Mi práctica de ingeniería me hizo trabajar con productos CAD muy diferentes (ProE, UG, SolidW, Revit, Advance Steel, AutoCAD, MachCAD, SCAD). Utilizo algunas herramientas todo el tiempo, otras de vez en cuando, si se me solicita que realice una verificación o análisis. Conocer la herramienta de diseño es principalmente una comprensión del lenguaje lógico del programa, y si posee varios programas, entonces estudiar el resto no es difícil, ya que de hecho solo cambian los íconos y su ubicación. Cuantos más programas conozca, más tareas específicas podrá resolver. La práctica de diez años de usar CAD me permitió tener una idea de su desarrollo, y realmente quería compartir esto.
Los sistemas CAD se pueden dividir en 3 niveles de acuerdo con su lógica interna y funcionalidad:
- Sistemas de bajo nivel con un modelo matemático cerrado de construcciones. Estas son máquinas de dibujo. Su lógica es muy simple: de hecho, toma un lápiz y dibuja no solo en papel, sino también en el espacio vectorial. Toda la lógica de la construcción proviene únicamente de sus consideraciones. Para trabajar en estos programas, ya debe decidir el tamaño de los objetos, sus características y geometría. Es decir todo el dibujo se reduce a múltiples iteraciones (ajustes) del dibujo a la imagen deseada. Por supuesto, todo esto conduce a una gran cantidad de errores. Sin embargo, el uso de varias plantillas inteligentes para tareas típicas (diseño de sala, estructuras metálicas) simplifica enormemente este método de dibujo.
Por ejemplo, para cumplir con GOST y SNiP, la plantilla SPDS es muy adecuada. Estos sistemas de diseño (AutoCAD, Compass, Sketchup, etc.) son más adecuados para construir dibujos, donde la mayoría de las normas y reglas ya se han escrito y, de hecho, todo el espacio de diseño gira en torno a nodos, conexiones, secciones, etc. ya inventados. Todo esto dio lugar a un nuevo enfoque para el diseño: esta es la tecnología BIM, debe moverse más allá del alcance, ya que su lógica es muy diferente de otros sistemas de diseño. Sobre ella un poco más tarde.
- Sistemas de nivel medio (el más famoso es SolidWorks, aunque en los últimos años prácticamente ha llegado a los sistemas de alto nivel, así como a Invertor y otros). Tienen un modelo matemático abierto (árbol modelo). Es decir En cualquier etapa del dibujo, puede seguir los pasos anteriores de la construcción. Estos sistemas con su lógica son fundamentalmente diferentes de los sistemas de nivel inferior. Aquí trabajas, por así decirlo, con sólidos. Es decir La matemática del modelo incorpora la integridad de la geometría de los objetos de construcción y cualquier intersección o desajuste de "dureza" es imposible. De ahí el término "modelado sólido". De hecho, trabajando en estos programas, el ingeniero maneja copias electrónicas de estos modelos, lo que le permite aplicar la lógica de ensamblaje al diseño. Como esto sucederá en la producción, debe implementarse en el modelo. Esto elimina una gran cantidad de problemas y reduce la cantidad de errores de diseño. Sin embargo, el propio ingeniero en este caso requiere una amplia gama de conocimientos en el campo de los requisitos para el objeto de diseño. Estos sistemas dieron un paso significativo hacia la reducción de la complejidad del trabajo de diseño en comparación con los sistemas del primer nivel, pero no resolvieron el problema de optimizar los productos por parámetros, esto fue hecho por los sistemas de nivel superior.
