3.- Diseño CADbibing.us.es/proyectos/abreproy/4483/fichero/3.+El... · Aplicación al diseño de engranajes de ejes paralelos con Catia v5 71 3.1 ... Aplicación al diseño de engranajes

Capítulo 3 El diseño industrial. Caracterización de las herramientas CAD.

Fundamentos del KBE (Knowledge Based Engineering) Aplicación al diseño de engranajes de ejes paralelos con Catia v5 69

CAPÍTULO 3

EL DISEÑO INDUSTRIAL

CARACTERIZACION DE LAS HERRAMIENTAS CAD





3.1. INTRODUCCION

Dado que el presente proyecto contiene una aplicación al diseño de engranajes de ejes paralelos, entraremos a analizar las características de los sistemas destinados a elaborar dicho diseño. En el capitulo anterior definimos el CAD/CAM como la tecnología para la construcción del producto, ahora nos centraremos más en su diseño. En el presente capitulo se clasificarán los programas de CAD dependiendo de su potencia, sus gráficos y su aplicación y se analizarán sus herramientas más comunes para desarrollar el diseño general de cualquier producto. También se mostrará la relación de los programas de CAD con la informática tanto en el hardware como en el software y su relación con el usuario, explicándose las distintas formas de comunicación con él. En el último apartado se verán las ventajas e inconvenientes de estos sistemas.

3.2. CLASIFICACION DE LOS SISTEMAS DE DIBUJO Y DISEÑO ASISTIDO POR ORDENADOR.

En orden a establecer una clasificación de los sistemas de dibujo y diseño asistidos por ordenador se deben analizar y tener en cuenta los siguientes los siguientes aspectos:

• El carácter de la aplicación. • Los formatos y tipo de gráficos. • El nivel de potencia de la aplicación.



Figura 3.1. Dibujo asistido por ordenador

3.2.1. Carácter de la aplicación CAD. La primera característica a tener en cuenta, es el carácter de la aplicación. Cada programa, dependiendo de sus posibilidades, va dirigido a un sector de usuarios determinado, pudiéndose distinguir entre programas de carácter "básico", "general" o "específico". En nuestra clasificación, un programa es de carácter básico cuando es sencillo de utilizar y ha sido concebido para introducirse en el mundo del CAD, para la enseñanza o para trabajar con dibujos de poca complejidad.

Figura 3.2. Carácter de la aplicación CAD



Cuando un programa puede trabajar con dibujos profesionales, pero no ha sido creado para ningún sector en especial, se dice que es de carácter general.

Figura 3.3. Programa CAD de carácter general Cuando un programa ha sido creado para ser usados solo en un sector de la técnica, se dice que es de carácter específico. Así, nos podemos encontrar con programas específicos para la industria mecánica, la electrónica, para sistemas de redes, ya sean estas eléctricas, telefónicas o de tuberías, aplicaciones para ingeniería civil, para la química, aplicaciones para el diseño o artes gráficas, para cartografía, arquitectura, aplicaciones GIS ( Geografical Information System), aplicaciones para la industria textil y la confección etc.



Figura 3.4. Programa CAD de carácter específico

3.2.2. Formatos y tipo de gráficos. Tratando imágenes nos encontramos con diferentes formatos y tipo de gráficos. Esto nos lleva a considerar otro rango en la clasificación. Los programas que manejan gráficos, básicamente lo hacen por dos sistemas: • Gráficos de mapa de bits (bit-map): a través de una trama de puntos que

contiene los valores (colores) de cada punto de la pantalla (en desuso)

• Gráficos vectoriales: a través de tablas de coordenadas que definen los datosgeométricos de cada objeto básico del dibujo.

3.2.3. Gráficos de mapa de bits (bit-map). Los programas que manejan gráficos de mapa de puntos dependen totalmente del sistema de vídeo (tarjeta gráfica y monitor) que se posea, siendo difíciles de editar o modificar. Son gráficos realizados y almacenados como colecciones de bits que describen las características de cada uno de los píxeles individuales en la pantalla, así como los datos generales del gráfico (como el tamaño, la paleta utilizada o la resolución).



En estos gráficos se tratan las imágenes como un conjunto de puntos y a diferencia de los gráficos vectoriales no son escalables, y, aún pudiendo variar su tamaño, la ampliación o reducción supone una pérdida notable de la calidad del gráfico. Su trazado en papel se produce exactamente en la misma resolución a la que han sido creados. Están en desuso.

3.2.4. Gráficos vectoriales. Los gráficos vectoriales son gráficos de ordenador basados en el uso de elementos de construcción como líneas, curvas, círculos y rectángulos. Los gráficos orientados a objetos, utilizados en diseño asistido por ordenador y en programas de dibujo e ilustración, describen un dibujo matemáticamente, como un conjunto de instrucciones que crean los elementos de la imagen, con lo cual es sencillo manipular los objetos como unidades completas estratificándolos, girándolos, escalándolos, etc., con relativa facilidad. Los programas de CAD manejan gráficos vectoriales, que al estar definidos matemáticamente, se pueden editar sin perder exactitud y no dependen del equipo. La calidad del trazado en papel depende solo de la calidad del trazador de plumillas (plotter) o impresora que se utilice.

Figura 3.5. Gráficos vectoriales.



