Câte un CAD pentru fiecare

Asistenţa calculatorului pentru proiectare se poate referi la o gamă largă de aplicări: de la schiţa nepretenţioasă până la desenul tehnic detaliat, sau de la conceperea unei piese singulare până la ansamblul de mare complexitate. La fel şi piaţa de software CAD s-a profilat de la soluţiile ,,entry level’’ la ,,mid-range’’ și, mai departe, până la soluţiile ,,high-end’’. Însă, pe lângă această distribuţie verticală, vom reitera un pic şi distribuirea pe orizontală, a soluţiilor CAD specializate pe diverse domenii: mecanică, electricitate, electronică, inginerii civile, arhitectură/construcții, cartografie/geoinformatică, etc.

În urmă cu două decenii am scris un articol amplu având acest titlu (,,Câte un CAD pentru fiecare’’) pentru revista PC REPORT, şi atunci am pus accentul pe distribuţia orizontală, adică pe profilarea software-urilor CAD pe domenii de activitate, iar soluţiile enumerate se chiar puteau enumera. Astăzi, deşi piaţa CAD a suferit o recesiune destul de severă în ultimul deceniu (şi unele dintre acele aplicaţii CAD nu au supravieţuit), nu mai putem cuprinde în enumerare toate soluţiile existente. Mai mult, în cei douăzeci de ani lucrurile s-au schimbat destul de mult (în primul rând prin creşterea capacităţii şi performanţei computaţionale, a hardware- ului, şi prin rafinarea/potenţarea interfeţei grafice cu utilizatorul) şi au apărut concepte şi paradigme noi, precum proiectarea colaborativă/ multi-user (concurentă/distribuită), abordarea integratoare (cuprinderea în proiect a cât mai multor funcţiuni/aspecte), interoperabilitatea cu domeniile adiacente (CAE, CAM, ERP, ECM), interschimbabilitatea datelor, ,,open-source’’, serviciile internet de stocare, aplicaţiile ,,cloud’’, etc. În plus, în multe dintre domeniile identificate atunci (MCAD, CAE, CAM; EDA; AEC; GIS) au apărut subdomenii distincte, manifestate prin specii software suficient de bine reliefate, sporind numărul deja mare de soluţii CAD (şi deci făcându-le tot mai greu de prins într-o prezentare succintă). Dar astăzi vom începe...

Pe verticală: de la simplu la complex

În urmă cu ceva timp se putea opera o distingere a soluţiilor CAD pe un criteriu financiar simplu: software-ul ,,entry-level’’ costa câteva sute de dolari/ euro, cel ,,mid-range’’ câteva mii, iar ,,high-end’’ însemna zeci de mii. Aplicând această simplificare am putea spune: firma mică cumpără un software entry-level, întreprinderea mijlocie alege o soluţie mid-range, iar întreprinderea mare achiziţionează apriori ceva high-end. Însă în practică lucrurile ne apar discutabile, şi vom vedea mai încolo câteva situaţii care se abat de la această regulă grosieră.

Câteva cuvinte despre profilurile posibile ale ,,utilizatorului CAD’’, într-o enumerare oarecum crescătoare (şi presupusă la persoana întâi):

