Sistemas CAD: propósito de creación, composición y estructura

Los sistemas CAD son sistemasdiseño asistido por computadora, que se utiliza para realizar una variedad de procedimientos de diseño utilizando tecnología informática. Además, con la ayuda de dicho software, se crea documentación tecnológica y de diseño para edificios, productos o estructuras individuales. Los sistemas CAD modernos se utilizan en una amplia variedad de áreas de la actividad humana moderna, y casi cada uno tiene su propio tipo único de tales utilidades.

¿Qué es?

La abreviatura CAD a menudo se considerael equivalente en inglés estándar del término CAD, pero en realidad esto no es del todo cierto. Los sistemas CAD no pueden considerarse un análogo completo del CAD como sistema organizativo y técnico, ya que GOST da esta frase en forma de un equivalente en inglés estandarizado del término "diseño asistido por computadora". Así, el término CAD se traduce al inglés más como sistema CAE, pero varias fuentes extranjeras indican que el término CAE es un concepto generalizado que incluye el uso de cualquier tecnología informática en trabajos de ingeniería, incluidos CAM y CAD.

¿Por qué es esto necesario?

Los sistemas CAD se utilizan principalmente parapara maximizar la eficiencia y la productividad de los ingenieros mediante la automatización total del diseño y una mayor preparación de la producción. Así, debido a su uso, se consiguen las siguientes ventajas:

• el tiempo de diseño se reduce significativamente;
• se reduce la cantidad de mano de obra necesaria para la planificación y el diseño;
• el costo total de fabricación y diseño se reduce significativamente, lo que afecta directamente los costos operativos;
• un aumento en el nivel técnico y económico, así como la calidad de los resultados del trabajo de diseño realizado;
• reduciendo los costos requeridos para las pruebas y el modelado a gran escala.

Sistemas CAD modernos como entradautilizar los diversos conocimientos técnicos de los expertos que se dedican a refinar los resultados, introducir varios requisitos de diseño, verificar el diseño resultante, modificarlo y muchas otras cosas.

Implementación de un automatizadoel diseño se lleva a cabo como un complejo de utilidades aplicadas, con la ayuda de las cuales se proporciona el diseño, así como el dibujo adicional y el modelado tridimensional de estructuras o partes volumétricas y planas.

En la mayoría de los casos, los sistemas CAD incluyen módulos para modelar estructuras tridimensionales, así como el diseño de dibujos y diversos textos de diseño.

Se clasifican principalmente según varios parámetros:

• el tipo y tipo de objeto en cuestión;
• el nivel de automatización del procedimiento de diseño;
• la complejidad del objeto que se crea;
• la complejidad del proceso de automatización;
• el número de documentos utilizados;
• la naturaleza de los documentos utilizados;
• el número total de niveles que estarán presentes en la estructura de soporte técnico.

Proposito especial

Dependiendo de qué tareas de los sistemas CAD se estén implementando, se dividen en varios grupos:

• Automatización del diseño geométrico tridimensional o bidimensional, así como la creación de diversa documentación tecnológica o de diseño.
• Diseño y posterior creación de dibujos.
• Modelado geométrico.
• Automatización de diversos cálculos de ingeniería, modelado dinámico, así como análisis y simulación de procesos físicos con posterior verificación y optimización de productos.
• Una subclase de herramientas CAE utilizadas para análisis informático.
• Fondos destinados a tecnologíapreparación del proceso de producción de varios productos, lo que permite la automatización del procedimiento de programación y un mayor control de los equipos con GAPS o CNC.
• Herramientas diseñadas para automatizar procesos de planificación para diversos procesos tecnológicos utilizados en la unión de sistemas CAM y CAD.

La mayoría de los sistemas automatizadosLos diseños pueden combinar la solución de varios problemas que se relacionan con diferentes aspectos del diseño; se trata de un sistema de diseño asistido por computadora (CAD) integrado o integrado.

Clasificación internacional generalmente aceptada

La clasificación moderna los divide en varias categorías:

• sistemas orientados al dibujo, que aparecieron por primera vez en los años setenta del siglo pasado, pero que aún se pueden utilizar en algunas situaciones;
• sistemas que crean modelos electrónicos tridimensionales de objetos, por lo que es posible resolver diversos problemas relacionados con el modelado hasta el procedimiento de producción;
• sistemas que apoyan el concepto de descripción electrónica completa de un objeto.

