BREVE INTRODUCCIÓN A CATIA V5 RELEASE 7

Fabio Gómez-Estern

Mayo de 2004

IMPORTANTE

Documento en fase preliminar. Procure descargar siempre la última versión en

http://www.esi2.us.es/~fabio/catiaI.pdf

1. INTRODUCCIÓN

CATIA V5 R7, más que una herramienta de aplicación específica es un conjunto de utilidades que asisten al ingeniero en las distintas fases que conducen a la concepción y fabricación de un nuevo producto. A modo de ejemplo, encontramos en CATIA asistentes para las tareas de:

• Diseño mecánico de piezas en 2D y 3D, superficies alabeadas, ensamblajes, estructuras, placas para electrónica, tuberías, cableado…

• Análisis y simulación de elementos mecánicos: simulación cinemática, cálculos estructurales por el método de elementos finitos.

• Generación automática de programas de mecanizado por control numérico

• Ayuda a la gestión del conocimiento de un estudio de diseño en ingeniería.

• … En este documento se presenta una visión abreviada de los elementos del menú principal del programa una breve introducción a las tareas de diseño de elementos mecánicos

2. SISTEMA DE MENUS

Para cada tipo de tarea que se puede realizar mediante CATIA existe un sistema de menú específico. Cada sistema de menú consta de un conjunto de barras de herramientas (botoneras) y menús desplegables que son específicos para la tarea que estemos realizando. Con este sistema, cuando estemos en la fase de diseño geométrico de pieza, no aparecerán en pantalla las opciones de menú propias del control numérico. Un sistema de menú, o entorno de trabajo específico de un atarea, se denomina en CATIA Workbench (literalmente, bancada de trabajo). En adelante los términos workbench, entorno de trabajo y sistemas de menú serán considerados siinónimos

3. SELECCIÓN DEL ENTORNO DE TRABAJO (WORKBENCH)

En la ventana principal que aparece al arrancar CATIA, identificamos los menús clásicos de un programa Windows, (File, Edit, Windows…) más una serie de menús específicos: Insert y Tools son menús cuyo contenido depende del Workbench en el que se trabaje TeamPDM incluye una serie de herramientas relacionadas con la gestión documental y de versiones del producto que se esté diseñando. Start es el menú que emplearemos para comenzar una de las tareas que CATIA puede realizar. Al seleccionar una de sus opciones, CATIA adaptará su interfaz (menús y barras de botones) para trabajar Workbench correspondiente.

En virtud de lo dicho, conocer el significado de las distintas opciones del menú Start permite tener una visión global de las posibilidades de esta aplicación.

4. ÁRBOL DE TRABAJO

A medida que avanzamos en el diseño de un producto, tendremos que integrar información de distinta índole. Por ejemplo, cuando definamos una tarea de mecanizado, integraremos información geométrica relativa a la pieza, con una serie de operaciones de cambio de herramienta y mecanizado posterior. Todos los elementos aparecerán en una estructura Jerárquica con forma de árbol principal a la izquierda del área de visualización de CATIA V5. La lógica del árbol es: si al definir un objeto geométrico, hacemos referencia a otros objetos más elementales, entonces los últimos colgarán como ramas de los primeros. Ejemplo: Un cilindro se construye, entre otros datos, a partir de una circunferencia. Por tanto el elemento plano, más sencillo, colgará de la rama “relleno cilíndrico” (Pad) en el árbol:

CATIA actualiza automáticamente el árbol de trabajo a medida que creamos y relacionamos elementos.

Una de las utilidades del árbol es acceder, y posiblemente aislar/visualizar/esconder parcialmente los elementos para facilitar el tratamiento de un diseño complejo. Las ramas del árbol se pueden expandir y contraer pulsando + y -.

