Desenho Assistido por Computador v final

Prévia do material em texto

A EVOLUÇÃO DO CAD E SUA APLICAÇÃO EM PROJETOS DE ENGENHARIA
Renato Dias Calado do Amaral
natodias@gmail.com
Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola Politécnica, Departamento de Engenharia Mecânica, Rio de Janeiro, RJ, Brasil.
Armando Carlos de Pina Filho
armando@poli.ufrj.br
Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola Politécnica, Programa de Engenharia Urbana, Rio de Janeiro, RJ, Brasil.
Resumo. Técnicas de CAD (Desenho Assistido por Computador) vêm sendo utilizadas há vários anos em projetos de Engenharia. Um dos primeiros programas criados para auxiliar a representação gráfica de projetos foi o AutoCAD, da AutoDesk. A princípio, o programa oferecia ferramentas 2D para projetos auxiliados por computador, apresentando recursos técnicos e de normalização. Mais tarde passou a oferecer ferramentas 3D, tornando possível a realização de projetos cada vez mais detalhados. Do ponto de vista mecânico, projetos de dispositivos, mecanismos e máquinas passaram a ser feitos com maior rapidez e eficiência. Apesar das vantagens, é importante citar que o CAD não passa de uma ferramenta, sendo fundamental o conhecimento do usuário quanto às normas de representação gráfica de projetos. Levando em consideração toda versatilidade e funcionalidade oferecida pelas técnicas de CAD, o presente trabalho tem por objetivo apresentar um histórico da evolução do CAD, destacando os principais programas utilizados, bem como uma série de aplicações dentro da Engenharia. Esse trabalho tem fins educacionais, não havendo qualquer relação comercial com as empresas e respectivos programas apresentados.
Palavras-chave: CAD, Projetos de Engenharia, Desenho Técnico.
Mini-simpósio: Desenvolvimento de Software.
�
Introdução 
Definição: CAD – Computed-Aided Design ou Desenho Assistido por Computador – é um método computacional bastante utilizado na concepção de projetos de engenharia, arquitetura, entre outras. Tal método consiste em um software voltado ao desenho técnico, reunindo diversas ferramentas destinadas aos mais variados fins.
Dentre as áreas nas quais o CAD é aplicado, podemos destacar a engenharia urbana.
 A engenharia urbana é uma abordagem mais abrangente dos problemas encontrados no meio urbano, buscando enfatizar a necessidade da criação de ambientes planejados para serem sustentáveis, visando solucionar problemas equilibrando os fatores econômico, territorial, social e organizacional. . São alvos de estudo os sistemas de infra-estrutura urbana, buscando otimizar o planejamento dos setores de saneamento e meio ambiente, transportes, urbanismo, geotecnia, entre outros. Neste contexto, pode-se observar a utilização de programas de CAD para auxiliar projetos urbanos. 
�
Histórico e Evolução das técnicas de CAD
Ao nos referirmos à história ligada ao desenvolvimento dos softwares de CAD, não podemos deixar de observar que sem os postulados da chamada Matemática Euclidiana (criada por volta de 350 A.C.) não seria possível criar o referido método computacional.
Milhares de anos depois, mais especificamente no início da década de 60 do século XX, Ivan Sutherland desenvolveu, como tese de conclusão do seu PhD no Massachusetts Institute of Technology (MIT), um sistema inovador que se tratava de um editor gráfico chamado “Sketchpad”, sistema esse que era bastante primitivo se comparado aos softwares de CAD atuais. O “Sketchpad” tinha como novidade a interação do usuário com o computador através da chamada “Light pen”, uma espécie de caneta luminosa que era usada diretamente na tela para realizar o desenho, juntamente com uma caixa de botões de comando. No editor, era possível criar e editar objetos, em 2-D, de forma distinta, portanto tal sistema é tido um marco na informática e na computação gráfica, sendo considerado o primeiro software de CAD.
Figura 1: Ivan Sutherland operando o Sketchpad.
Apesar disso, em 1957 o mundo já tomava conhecimento do primeiro sistema de CAM (Computed-Aided Manufacturing, ou Fabricação Assistida por Computador), desenvolvido pelo Dr. Patrick J. Harantty. Por tal motivo, Dr. Harantty é popularmente conhecido como o precursor dos sistemas CAD/CAM.
