Revista >> Noiembrie 2023 [Nr. 259] >> Tehnologie

CAD: proiectare asistată de calculator

Mircea Badut

17 Noiembrie 2023

Gama de soluții software CAD existente pe piață se arată măricică, și este firesc să fie așa la o jumătate de secol de la apariție. Oricare dintre noi poate găsi ceva potrivit pentru a schița domestic o piesă de mobilier de făcut pe comandă, dar un IMM folosește altceva la proiectarea de dulapuri metalice. Un fabricant OEM produce componente electrice după specificații date; arhitectul proiectează altfel clădirile; un producător de automobile are propriile necesități; iar proiectarea de avioane/vapoare ridică alte cerințe. Dispersie avem și în privința costurilor: pornind de la soluțiile gratuite (pentru schițare sau pentru vizualizare), trecând prin prețurile modice ale soluțiilor CADD entry-level și prin cele intermediare ale segmentului mid-range, și până la aplicațiile high-end, care lucrează de regulă în conjuncție cu alte software-uri specializate (CAE, CAM, PDM).

De la desenare la proiectare șimodelare
Vă propun să ne apropiem de subiectul acesta înțelegând prin ce anume diferă un software CAD de aplicația de grafică pe care mai toți o avem pe undeva pe PC-ul desktop sau notebook (distinctă sau integrată în suita de aplicații office). Da, când avem de schițat repede un raft sau de găsit un aranjament optim al mobilierului, o aplicație precum Microsoft PowerPoint, Microsoft Publisher, Apache OpenOffice Draw sau LibreOffice Draw ne este suficientă și nici nu cere abilități deosebite (pentru că vom lucra direct și intuitiv). Dar când/dacă este nevoie de mai mult, va trebui să căutăm o soluție software mai specializată (iar uneori foarte specializată). Însă ce are specific software-ul CAD? Ce are el în plus ori altfel decât aplicația de grafică office?
În primul rând, software-ul CAD lucrează în mod vectorial, adică entitățile grafice sunt construite prin definiții geometrice (linia se definește prin cele două capete, cercul prin centru și prin rază, etc) ci nu prin punctele constituente vizual, așa cum s-ar întâmpla în grafica rasterială/bitmap. Da, și aplicațiile de grafică office lucrează vectorial, însă în ele noi interacționăm vizual, ci nu controlând explicit parametrii geometrici care definesc elementele grafice. Reținem că definirea vectorială a graficii constituie premisa cheie pentru modificări ulterioare ale proiectului și pentru analize/operații inginerești specifice (CAE, CAM).
În al doilea rând, aplicația CAD lucrează cu dimensiunile reale ale entităților proiectate (și în unitățile de măsură standard), indiferent că este vorba despre o rotiță dintr-un ceas de mână sau de un pod peste fluviu. Avem aici o diferență esențială față de aplicațiile office, care lucrează totul la nivelul paginii de document destinat tipăririi/publicării/exportării.
Apoi urmează o serie de facilități specifice importante: • lucrul pe straturi (entitățile grafice se distribuie/organizează pe straturi, după criterii practice); • funcțiile de editare/modificare și de agregare a entităților geometrice (oglindirea, multiplicarea regulată, tratarea colțurilor/intersecțiilor, etc); • folosirea de blocuri (entități grupate și reinserabile multiplu, asociate intern cu atribute textuale); • cotarea (înscrierea pe desen a dimensiunilor necesare în proiect); • hașurarea (umplerea cu modele a unor zone speciale din desen); • opțiuni de vizualizare a proiectului (zooming, panning, ascunderea/revelarea straturilor); • compozițiile de tipărire/publicare la scară (corelarea dimensiunilor reale ale proiectului cu cele particulare ale foii de document); • etc.
Ar putea urma facilitățile de proiectare tri-dimensională (3D), acolo unde schița 2D sau desenul tehnic digital nu sunt suficiente.
Plus o mulțime de facilități particulare, precum: folosirea desenelor referință externă (XRef), inserarea de imagini raster în desenul vectorial, modelarea cu solide sau cu suprafețe specifice 3D; vizualizarea „umbrită" a proiectelor 3D (randarea); geo‑localizarea proiectelor (AEC, GIS), norii de puncte 3D, managementul proiectelor mari; facilitățile de colaborare (accesare/diseminare a proiectelor); programarea de aplicații rulabile în platforma/mediul CAD, ș.a.m.d..