5. AUTOMATIZACIÓN VBA

Todas las operaciones que el usuario puede realizar manualmente sobre el interfaz de CATIA V5, pueden ejecutarse de manera programada (automatizada) mediante su interfaz de programación para VBA (Visual Basic for Applications). El siguiente ejemplo ilustra algunas líneas de código empleado para la Automatización ActiveX de CATIA V5. PartBody\Hole.1\Activity = true if PadLength <= 50mm and PadLength > 20mm {

PartBody\Hole.1\Diameter = 20mm Message("PadLength is: # | Internal Diameter is: #", PadLength,PartBody\Hole.1\Diameter)

} else if PadLength > 50mm and PadLength < 100mm {

PartBody\Hole.1\Diameter = 50mm Message("PadLength is: # | Internal Diameter is: #", PadLength,PartBody\Hole.1\Diameter)

} else if PadLength >= 100mm {

PartBody\Hole.1\Diameter = 80mm Message("PadLength is: # | Internal Diameter is: #", PadLength,PartBody\Hole.1\Diameter)

} else {

PartBody\Hole.1\Activity = false Message("PadLength is: # | Internal Diameter is: #", PadLength,PartBody\Hole.1\Diameter)

}

6. REVISIÓN DE LOS WORKBENCH PRINCIPALES DE CATIA

Se comentó previamente que el menú Start iniciaba cada una de las tareas y subtareas que puede realizar CATIA. A continuación haremos un repaso de los elementos contenidos en dicho menú.

6.1. KNOWLEDGE ADVISORS (INFRASTRUCTURE)

Un asunto importante que afecta a la industria de desarrollo de productos es la conservación y reutilización del conocimiento adquirido. A medida que una empresa produce datos e información sobre sus productos, la transformación estos datos en una base de conocimiento accesible se hace difícil. Para el diseño mecánico el ingeniero emplea manuales de materiales, estructuras, manuales de CAD, y otra clase de información derivada de la “experiencia”. Todo ello es conocimiento. Las herramientas usadas típicamente a lo largo del proceso de desarrollo de un nuevo producto (CAD), no ayudan a conservar el conocimiento de cómo y porqué se toman las decisiones, ni proporcionan un acceso conveniente a este conocimiento. Los modelos y los dibujos del producto son parte de los datos que definen el producto, pero no transmiten cómo o porqué se creó el producto de una manera específica. En general es difícil introducir conocimiento en un diseño. Hay que invertir un esfuerzo adicional para poner o codificar el proceso de decisión por escrito con el fin poderlo pasar como conocimiento de una persona a otra. El knowledge advisor de CATIA V5, además de asistir en las tareas de gestión del conocimiento en el sentido anteriormente expuesto, también es capaz de capturar conocimiento automáticamente. Asimismo, da al ingeniero la posibilidad de aplicar fácilmente el conocimiento almacenado en sus diseños. Algunos de los componentes que contiene el knowledge advisor son:

• Generador de conocimiento • Ayuda a la definición del producto • Optimizador del producto

6.2. PRODUCT STRUCTURE

Dentro de CATIA V5, el workbench “Product Structure” (menú Start-> Infrastructure) permite la representación de la estructura de componentes (producto, pieza, ensamblaje...) que conforman un producto complejo a través de un interfaz de usuario intuitivo y flexible. Los componentes se identifican claramente, haciendo más sencilla la gestión de ensamblajes. Es posible copiar y pegar tanto los componentes como las restricciones (ligaduras entre piezas ensambladas), introducir modelos, reemplazar componentes del ensamblaje, asociar, modificar propiedades de componentes, etc.

6.3. PRODUCT DATA MANAGEMENT (PDM)

Una empresa de ingeniería maneja habitualmente una cantidad ingente de información que debe ser almacenada y gestionada de forma organizada. Este problema, particularmente agudo en estudios de CAD donde los diseños son complejos y numerosos, se ve agravado por el continuo proceso de revisión que da lugar a una sucesión de versiones de cada documento el ciclo de desarrollo. Una revisión o incorrecta o un seguimiento cronológico inadecuado de los ficheros incrementa el esfuerzo neto de desarrollo. El Product Data Management (PDM) permite a los ingenieros gestionar sus documentos durante todas las fases del ciclo de diseño. Empleando PDM, se puede acceder, modificar, y gestionar documentos de diseño y otra documentación técnica de manera segura, organizada y eficiente. Una utilidad de tipo PDM contiene los siguientes elementos