3.2.5. Nivel de potencia de la aplicación de los programas CAD. No todos los programas CAD ofrecen las mismas prestaciones y no todas las aplicaciones requieren el mismo nivel. Algunos trabajan solo en "dos dimensiones", otros llegan hasta las "dos dimensiones y media", los más completos son capaces de trabajar en "tres dimensiones" y unos pocos trabajan con "sólidos".

Figura 3.6. Distintas dimensiones

3.2.5.1. Programas CAD de dos dimensiones (2D). Los programas de dos dimensiones (2D) son aquellos que manejan dibujos planos, o sea, que para definir un punto, se necesitan dos coordenadas. Estos sistemas permiten definir y manipular elementos de geometría en el plano. Para ello los programas proveen de las siguientes facilidades:

• Funciones lógicas. • Primitivas gráficas, que permiten definir elementos

geométricos básicos. • Transformaciones, que permiten cambiar elementos

mediante translaciones, copias, rotaciones, simetrías,escalados, etc.



• Construcciones derivadas. • Control de visualización. • Acotación de las piezas o elementos con los que se trabaje. • Inclusión de textos y símbolos en el mismo plano del dibujo. • Producción de planos mediante impresora o plotters.

3.2.5.2. Programas CAD de dos dimensiones y media (2+½D).

Los programas de dos dimensiones y media (2+½D) son los que son capaces de trabajar con dibujos planos en diferentes niveles o capas, para conseguir efectos tridimensionales. Sus puntos se definen con dos coordenadas, pero admitiendo diferentes elevaciones. Un caso típico son las tarjetas de circuito impreso, en las que un simple número indica el orden en que deben ir las distintas capas. En mecánica (2+½D) se refiere también a objetos tridimensionales en los que es suficiente la definición de un plano y un eje de rotación, ya que de esta manera quedaría definido el objeto en 3D.

3.2.5.3. Programas CAD de tres dimensiones (3D). Los programas que trabajan con dibujos espaciales, alcanzan el nivel de tres dimensiones (3D). Sus puntos están definidos por tres coordenadas. Existen tres tipos:

• Hilo o jaula de alambre (Wireframe): Un modelo está representado por

puntos conectados por entidades geométricas simples tales como líneas, que permiten mostrar el contorno del modelo. No distingue entre sólido y aire, ni conoce la superficie, tan solo los puntos. Su ventaja fundamental está en la facilidad de uso.

Figura 3.7. Modelo alámbrico.



• Técnica de mallas: Es una extensión del anterior. Con los puntos definidos,

este método es capaz de definir matemáticamente las superficies que forman el contorno del modelo. Tampoco distingue entre sólido y aire. En aplicaciones mecánicas está orientado fundamentalmente a piezas que se han de fabricar por máquinas de control numérico.

Figura 3.8. Técnica de mallas.

• Modelado sólido: Es una representación matemática completa del diseño. El sistema conoce que es sólido y que es aire y tiene la ventaja de conocer las propiedades sólidas del diseño. Existen dos tipos de modeladores:

a) GSC (Constructive Solid Geometry): Trabaja con modelos sólidos elementales

aplicando operaciones de traslación, escalado, simetrización y operaciones booleanas hasta lograr el sólido deseado.



Figura 3.9. GSC

b) B-Rep (Boundary Representation): Trabaja con vértices, caras y extremos y sus relaciones entre ellos.

3.3. ARQUITECTURA Y GUI (Grafical User Interface) EN LOS SISTEMAS

CAD.

En primer lugar, se debe definir lo que se entiende por sistema en términos informáticos. Se entiende por sistema, la integración del hardware y software para realizar en el caso de aplicaciones CAD, dibujos y diseños. Los desarrolladores de sistemas CAD siempre han sido la punta de lanza en la aplicación de los avances de la tecnología informática, quizás como consecuencia de la complejidad de las aplicaciones y la potencia que se requiere para trabajar con gráficos. Analizaremos en este apartado los dos aspectos relevantes que han marcado la evolución de los sistemas CAD:

• La arquitectura de los sistemas CAD. • La Interface Gráfica de Usuario GUI (Graphical User Interface)



Figura 3.10. Arquitectura gráfica.

3.3.1. La arquitectura de los sistemas CAD. La tecnología informática ha sufrido una profunda evolución desde la década de los 60 hasta nuestros días. Básicamente podemos asociar esta evolución a cuatro grandes modelos: - Años 60. Modelo Batch: basado en un ordenador central que realiza secuencialmente las tareas encargadas por diferentes usuarios tras una preparación laboriosa. Muchos usuarios utilizan un solo ordenador por turnos. - Años 70. Modelo Timesharing: la potencia de cálculo de la máquina permite el tiempo compartido de proceso entre los diferentes usuarios. Muchos usuarios comparten un solo ordenador. - Años 80. Modelo Workstations: más flexible y heterogéneo basado en la gran velocidad de transmisión de la información en la red de trabajo (próxima a los 14 millones de bits/segundo) y que permite la interconexión de ordenadores de prestaciones diferentes según los requerimientos de los diferentes departamentos (PCs, minicomputadores, estaciones gráficas...), y todos ellos compartiendo la información almacenada en distintos soportes magnéticos distribuidos o centralizados a través de la red. El ordenador para cada usuario.



