Un hito clave en la historia del diseño asistido por computadora (CAD) llegó con el lanzamiento en 1987 de Pro/ENGINEER, ahora PTC Creo, que introdujo la industria del CAD al modelado paramétrico basado en la historia. Desde entonces, el paradigma paramétrico se ha empleado en casi todos los programas CAD convencionales, incluidos SOLIDWORKS, Autodesk Inventor, Creo Parametric, CATIA, NX y Onape. Si ha realizado algún modelado CAD en las últimas dos décadas, es probable que esté familiarizado con el diseño paramétrico basado en la historia.
En pocas palabras, el diseño paramétrico implica que los ingenieros construyan una geometría 3D pieza por pieza. Los bocetos en 2D se convierten en funciones en 3D, con restricciones y relaciones debidamente aplicadas para adaptarse a la intención del diseñador. Sin embargo, dado que cada paso sigue a los pasos anteriores, el diseño paramétrico puede requerir una planificación cuidadosa.
A pesar del poder y la popularidad del modelado paramétrico, otro paradigma CAD tiene su propia cuota de defensores: el modelado directo. En el modelado directo, la geometría es el rey. Los usuarios ya no tienen que preocuparse por el historial de su pieza y, en su lugar, pueden actuar directamente sobre la geometría 3D tal cual. Algunos sistemas CAD modernos utilizan modelado directo en lugar de modelado paramétrico basado en la historia, mientras que otros proporcionan una mezcla de herramientas paramétricas y directas.
Para comprender mejor las diferencias entre el modelado paramétrico y el modelado directo, para qué casos de uso podrían ser mejores y cómo podrían continuar evolucionando, hablamos con usuarios de CAD experimentados y expertos de la industria para conocer su opinión sobre los dos paradigmas.
Modelado paramétrico
En primer lugar, aclaremos la terminología que estamos utilizando. El paradigma de diseño pionero de Pro/ENGINEER quizás se llame más apropiadamente «basado en la historia», ya que es la naturaleza lineal paso a paso del modelo lo que realmente lo diferencia del modelado directo, que también podría llamarse «libre de historia».»
» El software CAD basado en la historia depende del usuario para construir una pieza individual con una serie de características», escribió el veterano usuario de CAD Matt Lombard en un libro electrónico sobre el software CAD de Siemens Solid Edge. «El software recuerda las características en orden, y el modelo debe resolver estas características en orden a la perfección en cada paso para avanzar. Puedes pensar en este método de construcción de modelos como un programa de computadora. Usted da instrucciones al ordenador para cada paso, y éste ejecuta esos pasos cada vez que se debe reconstruir el modelo.»
Sin embargo, el modelado basado en la historia a menudo se conoce como «paramétrico», por lo que trataremos los dos términos como similares. Solo tenga en cuenta esta advertencia de Lombard: «La gente con frecuencia tiene la idea equivocada de que solo el software basado en la historia es paramétrico. Paramétrico significa que el modelo es impulsado por parámetros, que pueden incluir dimensiones, instancias de patrones, espesores de pared, diámetros y profundidades de orificios, etc.»
La analogía de Lombard de un programa de computadora es apta para el modelado paramétrico. Al igual que al escribir un programa, cuanto más piense un ingeniero en lo que está tratando de lograr, mejor será el resultado final. Aunque un modelo, como un programa, se puede armar sobre la marcha, puede ser descuidado y difícil de editar para otros ingenieros.
Roland Schwarz, otro usuario experimentado de CAD, señaló que este hecho del modelado paramétrico puede ser un arma de doble filo.
«Si trabajas con alguien que es realmente bueno en parametrías y estructura su proyecto de una manera buena, pensada y rigurosa, es fantástico», dijo Schwarz. «Pero puedes tener a alguien que simplemente entra y corta y cambia y tiene cosas copiadas en los lugares equivocados, y no hay un sistema lógico para ello. Ahí es cuando se complica, y solo quiero comenzar desde cero con una exportación e importación.»(Exportar e importar el modelo elimina su historial de características y lo convierte en lo que se llama una «geometría tonta», que es solo la geometría sin intención de diseño).