• Soporte y gestión electrónicos de datos • Organización de ficheros flexible • Soporte para ficheros en diferentes formatos • Seguridad en los documentos • Acceso permanente a la información • Automatización del ciclo de trabajo • Ayudas para el trabajo en equipo (Team PDM), con gestión de

usuarios

6.4. MECHANICAL DESIGN

Part design (Diseño de piezas)

La aplicación de diseño de piezas de CATIA V5 asiste al diseño de precisión de piezas mecánicas tridimensionales. La tarea se lleva a cabo intercambiando entre dos entornos de trabajo fundamentales: el sketcher, ya comentado previamente, para el diseño de las formas planas a partir de

las cuales se derivarían los sólidos en 3D, y el workbench de diseño en 3D de CATIA. EN este último trabajaremos con la barra de herramientas:

En ella podemos destacar los cuatro primeros elementos, cuyo significado es, respectivamente:

• PAD (extrusión o relleno). Creación de un sólido a partir de un perfil (profile, obtenido con el Sketcher) plano que se “estira” a lo largo de un eje perpendicular.

• POCKET (vaciado). Operación análoga al PAD, pero el efecto es la retirada de material o vaciado.

• SCHAFT. Sólido de revolución obtenido a partir de una figura plana (profile, perfil) que gira en torno a un eje.

• GROOVE. Operación “contraria” al SCHAFT, vaciado de revolución

...

Assembly design (Ensamblaje)

El Workbench “Assembly Design” de CATIA V5 permite el diseño de ensamblaje con un interfaz de usuario flexible e intuitivo. El objetivo es unir varias piezas diseñadas en el workbench mechanical design, y establecer ligaduras cinemáticas entre ellas. Por ejemplo, dos articulaciones adyacentes de un robot comparten un eje común de giro (ver Figura). Conceptos como éste se pueden especificar fácilmente en este workbench.

Algunas operaciones del workbench de ensamblaje

• Fijar un componente (impedir el movimiento, p. ej. en la base del sistema en la figura)

• Insertar un componente existente

• Establecer ligaduras entre componentes

• Mover visualmente el sistema respetando las ligaduras

• Diseñar una pieza • Editar parámetros de

componentes • Reemplazar componentes • Analizar ligaduras • Reconectar ligaduras • Detectar colisiones • Generar listado de

material • Explotar el ensamblaje

(separar en componentes para visualizar las relaciones)

Drafting (Delineación)

Diseño de planos 2D con acotaciones, detalles… a) Interactive Entendemos por drafting Interactivo al conjunto de menús que asisten al diseño de planos CAD en dos dimensiones, incluyendo todas las herramientas para el diseño de figuras planas (polígonos, curvas...), y accesorios como la inclusión automática de cotas. El término interactive se emplea por oposición a generative, en el sentido en que en el dibujo interactivo, el usuario ha de crear cada elemento gráfico, mientras que el generativo tiene una parte importante de trazado automático, como se ve en el siguiente punto.

El siguiente gráfico es un ejemplo de un trazado mediante las herramientas del drafting interactivo.

b) Generative Generación automática de planos a partir de modelos 3D (secciones, proyecciones).

Sketcher (Trazado plano)

Dibujos en 2D previos a la extrusión a 3D. Desde las especificaciones hasta el dibujo.

Structure design

Este Workbench asiste al ingeniero en el diseño de escaleras, soporte de maquinaria pesada, pasajes elevados, utillaje, elementos de construcción de barcos, etc. Permite trabajar con estructuras lineales o curvas. Los elementos diseñados con este workbench pueden ser utilizados en otros contextos como el assembly workbench de CATIA V5.