- Años 90. Network Computing: Basado en la computación corporativa, los usuarios de la red de trabajo pueden acceder no solo a la información almacenada en medio magnético, sino a la potencia global de cálculo de todos los ordenadores conectados a la red, utilizando realmente y de modo transparente al utilizador, el potencial informático de la compañía. Muchos ordenadores para cada usuario. - 2000. Internet: En principio, la respuesta del sector del CAD ante las posibilidades que ofrecía Internet fue un tanto fría, ya que al no ofrecer las características de velocidad y de calidad de imagen con la que estaba acostumbrado a trabajar, se mantuvo a distancia de la nueva tecnología, siendo utilizada por sus usuarios básicamente como medio de comunicación para intercambiar ficheros o para resolver problemas por correo electrónico. Solo la gran aceptación de Internet entre todos y la cada vez más extendida integración de sus utilidades en las intranets corporativas ha hecho que, poco a poco, se vayan ofreciendo soluciones concretas en los programas CAD, estando en la actualidad en una fase en la que ya se puede aprovechar el binomio Internet/intranet para mejorar el rendimiento profesional de ciertos procesos de diseño o para ofrecer nuevas soluciones a los navegantes no profesionales. Muchos recursos y comunicación universal Teniendo en cuenta esta panorámica, y simplificando a efectos clasificar los sistemas de dibujo y diseño se establece una primera división:

• Hardware básico sistema CAD. • Requerimientos Software.

3.3.1.1. Hardware básico requerido en un sistema CAD. El hardware básico de un sistema de dibujo y diseño asistido por ordenador se compone de: - Ordenador digital compuesto por: • CPU que es la unidad central de proceso. • Dispositivos de entrada. • Dispositivos de salida. • Dispositivos de almacenamiento como RAM, HD. • Dispositivos de lectura: FD, CD-ROM,DVD. • Dispositivos de salida. • Red de comunicaciones: Bus que enlaza con todos los elementos del sistema y

lo conecta con el exterior. • Tarjeta de gráficos.



En el momento actual y teniendo en cuenta el estado de la tecnología informática con unos niveles de precios muy asequibles, se recomienda un ordenador equipado como mínimo con un procesador Pentium IV, 2Gb. RAM, 160 Gb. de disco duro, tarjeta de gráficos avanzada y lector de DVD. - Monitor de alta resolución. - Tarjeta digitalizadora y/o ratón. - Plotter o trazador y/o impresora láser.

3.3.1.2. Requerimientos de software en un sistema CAD. En cuanto a los requerimientos de software se debe señalar: - Sistema operativo, que es un programa de control almacenado de forma permanente en la memoria, que interpreta las ordenes del usuario o ejecuta un determinado programa. - El programa de la aplicación, que establece una secuencia de instrucciones que indican al hardware que operaciones deben efectuarse con los datos. La primera clasificación que se puede establecer derivada de la arquitectura del sistema se establece por el tipo de procesador y el sistema operativo utilizados. La mayoría de los sistemas de dibujo y diseño asistido por ordenador se pueden configurar sobre PCs, sobre Apple, Macintosh, y sobre estaciones RISC. Respecto a los sistemas operativos gráficos, la mayoría de los programas ofrecen versiones para: • Mac OS. • Microsoft Windows. En menor medida Linux. Otro aspecto a considerar dentro de este apartado, es que según sea el sistema que se haya implantado, los programas de CAD pueden ser "cerrados" o "abiertos". Se dice que un programa es cerrado si no permite que el usuario modifique o amplíe sus funciones. En estos programas, los módulos de ampliación solo se pueden elaborar por la propia casa creadora del programa. Cuando posee una arquitectura abierta, se puede adaptar mejor a las necesidades de cada usuario, pudiendo personalizar sus herramientas, crear macroinstrucciones, ampliar sus funciones, editar sus tipos de letra o de línea, conectarse con otros programas, etc. Este tipo de estructura exige la existencia de lenguajes de programación propios y la posibilidad de editar parte de su organización. Los módulos de ampliación, pueden ser realizados por cualquiera que conozca la estructura interna del programa.



Figura 3.11. Aplicaciones.

3.4. La Interfaz Gráfica de Usuario GUI (Graphical User Interface). En el desarrollo de este apartado se analizará:

• La comunicación entre usuario y ordenador. • La evolución de las GUI hasta el estadio actual. • Modelos formales, para relacionarnos con los ordenadores. • Los estilos de interfaz de usuario interactivos. • La semiótica visual en los interfaces gráficos. • Elementos de un GUI. • GUI hipermedia

3.4.1. La comunicación entre usuario y ordenador.

La comunicación entre usuario y ordenador toma varias formas diferentes, de las que podemos destacar tres:

• Comunicación entre computador y computador: Se establece por medio de los protocolos de comunicación. El término comunicación en esta relación es simplemente una transferencia de información entre sistemas, perfectamente clara.

• Comunicación entre hombre y hombre a través del computador: El computador se convierte en un elemento del canal por el que circula la comunicación.

• Comunicación entre el hombre y el ordenador: El usuario debe relacionarse con la máquina para obtener adecuadamente la información que precisa. Para ello se han desarrollado los interfaces de usuario (GUI), como canales de información entre hombre-máquina.



Figura 3.12. Comunicación con el usuario.

3.4.2. La evolución de las GUI hasta el estado actual. La Interface Gráfica de Usuario, GUI (Graphical User Interface), proporciona al usuario la forma de comunicarse con el ordenador y sus aplicaciones por medio de ratón u otro dispositivo de apuntamiento. Las actuales GUI en los sistemas CAD constan de elementos como ventanas, botones, menús desplegables e iconos, pero hasta llegar a este punto el camino ha sido largo. Podríamos resumir la evolución de las GUI hasta el estadio actual en la siguiente cronología:

• Década de los 40: modelos mecánicos. • Década de los 50: tarjetas perforadas. • Década de los 60: Pantallas de vectores gráficos. • Década de los 70: Interface de comandos y primeros desarrollos de ventanas

y ratones. • Década de los 80: Interface WIMP (Windows, Icon, Menu and Pointing

devices).

