A presente postagem tem por finalidade apresentar uma breve descrição, histórico, sistemas e alguns softwares de CAD (Computer Aided Design). O histórico visa demonstrar como, e que fatores foram importantes para o desenvolvimento dessa ferramenta. Apresenta-se também os principais sistemas presentes nos softwares de CAD, alem de alguns softwares contemporâneos. Esse texto tem conteúdo acadêmico, na verdade é um trabalho que realizei na época em que cursava Eng. de Controle e Automação.
A sigla CAD (Computer Aided Design), ou seja, projeto (arquitetura, engenharia, desenho industrial etc...) auxiliado por computador. Sua utilização varia de criação de modelos 2D e 3D virtual para criação de bens e produtos, também podem existir softwares de CAD exclusivos para a simulação e análise estrutural. No campo do desenvolvimento de produtos muitas vezes existem enormes custos de desenvolvimento. Cada novo desenvolvimento deve ser submetido, pelo menos, a uma pequena bateria de testes físicos – não apenas como exigência de segurança, mas também atendendo a exigências de durabilidade e confiabilidade, tendo adequada operação em relação aos parâmetros definidos no projeto. Vale ressaltar que a utilização de ferramentas CAD no projeto, está diretamente associada com a redução de custos de desenvolvimento e com a diminuição do tempo necessário para executar testes. Outra vantagem que deve ser mencionada é a de que projetos conceituais podem ser modificados com maior facilidade, caso algum dos testes e análises, do software, acuse erro ou algum problema estrutural, do que se o mesmo fosse ser testado apenas fisicamente.
O uso do CAD abre a possibilidade de fazer pequenas melhorias no design de produtos instantaneamente, seja em um novo produto ou de um produto já existente ou mesmo em casos de engenharia reversa.
Além de facilitar o projeto, o software favorece criação de banco de dados com informações sobre os projetos ou sobre produtos que estejam sendo produzidos. Essa capacidade de gerar, ou organizar, bancos de dados, facilita a integração do CAD com o sistema CAPP. Com essa integração, o sistema CAPP tem a capacidade de produzir planos de processo para a fabricação do produto em questão.
2. HISTÓRICO
No início dos anos 60 surgiu o CAD interativo, no Massachusetts Institute of Technology (MIT), com o programa “Sketchpad” de Ivan Sutherland. Os primeiros sistemas de CAD específicos para arquitetura eram desenvolvidos especialmente para o cliente e destinavam-se a executar tarefas complicadas, como, por exemplo, o calculo de diagramas de vizinhança baseados na teoria dos grafos para o planejamento espacial de edifícios extremamente complexos.
Como nessa época a mão-de-obra para o desenho técnico era barata e de boa qualidade, o computador praticamente não era utilizado. No entanto, com a evolução dos computadores em velocidade de processamento e memória RAM, houve um deslocamento dos objetos originais do CAD de auxiliar do processo de criação para auxiliar da representação do projeto.
Nos anos 80, os PC's, ainda não possuíam poder de processamento comparável aos computadores de grande porte. Para viabilizar a comercialização do CAD em larga escala, era necessário desenvolver softwares menos específicos, sendo utilizado por um grande número de usuários. Assim o CAD foi convertido em programa de representação de forma.
Em meados de 1970, iniciaram – se as pesquisas em tecnologia de modelagem de sólido, sendo esta utilizada apenas uma década mais tarde.
Evolução do CAD ao longo dos anos.
· 1950 - aplicações de computadores em auxílio das engenharias. Criação de gráficos monocromáticos a partir de um computador;
· 1951 – Aparecimento dos primeiros terminais gráficos e impressoras;
· 1953 - Aparecimento das primeiras impressoras;
· 1958 – Dispositivos de aquisição de dados;
· 1962 – Primeiro trabalho gráfico em três dimensões;
· 1970 – A IBM revoluciona o mercado CAD com a padronização da linguagem gráfica e técnicas computacionais para 3D;
· 1980 – Começa-se a desenvolver sistemas que interliguem os softwares diretamente à produção;
· 1990 – Desenvolvimento de sistemas operacionais robustos para a aplicação em computadores, redução de custos em hardware e "super" utilizadores especializados.
