Ο σχεδιασμός με τη βοήθεια υπολογιστή (CAD) περιλαμβάνει τη δημιουργία μοντέλων υπολογιστών που καθορίζονται από γεωμετρικές παραμέτρους. Αυτά τα μοντέλα εμφανίζονται συνήθως σε μια οθόνη υπολογιστή ως τρισδιάστατη αναπαράσταση ενός μέρους ή ενός συστήματος μερών, τα οποία μπορούν εύκολα να τροποποιηθούν αλλάζοντας σχετικές παραμέτρους. Τα συστήματα CAD επιτρέπουν στους σχεδιαστές να βλέπουν αντικείμενα κάτω από μια μεγάλη ποικιλία παραστάσεων και να δοκιμάζουν αυτά τα αντικείμενα προσομοιώνοντας πραγματικές συνθήκες.
Η κατασκευή με τη βοήθεια υπολογιστή (CAM) χρησιμοποιεί δεδομένα γεωμετρικού σχεδιασμού για τον έλεγχο αυτοματοποιημένων μηχανημάτων. Τα συστήματα CAM συνδέονται με συστήματα αριθμητικού ελέγχου υπολογιστή (CNC) ή απευθείας αριθμητικού ελέγχου (DNC). Αυτά τα συστήματα διαφέρουν από παλαιότερες μορφές αριθμητικού ελέγχου (NC) στο ότι τα γεωμετρικά δεδομένα κωδικοποιούνται μηχανικά. Δεδομένου ότι τόσο το CAD όσο και το CAM χρησιμοποιούν μεθόδους που βασίζονται σε υπολογιστή για την κωδικοποίηση γεωμετρικών δεδομένων, είναι πιθανό οι διαδικασίες σχεδιασμού και κατασκευής να είναι εξαιρετικά ενσωματωμένες. Τα συστήματα σχεδιασμού και κατασκευής με τη βοήθεια υπολογιστή αναφέρονται συνήθως ως CAD / CAM.
ΠΡΟΕΛΕΥΣΕΙΣ CAD / CAM
Το CAD προήλθε από τρεις διαφορετικές πηγές, οι οποίες χρησιμεύουν επίσης για να επισημάνουν τις βασικές λειτουργίες που παρέχουν τα συστήματα CAD. Η πρώτη πηγή CAD προέκυψε από προσπάθειες αυτοματοποίησης της διαδικασίας σύνταξης. Αυτές οι εξελίξεις ήταν πρωτοπόρες από τα εργαστήρια General Motors Research στις αρχές της δεκαετίας του 1960. Ένα από τα σημαντικά πλεονεκτήματα εξοικονόμησης χρόνου της μοντελοποίησης υπολογιστών έναντι των παραδοσιακών μεθόδων σύνταξης είναι ότι η πρώτη μπορεί να διορθωθεί ή να χειριστεί γρήγορα αλλάζοντας τις παραμέτρους ενός μοντέλου. Η δεύτερη πηγή CAD ήταν στη δοκιμή σχεδίων με προσομοίωση. Η χρήση μοντέλων υπολογιστών για τη δοκιμή προϊόντων ήταν πρωτοπόρος από βιομηχανίες υψηλής τεχνολογίας όπως η αεροδιαστημική και ημιαγωγοί. Η τρίτη πηγή ανάπτυξης CAD προέκυψε από προσπάθειες για τη διευκόλυνση της ροής από τη διαδικασία σχεδιασμού στη διαδικασία κατασκευής χρησιμοποιώντας τεχνολογίες αριθμητικού ελέγχου (NC), οι οποίες απολάμβαναν ευρεία χρήση σε πολλές εφαρμογές στα μέσα της δεκαετίας του 1960. Αυτή ήταν η πηγή που είχε ως αποτέλεσμα τη σύνδεση μεταξύ CAD και CAM. Μία από τις πιο σημαντικές τάσεις στις τεχνολογίες CAD / CAM είναι η ολοένα και πιο αυστηρή ολοκλήρωση μεταξύ των σταδίων σχεδιασμού και κατασκευής των διαδικασιών παραγωγής που βασίζονται σε CAD / CAM.
Η ανάπτυξη των CAD και CAM και ιδιαίτερα η σύνδεση μεταξύ των δύο ξεπέρασε τις παραδοσιακές ελλείψεις NC στα έξοδα, την ευκολία χρήσης και την ταχύτητα, επιτρέποντας τη σχεδίαση και την κατασκευή ενός ανταλλακτικού χρησιμοποιώντας το ίδιο σύστημα κωδικοποίησης γεωμετρικών δεδομένων. Αυτή η καινοτομία μείωσε σημαντικά την περίοδο μεταξύ του σχεδιασμού και της κατασκευής και επέκτεινε σε μεγάλο βαθμό το πεδίο των διαδικασιών παραγωγής για τις οποίες θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν αυτοματοποιημένα μηχανήματα. Εξίσου σημαντικό, το CAD / CAM έδωσε στον σχεδιαστή πολύ πιο άμεσο έλεγχο στη διαδικασία παραγωγής, δημιουργώντας τη δυνατότητα ολοκληρωμένων διαδικασιών σχεδιασμού και κατασκευής.