3.4.3. Modelos formales, para relacionarnos con los ordenadores. Los ordenadores ejecutan programas (sistemas operativos, aplicaciones…) para interactuar con los humanos, pero los mismos humanos ejecutamos programas, llamados modelos formales, para relacionarnos con los ordenadores.



Los modelos son necesarios para utilizar un sistema, y el éxito de una interacción radicará en gran manera en la adecuación de aquellos. Estos modelos pueden ser de diferentes tipos:

• Específicos o analíticos. Por ejemplo: "Cuando toque este botón expulsará el disco que tiene dentro".

• Metafóricos. Por ejemplo: "Tengo la carta en la carpeta”

• Teleológico o antropomórfico: Por ejemplo: "No quiere imprimir".

3.4.4. Los estilos de interfaz de usuario interactivos. Los estilos de interfaz de usuario interactivos se pueden dividir en:

• Selección por menú: los usuarios leen una lista de elementos eligiendo el más apropiado para la tarea que tienen que realizar, aplican la sintaxis para indicar su selección, la confirman, se inicia la acción y observan los efectos.

• Espacios en blanco: El usuario ve una serie de campos de modo que moviendo el cursor entre ellos puede introducir los datos deseados. En este estilo, los usuarios deben comprender las etiquetas y conocer los valores permitidos, el método de introducción de datos, y los posibles errores que se produzcan.

• Lenguajes de comandos: Los lenguajes de comandos proporcionan al experto de este lenguaje, un sentimiento de control e iniciativa, el cual le hace creerse el "dominador" del sistema. Los usuarios aprenden la sintaxis y expresan complejas posibilidades, rápidamente, sin tener que leer mensajes que distraigan su atención.

• Lenguaje natural: Los interfaces de lenguaje natural proporcionan una forma cómoda de interacción entre el hombre y la máquina basándose en el uso de la semántica de frases. El problema que surge con este tipo de interfaces es que, al no estar libres del contexto, son imprescindibles los diálogos de clarificación.

• Manipulación directa: En estos interfaces el diseñador crea una representación visual del entorno en el que se mueve el usuario. Las tareas de los usuarios pueden ser fácilmente simplificadas, debido a que pueden manipular directamente los objetos que les interesen. Este último tipo de interfaz corresponde al interfaz gráfico, cuyo exponente máximo son los sistemas operativos (Windows, MacOS…) de ventanas, menús, iconos y ratón.



3.4.5. La semiótica visual en los interfaces gráficos. Llegado a este punto, es necesario estudiar el lenguaje de los signos. Toda comunicación tiene lugar a través del intercambio de signos. La semiótica es el estudio de los signos. La semiótica visual es el estudio de los signos visuales. En los interfaces gráficos los signos fundamentalmente son los iconos. La efectividad de un GIU depende en parte de la correcta utilización de los iconos. Los signos son clasificados por los semióticos según las cualidades que les permiten representar a los objetos o conceptos a los que se refieren. La producción de signos es creciente en las aplicaciones informáticas. La utilización de buenos ejemplos aumentará la eficacia de los GIU.

Figura 3.13. Icono Aunque el término icono es utilizado de modo general en los GIU para referirnos a cualquier pequeño signo gráfico en el computador, los signos propiamente pueden ser descritos como iconos, símbolos o índices:

• Iconos: Comunican en virtud de su propia apariencia física al parecerse a los objetos a los que se refieren. Los iconos son intuitivos, fáciles de aprender y a menudo familiares por la previa experiencia del usuario. Por ejemplo, el icono que representa a un documento de video digital se asemeja a un trozo de rollo de película.

• Símbolos: Su significado depende de un acuerdo previo entre todos los usuarios. En sí los símbolos no tienen un significado previo. Por ejemplo, el botón cuadrado que se encuentra en la parte superior izquierda de las ventanas del sistema operativo MacOS significa cerrar. Su significado no es evidente en principio pero su uso repetido en múltiples aplicaciones ha determinado su significado. Las letras del abecedario son símbolos.

• Índices: El índice hace referencia a la causa de que el signo exista. Por ejemplo, unas pisadas mojadas de agua en el suelo de la entrada, significan que alguien ha entrado sin limpiarse los zapatos y que posiblemente está lloviendo.

La semiótica tiene cuatro dimensiones, la léxica, la sintáctica, la semántica y la pragmática:

• La dimensión léxica se refiere a la producción de los signos.



• La dimensión sintáctica se refiere a la combinación de atributos visuales que determinan la facilidad con la cual los signos visuales pueden ser distinguidos y reconocidos.

• La dimensión semántica se refiere al sentido de la palabra "significado", especificando las cualidades del signo visual que le permiten representar o referirse a un objeto, proceso o concepto.

• La dimensión pragmática se refiere al uso de los signos. Se plantea si la audiencia a la que se pretende llegar reconoce y percibe el signo con el mismo sentido con el que fue diseñado.