3. SISTEMAS
3.1 Sistemas 2D
Os sistemas 2D são práticos em seu uso e treinamento do usuário. Porém, como seu uso é limitado, geralmente utilizado na digitalização. Para alguns casos a representação 2D é eficaz. Como em esquemas elétricos, hidráulicos, projetos de circuitos e placas eletrônicas – casos onde não há necessidade de representação volumétrica.
No desenvolvimento de croquis, pelo fato de ser impresso o CAD 2D é o mais apropriado podendo trabalhar em conjunto com sistema CAPP.
No setor mecânico de pequeno e médio porte, as empresas preferem utilizar sistemas 2D, em função de menor custo de aquisição, treinamento e hardware. A vantagem do uso CAD é a digitalização das informações.
3.2 Sistemas 3D
Para a verificação de tensões, temperatura, escoamento, cálculo de volume, propriedades de massa, movimentos físicos, o modelo 3D é imprescindível.
3.2.1 Modelagem por Wireframe
No passado a modelagem por wireframe era o principal método utilizado pelos sistemas CAD, possibilitando ligar linhas entre pontos nos espaços 3D, permitindo a criação de modelos espaciais e garantindo a consistência de vistas 2D derivadas e cotagem associada.
Com o avanço tecnológico e melhoria dos computadores, esses sistemas começaram a ser substituídos pelos baseados nos métodos de modelagem sólida. Também devido à dificuldade de uso dos wireframe quando necessário incorporá-los em softwares de análise ou manufatura, já que não possuem nenhum tipo de informação relacionada a características físicas dos componentes reais.
3.2.2 Modelagem Sólida CSG (Constructive Solid Geometry)
Capazes de realizar a modelagem sólida sendo muito mais poderosos que simples modeladores baseados em wireframe. Esses programas são usados para construir componentes que são objetos sólidos, e não simplesmente uma malha de linhas trançadas.
Um modelo CSG é uma árvore binária constituída de objetos primitivos e operadores booleanos. Os primitivos representam as folhas da árvore e os objetos mais complexos são os nós. A raiz da árvore representa o produto completo.
Cada primitivo é associado com uma transformação 3D que especifica a posição, orientação e dimensões. Este método caracteriza-se por compor modelos a partir de sólidos.
Utilizando sólidos para modelar os componentes, eles passam a adquirir propriedades físicas como volume, e caracterizando sua densidade, conseguimos obter outras características como peso e massa. Assim o computador pode calcular várias propriedades físicas desses componentes, como centro de gravidade, momento de inércia, etc. Em componentes com formas irregulares, onde o cálculo manual de torna muito difícil e trabalhoso, esse sistema apresenta grande vantagem.
Este método possui algumas limitações, sendo a principal a presença de um conjunto limitado de operações e primitivos, o que por consequência limita as possibilidades de criação por parte do projetista.
3.2.2 Modelagem Solida Brep (Boundary Representation)
A modelagem Brep é baseada nas técnicas de modelagem de superfícies anteriormente existentes. A primeira geração de modeladores Brep representava objetos sólidos apenas por tabelas de faces, arestas e vértices. Assim ele somente suportava objetos com faces planas. Superfícies curvas eram modeladas por aproximação linear, num processo chamado facetamento.
A segunda geração de modeladores Brep incluiu objetos primitivos com superfícies analíticas, como cilindros, esferas, cones, etc. Eles permitem a criação de modelos muito mais complexos.
A modelagem Brep possui algumas vantagens sobre a CGS, destacando a versatilidade na geração de modelos complexos e na velocidade de verificação de relações topológicas.
3.2.4 Modelagem Sólida Híbrida
Os métodos de modelagem sólida CSG e Brep são frequentemente combinados para gerar modelos de componentes. Cada um desses métodos possui suas limitações, e componentes de difícil criação fazendo uso de um ou outro, podem ser gerados mais facilmente usando uma combinação de ambos os métodos. A maioria dos sistemas modeladores sólido comerciais são híbridos utilizando tanto CSG quanto o Brep.