Nos primeiros anos, a utilização dos softwares de CAD restringiu-se às empresas do setor aeroespacial e pelas grandes montadoras automobilísticas, como a General Motors, por exemplo, devido ao alto custo dos computadores exigidos pelos sistemas. Tais softwares ainda não eram comercializados livremente no mercado, o desenvolvimento dos mesmos era particularmente voltado à demanda dos referidos setores.
Na mesma década o Laboratório de Matemática do MIT, atualmente chamado de Departamento de Ciência da Computação, era responsável pelas principais pesquisas e pelo desenvolvimento de software de CAD 2-D. Em outros lugares do mundo, como, por exemplo, na Europa começava-se a realizar tal tipo de atividade. Outros desenvolvedores de destaque foram: Lockheed, com o sistema CADAM; McDonnell-Douglas, com o sistema CADD.
A partir da década de 70 do mesmo século, os softwares de CAD deixaram de ser somente objetivo de pesquisas e passaram a ser comercializados livremente. Nesta mesma década, foram desenvolvidos softwares de CAD 3-D (sendo o primeiro deles o Computer Aided Three Dimensional Interactive Application (CATIA), desenvolvido em 1977 pela empresa francesa Avions Marcel Dassault, que comprou a Lockheed), revolucionando o mercado consumidor do gênero. Os investimentos, bem como os lucros, cresceram vertiginosamente. No final da referida década, já existiam programas para modelagem de sólidos, como, por exemplo, o SynthaVision do Mathematics Application Group, Inc. (MAGI).
A partir de 1980, com o desenvolvimento do primeiro Personal Computer (PC), pela IBM e seu lançamento em 1981, as atenções foram voltadas para tal classe de computadores. A empresa Autodesk, fundada no ano de 1982, lançou em novembro do mesmo ano o primeiro programa de CAD para PCs, o “AutoCAD Release 1”. Em 1985 a Avions Marcel Dassault lançou a segunda versão do CATIA, comercializada pela IBM. Nessa mesma década foram desenvolvidas as estações de trabalho (microcomputadores de grande eficiência e alto custo destinado a aplicações técnicas) que funcionavam com o sistema operacional UNIX. A maioria os programas de CAD desenvolvidos a partir de então se destinavam ao UNIX.
Já na década de 90, especificamente em 1995, a empresa SolidWorks lançou o promissor SolidWorks 95 3D CAD, revolucionando o mercado por ser utilizado no sistema operacional Windows NT, enquanto a maioria dos programas desenvolvidos até então ainda eram destinados ao sistema UNIX. Em conseqüência disso, o SolidWorks 95 demonstrou ser um softwares de boa relação de custo-benefício quando comparado aos concorrentes, que eram excessivamente caros.
Nos anos que se seguiram até a atualidade, o desenvolvimento de softwares de CAD se deu de forma generalizada, com ofertas feitas por diversas empresas do ramo. A tecnologia vem sendo aprimorada a cada dia e com difusão da Internet no final dos anos 90, tal gênero de software tornou-se muito acessível ao redor do mundo, possuindo versões que podem ser utilizadas de forma gratuita (freewares).
Uma aplicação importante dos programas de CAD 3-D é a criação de ambientes virtuais, também conhecidas como maquetes virtuais ou eletrônicas. Tal aplicação é bastante utilizada em projetos de arquitetura.
Figura 2: Exemplo de maquete virtual: Hospital Metropolitano Norte, Pernambuco – Brasil. 
�
Principais programas utilizados
Os principais softwares de CAD comercializados atualmente são citados abaixo:
AutoCAD [1]
Software desenvolvido e distribuído pela empresa Autodesk, Inc., que teve sua primeira versão lançada em novembro de 1982. Recentemente, a Autodesk lançou a versão AutoCAD 2010.
O AutoCAD é um programa de modelagem 2-D e 3-D cujas aplicações são diversificadas, tais como: projetos de engenharia mecânica, civil, elétrica, urbana, entre outras; arquitetura; uso em fabricação em esfera industrial; climatização de ambientes(internacionalmente conhecida como HVAC – Heating, Ventilation and Air Conditioning). É importante notar que o AutoCAD é utilizado também como ferramenta em disciplinas acadêmicas que envolvam desenho técnico.
