CAD PARAMÉTRICO E INTENCIÓN DE DISEÑO EN INGENIERÍA

El ordenador se ha introducido en el área del diseño hasta tal punto, que está cambiando las formas, hábitos y procesos de trabajo de las ingenierías; desde el primer momento se ha utilizado en los centros de diseño, aprovechando su potencia de proceso y cálculo. Es decir, la misma mente creativa del diseñador, dispone y utiliza una herramienta mucho más potente para su trabajo, que le permite visualizar perfectamente su diseño, hasta el más mínimo detalle, sin necesidad de fabricar ningún prototipo. Puede analizar, estudiar, calcular y comprobar. En una palabra, optimizar su proyecto y dejarlo perfectamente definido, sin posibilidad de error al interpretar los planos.

Pero, ¿puede realmente el ordenador aplicarse en un área especialmente creativa como es el diseño?. Estudios recientes entre varias empresas de ingeniería han puesto de manifiesto que de todo el trabajo de un proyectista, sólo entre un 5 a un 10%, según especialidades, es trabajo creativo; el restante 90 a 95% de su trabajo, es de tipo mecánico y repetitivo, en cuyo caso un ordenador puede prestarle gran ayuda.  Cuando se crea un modelo explícito el método de construcción no es importante, pero cuando se crea un modelo paramétrico el orden y el método de construcción de la geometría es muy importante, ya que las entidades quedan relacionadas o dependientes con otras entidades, eso es lo que marca la diferencia entre el modelo paramétrico y el resto.

El modelado paramétrico tiene muchas mejoras respecto a los métodos explícitos tradicionales, como una asociatividad completamente detallada, escenificación y herramientas de dibujo, que se actualizarán automáticamente cuando se realice un cambio en el modelo paramétrico. También es muy fácil crear familias de componentes, como modelo base, que pueden ser cambiados fácilmente para reflejar un nuevo estándar de ahorro de la gran cantidad de tiempo empleado en la recreación geométrica.

Hay tres claves que definen la marcada diferencia y beneficio del modelado paramétrico y estas son, el diseño desde el punto de vista paramétrico, captación del propósito del diseño, y sistema funcional del modelado paramétrico.

Para aprovechar el modelizado paramétrico se debe comenzar la sesión de diseño de forma diferente. Se debe entender cómo usar el modelizado paramétrico. Un concepto clave del modelizado paramétrico es que un fichero del historial paramétrico se guarda con el fichero de su geometría. El historial paramétrico capta, principalmente, dos tipos de información de forma automática:

·                    Los valores de los parámetros, como longitudes, radios, diámetros, etc. Se  pueden cambiar los valores de los parámetros, mientras las relaciones geométricas permanecen fijas.

·                    Las relaciones geométricas, como tangencias y posiciones relativas. Se pueden relacionar entre sí todo tipo de geometrías (alambre, superficies y sólidos), así como sistemas de referencia (planos de construcción).

La clave de la potencia del modelizado paramétrico es la capacidad de captar el propósito del diseño. El historial paramétrico capta el propósito del diseño registrando lo que se hace durante el proceso de modelado. Es muy importante planificar el desarrollo del modelizado para maximizar la flexibilidad en el propósito del diseño.

Las relaciones geométricas y las dependencias establecidas por las operaciones con los sistemas de referencia también son captadas en el historial paramétrico del modelo. Normalmente, se relaciona un sistema de referencia a geometría existente y después se añade nueva geometría desde ese sistema de referencia. Así, se establece una relación entre el sistema de referencia, la geometría existente con la que se relaciona y la geometría añadida con ese sistema de referencia.

El modelizado paramétrico trabaja en cualquier tipo de representación, alambre, superficies y sólidos, y tiene el siguiente funcionamiento:

·                   Creación del perfil: junto con el modelador paramétrico, se puede utilizar el entorno 2D para obtener fácilmente perfiles con formas libres.