Otra dimensión semántica es la retórica que es habitualmente empleada en los GUI. Algunas de las estrategias retóricas de sustitución son: - La metáfora: Algo se describe como si fuera otra cosa. Por ejemplo en los GUI decir que una pantalla de computador es un escritorio. - La metonimia: Un tipo de metáfora en el cual un símbolo asociado es sustituido por la propia cosa. En un GIU podemos utilizar un rayo de luz para referirnos al uso de un determinado aparato eléctrico. - La prosopopeya: La personificación de un objeto inanimado. Por ejemplo, la ayuda de un GIU representada por un hombre. - La sinécdoque: Sustitución de una parte por el todo o el todo por una parte. Por ejemplo, un icono con la letra A hace referencia a todo el abecedario.

3.4.6. Elementos de un interfaz de usuario. Algunos elementos de un interfaz de usuario son:

• Metáforas: Imágenes o conceptos que son fácilmente reconocidos, comprendidos y recordados por el usuario.

• Modelos formales: Organización y representación de la información, de las funciones, de las actividades a realizar y de las reglas de comportamiento del usuario en el sistema.

• Modelo de navegación: Estructura de la información, de las actividades, y de las reglas inherentes al sistema que permitan un fácil acceso y una fácil comprensión por parte del usuario del sistema en su totalidad.

• Apariencia: Aspecto formal y estético de los elementos que los que el usuario encuentra en el uso del programa.



• Experiencia: Técnicas de interacción entre el usuario y el computador que se han demostrado eficaces y que su uso reiterado permite una adecuada utilización del sistema.

Todos estos elementos, desarrollados adecuadamente por el diseñador, permiten un rápido acceso del usuario al contenido de un sistema complejo sin perder la comprensión del total mientras navega a través de la información. En ningún momento, se debe perder de vista en que una comunicación debe ser clara, simple y consistente.

3.4.7. GUI Hipermedia. En los últimos años, las nuevas tecnologías han añadido a los interfaces de usuario nuevas características multimedia. Algunas de estas posibilidades de los sistemas hipermedia son:

• Agentes: El usuario puede definir complejos macros que ayudan en la navegación a través del sistema.

• Hipertexto: La estructura tipo hipertexto del sistema permite al usuario navegar a través de múltiples nodos de información.

• Sonido: Entrada y salida de sonido, música y una gran cantidad de efectos sonoros acompañan a la comunicación visual.

• 3D y realidad virtual: Aunque algunos efectos tridimensionales ya aparecen en algunos interfaces actuales, la utilización de sistemas de realidad virtual ofrecen un entorno tridimensional donde todo el sistema operativo es 3D.

• Vídeo: La utilización de vídeo digital en los sistemas hipermedia incorpora un nuevo elemento al conjunto de posibilidades de los GUI.

Un interfaz de usuario que disponga de algunos de los elementos multimedia descritos puede ser considerado como un GUI hipermedia.



3.5. FUNCIONES MÁS IMPORTANTES EN LOS PROGRAMAS CAD DE CARÁCTER GENERAL

Al igual que ocurre con el dibujo manual, con un programa de CAD (Computer Aided Design - Diseño Asistido por Ordenador), se puede conseguir cualquier composición, por muy compleja que sea, creando cuantos objetos gráficos básicos sean precisos, enlazados entre sí, hasta formar las figuras adecuadas al proyecto, procediendo a su plasmación en papel cuando esté finalizado el trabajo en la pantalla. Un programa de CAD es capaz de crear, modificar e imprimir figuras geométricas elementales (líneas, arcos, rectángulos, elipses, etc.), con propiedades individuales propias (color, tipo de línea, medidas, etc.). El proceso general de trabajo se basa en dos fases: subdividir el dibujo en entidades gráficas básicas, y después, seleccionar la función que hay que ejecutar e introducir los datos que solicita el programa, repitiendo esta acción cuantas veces sea preciso. Un resumen de las funciones más importantes en los programas de CAD de carácter general puede ser el siguiente:

Tipo Funciones

DIBUJO Punto-Línea-Arco-Círculo-Elipse-Curva-Rectángulo-Polígono-Polilínea-Texto-Croquis

EDICIÓN Borrar-Copiar-Estirar-Deshacer/Rehacer-Girar-Mover-Simetría-Escala-Partir-Matrices-Enlace-Chaflán-Des/Agrupar-Texto

AYUDA AL DIBUJO

Retícula-Variables-Fijar puntos-Modos de referencia-Capas-Líneas de construcción-Selección de objetos-Coordenadas (absolutas, relativas, polares)-Entrada con teclado-Entrada con ratón-Entrada con tableta digitalizadota-Unidades-Precisión-Colores

VISUALIZACIÓN Encuadre-Zoom-Previsualización-Redibujado-Vistas-In/Visibilidad

DIMENSIONADO Y MEDICIÓN

Cota horizontal-Cota vertical-Cota alineada-Cota angular-Nota-Punto-Distancia-Perímetro-Área-Ángulo-Parámetros

SÍMBOLOS Seleccionar-Previsualización-Insertar-Deshacer-Escala-Atributos-Editar

LÍNEAS Y TRAMAS

Rayados-Tramas-Tipos de líneas-Espesores de líneas-Ajustes-Editar

TEXTOS Tipos de letra-Ajustes-Editor-Importar-Símbolos especiales



3D/SÓLIDOS Primitivas-Revolución-Traslación-Operaciones lógicas

TRAZADO E IMPRESIÓN

Escala-Fichero-Ventana-Color-Pluma-Impresora-Trazador de plumillas

MACROS Y LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN

Teclas de función-Macros-Personalización de la interfaz-Lenguaje de programación

FICHEROS DE INTERCAMBIO ASCII-IGES-DXF

CONTROL DE FICHEROS Previsualizar-Cargar-Salvar-Insertar-Mezclar

AYUDAS GENERALES Manuales-Ayuda-Tutorial-Ejemplos

VARIOS

Animación-Captura de pantallas-Librerías de símbolos-Bases de datos-Digitalización de dibujos-Módulos de ampliación-Modelización realista (rendering)