Los mejores diseñadores de CAD paramétricos son tan expertos en estructurar sus proyectos que a veces se pueden identificar con solo mirar uno de sus modelos, como si hubieran dejado huellas digitales en el árbol de la historia. A pesar de que el modelo final es exactamente el mismo, hay muchas maneras de llegar allí, y algunas son definitivamente mejores que otras.
» Y mi camino es el mejor», bromeó Schwarz. «Eso es lo que dirá todo buen modelador CAD.»
El modelado paramétrico es extremadamente útil para productos que dependen de las dimensiones: piense en tarifas de oficina estándar como escritorios y estanterías o herramientas que pueden variar en tamaño. Con el enfoque paramétrico, los ingenieros pueden crear rápida y fácilmente diferentes configuraciones de sus diseños.
Pero desde donde viven los modeladores no tan rigurosos, han comenzado a aparecer grietas en el paradigma de modelado paramétrico.
«A veces creo que puedes atascarte en la historia», dijo Bruce Bartlett, otro veterano de CAD. «Por mucho que la historia te da la capacidad de cambiar las cosas rápidamente, la desventaja es que si no entiendes cómo se construye o tienes a alguien que está construyendo cosas que se salen de control, puedes pasar más tiempo vadeando el árbol de la historia que simplemente agarrando algunas caras y moviéndolas.»
Otra debilidad del modelado paramétrico es que a medida que aumenta el número de entidades, también aumenta el cálculo necesario para actualizar el modelo.
» Si tiene una pieza con 1000 características en el árbol de historia, cuando edita la última característica de ese árbol, se ejecuta muy rápidamente», explicó Dan Staples, vicepresidente de ingeniería convencional de Siemens PLM. «Pero cuando editas la primera característica de ese árbol, puede llevar mucho tiempo porque tiene que calcular los 1000 valores intermedios antes de llegar a la característica 1001.»
Con su equilibrio de fortalezas y debilidades, ¿es el modelado paramétrico la mejor opción para el diseño CAD? Staples no lo cree así.
«La noción de editar una dimensión para lograr un resultado muy predecible que respete la intención del diseñador es intrínsecamente valiosa», dijo. «La implementación conocida como diseño basado en la historia, realizada por Pro/ENGINEER en 1987 y copiada por prácticamente todos los demás desde hace 25 años, no es la forma más eficiente de editar esa dimensión.»
Staples, naturalmente, defiende la tecnología síncrona de Siemens, un paradigma que discutiremos más adelante.
Modelado directo
Como su nombre indica, el modelado directo ofrece a los diseñadores un enfoque de lo que ves es lo que obtienes para crear y editar sus modelos.
«Parece que no hay fin de expertos discutiendo sobre definiciones y variaciones finamente matizadas de este término, pero en general, la edición directa es un método CAD en el que se manipulan directamente las caras del modelo, en lugar de editar indirectamente definiciones de características o bocetos how cómo se hace la geometría realmente no importa y, francamente, no es tan interesante como cómo se cambia la geometría», escribió Lombard.
En el modelado directo, los diseñadores pueden empujar y tirar de su modelo para cambiarlo. Una ventaja de esta capacidad es la facilidad con la que se pueden alterar los diseños, lo que permite una iteración y creación de prototipos rápidas. Por esa razón, el modelado directo ha encontrado un nicho en el mundo del diseño industrial, donde las curvas fluidas y la estética audaz juegan un papel importante.
«Hay casos de uso, como diseño altamente orgánico, escultura, diseño conceptual, diseño generativo y desactivación para análisis, donde un conjunto de herramientas totalmente no paramétricas puede ser una excelente y, a veces, la mejor opción», dijo Dave Corcoran, cofundador de Onape y vicepresidente de investigación y desarrollo.