·                   Creación del boceto: para crear sólidos o superficies a partir de perfiles. El perfil puede haber sido creado en entorno 2D o extraído de geometría creada anteriormente. El historial paramétrico mantiene la asociación entre el boceto creado y el perfil de partida.

·                    Gestión de restricciones: esta característica permite definir relaciones entre parámetros a través de ecuaciones algebraicas. Por ejemplo, se puede especificar que una cara de un objeto sea siempre idéntica en dimensiones a otra cara. Cuando se cambia la dimensión de una de las caras, la otra se ajusta automáticamente para satisfacer la restricción.

·                    Modelado de elementos básicos: el modelizado paramétrico permite insertar geometría inteligente, o elementos (como agujeros, cajeras, o ranuras) en el modelo, utilizando la metodología objeto-orientado.

Análisis del modelo

En el método de modelizado paramétrico los pasos seguidos para crear la geometría son tan importantes como sus características físicas. Hay que analizar que se quiere hacer con el modelo. Considerar qué y cómo cambiarán las dimensiones y las características del diseño. Hacer una parametrización flexible, anticipándose a los cambios que puedan producirse.

El procedimiento básico para crear un modelo paramétrico es:

1.                  Situar un plano de trabajo.

2.                  Crear líneas y contornos.

3.                  Crear sólido.

4.                  Hacer los requerimientos del sólido: chaflanes, operaciones Booleanas, etc.

En cada zona del modelo se repiten estos pasos básicos. La tarea se registra secuencialmente en el fichero del historial. El resultado es una pieza depurada que puede ser ensamblada a otras.

Abordaje paralelo del modelo

El abordaje paralelo del modelo es más práctico que el lineal. Cada zona del modelo es construida de forma independiente de las otras. Usando este método, se parte el modelado en bloques funcionales separados. Se construye cada bloque independientemente, de forma que no se referencia ninguna geometría a otro bloque funcional.

Si la geometría de uno de los bloques funcionales se modifica, los otros bloques funcionales permanecen intactos. Solamente se necesita rehacer alguna de las operaciones Boolenas o redondeos de los pasos finales.

Diversas técnicas serán de ayuda en el abordaje del modelado en paralelo:

·                    Demorar los comandos de unir bloques funcionales hasta el final del modelado. En general, algunas operaciones como las Booleanas y los redondeos no pueden realizarse independientemente, por tanto, conviene retrasar estos comandos hasta la fase final del modelado.

·                Si es necesario crear dependencias entre bloques funcionales, usar restricciones variable y ecuaciones.

·               Comenzar el modelado con un trazado de construcción geométrica que sirva de referencia para el resto de la geometría.

·               Si se necesita hacer referencia a geometría existente, hacer un paso intermedio: crear una construcción geométrica encima de la existente y referenciar esta construcción geométrica a la existente.

·               El plano de construcción activo se registra con el comando en el historial. Si se elimina el comando en el que se creó el plano de trabajo de usuario, el sistema eliminará todos los comandos que hayan sido ejecutados mientras este plano de construcción estaba activo.

·             Se pueden especificar parámetros dentro del mismo comando para obtener variables independientes. Esto permite cambios posteriores en uno de los redondeos sin propagar el cambio al resto de redondeos insertados en el mismo comando. También se puede dar valores iguales a esos redondeos usando variables y ecuaciones, y posteriormente desasociarlos.

·                Evitar usar localizaciones libres, ya que estas no cambian con el resto del modelo, es mejor referenciar a construcciones geométricas.

·               Tener cuidado con los vectores o especificaciones de dirección utilizando los ejes del sólido, es mejor referenciarlos a construcciones geométricas. También se pueden dar dos localizaciones para definir el vector de dirección.

·               Si un comando produce entidades múltiples que no interesan, en lugar de borrarlas, es mejor emplazarlas en otra capa.

·               Utilizar el comando deshacer en lugar del de borrar entidad.