Tabla 3.1. Funciones CAD

Figura 3.14. Interfaz CAD



3.6. HERRAMIENTAS PRINCIPALES DE DIBUJO Y EDICION.

Lo primero que se debe conseguir cuando trabajamos con un programa de CAD, es comprender su "lógica interna", es decir, su forma de entender la racionalización del proceso de diseño.

Figura 3.15. Herramientas principales CAD Podemos encontrar dos sistemas de trabajo en los programas de CAD. Uno es cuando ha sido diseñado para trabajar directamente con medidas y unidades reales, o sea, sin límites de espacio. En este caso no debemos preocuparnos de las escalas y los formatos de papel hasta que tengamos que trazar el dibujo. En cambio, si el programa ha sido creado para trabajar con formatos de papel y escalas desde el principio (como el trabajo de delineación manual), aunque le parezca más cómodo al principiante, implica un serio recorte de libertad. Es más lógico trabajar con dimensiones reales en el proceso de diseño y con escalas y papeles en el trazado. Existen programas que permiten los dos métodos. Los programas de CAD emplean tres tipos de entidades:



• Los "dibujos", formados por múltiples figuras geométricas enlazadas entre sí, que utilizan la memoria necesaria para almacenar los datos (en forma vectorial) de cada una de las figuras que lo componen, pudiendo ser editados con todas las herramientas del programa.

• Los "símbolos", que se insertan en el dibujo utilizando un punto de conexión, consumiendo sólo la memoria que utilice dicha conexión y que sólo pueden editarse con las funciones específicas del programa.

• Las "fotos", que se utilizan para guardar imágenes en formato de mapa de puntos correspondientes a vistas determinadas, con la única utilidad de ser visualizadas, o bien, para poder incorporar las imágenes como fondos de los diseños.

3.7. DIBUJO DE FIGURAS. Para conseguir el dibujo definitivo, los programas de CAD utilizan funciones capaces de crear figuras geométricas básicas, ya sean de dos dimensiones, como puntos, líneas rectas, líneas curvas, circunferencias, elipses, textos, etc., o bien, tridimensionales, como prismas, cilindros, esferas, etc. El proceso es muy simple: el usuario activa la opción que le interesa, el programa solicita los datos necesarios para dibujar el objeto gráfico seleccionado, y cuando se introducen, crea la figura que corresponde a dichos datos. Los datos solicitados pueden ser introducidos con el cursor o tecleando los valores adecuados. Cuando los datos se introducen con el cursor, es importante que se pueda ver la solución provisional, según se mueve el cursor por la pantalla, mediante una "visualización dinámica". Cada figura básica debe ser definida por distintas combinaciones de datos, y así, los datos para definir una circunferencia pueden ser el centro y un punto de la circunferencia, tres puntos de la circunferencia, los puntos extremos de un diámetro. Los textos se controlan en los programas CAD como cualquier otra función del dibujo



Figura 3.16. Geometrías básicas CAD

3.8. EDICIÓN Y TRANSFORMACIÓN. Las funciones de edición que posee cada programa de CAD utilizan los vectores de los objetos gráficos del dibujo para modificarlos, borrarlos, aumentarlos, reducirlos, moverlos, etc. por medio de operaciones matemáticas, manteniendo de esta forma, la exactitud que exige el dibujo técnico. El proceso de la mayoría de las funciones de edición (mover, copiar, borrar, estirar, girar, etc.), precisa que se introduzcan los datos que marcan la modificación que se quiera ejecutar (distancias, puntos, ángulos, etc.) y que se seleccione la parte del dibujo que se desea editar. Según sea que se seleccionen las figuras antes o después de fijar los parámetros de la función invocada, se podrá o no visualizar dinámicamente el resultado de la operación de edición. Las operaciones de "extrusión" y "revolución" permiten obtener de forma rápida ciertos objetos tridimensionales muy comunes.



Figura 3.17. Edición y transformación Los programas más potentes contienen funciones que permiten obtener figuras complejas mediante operaciones del tipo "booleanas", como la unión, la diferencia o la intersección, del tipo "barrido", como la extrusión (desplazamiento) o la revolución (giro), o del tipo "remates", como el achaflanado o el redondeado de aristas. Las operaciones booleanas de intersección, diferencia y unión permiten conseguir objetos sólidos complejos a partir de entidades sencillas

Figura 3.18. Solido CAD



3.9. LAS AYUDAS EN LOS PROGRAMAS CAD. Los dibujos de cierta complejidad exigen la máxima organización de sus entidades para que permitan un detallado control y requieren unas funciones de ayuda que faciliten al máximo la obtención de objetos gráficos complejos y/o con relaciones especiales. Los programas CAD son capaces de realizar operaciones complejas, (como por ejemplo trazar una línea tangente a dos elipses), de forma automática y con total exactitud, siendo una de sus principales virtudes la inclusión de ayudas al proceso de diseño. Las facilidades de estas ayudas son imprescindibles para conseguir mejoras de tiempo importantes en la consecución de los proyectos y la exactitud que exigen los dibujos técnicos. Es importante disponer de la posibilidad de que las ayudas sean "transparentes" a las funciones de dibujo y edición, o sea, que se puedan activar en el transcurso de otra función sin interrumpir el proceso, y así por ejemplo, cada vez que se solicita un punto, se pueda realizar una visualización ampliada o activar una condición geométrica determinada. Teniendo en cuenta la orientación o destino de estas ayudas se pueden agrupar en los siguientes tipos:

• Ayudas al diseño. • Operaciones de dibujo combinadas. • Ayudas generales.