3.2.5 Modelagem Sólida baseada em Features
Uma feature pode se definido como um elemento físico de uma peça que tem algum significado para engenharia. Ela deve satisfazer as seguintes condições:
· ser um constituinte físico de uma peça;
· ser mapeável para uma forma geométrica genérica;
· ser tecnicamente significante, sob o ponto de vista da engenharia;
· ter propriedades previsíveis.
O significado técnico de feature pode envolver a função à qual um feature serve, como ele pode ser produzido, que ações a sua presença deve iniciar, etc. Features podem ser pensados como 'primitivas de engenharia' relevantes a alguma tarefa de engenharia.
A modelagem por features vem ganhando espaço principalmente dentro da engenharia mecânica. O método permite criar furos, chanfros, rasgos, etc, para serem associados com outras entidades ou faces.
Ao invés de se usar formas analíticas como primitivos, o usuário cria modelo do produto usando primitivos de maior nível que são mais relevantes para sua aplicação específica. Esta abordagem deveria fazer com que os sistemas de modelagem sólida ficassem mais fáceis de serem usados. Entretanto, o conjunto fixo de features oferecido pelos atuais modeladores é muito limitada para uso industrial, o que limita as possibilidades do projetista. Assim fica claro que os features devem ser adaptáveis aos usuários e que as bibliotecas de features devem ser extensíveis.
Os esforços para especificação formal de uma linguagem de especificação de features, iniciados em 1990, proporcionaram que a versão mais nova do STEP incluísse features definíveis pelo usuário através de uma linguagem padrão de especificações de features.
3.2.6 Modelagem Sólida Paramétrica
A modelagem sólida paramétrica permite que se criem modelos de produtos com dimensões variacionais. As dimensões podem ser ligadas através de expressões. Ligações bidirecionais entre o modelo e o esquema de dimensionamento permitem a regeneração automática de modelos depois de mudanças nas dimensões e atualização automática das dimensões relacionadas. Caso a dimensão do diâmetro maior seja alterada, a dimensão do diâmetro menor é automaticamente alterada.
4. SOFTWARES CAD
Atualmente o software de CAD mais difundido no mercado e entre usuários é o AutoCAD. Criado e comercializado pela Autodesk, Inc. desde 1982, é utilizado na elaboração de peças de desenhos técnicos em duas e três dimensões.
Para indústrias e projetos mais complexos são utilizados os softwares:
SolidWorks, SolidEdge, o Catia, o Unigraphics NX, o Pro-Engineer, o Inventor e o Microstation. Além destes existem softwares específicos para cada área como elétrica, mecânica e moveis.
Entre os designers brasileiros, para modelagens tridimensionais, os softwares Rhinoceros e Autodesk 3D Studio são os mais difundidos.
Além dos programas proprietários, temos opções “open source”. O QCad- originalmente desenvolvido para Linux, mas também roda em Windows - Blender – o mais popular nessa categoria – e o Wings.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
CELANI, Gabriela. CAD Criativo. Rio de Janeiro. Editora Campus, 2003.
GROOVER, Mikell P.; ZIMMERS, Emory W. CAD/CAM Computed-Aided Design and Manufacturing. New Jersey. P T R Prentice Hall, 1984.
XU, XUN. Integrating Advanced Computer-Aided Design, Manufacturings. Information Science Reference - IGI Global, 2009.
NUMA – Núcleo de Manufatura Avançada. CAD (Computer Aided Design). Disponível em <http://www.numa.org.br/conhecimentos/conhecimentos_port/ pag_conhec/cadv2.html>. Acesso em: 23 set. 2009.
Oficina da NET. CAD (Computer Aided Design). Disponível em <http://www.oficinadanet.com.br/artigo/480/computer-aided_design_cad>. Acesso em: 23 set. 2009.
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