Figura 3: Interface do software AutoCAD 2009, da empresa Autodesk.
Como suas principais características, podemos citar:
Existência de comandos, inseridos através do teclado, que possibilitam uma prática criação de entidades (elementos do desenho) no momento da concepção do modelo desejado, otimizando o trabalho do projetista. Tais comandos substituem a necessidade de navegação com o ponteiro do mouse com o objetivo manipular as barras de ferramenta que contêm tais funções;
O programa gera diversos tipos de arquivo, podendo, assim, exportá-los através do comando export. A versão 2009 tem a capacidade de gerar arquivos dos seguintes tipos: Block (*.dwg); 3D DWF (*.dwf); 3D DWFx (*.dwfx); Metafile (*wmf); ACIS (*sat); Lithography (*.sti); Encapsulated OS (*.eps); DXX Extract (*dxx); Bitmap (*.bmp); V8 DGN (*.dgn); V7 DGN (*.dgn);
O arquivo Block (*.dwg) é uma extensão compartilhada por diversos programas de CAD. O AutoCAD é capaz de importar arquivos do tipo 3-D Studio (*.3ds), provenientes do AutoDesk 3D Studio Max;
O usuário do AutoCAD tem a possibilidade de associar aos seus projetos, programas feitos com base em linguagens de programação, tais como: Visual Basic for Aplicattions (VBA), Visual LISP e ObjectARX.
SolidWorks [2] 
Software desenvolvido pela empresa SolidWorks, do grupo Dassault Systèmes, é um programa de CAD 3-D, para modelagem de sólidos, geralmente utilizado no projeto de conjuntos mecânicos.
Figura 4: Projeto realizado no software SolidWorks, da empresa SolidWorks.
Algumas características do software são:
O SolidWorks pode ser utilizado como um software de CAE (Computed-Aided Engineering), tendo a possibilidade de ser utilizado em conjunto programas de simulação, tais como o SolidWorks Simulation e o SolidWorks Flow Simulation;
O SolidWorks Simulation é tido como uma importante ferramenta de análise de tensões nas peças projetadas. O programa funciona com base no método numérico dos elementos finitos, respondendo à aplicação virtual de forças sobre a peça;
O SolidWorks Flow Simulation é um programa de análise de escoamento, baseado no método numérico dos volumes finitos. Uma aproximação orientada permite ao profissional obter razoável performance de sua análise com o projeto sob condições reais. Assim, o SolidWorks Flow Simulation pode ser usado num vasto campo de aplicações e tem sido desenvolvido para ser extremamente flexível;
O SolidWorks é compatível com arquivos *.dwg gerados pelo AutoCAD, podendo modificar dados 2-D ou converter os mesmos em dados 3-D.
CATIA (Computer Aided Three-dimensional Interactive Application) [3]
Software de CAD 3-D desenvolvido pela empresa Dassault Systèmes e comercializado pela IBM. Seu uso mais comum é para modelagem de conjuntos mecânicos.
Figura 5: Projeto realizado no software CATIA V5, da empresa Dassault Systèmes. 
Algumas características do CATIA:
Através do CATIA, o projetista pode analisar o modelo construído simulando-o com ferramentas adequadas de análise de tensões. Portanto, o CATIA pode ser considerado como um software de CAE (Computed-Aided Engineering);
O CATIA V5, por exemplo, é compatível com arquivos gerados pelas versões 2007 e 2008 do SolidWorks.
Pro/ENGINEER [4] 
O Pro/ENGINEER é um software desenvolvido pela empresa Parametric Technology Corporation – PTC. Trata-se de programa de CAD 3-D amplamente utilizado em projetos de sistema mecânicos. 
Principais tópicos:
Assim como outros softwares do gênero, o Pro/ENGINEER é, também, uma ferramenta de CAE, possuindo ferramentas de simulação de condições reais de aplicação, com análise de tensões dos componentes, entre outros recursos;
O software suporta o uso de máquinas CNC, tais como fresadoras e tornos.
Mechanical Desktop [5]
Software de CAD 3-D desenvolvido pela empresa Autodesk, na tentativa de fazer frente de mercado ao SolidWorks, CATIA e Pro/ENGINEER.