• sunt o persoană pasionată de bricolaje, acasă sau la prieteni, însă simt nevoia să fac o schiţă tehnică precisă (preferabil digitală) înainte de a începe lucrarea propriu-zisă;
• lucrez la o mică firmă de tâmplărie termopan, şi trebuie să fiu riguros în măsurători şi la tăierea materialului, plus că mai toţi beneficiarii îmi solicită un deviz detaliat pentru facturarea lucrării;
• lucrez pentru o firmă de auditare/certificare a instalaţiilor (electrice, de gaze, de prevenire/stingere a incendiilor, de securitate) aşa că folosesc adesea relevee de clădiri (rezidenţiale, comerciale, industriale);
• sunt angajatul unei fabrici ce confecţionează dulapuri, rafturi şi casete din tablă, implicat fie în marketing-precontractare (şi jonglez cu modele 3D), fie în conceperea produselor (şi trebuie să cunosc ,,sheetmetal’’, să manevrez fişiere DXF, sau chiar să export date pentru maşina abkant, de ştanţare/îndoire a tablei);
• dacă sunt PFA topograf, îmi trebuie un software CAD relativ simplu cu care să realizez planurile de amplasament şi delimitare a imobilelor, ca documentaţii necesare proprietarilor acelor imobile, iar dacă vreau să contractez lucrări mai mari – vreun cadastru edilitar sau un plan urbanistic – voi avea nevoie şi de o aplicaţie GIS;
• lucrez ca inginer proiectant la un OEM ce produce componente pentru automobile, deci am trecut de la CAD la MCAD (şi respectiv de la entry-level la mid-range), adică folosesc modelarea 3D (cu solide) pentru piese şi ansambluri;
• sau sunt colegul inginerului de mai sus, şi am nevoie doar de un software cu care să vizualizez şi să adnotez ce a lucrat el (deci o soluţie entry-level în aceeaşi întreprindere);
• fac parte din echipa care proiectează locomotiva electrică TGV pentru linia ,,Apahida – Cluj- Napoca’’ (cum spuneau odinioară cei de la ,,Semnal M’’), aşa că, fiind vorba de un ansamblu foarte mare şi foarte complex, lucrăm cu un software pe măsură, iar multe dintre piesele componente ne vin deja proiectate de la parteneri, şi adesea ei le lucrează cu alte platforme software; desigur că modificarea ulterioară a proiectului (pe care trebuie să o facem când aflăm că Uniunea Europeană deja pregăteşte alte standarde de siguranţă pentru transportul feroviar) este o ,,distracţie high-end"; etc.

Şi începem analiza noastră cu primul nivel. Doar că astăzi – în vremuri când multe servicii informatice sunt gratuite – ,,entry-level’’ este nevoit să înceapă chiar de la zero. Aflăm deci că există software-uri CAD gratuite (precum FreeCAD sau LibreCAD) cu care putem face un pic de proiectare tehnică asistată de calculator. De asemenea, există şi versiuni foarte restrânse ale aplicaţiilor CAD mari, şi care sunt gratuite, precum aplicaţiile de vizualizare (Autodesk DWG TrueView; Bentley View) sau precum aplicaţiile destinate dispozitivelor mobile (smartphone şi tabletă). De-abia apoi urmează acel nivel financiar clasic, de câteva sute de euro, unde avem o mulţime de soluţii, din care majoritatea sunt ivite pe filiera OpenDWG/IntelliCAD (despre care scriam în revista T&T nr. 5/2018): ActCAD, BricsCAD, Cadopia, CMS IntelliCAD, ProgeCAD, ZWCAD, DraftSight, SketchUp, CorelCAD, SmartSketch, Rhinoceros, etc. (De remarcat, pentru utilizator, că software-urile de filiaţie OpenDWG/ARES sunt foarte uşor de folosit: dacă ştii să lucrezi cu AutoCAD sau cu IntelliCAD, atunci te vei descurca binişor cu oricare dintre ele.) Mai reţinem şi faptul că, până la acest nivel, nu intervine specializarea pe domenii, adică software-urile sunt de speţa CADD (computer-aided design & drafting), cu accent pe desenul tehnic. Deşi unele dintre ele permit proiectarea în 3D, accentul principal cade pe desenarea 2D.

Revenind la criteriul financiar, vom observa că de pe la 500 Euro în sus putem găsi în aceste familii CAD şi variante care să includă modelare 3D (modelare cu solide şi cu suprafeţe tridimensionale), iar de pe la 1000 Euro apar şi soluţiile specia-lizate, precum cele pentru arhitectură/construcţii (precum BricsCAD BIM, ProgeCAD Architecture, 4M IDEA Architecture) sau cele pentru mecanică (de genul BricsCAD Mechanical, ZW3D). Însă vom nota că distincţia financiară folosită aici se referă la preţurile licenţelor perene pentru folosirea de software-uri, în condiţiile în care totuși paradigma abonamentului anual tinde să înlocuiască vechiul model de achiziţie (ceea ce converge şi cu conceptul SaaS, Software as a Service, furnizat/accesat via cloud/internet).

