Software disegno tecnico: guida al CAD

Il software CAD è l’applicazione della tecnologia del computer al disegno, in particolare al disegno tecnico e ingegneristico come parte di un prodotto, inclusi interi edifici.

 

Panoramica

E’ un metodo di comunicazione sia visivo, sia basato su simboli, e le sue convenzioni sono particolari per ogni specifico campo tecnico di applicazione.  Le bozze possono essere fatte in due dimensioni (“2D”) e in tre dimensioni (“3D”).

La realizzazione di bozze è necessaria per disegni tecnici o ingegneristici ed è una branca dell’arte industriale che sta dietro a tutte le realizzazioni tecniche. Per rappresentare oggetti complessi, tridimensionali, in disegni a due dimensioni, questi oggetti vengono rappresentati tradizionalmente attraverso tre proiezioni alle giuste angolature.

Gli attuali pacchetti software CAD vanno da sistemi di disegno basati su vettori 2D a modelli 3D solidi e di superficie. I moderni pacchetti CAD spesso permettono rotazioni in tre dimensioni, permettendo di vedere un certo oggetto da ogni angolo, persino dall’interno. Alcuni software CAD permettono modellazioni matematiche dinamiche, e in questo caso vengono definiti CADD — computer-aided design and drafting.
CAD si usa nel disegno di attrezzi e macchinari e per le bozze di qualsiasi tipo di edificio, dalle piccole abitazioni residenziali alle più grandi strutture commerciali e industriali (fabbriche e ospedali).

CAD si usa soprattutto per dettagliati modelli ingegneristici 3D e/o disegni 2D di componenti fisici, ma si usa anche attraverso tutto il processo ingegneristico, dal disegno concettuale e dei prodotti, per tutta l’analisi dinamica degli assemblati, alla definizione dei metodi di produzioni dei componenti.
CAD è diventata una tecnologia importantissima, con vantaggi come bassi costi di sviluppo dei prodotti e cicli di disegno molto più rapidi. CAD permette ai designer di sviluppare le proprie idee sullo schermo, stamparle e salvare per editing futuri, risparmiando tempo sui disegni.

 

Tecnologie

Il software originale per i sistemi CAD è stato sviluppato con linguaggi informatici come Fortran, ma con i progressi dei metodi di programmazione orientata sull’oggetto, ci sono stati grandi cambiamenti. I moderni sistemi di modellatori basati su funzioni parametriche e freeform di superficie sono costruiti attorno a un certo numero di moduli chiave C (linguaggio di programmazione) con i propri APIs. Un sistema CAD può essere visto come il risultato dell’interazione di una graphical user interface (GUI) con la geometria NURBS e/o la rappresentazione boundary (B-rep) attraverso un kernel di modellazione geometrica.

E’ possibile anche utilizzare un motore per gestire le associazioni tra i dati geometrici, come la geometria wireframe in uno schizzo o i componenti in un assemblato. Le possibilità inaspettate di queste associazioni hanno portato a una nuova forma di costruzione dei prototipi, quella digitale. A differenza dei prototipi fisici, la cui produzione richiede tempo e costi materiali, i prototipi digitali permettono di verificare e testare il design direttamente sullo schermo, accelerando i tempi di immissione sul mercato e diminuendo i costi. Con l’evolversi della tecnologia in questa direzione, CAD si è trasformato da tool di documentazione (per rappresentare i design in formato grafico) in tool di progettazione che assiste nel processo di design.

 

Hardware e tecnologie os

Oggi la maggior parte dei computer CAD sono PC basati su Windows. Alcuni sistemi CAD funzionano anche su sistemi operativi Unix e su Linux. Alcuni sistemi CAD come QCad, NX or CATIA V5 supportano multipiattaforme incluse Windows, Linux, UNIX e Mac OS X.

In genere non è richiesto un hardware speciale, con la possibile eccezione di una buona scheda grafica, a seconda del software CAD utilizzato. Tuttavia, per prodotti più complessi, sono raccomandati computer con CPU ad alta velocità (possibilmente multiple) e grandi quantità di RAM. CAD è un’applicazione che ha beneficiato dell’istallazione di un coprocessore, specialmente nei primi personal computer. La periferica di interfaccia uomo-macchina generalmente è il mouse, ma può anche essere una penna o una tavoletta grafica. Talvolta è possibile usare anche uno spacemouse/SpaceBall. Alcuni sistemi supportano anche occhiali stereoscopici per vedere i modelli 3D.