Además, sin las dependencias y el historial del modelado paramétrico, el modelado directo puede eliminar algunos de los problemas del diseño paramétrico deficiente.
» Creo que la prueba real de un modelador CAD no es lo que pueden hacer, es lo que pueden cambiar. El modelado directo definitivamente abre el campo en gran medida sobre lo que pueden cambiar sin causar una interrupción completa», dijo Schwarz.
La capacidad de cambiar un modelo sin preocuparse por romperlo puede significar mucho, especialmente para las empresas que buscan ampliar la utilidad de su modelo CAD. Schwarz describió los modelos CAD como activos, y como cualquier otro activo, requieren una inversión para asegurar.
» Se invierte mucho tiempo y dinero en hacer un modelo CAD, y desea protegerlos y que sigan siendo útiles. El modelado directo protegerá esa inversión», explicó Schwarz.
Pero el modelado directo viene con su propia cuota de inconvenientes.
«La mayoría de los sistemas sin historial no se ocupan bien de la edición de dimensiones y de obtener un resultado predecible», dijo Staples. «A veces oirás a la gente hablar de un sistema tipo push-me-pull-you, y se ven muy sexys, pero cuando las cosas se ponen difíciles al final del día, realmente quieres ser capaz de editar dimensiones y crear lugares dimensionales, etc.»
Otro problema con el modelado directo es que, para la mayoría de los modeladores CAD, simplemente no es a lo que están acostumbrados. Después de años de experiencia con el diseño paramétrico, y años de acostumbrarse a sus deficiencias, puede haber una falta de motivación para considerar una alternativa.
«No creo que el modelado paramétrico desaparezca pronto», dijo Schwarz. «Hay una gran población de usuarios que están bien vigilados y les gusta, o al menos se sienten cómodos con él y no van a ninguna parte. Creo que el modelado directo es un gran paso adelante. Al mismo tiempo, creo que hay una cultura que tiene que evolucionar a su alrededor, donde se acepta y se entiende mejor las mejores formas de usarlo, especialmente en términos de administrar un proyecto de modelado durante la vida útil de un producto o incluso la vida de su desarrollo inicial sin que se convierta en un problema más grande que una solución.»
Difuminar la línea Entre los Paradigmas de diseño
La mayoría de los sistemas CAD convencionales ofrecen una mezcla de herramientas paramétricas y directas, aunque la capacidad de estas herramientas puede variar.
«Onhape es un modelador paramétrico, pero tiene un poco de modelado directo construido sobre él», explicó Bruce Bartlett, un usuario de Onhape. «Es modelado directo, pero sigue siendo paramétrico. A veces me gustaría que pudiera ser un modelador directo puro, y que pudiéramos mover caras sin ninguna historia.»
A lo que Bartlett se refiere es a que aunque estas herramientas actúan como herramientas de edición directa, todavía crean características en el árbol de historia. Dado que el verdadero modelado directo no tiene historia, este enfoque es solo cuasi directo. Al igual que Onfape, SOLIDWORKS también ofrece herramientas de edición directa que pueden ser útiles para los usuarios para ciertas tareas, pero que en última instancia dejan las funciones en el árbol de historial, manteniendo los problemas potenciales del diseño paramétrico.
Otros programas CAD implementan las herramientas híbridas de diferentes maneras. Fusion 360 de Autodesk, por ejemplo, permite a los usuarios operar en modo de modelado paramétrico o directo. En el modo directo, su historial de diseño no se registrará en absoluto. Los usuarios también pueden convertir cualquier característica en una característica de modelado directo, dejando intacto el resto del árbol de historial paramétrico.
Siemens adopta otro enfoque, que denomina tecnología síncrona, en su software CAD NX y Solid Edge. La tecnología síncrona afirma combinar de manera única las mejores capacidades de modelado paramétrico y directo en un solo entorno.