Pe verticala noastră CADD, care este una a complexităţii (şi nu a specializării), urmează soluţiile ,,mid-range’’, unde avem doi reprezentanţi care se concurează de multe decenii: Autodesk AutoCAD şi Bentley MicroStation. (Vedeţi eventual articolul ,,AutoCAD vs MicroStation?’’ din Tehnică & Tehnologie nr. 6/2018.) Acestea sunt soluţii deja clasice, recunoscute în (şi de) mai toată lumea. Însă, apropo de încercarea mea de a face aici o analiză a pieţei de soluţii CAD pe două axe ortogonale, trebuie spus că cele două software-uri CAD constituie la rândul lor platforme pentru o serie de soluţii specializate (inginerii civile, arhitectură, cartografie/geomatică). De asemenea, vom nota că axa noastră verticală nu se mai continuă pe linia CADD: următorul nivel, high-end, corespunde exclusiv soluţiilor specializate, despre care vom vorbi în secţiunea dedicată lor.

Spuneam mai la începutul articolului că nu putem folosi exclusiv criteriul dimensiunii întreprinderii beneficiare pentru a face corespondenţa cu clasificarea financiară a software-urilor CAD. Deja din exemplele derulate în caseta de mai sus s-a putut observa că în piaţa CAD conceptul IMM nu operează grozav în disocierea soluţiilor: există situaţii de firme mici care se pot descurca cu un software cvasi-gratuit (precum Microsoft Visio), dar şi cazuri în care firma trebuie să cumpere o licenţă de sorginte IntelliCAD. Însă, după criteriile noastre, tot IMM se numeşte şi un fabricant mic dar serios de utilaje agricole, care probabil că va recurge la o soluţie MCAD din clasa ,,mid-range’’. Dar poate că argumentul cel mai clar privind ne-biunivocitatea dintre dimensiunea întreprinderii şi preţul softwareului este dat de mulţimea de situaţii în care întreprinderea mare foloseşte, pe lângă soluţia high-end nucleu, şi o mulţime de soluţii entry-level şi midrange, indiferent că acea întreprindere este una constructoare de automobile/avioane/vapoare sau o renumită firmă de arhitectură.

Pe orizontală: soluţii specializate pe domenii

Se zice că primele aplicări de grafică computerizată au fost (prin anii '60) de natură cartografică, deci un embrion de GIS (sisteme informatice geografice), şi doar ulterior s-a experimentat desenul tehnic asistat de calculator. Oricum, spre sfârşitul secolului/mileniului trecut copilăria CAD-ului se terminase şi deja existau o mulţime de software-uri specializate strict pe domenii. Într-o anumită privinţă se poate spune că maturizarea a însemnat trecerea de la proiectarea 2D la modelarea 3D. Şi aceasta pentru că modelarea tridimensională a entităţii proiectate nu se mai poate face eficient într-un cadru general, ci trebuie abordată în conformitate cu regulile, normele şi practicile disciplinei de care aparţine acea entitate. (Da, un software CADD poate fi folosit aproape în orice domeniu, până la un anumit nivel, iar după acel nivel familia software va avea un nume specific: MCAD, BIM, Plant Design, ECAD, GIS, etc.)

În cele ce urmează vom spicui, pentru fiecare domeniu de specializare CAD identificat, o serie de soluţii software (însă fără pretenţie de exhaustivitate).

• MCAD – Mechanical CAD. Denominarea ,,mecanic’’ nu se referă aici doar la proiectarea de piese şi produse mecanice (adică la agregate/ maşini/echipamente cu componente în mişcare), ci la mai mult. Deşi MCAD vizează în primul rând producătorii de automobile şi de nave, aceleaşi software-uri se pot folosi şi la proiectarea de maşini de spălat şi de călcat, la uscătoare de păr, la frigidere, la rachete de tenis, la carcase de laptop-uri şi la mauşi. Deci la mai toate reperele care se fabrică în producţie de serie (compuse din piese de material plastic sau din metal). Mai mult, şi echipamentele cu care se fabrică toate acestea se concep la rândul lor cu un software MCAD (scule, unelte, matriţe, strunguri, freze, imprimante 3D, etc). De fapt, ne-ar fi destul de greu să găsim în jurul nostru vreun obiect a cărui concepere să nu fi trecut printr-un MCAD.