 

Utilizzo

CAD è uno dei tool usati da ingegneri e designer, viene usato in molti modi diversi a seconda della professione dell’utente e del tipo di software in questione. Esistono molti tipi diversi di CAD. Ognuno di questi tipi di sistemi CAD richiede che l’operatore pensi all’uso che ne farà e richiede una diversa tecnica di produzione dei componenti virtuali.  Ci sono molti produttori di sistemi economici 2D, inclusi alcuni programmi gratuiti e open source. Questi offrono un approccio al processo di disegno senza tutte le problematiche legate a messa in scala e posizionamento che accompagnano il disegno a mano, dal momento che possono essere adattate durante la creazione della bozza finale.

Il wireframe 3D è un’estensione del disegno 2D. Ogni linea deve essere inserita a mano nel disegno. Il prodotto finale non ha proprietà di massa associate e non può avere delle funzioni aggiunte direttamente. L’operatore si approccia a questi sistemi in maniera simile ai sistemi 2D, anche se molti sistemi 3D permettono di usare il modello wireframe per le bozze finali.
I solidi 3D “dumb” (programmi che supportano questa tecnologia includono AutoCAD e Cadkey 19) sono realizzati in modo analogo alle manipolazioni degli oggetti reali. Forme geometriche tridimensionali di base (prismi, cilindri, sfere e cosi via) hanno volumi solidi che vengono aggiunti o sottratti, come si fa per assemblare o tagliare oggetti reali. Visuali bidimensionali proiettate possono essere facilmente generate dai modelli. I solidi 3D di base in genere non includono tool che permettano facilmente il loro movimento o identifichino le interferenze tra componenti.

La modellazione solida 3D parametrica (programmi che supportano questa tecnologia includono Pro/ENGINEER, NX, la combinazione di UniGraphics e IDeas, CATIA V5, Autodesk Inventor, Alibre Design, TopSolid, T-FLEX CAD, SolidWorks, e Solid Edge) richiede che l’operatore utilizzi quello che viene definito “design intent”. Gli oggetti e le funzioni creati sono adattabili. Ogni modifica futura potrà essere semplice, difficile o quasi impossibile, a seconda di come è stata creato l’originale.

Bisogna pensare a questo sistema come a una rappresentazione perfetta di un componente. Se una funzione doveva essere localizzata al centro, l’operatore deve posizionarla dal centro del modello, non da un altro angolo arbitrariamente. I solidi parametrici richiedono che l’operatore consideri attentamente le conseguenze delle sue azioni. Alcuni pacchetti software consentono di editare immagini geometriche parametriche e non, senza il bisogno di capire o annullare il design della figura usando le funzionalità di modellazione diretta. Questa possibilità può includere la possibilità di stabilire le corrette relazioni tra elementi geometrici selezionati (cioè linee tangenti, concentricità), il che rende il processo di editing più semplice e veloce, liberando l’ingegnere dal peso di capire la storia del modello.

Questi tipi di sistemi non basati sulla storia sono chiamati Explicit Modellers.
I primi sistemi Explicit Modeling sono stati introdotti alla fine degli anni ’80 da Hewlett-Packard con il nome di SolidDesigner. Questa soluzione CAD, della quale sono state realizzate molte versioni successive, è oggi venduta dalla PTC come “CoCreate Modeling”. Le bozze di anteprima possono essere generate facilmente dai modelli. In genere sono presenti tool per rappresentare il movimento dei componenti, stabilire i limiti e identificare le interferenze. I kit di tool disponibili per questi sistemi sono sempre più numerosi.

I software mid-range stanno integrando i solidi parametrici in una maniera più semplice per l’utente: offrono funzioni più intuitive (SketchUp), usando il meglio dei solidi 3D dumb e dei solidi parametrici (VectorWorks), permettendo di ottenere scene realistiche in pochi passaggi (Cinema4D) o offrendo tutte queste funzioni in una (form•Z).
I sistemi più avanzati hanno la capacità di incorporare caratteristiche più organiche, estetiche ed ergonomiche nei design (Catia, GenerativeComponents). La modellazione di superficie freeform è spesso combinata con i solidi per permettere al disegnatore di creare prodotti che si adattino bene alle forme umane oltre ad interfacciarsi con la macchina.

 

 

Fonte: http://www.reteingegneri.it

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