El último tipo es la tecnología,proporcionando el desarrollo y posterior soporte de un modelo electrónico de información a lo largo de todo su ciclo de vida, incluyendo el diseño conceptual y detallado, comercialización integral, producción, preparación tecnológica, operación, así como disposición y reparación.

En la literatura técnica y educativa moderna, yasí como varios estándares estatales, la abreviatura CAD se interpreta como "Sistema de diseño asistido por computadora", pero al mismo tiempo el concepto de "Sistema de automatización para trabajos de diseño" se corresponde más estrechamente aquí, pero es más difícil de percibir, por lo tanto , es un orden de magnitud menos común. A menudo sucede que, al diseñar en sistemas CAD, puede notar una interpretación incorrecta del "Sistema de diseño automático", aunque en realidad es intrínsecamente erróneo. No olvide que el concepto de "automático" proporciona una operación completamente independiente del sistema sin la necesidad de participación humana, mientras que CAD aún requiere la ejecución de algunas tareas por parte de la persona misma, y ​​la automatización completa se refiere solo a procedimientos individuales y operaciones. ...

Este concepto tampoco es del todo correcto,como una "herramienta de diseño asistido por computadora", como podría llamarse con un enfoque demasiado estrecho. Por supuesto, en este momento, CAD se considera exclusivamente como software aplicado necesario para llevar a cabo actividades de diseño, pero de hecho, en la literatura nacional y varios estándares estatales, CAD se considera un concepto más voluminoso, que incluye no solo herramientas de software.

CAD en odontología

La gran mayoría de los modernoslas clínicas dentales utilizan CAD. Los sistemas CAD en odontología se utilizan para la producción de prótesis dentales de alta calidad, desde hace más de diez años se utilizan para la fabricación de pilares para implantes, coronas y todo tipo de prótesis, todas ellas de excelente calidad y alta precisión. . La esencia de esta tecnología radica en el hecho de que inicialmente el modelado tridimensional de la estructura creada se lleva a cabo en una computadora, y solo entonces, utilizando el modelo de diseño, la fabricación se lleva a cabo en la unidad de fresado.

Por lo tanto, los dentistas obtienen muchos beneficios mediante el uso de la tecnología CAD en su trabajo. Los sistemas CAD en odontología se utilizan con mayor frecuencia de las siguientes formas:

• primero, el médico toma una impresión, que luego se envía al laboratorio;
• después de la entrega, la impresión se coloca en un escáner especializado que crea un modelo del producto futuro;
• entra en juego el sistema CAD: el modelo 3D se convierte en un archivo especializado que servirá como fuente de datos para la unidad de fresado;
• utilizando el archivo resultante, se produce un marco en la unidad de fresado a partir de una pieza de trabajo especial hecha de óxido de circonio;
• al final, el marco resultante se cubre cuidadosamente con una masa de cerámica y se hornea.

Los sistemas CAD / CAM en odontología permitenpara hacer coronas de dióxido de circonio, que se diferencian de los productos que contienen metales por muchas ventajas. Por sí mismos, estos productos prácticamente no difieren en color de los dientes naturales, ya que la elección del tono se lleva a cabo durante la producción del marco. Además, el marco está cuidadosamente cubierto con una masa cerámica especial, que tiene una estructura translúcida y translúcida, y también incluye una gama bastante amplia de colores en su paleta, lo que permite hacer coronas similares a los dientes naturales.

Por sí mismo, el óxido de circonio tiene un altobiocompatibilidad, incluso en comparación con los metales preciosos, y es un material hipoalergénico, lo que ha sido confirmado en el curso de una serie de estudios clínicos científicos. Sin embargo, de hecho, las coronas basadas en una estructura de óxido de circonio están lejos de ser el único tipo de producto para cuya fabricación se utilizan sistemas CAD / CAM. Una máquina CNC basada en estas tecnologías le permite realizar:

• varios puentes;
• coronas temporales;
• pilares personalizados.

Además del dióxido de circonio ya mencionado, se puede utilizar una amplia variedad de materiales en el proceso de fabricación, incluidos plástico, cera, cobalto y titanio, cromo.

Cuales son los beneficios?