La rândul lor, soluţiile acestea se întind de la un entry-level (neechivalent celui de la CADD), cu reprezentanţi precum DesignSpark şi AlibreDesign, apoi staţionează la clasicul mid-range cu software-uri de genul Autodesk Inventor, Solid Edge, SolidWorks, PowerShape, şi culminează cu soluţii precum CATIA, NX (Unigraphics) şi PTC Creo.

La capitolul MCAD este aproape imperativ să amintim şi cele două domenii de specializare adiacentă: CAE şi CAM.

• Computer-Aided Engineering se referă la analizele pe care le derulăm pentru a afla dacă produsul proiectat se comportă corespunzător la solicitări mecanice, cinematice, termice, electromagnetice sau de dinamica fluidelor. Aici avem o mulţime de soluţii de la furnizori consacraţi, precum ANSYS, COMSOL, MacNeal-Schwendler Corporation (MSC Nastran, ADAMS), Dassault Systemes, Siemens PLM, SRAC, ş.a.. Dar cu adevărat interesant în şirul analizei noastre este faptul că multe dintre software-urile MCAD conţin integrate module CAE cu care se pot derula pe loc analize structurale (de rezistenţă mecanică a reperului proiectat).

• Computer-Aided Manufacturing cuprinde acele soluţii informatice cu ajutorul cărora se pregăteşte fabricaţia efectivă a produselor proiectate: prin simularea proceselor mecanice de prelucrare substractivă (aşchiere, electro-eroziune) sau de procesare aditivă (turnare, imprimare 3D), şi prin generarea comenzilor numerice pentru maşinile automate care vor realiza respectivele produse. Câteva nume de software-uri destinate pregătirii fabricaţiei: EdgeCAM, Esprit, CAMWorks, GibbsCAM, MasterCAM, PowerMILL, SolidCAM, SprutCAM, Vericut, WorkNC.
• BIM – Building Information Modeling (AEC) cuprinde în primul rând software-urile destinate proiectării de arhitectură. Aici modelarea 3D diferă de cea din MCAD prin cel puţin două aspecte: (1) proiectul se dezvoltă eminamente într-o succesiune ortogonală orizontal-vertical; (2) entităţile componente se grupează pe familii specifice construcţiilor de clădiri: planşee, podele, stâlpi, coloane, grinzi, ziduri, diafragme, cadre, uşi, ferestre, scări, balustrade, ş.a.m.d.. Remarcăm şi la acest domeniu tendinţa de integrare, aici dublă: înspre exterior proiectarea arhitectonică ţine cont de contextul amplasării viitoarei clădiri (modelarea terenului, vecinătatea, reţelele edilitare), iar în interior detalierea arhitecturii ia în calcul şi infrastuctura de reţele utilitare (HVAC, electricitate, apă, date/internet, securitate). Dintre soluţiile BIM actuale menţionăm: Autodesk Revit, AutoCAD Architecture, Nemetschek Allplan, Graphisoft ArchiCad, Bentley OpenBuildings Designer.
• Plant Design – se referă la soluţiile informatice profilate pe proiectarea uzinelor, şi în principal a celor cu circuite de fluide (precum rafinăriile de petrol, combinatele chimice, centralele de termoficare, fabricile de băuturi, etc).

Este deci un domeniu AEC particular. Aici identificăm cel puţin trei funcţii (pentru care există de obicei aplicaţii sau module software distincte):

• modelarea 3D a instalaţiilor uzinale (asemănătoare BIM);
• modelarea fluxurilor de fluide (fie prin scheme 2D ale fluxului de procesare, numite P&ID, fie prin scheme izometrice filare ale tubulaturilor, în reprezentare cvasi-3D);
• managementul proiectului de materializare a uzinei proiectate. Şi iterăm câteva soluţii de plant-design: AutoCAD Plant 3D; AVEVA PDMS; Bentley OpenPlant, AutoPlant; CADMATIC 3D Plant Design Software; CADWorx Plant; Hexagon PDS, Intergraph SmartPlant; M4 PLANT; Vertex G4Plan.