3.9.1. Ayudas al diseño.

La disponibilidad de rejillas y/o retículas definibles por el usuario, permite que se pueda trabajar con módulos adecuados a cada trabajo, tal es el caso de los esquemas eléctricos o electrónicos. La utilidad de las capas de trabajo es inherente a los programas de CAD, ya que permiten organizar el dibujo en diferentes "hojas transparentes", conteniendo las partes de éste que nos interese tener agrupadas, bien sea para incluir el mismo tipo de elementos (líneas, símbolos, etc.) o para englobar las entidades con alguna característica común (fontanería, electricidad, albañilería, etc.). Entre las ayudas que nos puede proporcionar un buen programa de CAD se encuentran las modalidades de "selección de objetos gráficos", para que se pueda realizar por capas, por tipos de objetos, por propiedades, etc.



También es importante reseñar entre las ayudas, que los "modos de referencia" de objetos (extremo, punto medio, centro, intersección, perpendicular, etc.) sean lo más completos y fáciles de manejar posibles. Es imprescindible que se pueda "visualizar" los dibujos en la pantalla del monitor a conveniencia del usuario. Para ello, existen funciones capaces de variar el punto de vista, de visualizar una parte concreta del dibujo, de incluir todo nuestro dibujo en la pantalla, etc. Ocultar parte del dibujo, bien sea en la pantalla o en el trazado, es una operación muy útil que nos puede aumentar la velocidad de trabajo o seleccionar las partes del dibujo que queremos trazar. Es fundamental disponer de diferentes sistemas de coordenadas. Tal como puede verse en la figura situada debajo de este párrafo, el punto P1 está definido con coordenadas absolutas (X,Y), el punto P2 con coordenadas relativas respecto del P1 (dX,dY) y el punto P3 con coordenadas polares relativas al P2 (R,a).

Figura 3.19. Sistemas de coordenadas CAD

3.9.2. Operaciones de dibujo combinadas. Los programas de CAD incluyen funciones capaces de ayudar en la "medición" de sus figuras y en la "acotación" de sus elementos. La acotación puede ser o no "asociativa", o sea, que esté ligada a la dimensión correspondiente de tal manera, que si modificamos su medida se actualice la cota automáticamente. Para los profesionales, es interesante que se pueda acotar según normas (UNE, ISO, ANSI, DIN, etc.). Una de las características más propias de los programas de CAD, es la facilidad que tienen para insertar símbolos o dibujos predefinidos anteriormente, en el dibujo actual, evitando el trabajo de dibujar las figuras que se repiten regularmente, siendo ideal que puedan contener "atributos" (datos de texto y numéricos ligados a



cada bloque) que permitan generar listados de características (situación, precio, color, modelo, etc.), y también, que sean de tipo "paramétrico", para que puedan ajustarse a cada caso, evitando por ejemplo, que para insertar el dibujo de una bañera, sea preciso disponer de todas las que existen en el mercado. También ofrecen los sistemas CAD funciones capaces de controlar el relleno con "rayados" o "tramas" de las figuras que lo requieran, pudiendo decidir el tipo de trama más adecuado, ajustar la inclinación de sus líneas, definir su escala, etc. Todos los programas poseen diferentes tipos de tramas, pero los que mejor resuelven cualquier situación, son los que permiten que se pueda utilizar cualquier dibujo como motivo del relleno. Aunque la base de datos de un programa de CAD es siempre de tipo vectorial, la resolución del sistema de impresión marca la calidad de los planos

3.9.3. Ayudas generales. La posibilidad de que el propio programa cree copias de seguridad automáticas cada cierto tiempo debe valorarse de forma muy positiva, así como el poder deshacer las operaciones de dibujo o edición anteriores, pudiendo llegar hasta cualquier paso anterior. Estas facilidades permiten ensayar cualquier acción sin temor a tener que volver a empezar desde el principio. Es imprescindible que un programa CAD sea capaz de controlar el trazado de los dibujos en papel a través de un trazador gráfico de plumillas (plotter) o una impresora gráfica con la resolución adecuada. Una de las mejores utilidades que podemos encontrar, es que sea capaz de mandar el dibujo a un programa de trazado diferido (spooler) que nos permita continuar con nuestro trabajo de edición mientras se pasa al papel. Como otros tipos de programas, deben tener la posibilidad de manejar "macros", y si es posible, de poseer un lenguaje de programación que permitan automatizar secuencias de acciones. La utilización de variables y de operaciones matemáticas puede ahorrarnos bastante tiempo. Cada programa utiliza un formato de ficheros propio, que no puede cargarse directamente en otros programas. Para posibilitar esta eventualidad, los programas de CAD deben ser capaces de crear ficheros de intercambio. Entre los más usuales se encuentran los formatos: • IGES (Initial Graphic Exchange Standard): Es el estándar más usado

permitiendo intercambio de información: geometría, anotaciones, esquemaseléctricos, pipping, modelación de elementos finitos, manejo de ficheros externos y modelado sólido.