Estas tecnologías brindan ventajas tales como:

• la mayor precisión de fabricación posible con pequeñas desviaciones;
• automatización completa de los procesos de producción, que elimina casi por completo la probabilidad de errores;
• la capacidad de utilizar una variedad de materiales;
• la capacidad de realizar procedimientos de modelado y fabricación de productos en diferentes lugares;
• limitar la productividad de cualquier proceso en curso.

CAD en ingeniería mecánica

Sistema CAD (T-FLEX CAD y otros) encontradobastante extendido en el campo de la ingeniería mecánica, que se diferencia en tres niveles: inferior, medio y superior. Esta división apareció a finales de los años ochenta y noventa del siglo pasado.

El nivel inferior incluyeSistemas CAD / CAM / CAE de bajo costo, que están principalmente enfocados a gráficos 2D, es decir, están principalmente orientados a brindar automatización del trabajo de dibujo. Como soporte técnico para sistemas CAD ligeros, se utilizaron computadoras personales, que ya en ese momento eran significativamente inferiores en funcionalidad a las estaciones de trabajo completas.

Sistemas de nivel superior o, ya que todavía se aceptanllamados sistemas CAD pesados, fueron diseñados para ser utilizados en todo tipo de mainframes o estaciones de trabajo. Dichos sistemas resultaron ser mucho más versátiles, pero al mismo tiempo tenían un costo bastante alto, centrándose principalmente en el modelado de superficies y sólidos. El diseño de varios dibujos de documentación en ellos a menudo se lleva a cabo mediante el desarrollo preliminar de modelos geométricos tridimensionales especiales. Posteriormente, los sistemas en los que la función de modelado 3D se limitaba exclusivamente a modelos sólidos, es decir, ocupando una posición intermedia entre pesado y ligero, recibieron su propio nivel medio.

Hasta la fecha, el desarrollo de CAD ya ha llevado ael hecho de que en la mayoría de los sistemas de nivel medio comenzaron a aparecer herramientas especiales para el modelado de superficies, y las funciones disponibles para su uso en computadoras personales también se han vuelto aceptables para los sistemas modernos de nivel superior. Debido a esto, incluso los principios por los que se realizaba anteriormente la distinción entre sistemas medianos y pesados ​​han cambiado. Los sistemas CAD modernos de alto nivel ahora se denominan CAE / CAD / CAM / PDM, es decir, aquellos que incluyen simultáneamente capacidades tales como:

• ingeniería tecnológica y de diseño;
• análisis de ingeniería;
• gestión de información de proyectos;
• conjunto ampliado de módulos de software especiales.

Por el contrario, los sistemas modernos de rango medio generalmente se denominan convencionales, de rango medio o simplemente en serie.

Los sistemas del mismo nivel pueden ser llamados porLas capacidades funcionales son aproximadamente equivalentes, ya que algunos nuevos logros que aparecen en un determinado software y complejo metodológico serán implementados en nuevas versiones de otros en un futuro próximo. En el CAD de las grandes empresas, suele ser habitual combinar varios sistemas de diferentes niveles al mismo tiempo. Esto a menudo se debe al hecho de que casi todos los procedimientos de diseño se pueden llevar a cabo en sistemas CAD de niveles medio e inferior y, además, los pesados ​​son demasiado costosos. Es por esta razón que las empresas compran licencias para programas de nivel superior en un número bastante limitado, y la gran mayoría de las bases de clientes modernas se proporcionan a expensas de los niveles medio y bajo.

Además, a menudo sucede queLos sistemas CAD / CAE pueden tener ciertos problemas en términos de intercambio de información entre sí, pero tales problemas se resuelven utilizando formatos especiales y lenguajes adoptados en las tecnologías CALS, aunque algunas dificultades deben superarse para garantizar la transferencia sin distorsiones de datos geométricos. a través de lenguajes unificados intermedios.

Estructura

Como cualquier otro sistema complejo, CAD incluye varios subsistemas que pueden ser de diseño o mantenimiento.

Los primeros se dedican a la implementación directavarios trabajos de diseño. Como ejemplo de estos, se pueden citar subsistemas para el modelado geométrico tridimensional de todo tipo de objetos mecánicos, análisis de circuitos, creación de documentación de diseño o rastreo de conexiones de PCB.