• GIS – sisteme geo-informatice. Aici avem în primul rând soluţiile software destinate realizării şi exploatării de hărţi digitale. Legătura esenţială cu hiper-domeniul CAD o constituie faptul că majoritatea hărţilor sunt realizate cu grafică vectorială (deci similar desenării 2D), şi de aceea unele medii CADD (precum AutoCAD şi MicroStation) constituie platforme pe care se ,,clădesc” soluţii GIS. Cu amendamentul că aici vom fuziona frecvent în materialul cartografic şi imagini raster (bitmap), provenind din scanarea de hărţi sau din fotografierea aeriană/satelitară. Însă ceea ce diferenţiază esenţialmente GIS-ul de CAD este funcţia de analiză, foarte pregnantă aici: de cele mai multe ori proiectul geo-informatic nu este realizat pentru tipărire/publicare ca material cartografic pur, per-se, ci pentru a analiza anumite aspecte, iar pentru a identifica şi evidenţia acele aspecte se implică atât poziţiile şi formele entităţilor geo-spaţiale, cât şi atributele lor descriptive, textuale. Şi aşa am ajuns la cea de-a doua mare diferenţă a GIS-ului: faptul că fiecare entitate vectorială are asociat un pachet de informaţii alfa-numerice. Se poate spune, urcând la următorul nivel, că fiecărei clase de entităţi grafice i se asociază un tabel de date, iar aceste date vor putea participa la analize într-o manieră similară interogărilor specifice bazelor de date (SQL sau QBE, Query by Example).

Câteva scurte exemple de analiză GIS: • selectează terenurile cu suprafaţa mai mare de 2 hectare; • selectează clădirile din beton construite înainte de 1977; • identifică imobilele rezidenţiale care se află la mai mult de cinci kilometri distanţă de spitalele din metropolă; • stabileşte cea mai scurtă cale rutieră între două locaţii geo-spaţiale; • evidenţiază entităţile situate la altitudine mai mare de 500 m; • identifică toate drumurile care se intersectează cu reţeaua hidrografică din judeţ; • evidenţiază oraşele din ţară care au peste 100000 de locuitori; • evidenţiază zona buffer susceptibilă din jurul râului poluat accidental; ş.a.m.d.

Câteva soluţii de referinţă: ESRI ArcGIS; AutoCAD MAP 3D; Integraph GeoMedia, Integraph G/Technology; MapInfo; Bentley OpenCities Map; GeoConcept; GE Smallworld; QGIS (Quantum GIS). Dar aici trebuie neapărat să includem şi aplicaţia web pe care cu toţii o avem instalată pe smartphone: Google Maps.

Mai reţinem faptul că în categoria GIS sunt uneori incluse şi software-urile de procesare cartografică (gen Global Mapper, Golden Software Surfer) şi cele de prelucrare/analizare a imaginilor satelitare (ER Mapper/ERDAS; PCI Geomatica; TerrSet/IDRISI; ENVI). 

• ECAD & EDA (Electrical CAD; Electronic Design Automation). Aici s-au manifestat în timp o serie de soluţii informatice care se pot grupa astfel: (1) proiectarea de scheme electronice; (2) proiectarea de circuite imprimate (PCB) aferente schemelor electronice; (3) simularea internă (la nivel de componentă electronică/electrică); (4) analiză/verificare de semnal (simularea la nivel de circuit); (5) proiectarea de echipamente electrice; (6) proiectarea de instalaţii electrice. Şi menţionăm câteva nume: Cadence Design Systems (OrCAD/PSpice); Mentor Graphics/Siemens (ModelSim); Synopsys; Zuken (Cadstar); AutoCAD Electrical; ELPAN; DesignSpark. 

Şi, întrucât colţul paginii e tot mai aproape, ne folosim de ECAD pentru a încheia articolul nostru într-o sugestivă notă integratoare. Mai toate produsele conţinând circuite electrice au şi o parte mecanică (protecţie, suport), şi multe dintre produsele de sorginte mecanică includ astăzi multă electronică, aşa încât vom remarca faptul că uneori mediul software MCAD poate include şi module/funcţiuni ECAD, de integrare electric-mecanic: pentru pozarea şi conectarea de echipamente electronice (modelate 3D), pentru rutarea cablurilor electrice, ş.a.m.d..