• DXF (Drawing eXchange Format). • HPGL (Hewlett Packard Graphic Language)



• CAD*I: Desarrollado por la CE en un proyecto ESPRIT. • SET: utilizado fundamentalmente por la industria aerospacial europea. • PDDI: utilizado por la US Force’s • VDA-FS: utilizado en aplicaciones de superficie esculpida. • ESP: ampliación IGES para soportar modelado sólido. • XBF: mismo formato IGES soportando modelados CSG y B-Rep. • STEP: propuesta ISO/TC184/SC4.

Finalmente se debe analizar, si existen aplicaciones externas para el programa, o sea, otros programas que pueden ampliar las posibilidades del que estemos examinando. Estas aplicaciones suelen ser librerías de símbolos, bases de datos conectadas, programas de animación, módulos de ampliación, etc. Este valor añadido al programa es muy importante para los usuarios de CAD, ya que les permite mejorar sus proyectos sin necesidad de cambiar de programa, evitando pérdidas de tiempo aprendiendo a utilizar otros programas, la imposibilidad de utilizar los proyectos anteriores o el mayor coste económico. En este punto, se debe tener en cuenta que el programa sea revisado periódicamente, con versiones mejoradas que garanticen una actualización constante.

3.10. VENTAJAS DE LOS SISTEMAS CAD. Las ventajas inmediatas que los sistemas CAD presentan frente al dibujo tradicional son las siguientes:

• Producción de dibujos de forma más rápida. • Mayor precisión en los dibujos. • Dibujos limpios. • No hay que repetir dibujos. • Análisis y cálculos de diseño más rápido. • Nuevas posibilidades de creación. Diseños innovadores y optimizados. • Menores requisitos de desarrollo. • Animación y simulación. • Integración del diseño con otras disciplinas.

Dibujar mediante un programa CAD es sólo cuestión de tiempo y estudio del programa que se haya elegido para realizar el diseño. Otro asunto será utilizar ese programa con su máximo rendimiento. Para esto, los programas llevan incorporados una serie de utilidades, accesorios, etc., que facilitan enormemente determinadas tareas. La ventaja del CAD es que proporciona determinadas opciones que solo son posibles de forma digital.



• Es posible realizar librerías que faciliten la repetición de detalles o símbolos.

• Es posible crear librerías paramétricas. Para ello hay que tener un conocimiento previo de qué elementos se pueden parametrizar (por ejemplo, los tornillos).

• La edición y reproducción de planos se convierte en un trabajo sencillo y más

breve que por el método tradicional.

• Es posible encapsular ficheros de dibujo dentro de otro fichero de tal forma que las correcciones en uno queden automáticamente actualizadas en los otros.

• El trabajo en tres dimensiones es posible, e incluso se puede visualizar el objeto sombreado y con apariencia real.

• Se pueden incorporar unos dibujos dentro de otros de tal forma que planos

como los de conjunto o perspectivas explosionadas se construyen de forma más sencilla, pudiendo comprobar encajes e interferencias en menor tiempo.

Sin embargo hay que tener en cuenta los siguientes aspectos:

- Son convenientes unos conocimientos básicos de informática. - Hay que conocer un programa informático de CAD y familiarizarse con su

entorno. - A veces la creación de librerías, macros, etc. requiere ayuda externa

especializada. - No todos los programas informáticos de CAD crean ficheros compatibles con el

resto de los sistemas CAD. - Existe una enorme diversidad de productos CAD en el mercado, por lo que el

riesgo de comprar una aplicación informática que no sea la conveniente también es alto.

Además si el programa CAD elegido es tres dimensiones podemos:

- Se puede visualizar la pieza tal y como es en realidad. - Permiten el estudio de encajes e interferencias. - Conocimiento de propiedades másicas. - Posibilidades de simulación de mecanizado, dinámica y estática. - Permiten el intercambio de ficheros de aplicaciones dedicadas a la simulación

o el cálculo, como los paquetes de cálculo por elementos finitos. - Pueden realizar una representación realista del objeto (sombreados con color y

texturas). La siguiente figura compara las ventajas de reducción de costos y de plazo al realizar un proyecto utilizando los métodos tradicionales y utilizando CAD. El tiempo dedicado al diseño es ligeramente mayor en CAD, pero por el contrario el tiempo de desarrollo y documentación se reduce notablemente.



Figura 3.20. Comparación entre el uso de métodos tradicionales y el CAD.

3.11. CONCLUSIONES

Los programas de CAD produjeron un avance a la hora del diseño principalmente en la rapidez, precisión y limpieza de los dibujos de los productos. Pero no solo en los planos, la generación de las piezas en 3D, con animaciones y simulaciones, hace que el usuario final tenga una idea real del producto, a la misma vez que esta geometría creada puede utilizarse para otras disciplinas. Dependiendo de nuestra aplicación podemos elegir programas 2D, 2+½D o 3D, aunque hoy día predomina el 3D ya que los ordenadores tienen potencia suficiente para soportar estos gráficos. Todos estos sistemas tienen una comunicación intuitiva con el usuario a través de iconos y símbolos en que programa pide una serie de parámetros para crear la geometría. También posee herramientas de edición y transformación que permite modificar los parámetros creados y ayudar al usuario en el diseño.

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