Método de las mínimas dependencias

El Método de las Mínimas Dependencias es una forma totalmente diferente de modelizar en paramétrico que rompe con algunas reglas clásicas. El término “Least Dependency” (Mínimas Dependencias) es usado para describir un método de modelizado desarrollado y usado por Rolls Royce Aerospace Group para la construcción de sus modelos paramétricos.

Esta metodología implica la creación de entidades paramétricas que dependan del menor número posible de entidades. Limitando la dependencia, las modificaciones futuras del modelo tendrán impactos menores sobre el resto de entidades.

Construcción básica usando vértices

Se basa, fundamentalmente, en el principio de que, en la mayoría de las ocasiones, la geometría puede ser controlada a través de sus vértices. Este método de insertar geometría es tanto mejor en cuanto que reduce la probabilidad de fallo en la regeneración del modelo y establece un enfoque lógico del modelado. El resultado de “modelar vértices” es que el número de parámetros se reduce.

Si la posición de un vértice se establece por un símbolo de localización (triángulo), entonces actúa como vértice principal, del cual parten líneas dando una longitud cualquiera. Otro tipo de operaciones sobre este vértice deben ser realizadas en este momento, antes de unirlo al otra geometría. El vértice está terminado. El siguiente vértice se construye utilizando las mismas reglas.

Una vez que el vértice no requiere más operaciones, se unen al resto de la geometría del modelo utilizando comandos como: “Fillet”, “Chamfer”, “Trim corner”, etc. Así se generan los vértices secundarios. 

Limitaciones del paramétrico

El modelado paramétrico no es capaz de obtener cualquier cosa que a veces se requiere, como por ejemplo algunas superficies complejas (nurbs aerofoil = nurbs de láminas de chapa). Para solventar esto, se pueden crear estos tipos de superficies en modo explícito y después unirlos al sólido, se convierten así en entidades que el paramétrico pueden utilizar. Si es necesario modificar una entidad explícita que ha sido insertada en un fichero paramétrico, se recurre la línea del historial paramétrico donde aparece el comando “Insert Explicit” y se reemplaza por la entidad explícita modificada.

Reducer

Es un elemento de reducción de la sección de un racord, a la vez que de protección del extremo. Unido por soldadura al racord mediante una soldadura por fusión de material de la pieza y, mediante una superficie esférica, con otro elemento. Para digitalizarlo se ha realizado una transferencia de cotas del perfil a revolucionar, refiriendo todas a un punto de partida. De esta forma, algunas cotas son necesarias para realizar construcciones auxiliares previas, y por tanto, otras cotas quedan expresadas por ecuaciones. El resultado es que el perfil del elemento puede ser controlado completamente mediante las coordenadas de los símbolos de localización de diez vértices estratégicamente situados. El resto de vértices son secundarios y se han creado utilizando comandos como: “ Fillet”, “Chamfer”, “Trim corner”, etc.

En conclusión, la aplicación correcta del CAD permite obtener importantes aumentos de productividad, mejor calidad del diseño y un tiempo más corto. La experiencia obtenida sobre la amplia base instalada es la mejor garantía de estas mejoras. Pero para su correcta aplicación hay que considerar también el aspecto técnico. El personal de la empresa que debe utilizar el sistema, debe conocer las posibilidades de CAD. Es necesario que en la planificación previa a la adquisición del sistema se considere el factor humano y su preparación técnica, como base para una aplicación con éxito de esta tecnología.

Y sobre todo, a pesar de que, a veces, la publicidad comercial induce a creerlo, no pensar, ni por un momento, que al adquirir un sistema se va a disponer, sin más, de un producto diseñado por un ordenador, y por tanto inmejorable. El proyectista, el creador, continuará siendo la persona, que dispondrá de una herramienta que le va a ayudar mucho, pero que, por si sola, es incapaz de hacer algo. Dedicar más tiempo en preparar la forma de digitalizar un elemento conlleva un ahorro de tiempo mayor en las posteriores interpretaciones y modificaciones.