Inserção do CAD na Engenharia Urbana
Tradicionalmente, o CAD é utilizado no urbanismo, para idealizar e dimensionar projetos arquitetônicos e de engenharia civil. Porém, com a crescente atuação da engenharia urbana o uso deste tipo de software passou a ser estendido. Atualmente, encontramos o CAD bastante inserido no ambiente urbano, sendo utilizado não somente para os referidos fins.
É importante ressaltar que, na prática da engenharia urbana, o CAD é bastante associado à outra tecnologia, denominada Sistema de Informação Geográfica (SIG ou GIS, da denominação em inglês: Geographic Information System). Tal tecnologia consiste em “um sistema para introdução, armazenamento, manipulação e saída de informações geográficas. Um sistema completo de GIS deve levar em consideração para resolver problemas, dar suporte a tomadas de decisões, auxiliar no planejamento e etc.: Software e hardware;Dados; e usuários.”. [6]
Figura 6: Utilização do GIS no mapeamento das tubulações de água e esgoto. Colorado – USA.
Estudos de caso – Aplicação do CAD em projetos diversificados
A seguir, serão descritos alguns projetos nos quais foram utilizadas as técnicas de CAD. 
Construção civil e Arquitetura
Softwares de CAD têm como principal utilização o auxílio em projetos de engenharia civil e arquitetura para o meio urbano. Neste ramo, projetam-se desde edifícios às vias de circulação dos transportes. O sistema GIS é atualmente bastante utilizado neste setor, objetivando-se analisar, de forma mais detalhada, características que sejam alvos do planejamento urbano. [7]
Figura 7: Exemplo de projeto de engenharia civil – Entroncamento em uma rodovia.
Recuperação ambiental na área urbana.
 Ocorrida no município de Medianeira, no estado do brasileiro do Paraná, a proposta consistiu num diagnóstico para a recuperação e preservação do trecho do Rio Ouro Monte, o qual atravessa o bairro Parque Independência, localizado no município de Medianeira, Paraná. Um software de CAD foi utilizado no mapeamento da região, com o auxílio de um sistema de GPS (Global Positioning System, ou Sistema de Posicionamento Global), identificando delimitações ambientais (localização da área das nascentes do rio, e do percurso do mesmo; rede viária e edificações; entre outros.). [8]
Neste projeto, o CAD foi associado ao SPRING (Sistema de Processamento de informações Georreferenciadas), que é um sistema do tipo GIS. Tal sistema foi utilizado numa análise mais minuciosa das áreas diagnosticadas. [9]
�
Manutenção e atualização de redes sanitárias. 
Um exemplo que ilustra perfeitamente a demanda desse setor pela utilização do CAD é o Orange County Sanitation District (OCSD), Orange County, California – USA. O OCSD é uma central de coleta, tratamento e depósito de esgoto, de grande área útil, responsável pela demanda de mais de 2,3 milhões de habitantes do condado californiano Orange County. Neste contexto, o CAD é uma importante ferramenta, de uso contínuo, em conjunto com o sistema GIS.
O CAD é utilizado com o objetivo de atualizar a base de dados da rede de esgoto do condado, fornecendo informações mais detalhadas. [10]
Projeto de linhas de transmissão de energia elétrica
Técnicas de CAD são amplamente utilizadas no projeto das linhas de transmissão de energia elétrica que abastecem toda e qualquer cidade. Tal prática consiste otimizar a alocação das torres e cabos de transmissão, de acordo com as normas técnicas. Uma importante característica a ser levada em conta é a topografia do terreno no qual se aplica o projeto. Sistemas de GIS também se fazem presentes nessa aplicação. [11]
Projeto de robôs de serviço
Robôs de serviço aplicados em centros urbanos também constituem uma área de estudo para a engenharia urbana. Estes são projetados em softwares de CAD 3-D. Tais softwares possibilitam um projeto com um altíssimo nível de detalhamento do conjunto mecânico e os componentes eletrônicos do referido tipo de robô.Além disso, é possível simular as tensões às quais o dispositivo será submetido uma vez aplicado a um determinado terreno. 