- Sistemas de nivel superior con un modelo matemático abierto de construcciones con la posibilidad de un análisis de extremo a extremo del modelo de acuerdo con los criterios establecidos (resistencia, capacidad de fabricación, restricciones geométricas, etc.). Las capacidades completas de estos sistemas son utilizadas solo por usuarios muy avanzados y, por regla general, solo en industrias con altas restricciones y tareas complejas (aviación, espacio, nuclear, etc.). Es decir Estos sistemas son la vanguardia de los sistemas de diseño, son los más avanzados y complejos. Su complejidad radica en el hecho de que al modelar el programa "te obliga" a determinar claramente la relación de los objetos geométricos. Es decir Antes de darse cuenta de lo que se concibió en un modelo 3D, debe representar al menos aproximadamente la naturaleza elemento por elemento del producto. Cada modelo se caracteriza por al menos tres dimensiones definitorias de la encuadernación (plano de boceto, profundidad del boceto y el tamaño del boceto en sí), cada posicionamiento (ensamblaje), al menos tres superficies conectadas o generadores. Para un producto de 10 unidades de ensamblaje, el número mínimo de relaciones definitorias es 90 (10x3x3). En la práctica, siempre hay más. En este sentido, para que todo se ensamble correctamente, es muy importante construir correctamente las conexiones de los objetos teniendo en cuenta una gran cantidad de parámetros (resistencia, operación, capacidad de recolección, capacidad de fabricación). Todo esto te hace pensar y pensar mucho, pero un modelo bien construido es capaz de adaptarse; es fácil cambiarlo dependiendo de la aparición de nuevos requisitos o limitaciones. Son estos sistemas, sujetos a un modelado correcto, los que permiten optimizar el producto tanto como sea posible de acuerdo con una gran cantidad de parámetros. Tres tipos de sistemas de software pertenecen a este tipo de producto: Unigraphics (NX), ProEngineer, Catia. La lógica de estos tres sistemas es muy similar, por lo que elegir cuál usar generalmente se reduce a la conveniencia personal.
Y finalmente, sistemas BIM. Este es un enfoque fundamentalmente diferente al diseño. De hecho, los sistemas BIM son bibliotecas estructuradas de posibles soluciones vinculadas a objetos de diseño. Es decir cada objeto de diseño tiene un cierto conjunto de parámetros y características que ya están incrustados en él y el usuario solo puede seleccionar estos parámetros de las bibliotecas propuestas según el propósito del elemento o los requisitos del cliente. Dichos sistemas incluyen estructuras de Revit, Advance Steel, Tekla. Estos sistemas simplifican enormemente la vida y reducen los requisitos para la calificación de un ingeniero, ya que ellos mismos ya implican la solución de problemas de diseño. De hecho, el trabajo en estos programas se reduce a la determinación correcta de los parámetros de diseño de las bibliotecas propuestas. Estos sistemas son convenientes para proyectos de construcción, ya que el volumen de bibliotecas de soluciones de construcción no es grande. Lo que les falta a estos sistemas es un análisis normal de los requisitos de resistencia y estabilidad. Todavía es conveniente utilizar otros productos de software (Lira, SCAD) para analizar las decisiones de diseño.
Este es el presente de los sistemas de diseño, pero ¿qué nos espera en el futuro? El objetivo principal de los sistemas CAD es reducir el tiempo de diseño. En este sentido, todos los sistemas modernos superan el Kuhlmann y la regla de cálculo cientos de veces. Para esto se utilizan tres herramientas principales:
- Creación de bibliotecas de decisiones en el marco de restricciones, normas y reglas de diseño.
- Creación de modelos adaptativos de extremo a extremo capaces de adaptación.
- Creación de entornos de diseño comunicativo (Windchill o Teamcenter, etc.).
Todo esto permitió minimizar el tiempo de diseño y actualización de productos.
Sin embargo, estos sistemas son buenos si se aplican en la empresa con su propia "escuela", es decir. con su base de soluciones, requisitos de geometría, tecnología y otras limitaciones. Si decides crear algo fundamentalmente nuevo dentro del sistema existente de diseño y producción, entonces encontrarás enormes dificultades, tendrás que cambiar la "escuela", y esto es muy difícil. Es decir Debe entenderse muy claramente que son las limitaciones en el diseño las que crean la posibilidad de desarrollar principios y recomendaciones sostenibles para el diseño. Lo que a su vez limita el campo de posibles soluciones. De lo contrario, el sistema se reduce a un alto grado de incertidumbre, que la mente humana simplemente no puede resolver, pero es allí donde se puede encontrar la solución técnica más efectiva.
De hecho, ahora la mente humana ha alcanzado el límite de aplicación como el generador principal del pensamiento del proyecto. Esto sucedió porque nuestro pensamiento está limitado por la cantidad de decisiones lógicas que somos capaces de analizar. En promedio, una persona puede calcular las consecuencias de las decisiones en tres pasos, luego se encuentran las decisiones con un alto grado de incertidumbre.
Ampliar estos límites permite que los modelos matemáticos creen conexiones de software largas. Es decir el diseño se convirtió en programación, solo se utilizan parámetros físicos del entorno, el objeto de diseño en sí y sus requisitos operativos en lugar del código. Esto le permite realizar una gran cantidad de iteraciones en busca de la solución óptima. Sin embargo, este enfoque se ha agotado de la misma manera que los modelos matemáticos todavía se basan en ideas generales de una persona sobre cómo debería ser cierto.