«Con la tecnología síncrona, puedo mover caras a mano o puedo mover caras editando dimensiones», explicó Staples. «Y tenemos la tecnología única para resolver todo esto y preservar toda esa intención de diseño mientras lo hacemos, pero sin el bagaje de un árbol de historia o cualquier recomposición.»
Staples cree que la tecnología síncrona va un paso más allá que la mezcla híbrida de herramientas de otros programas CAD, eludiendo algunos problemas que pueden surgir en sistemas que implementan el modelado directo como una característica del árbol de historia.
» Piense en un estuche simple, un bloque con un agujero en él. El agujero es de media pulgada de diámetro. Has estado modelando en esto durante cinco años, y tiene 1.000 características, y al final tu jefe quiere cambiar ese diámetro de media pulgada a 0,4 pulgadas. Y piensas ‘está bien, solo voy a editar esto’, lo que agrega una función de 1.001. Esta es una anulación que cambia el agujero a 0,4 pulgadas.
» Parece que has resuelto tu problema. Pero lo que realmente has hecho es agregar complejidad al árbol de historia e invalidar la intención del diseño. Ahora, cuando alguien vuelve a esa parte un año después, van a editar esa primera característica en el árbol, y se va a volver a calcular y se sobrescribirá más adelante en el árbol. Así que esta noción de que agregar más características al árbol está resolviendo algún problema, está resolviendo un problema a muy corto plazo, pero agregando muchos más problemas a su proceso de ingeniería más adelante.»
Mientras que algunos usuarios de CAD pueden tener reservas sobre las afirmaciones de la tecnología síncrona, aquellos que la usan prácticamente cantan sus alabanzas. ¿Significa esto que la cuestión del modelado paramétrico vs. directo es discutible, y la tecnología síncrona es el camino a seguir? Eso depende de a quién le preguntes.
«No hay un enfoque de producto de modelado óptimo para todas las situaciones. Las herramientas que están demasiado generalizadas e intentan resolver demasiados casos de uso en un solo conjunto de herramientas tienden a ser difíciles de usar y demasiado complicadas», dijo Dave Corcoran de Onape.
Algunos usuarios de Solid Edge han informado de dificultades para usar la tecnología síncrona en ciertos escenarios, como el modelado de superficies complejas,una limitación que Staples admite. «Si está haciendo piezas muy estéticamente agradables que requieren mucho diseño basado en superficies, synchronous no es adecuado para eso en su estado actual», dijo.
Uno también podría preguntarse por qué si la tecnología sincrónica es tan beneficiosa como afirman sus defensores, no es un paradigma más generalizado. Staples cree que la razón es que Siemens está muy por delante de la curva tecnológica, en gran parte debido a su propiedad del núcleo Parasolid y el SDK de resolución de restricciones en cubos D. Pero tal vez haya una razón más simple, que resumió muy bien: «los ingenieros no son personas a las que les gusta mucho cambiar.»El modelado paramétrico basado en la historia sigue siendo el paradigma dominante en el mundo CAD y, a pesar de sus inconvenientes, funciona bien.
«En este momento de la historia, SOLIDWORKS funciona al 98 por ciento o más de lo que cualquiera está haciendo por ahí», dijo Schwarz.
Con el tiempo, sin embargo, a medida que las nuevas generaciones de ingenieros ingresen al mundo del modelado CAD, tal vez los antiguos métodos basados en la historia den paso a algo más parecido a la tecnología sincrónica, y la distinción entre modelado paramétrico y modelado directo ya no sea relevante.
«Creo que con el tiempo la línea se volverá borrosa, y solo serán diferentes lados de la caja de herramientas», dijo Schwarz .
Mientras tanto, aquí hay una lista no exhaustiva de algunos de los programas CAD más destacados y a qué paradigma de diseño se adhieren:
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Modelado Paramétrico* |
Modelado Directo |
Synchronous Technology |
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*Todas estas plataformas también incluyen algunos aspectos del modelado directo.