Automação residencial
Neste setor também é comum a utilização de softwares de CAD no projeto dos sistemas automatizados. Neste caso, a principal função desempenhada com tal ferramenta é a criação de ambientes virtuais. [12]
�
Conclusão
Com base nas fontes consultadas, observou-se que o CAD é muitas vezes associado ao sistema GIS, na simulação de ambientes virtuais para planejamento urbano e soluções de problemas de engenharia. Portanto, deve-se ressaltar que a utilização do CAD como método computacional em engenharia, especificamente no setor urbano, é uma prática em expansão e de grande auxílio nos projetos. 
�
Referências das Ilustrações
Figura 1 – Sutherland, Ivan Edward: Technical Report number 574. Sketchpad: A man-machine graphical comunication system. Página 20. University of Cambridge, Computer Laboratory. Setembro de 2003;
Figura 2 – Hospital Metropolitano Norte, Pernambuco – Brasil.	
http://acertodecontas.blog.br/wp-content/uploads/2007/07/hospital-novo-1.jpg; Acessado em 13 de agosto de 2009;
Figura 3 – Interface do software Autodesk AutoCAD 2009;
Figura 4 – Exemplo de conjunto mecânico feito no SolidWorks.
http://www.danshope.com/blog/images/SW_Interface.jpg; Acessado em 22 de agosto de 2009;
Figura 5 – Exemplo de conjunto mecânico feito no CATIA V5.
http://www.cadcamnet.com/Online/03/jan/03jan-gs1-catia-biws.jpg; Acessado em 24 de agosto de 2009;
Figura 6 – Um mapa em alta resolução, com detalhamento da localização de tubulações subterrâneas, reservatórios, além de bacias hidrográficas e pontos de aplicação de hidroelétricas. Colorado Springs Utility Water Resources Department. http://www.gis.com/showcase/graphics/utilities/sand-ck_lg.jpg; Acessado em 14 de agosto de 2009;
Figura 7 - Imagem de um projeto de rodovia, realizado em um software de CAD. http://usa.autodesk.com/adsk/servlet/limage?siteID=123112&imageID=12703663; Acessado em 28 de agosto de 2009.
Referências Bibliográficas
Site oficial do software Autodesk AutoCad.
http://www.autodesk.com.br/adsk/servlet/index?id=12306649&siteID=1003425;Acessado em 21 de agosto de 2009;
Site oficial do software SolidWorks, Dassault Systèmes.
http://www.solidworks.com/; Acessado em 22 de agosto de 2009;
Site oficial do software CATIA, Dassault Systèmes Pionner. http://www.3ds.com/products/catia/; Acessado em 24 de agosto de 2009;
Site oficial do software Pro/ENGINEER, PTC.
http://www.ptc.com/products/proengineer.; Acessado em 24 de agosto de 2009;
Site oficial do software Mechanical Desktop, Autodesk. http://usa.autodesk.com/adsk/servlet/item?id=10788309&siteID=123112/; Acessado em 24 de Agosto de 2009;
Xavier, C. C.: Sistemas de Informação Geográfica, Trabalhos em Desenvolvimento pelo IMPA e INPE. COPPE/UFRJ/LCG. Agosto de 2003;
Langan Engineering & Environmental Services – Customer Success Story. Autodesk 2009;
Mondardo, D.; Bellon, P.P.; Santos, L.B.; Meinerz, C.C.; Haoui, A.F.. Proposta de Recuperação Ambiental na Área Urbana da Microbacia do Rio Ouro Monte. 2nd International Workshop – Advances in Cleaner Production – São Paulo, Brasil. Maio de 2009;
Site oficial do sistema SPRING. http://www.dpi.inpe.br/spring; Acessado em 28 de agosto de 2009;
Orange County Sanitation District – Customer Success Story. Autodesk Infrastructure Solutions. Autodesk. 2006;
Exemplo de projeto de linha de transmissão utilizando CAD. http://www.themag.com.br/Docs/LINHAS%20CD.pdf; Acessado em 28 de agosto de 2009;
Informações sobre a utilização do CAD em automação residencial. http://www.interconnectionltd.co.uk/product/Home%20Automation%20Design/product/Interconnection/CAD%20Design/49; Acessado em 29 de agosto de 2009.