Por ejemplo, el componente LEDAS Geometry Comparison basado en el núcleo C3D se puede integrar en un sistema CAD (como Autodesk Inventor , [18] ) para comparar modelos 3D y señalar todas las diferencias entre ellos. [19]

Maquetas digitales de MultiCAD

Dos tendencias CAD/CAM/CAE PLM han impulsado la tecnología de intercambio de datos CAD. Una es la necesidad de una interacción estrecha en las empresas multiCAD de hoy en día. La otra es la mayor dependencia de maquetas digitales para permitir la visualización, el diseño en contexto, la simulación y el análisis de ensamblajes a gran escala antes de la fabricación real del producto físico. Los avances continuos en la tecnología de intercambio de datos han permitido satisfacer de manera significativa esas necesidades.

La capacidad de visualizar ensamblajes de escala media o grande fue uno de los primeros éxitos de estos formatos de traducción CAD. Las mejoras de hardware y el desarrollo de formatos livianos permitieron ensamblajes de mayor escala.

Los avances actuales permiten ahora una “Maqueta Activa”. Esta tecnología permite el diseño en contexto con simulaciones como el análisis de espacio libre dinámico y la generación automática de envolventes de movimiento. Las maquetas activas permiten la edición de componentes directamente desde dentro del ensamblaje multi-CAD. Las pantallas con múltiples niveles de detalle admiten un rendimiento interactivo incluso en ensamblajes enormes. [ cita requerida ]

Intercambio de datos CAD a CAM

La programación de control numérico normalmente requiere que la geometría recibida de un sistema CAD, ya sea en formato de estructura alámbrica, superficie, sólido o combinado, esté libre de irregularidades e inconsistencias que puedan haberse producido en la fase CAD de creación de la geometría. Por lo tanto, el intercambio de datos de CAD a CAM debe incluir herramientas para identificar y reparar esas inconsistencias. Estas herramientas suelen estar incluidas en el software de intercambio de datos de cada conjunto de soluciones CAM.

En un entorno PLM real, el intercambio de datos de CAD a CAM debe permitir algo más que la transferencia de geometría. La información de fabricación del producto , ya sea generada por el diseñador para su uso en la fabricación o generada por la organización de fabricación para su uso en el diseño, debe ser parte del sistema de intercambio de datos. STEP-NC fue diseñado para llevar GD&T y otros PMI a través de CAD y CAM a un CNC.

Véase también

Referencias

  1. ^ abcde Schoonmaker, Stephen J. (2003). La guía de CAD: un manual básico para comprender y mejorar el diseño asistido por computadora. Nueva York: Marcel Dekker. ISBN 0-8247-0871-7.OCLC 50868192  .
  2. ^ ab Nowacki, H.; Dannenberg, L. (1 de enero de 1986). Encarnação, Prof Dr. Ing José; Schuster, Dr. Ing Richard; Vöge, Dr. Ing Ernst (eds.). Interfaces de datos de productos en aplicaciones CAD/CAM . Computación simbólica. Springer Berlín Heidelberg. págs. 150-159. doi :10.1007/978-3-642-82426-5_13. ISBN 978-3-642-82428-9.
  3. ^ abcdefghij Xu, X. (2009).  Integración de diseño, fabricación y control numérico avanzados asistidos por computadora: principios e implementaciones . Hershey, PA: Referencia de ciencia de la información.
  4. ^ Schuster, R. (1986-01-01). "Progreso en el desarrollo de interfaces CAD/CAM para la transferencia de datos de definición de producto". En Encarnação, Prof Dr-Ing José; Schuster, Dr-Ing Richard; Vöge, Dr-Ing Ernst (eds.). Interfaces de datos de producto en aplicaciones CAD/CAM . Computación simbólica. Springer Berlin Heidelberg. págs. 238–251. doi :10.1007/978-3-642-82426-5_21. ISBN 978-3-642-82428-9.
  5. ^ abcdefgh Chang, K.-H. (2014).  Modelado de diseño de productos mediante CAD/CAE . Kidlington, Oxford, Reino Unido: Academic Press.
  6. ^ Bondar Sergej; Shammaa Abdul; Stjepandić Josip; Tashiro Ken (2015). "Avances en la traducción de características CAD parametrizada". Análisis transdisciplinario del ciclo de vida de los sistemas . Avances en ingeniería transdisciplinaria. Vol. 2. IOS Press. págs. 615–624. doi :10.3233/978-1-61499-544-9-615.
  7. ^ Choi, G.-H.; Mun, D.-H.; Han, S.-H. (1 de enero de 2002). "Intercambio de modelos de piezas CAD basados ​​en el enfoque macroparamétrico". Revista internacional de CAD/CAM . 2 (1): 13–21. S2CID  11659726.
  8. ^ "Interfaces de datos de producto en aplicaciones CAD/CAM: Diseño, implementación y experiencias". Diseño asistido por ordenador . 19 (3): 158. 1987. doi :10.1016/0010-4485(87)90208-9.
  9. ^ Phebey, T. (1986-01-01). "La implementación de la interfaz de datos geométricos VDAFS en el sistema CAD/CAM CDS 4000 de Computervision". En Encarnação, Prof. Dr.-Ing. José; Schuster, Dr.-Ing. Richard; Vöge, Dr.-Ing. Ernst (eds.). Interfaces de datos de producto en aplicaciones CAD/CAM . Computación simbólica. Springer Berlin Heidelberg. págs. 176–183. doi :10.1007/978-3-642-82426-5_16. ISBN 978-3-642-82428-9.
  10. ^ Weisberg, DE (2008). La revolución del diseño de ingeniería: las personas, las empresas y los sistemas informáticos que cambiaron para siempre la práctica de la ingeniería . Recuperado el 29 de octubre de 2016 de http://www.cadhistory.net Archivado el 15 de abril de 2018 en Wayback Machine.
  11. ^ Siemens. (2008, abril). Referencia de formato Parasolid XT. Recuperado el 29 de octubre de 2016 de http://www.plm.automation.siemens.com/de_de/Images/XT_Format_April_2008_tcm73-62642.pdf. Archivado el 9 de noviembre de 2016 en Wayback Machine.
  12. ^ Radhakrishnan, P. y Subramanyan, S. (1994). CAD/CAM/CIM .
  13. ^ Björk, Bo-Christer; Laakso, Mikael (2010). "Estandarización CAD en la industria de la construcción: una visión de proceso". Automatización en la construcción . 19 (4): 398–406. doi :10.1016/j.autcon.2009.11.010.
  14. ^ Yares, E. (28 de noviembre de 2012). CAD Interoperability Today. Design World . Consultado el 29 de octubre de 2016 en http://www.designworldonline.com/cad-interoperability-today
  15. ^ Dimitrov, L., y Valchkova, F. (2011). Problemas con el intercambio de datos 3D entre sistemas CAD que utilizan formatos neutros. Proceedings in Manufacturing Systems, 6 (3), 127-130. Recuperado el 30 de octubre de 2016 de http://www.icmas.eu/Journal_archive_files/Vol6-Issue3-2011-PDF/127-130_Dimitrov.pdf
  16. ^ "Comparar piezas y dibujos". 27/11/2017.
  17. ^ Madhavi, Ramesh. "Comparación de dibujos, modelos y PCB con PTC Creo View".
  18. ^ "Complemento de comparación de geometría de LEDAS con licencia para Inventor". 21 de abril de 2016.
  19. ^ "La comparación de geometría de LEDAS ahora es compatible con todos los formatos MCAD principales con bibliotecas DATAKIT". 17 de febrero de 2015.