Los subsistemas de servicio están destinados aPara garantizar el rendimiento normal de los diseñadores, y su combinación se encuentra a menudo entre especialistas, es habitual llamar al entorno del sistema CAD. Como subsistemas de servicio típicos, se suelen utilizar bases de gestión de datos de diseño, diversos subsistemas para el desarrollo y posterior mantenimiento del software CASE, así como de formación, diseñados para facilitar a los usuarios el dominio de las tecnologías implementadas en CAD.

La estructuración en varios aspectos permitió la aparición de tipos de software CAD, de los cuales hoy solo existen siete:

• técnico, que incluye hardware variado;
• matemático, combinando todo tipo de métodos, algoritmos y modelos matemáticos;
• software, que es un programa informático CAD;
• informativo, que incluye bases de datos, sistemas de gestión de estas bases, así como mucha otra información utilizada en el proceso de diseño;
• lingüística, expresada en forma de lenguajes de comunicación entre ordenadores y diseñadores, lenguajes para el intercambio de datos entre hardware CAD y lenguajes de programación;
• metódico, que incluye todo tipo de tecnologías de diseño;
• organizacional, ejecutado en forma de descripciones de puestos, horarios del personal y otra documentación, con la ayuda de la cual se regula el trabajo de las empresas de diseño.

Cabe señalar que todo el conjunto de información,que se utiliza en el proceso de diseño, es llamado por los especialistas el fondo de información CAD. Una base de datos es una colección ordenada de información que refleja varias características de los objetos y su relación en un área temática específica. El acceso a la base de datos para su estudio, registro y posterior corrección de datos se realiza a través del DBMS, y el conjunto de DBMS y DB suele denominarse BnD, es decir, banco de datos.

Clasificación

Los sistemas de diseño CAD / CAM se clasificanpor una serie de motivos, como la aplicación, el propósito, la escala (cuán exhaustivamente se resuelven las tareas asignadas), así como la naturaleza del subsistema básico.

En términos de aplicaciones, los siguientes grupos CAD deben distinguirse entre los más populares y representativos:

• utilizado en el campo de la ingeniería mecánica general (por lo que generalmente se les llama ingeniería mecánica);
• utilizado en el campo de la radioelectrónica;
• utilizado en el campo de la construcción y la arquitectura.

Además, también hay unel número de sistemas especializados asignados en los grupos enumerados o que representan una rama completamente independiente de la clasificación. Como ejemplo ilustrativo, podemos citar sistemas CAD para grandes circuitos integrados, máquinas eléctricas, aviones y muchos otros.

Los individuos difieren en escala.Software y complejos metodológicos, incluido un complejo para verificar la resistencia de varios productos mecánicos según el método de elementos finitos o un complejo para verificar circuitos electrónicos, así como sistemas con una arquitectura única no solo de software, sino también de hardware.

Subsistema básico

Existen los siguientes tipos de CAD:

• Basado en el subsistema de la geometríamodelado y gráficos por computadora. Dichos sistemas CAD se centran principalmente en diversas aplicaciones en las que el diseño actúa como el procedimiento principal de diseño, es decir, una definición clara de las formas espaciales, así como la ubicación mutua de los objetos. Es por eso que este grupo incluye muchos sistemas CAD del campo de la ingeniería mecánica, basados ​​en núcleos gráficos. Hoy en día, es bastante común utilizar núcleos gráficos unificados.
• Basado en DBMS.Se guían principalmente por aquellas aplicaciones en las que es posible, mediante la realización de cálculos matemáticos relativamente sencillos, procesar una cantidad de información suficientemente grande. A menudo se encuentran en aplicaciones técnicas y económicas, como el diseño de planes de negocios, pero a menudo se utilizan en el proceso de diseño de objetos grandes como paneles de control en sistemas automáticos.

Además, también existen complejos sistemas CAD,que incluye subsistemas de todos los tipos anteriores. Como ejemplos típicos de sistemas tan complejos, vale la pena mencionar el software que se utiliza activamente en la ingeniería mecánica moderna, o CAD LSI. Este último incluye un DBMS y varios subsistemas para el diseño de componentes, circuitos funcionales y lógicos, topología cristalina, así como pruebas para analizar la idoneidad de los productos fabricados. Para garantizar la gestión normal de programas tan complejos, es habitual utilizar entornos de sistema especializados.