Sheetmetal design/production (diseño/producción a partir de láminas de metal)

Producción de piezas a partir de láminas de metal. Posibles operaciones a) Formas y paredes

b) Recortes

c) Definición automática de pliegues

d) Desdoble de piezas

e) Extracción de planos

Mold Tooling design (Diseño de moldes y matrices)

La aplicación de diseño de moldes asiste al ingeniero en el ciclo completo de diseño de un molde de inyección. Partiendo de una pieza objetivo diseñada con el mechanical design workbench, el programa asistirá en los pasos incluidos desde la definición de la base del molde hasta los componentes auxiliares, todo ello basado en catálogos estándares.

a) Pieza moldeada. Debe diseñarse previamente en el workbench “Part Design”

b) Definición de los elementos del molde

c) Inclusión de elementos (pins de sujeción, entradas de refrigerante)

6.5. ANALYSIS

Análisis de piezas y superficies metálicas por el método de elementos finitos (FEM).

6.6. SYSTEMS & EQUIPMENT DESIGN

Contiene: a) Diseño de Tarjetas impresas Diseño de tarjetas de circuitos impresos en un contexto de diseño mecánico, en contacto con los sistemas estándares de la industria ECAD. b) Ayuda al diseño del cableado eléctrico c) Sistemas de rutado en planta El objetivo principal de esta herramienta es proporcionar capacidades para definir en detalle el rutado de piezas en el sistema de producción, En este contexto disponemos de una amplia variedad de elementos de rutado, entre ellos

• Cintas trasportadoras • Canales enterrados • Tuberías • Grúas

Ejemplo: Sistemas de cintas transportadoras. Un sistema de cintas se crea sobre la base de un conjunto de redes de cintas (conveyor networks). Las redes de cintas se emplean habitualmente para mover un producto entre una serie relacionada de estaciones de trabajo dentro de la planta de fabricación. c) Distribución de la planta (Plant Layout) Distribución en planta: reserva de espacio para la maquinaria, definición de vías para el tránsito. El objetivo es realizar rápidamente un primer diseño

conceptual preliminar de una planta. A continuación el diseño inicial puede ser revisado para evolucionar hacia modelos más detallados. Algunas operaciones propias de este workbench:

• Crear la parcela de la planta • Crear un edificio • Crear una reserva de espacio para equipamiento • Crear un camino de paso para las personas

6.7. NC MANUFACTURING

Fabricación por Control numérico. Comprende:

• Definición interactiva de operaciones de mecanizado a partir de un modelo 3D CATIA,

• Definición y selección de herramientas, • Generación automática APT del programa de control numérico • Postprocesado y generación del programa en lenguaje ISO

Opciones de mecanizado

• Lathe Machining (Torneado) • Prismatic Machining (mecanizado 3 ejes) • Surface Machining (mecanizado 5 ejes)

6.8. DIGITAL MOCKUP

To mock-up: imitar, construir un prototipo que imite las funcionalidades de un producto con fines demostrativos. Digital mock-up: Prototipado 3D de sistemas mecánicos en ordenador. Permite visualizar el sistema completo en movimiento, hacer simulaciones cinemáticas y dinámicas de sistemas mecánicos.

6.9. ERGONOMICS DESIGN AND ANALYSIS (Diseño y análisis ergonómico)

Para analizar el espacio de movimiento de las personas. Entre ellos se incluye el Human Measurements Editor:

EL editor de medidas humanas (human measurements editor) está basado en el conocido sistema de modelado humano SAFEWORK, que permite la investigación detallada de aspectos de diseño centrados en el humano en el contexto de un lugar de trabajo antes construirlo físicamente. El editor de medidas humanas es una herramienta específica para crear detallados “humanos digitales” para el análisis avanzado del factor humano y la adecuación del producto a un amplio rango de potenciales usuarios- Entre otros parámetros este editor permite definir parámetros estadísticos como la media y la desviación típica de las variables antropométricas. También permite definir una serie de valores críticos de esas variables para que el editor defina el resto. Con este conjunto de medidas, es posible determinar a qué porcentaje de población se destina un producto deteminado.