Aplicări concrete
În preambul am încercat să sugerez un pic caracterul „diagonal" al pieței CAD, însă în practică lucrurile sunt și mai variate. Ne-am putea întâlni cu o mulțime de situații concrete în care oamenii au nevoie de asistență informatică atunci când trebuie să deseneze/proiecteze ceva. Mai ales când este vorba de proiecte tehnice profesionale, adică implicând precizie, coerență și eficiență. Da, știm (sau putem lesne afla) că există aplicații CAD care se pot folosi în majoritatea situațiilor: este vorba de software-uri generice precum AutoCAD sau MicroStation (cu prețuri medii) sau de aplicațiile „mezine" din familia IntelliCAD/OpenDWG/ODA (cu prețuri foarte accesibile). De asemenea, avem și aplicații CAD de tip servicii internet (SaaS), precum SketchUp. (Reținem faptul că software-urile CAD comerciale instalate pe PC-ul desktop/notebook pot fi procurate cu licență perpetuă sau cu abonament anual/periodic.) Ei bine, astfel de soluții CAD generice – deși pot fi utilizate într-o mulțime mare de situații practice – devin ineficiente sau chiar nepotrivite în situațiile în care sunt importante anumite facilități particulare asociate specializărilor tehnice (mecanică, geotehnică, cartografie, arhitectură, instalații pentru fluide, circuite electrice, electronică, etc), situații pentru care există aplicații dedicate. De asemenea, pentru proiectarea prin modelare tridimensională găsim pe piață software-uri foarte bine adaptate (vedeți subdomeniile MCAD și BIM), mult mai potrivite decât soluțiile generice, și la prețuri comparabile.
Pe lângă specializarea pe domenii profesionale, în sfera CAD mai avem și aplicările adiacente, pentru care există soluții informatice dedicate: • pentru analize tehnico-inginerești care studiază funcționabilitatea viitoarelor produse (prin simulări cinematice și dinamice) sau care ajută la stabilirea dimensiunilor structurale (analizele de tip FEA studiază forțele/tensiunile care apar în porțiuni cheie ale produselor proiectate), ambele tipuri de analize subsumându-se domeniului CAE; • pentru pregătirea fabricației (prin simularea și optimizarea operațiilor de așchiere a metalelor sau de turnare în matrițe a metalului topit sau a masei plastice în stare fluidă), aplicare constituind domeniul CAM.

Deseori soluțiile de asistență informatică pentru proiectarea și fabricarea produselor (soluții care integrează organic proiectarea/conceperea cu procesele adiacente/complementare) se diversifică atât în privința specializării tehnice cât și în privința nivelului de complexitate/performanță. Software-urile adiacente se vor folosi fie în mod separat (abordare mai economică dar mai lentă), fie prin conlucrare dinamică (în configurări integrate, de tip PLM, mai performante). Desigur, exigențele se ridică acolo unde converg mai multe cerințe privind proiectul: tehnico- funcționale (primare), de eficiență a produsului (precum consumul de energie, la automobile, avioane, electro-casnice, etc), de greutate redusă, de gabarit, de estetică, de protecție a mediului, de administrare, de timp (timpul de la proiectare până la apariția pe piață), de costuri de proiectare/fabricație, ș.a.m.d., iar astfel de criterii pot fi urmărite/impuse și cu ajutorul soluțiilor din familia CAD.
Un mic exemplu: proiectantul unei turbine eoliene va recurge la asistență informatică în primul rând pentru concepția primară și va trebui să determine incipient diametrul elicei necesar pentru a produce cantitatea de energie electrică vizată prin proiect, însă apoi trebuie să afle cât de groase să fie palele elicei pentru a rezista mecanic. De fapt, aici specialiștii vor avea de împăcat mai multe cerințe (mecanice/fizice, de stabilitate, de reziliență, de performanță, de conversie a rotației în energie electrică, de mentenanță, etc) și pentru mai toate componentele turbinei (turn/pilon, nacelă/carcasă, elice, pale, rotor, arborele/axul rotorului, reductorul mecanic, generatorul electric, circuitele electrice, mecanismul de reorientare pro-eoliană, mecanismul de rotire a palelor, frâna mecanică, etc). Concluziv spus, în situațiile serioase proiectarea nu înseamnă doar desen, deși de acolo se începe.
Am subliniat anterior două aspecte specifice CAD-ului: parametrizarea entităților grafice și facilitățile de modificare a desenului/proiectului. (Ele sunt și oarecum legate: faptul că elementele grafice sunt controlate prin parametri ne garantează că putem oricând reveni la aceștia spre a modifica forme și dimensiuni.) Și iată două scenarii prin care înțelegem cât de importantă este modificabilitatea proiectului: (1) dacă în faza de analiză a rezistenței mecanice (realizată cu software/facilități FEA/CAE) se dovedește că o porțiune a obiectului proiectat nu face față solicitărilor, atunci se revine în modelul 3D al obiectului pentru a se modifica dimensiunea acelei porțiuni, pentru a rezista cu bine; (2) când se proiectează un model nou dintr-o linie de produse (automobilul ce va fi lansat anul viitor, să zicem) se folosește proiectul digital al modelului anterior, la care mai toate ajustările (optimizări, adaptări la norme, etc) se realizează virtual prin modificări de parametri, de forme, de proprietăți, ș.a.

O eventuală continuare, în loc de încheiere
Am încercat să nu intru aici în detalii privind soluțiile CAD existente (inclusiv în detalii nominale), așa încât, pentru eventuală documentare vă recomand și articolul Piața software-urilor CAD pe care l-am scris pentru revista Market Watch din ianuarie 2021 (http://www.marketwatch.ro/articol/17194/Piata_software-urilor_CAD/).