Por lo tanto, todas las decisiones de diseño están limitadas por las ideas de los ingenieros sobre lo que deberían ser, y no son tan óptimas como sea posible bajo las condiciones dadas. Es decir las decisiones de diseño están limitadas por la tecnología y el pensamiento inerte de los participantes en el diseño. El advenimiento de la impresión 3D ha expandido dramáticamente los límites de la tecnología y ha brindado la oportunidad de crear productos únicos. Tan pronto como se levantó la restricción sobre la forma tecnológica de la pieza, aparecieron sistemas para encontrar formas óptimas por carga u otros parámetros. Sin embargo, la forma y el material aún no son una solución integral para el problema del diseño, sino solo una optimización local.
Entonces, ¿dónde deben esforzarse más los sistemas de diseño? Dado que el principal cliente del trabajo de diseño complejo son las grandes empresas, y las grandes empresas buscan reducir costos, entonces, por supuesto, el orden principal para los desarrolladores es el siguiente:
- Integración profunda de diseño y producción (para reducir errores de diseño en relación con soluciones tecnológicas).
- Diseño de equipos en conjunto con el diseño del producto. De hecho, todo se reduce al hecho de que las nuevas soluciones óptimas de alta calidad son posibles solo si su tecnología de producción cambia. Es decir Paralelamente, se deben realizar dos procesos de diseño, la máquina herramienta y el producto en sí.
- El uso de IA para ir más allá de la "escuela" del diseño. Es decir Los sistemas de IA deben usarse para:
- en la primera etapa - la asignación de soluciones de diseño de plantillas y su optimización en el marco de las soluciones existentes en la empresa.
- salida de soluciones de plantillas para combinar plantillas.
- La transición de combinar plantillas a crear nuevos modelos de diseño flexible.
De hecho, el diseño eventualmente perderá su rostro humano en términos de tareas de ingeniería, y comenzará a parecerse más a la programación, es decir. Los modelos físicos y de estado sólido desaparecerán por completo, y se creará un complejo matemático de soluciones de inmediato en el marco del entorno de diseño matemático. La tarea humana se reducirá a la compilación de las tareas técnicas más completas e informativas, el resto del software debe hacerse solo.
Quizás esto parezca utópico. Pero ya ahora tenía que usar elementos de este futuro no lejano. Por ejemplo, tuve la tarea, dentro del marco de las limitaciones tecnológicas, de crear un modelo de ala compuesta. Hice un modelo matemático en MachCAD, un modelo parametrizado en ProE, vinculé estos archivos directamente y a través de macros, y obtuve dibujos que funcionaban en un cierto rango de valores geométricos. Por lo tanto, este modelo para otros usuarios es una caja negra.
El usuario podría simplemente elegir el tipo de perfil, alcance, requisitos para la mecanización, y en la salida recibió los planos del ala. Al mismo tiempo, yo mismo era más programador que ingeniero. Si incluimos tecnología avanzada y sistemas de optimización en este esquema, habríamos obtenido el producto del futuro, pero, por supuesto, esta no es una tarea fácil.
El desarrollo de CAD debe estar dirigido a eliminar el factor de error humano de los sistemas de diseño. Por supuesto, AI hará frente a la tarea de diseño de manera más eficiente. Pero este desarrollo tiene una gran cantidad de contradicciones desde lo ético hasta lo económico. Imagínese si todo el buró de diseño de Tupolev o Sukhoi puede ser reemplazado por un grupo de programadores e ingenieros analistas: pérdida de trabajo, "si todo se rompe", y luego una explosión nuclear, y sacamos los bolsillos del sótano ... ". Estas contradicciones son de naturaleza sistémica y prácticamente insolubles. Creo que pronto no veremos sistemas de diseño verdaderamente nuevos. Los lanzamientos de todos los programas mencionados anteriormente contienen cada vez menos cambios cualitativos y más se reducen a la facilidad de uso y modernización de las plantillas existentes.
Y finalmente, me gustaría señalar un problema muy complejo y obvio de la escuela de diseño rusa: todavía no tiene su propio paquete de software de alto nivel. Europa tiene NX y Catia en los Estados Unidos: ProE no es solo productos de software, es la encarnación de una escuela de diseño e ideas sobre el proceso de automatización del diseño. Y, por supuesto, de los desarrolladores rusos, me gustaría obtener un sistema que esté inmediatamente un paso por delante de lo que solemos obtener y ponernos al día.