Η ταχεία ανάπτυξη στη χρήση των τεχνολογιών CAD / CAM μετά τις αρχές της δεκαετίας του 1970 κατέστη δυνατή χάρη στην ανάπτυξη μαζικών παραγόμενων τσιπ πυριτίου και του μικροεπεξεργαστή, με αποτέλεσμα πιο εύκολα προσιτούς υπολογιστές. Καθώς η τιμή των υπολογιστών συνέχισε να μειώνεται και η ισχύς επεξεργασίας τους βελτιώθηκε, η χρήση CAD / CAM διευρύνθηκε από μεγάλες εταιρείες χρησιμοποιώντας τεχνικές μαζικής παραγωγής μεγάλης κλίμακας σε επιχειρήσεις όλων των μεγεθών. Διευρύνεται επίσης το εύρος των λειτουργιών στις οποίες εφαρμόστηκε το CAD / CAM. Εκτός από τη διαμόρφωση ανταλλακτικών με παραδοσιακές διαδικασίες εργαλειομηχανών όπως σφράγιση, διάτρηση, άλεση και λείανση, το CAD / CAM έχει χρησιμοποιηθεί από εταιρείες που ασχολούνται με την παραγωγή ηλεκτρονικών ειδών ευρείας κατανάλωσης, ηλεκτρονικών εξαρτημάτων, πλαστικών πλαστικών και πολλών άλλων προϊόντων . Οι υπολογιστές χρησιμοποιούνται επίσης για τον έλεγχο ορισμένων διαδικασιών κατασκευής (όπως χημική επεξεργασία) που δεν ορίζονται αυστηρά ως CAM επειδή τα δεδομένα ελέγχου δεν βασίζονται σε γεωμετρικές παραμέτρους.
Χρησιμοποιώντας το CAD, μπορείτε να προσομοιώσετε σε τρεις διαστάσεις την κίνηση ενός εξαρτήματος μέσω μιας διαδικασίας παραγωγής. Αυτή η διαδικασία μπορεί να προσομοιώσει τους ρυθμούς τροφοδοσίας, τις γωνίες και τις ταχύτητες των εργαλειομηχανών, τη θέση των σφιγκτήρων μερικής συγκράτησης, καθώς και το εύρος και άλλους περιορισμούς που περιορίζουν τη λειτουργία μιας μηχανής. Η συνεχιζόμενη ανάπτυξη της προσομοίωσης διαφόρων διαδικασιών κατασκευής είναι ένα από τα βασικά μέσα με τα οποία τα συστήματα CAD και CAM γίνονται όλο και πιο ολοκληρωμένα. Τα συστήματα CAD / CAM διευκολύνουν επίσης την επικοινωνία μεταξύ εκείνων που εμπλέκονται στο σχεδιασμό, την κατασκευή και άλλες διαδικασίες. Αυτό έχει ιδιαίτερη σημασία όταν μια εταιρεία συνάπτει μια άλλη είτε για το σχεδιασμό ή την παραγωγή ενός εξαρτήματος.
ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ
Η μοντελοποίηση με συστήματα CAD προσφέρει πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με τις παραδοσιακές μεθόδους σύνταξης που χρησιμοποιούν χάρακες, τετράγωνα και πυξίδες. Για παράδειγμα, τα σχέδια μπορούν να τροποποιηθούν χωρίς να διαγραφούν και να επανασχεδιαστούν. Τα συστήματα CAD προσφέρουν επίσης χαρακτηριστικά «ζουμ» ανάλογα με τον φακό της κάμερας, σύμφωνα με το οποίο ένας σχεδιαστής μπορεί να μεγεθύνει ορισμένα στοιχεία ενός μοντέλου για να διευκολύνει τον έλεγχο. Τα μοντέλα υπολογιστών είναι συνήθως τρισδιάστατα και μπορούν να περιστραφούν σε οποιονδήποτε άξονα, όπως θα μπορούσε κανείς να περιστρέψει ένα πραγματικό τρισδιάστατο μοντέλο στο χέρι κάποιου, επιτρέποντας στον σχεδιαστή να αποκτήσει μια πληρέστερη αίσθηση του αντικειμένου. Τα συστήματα CAD προσφέρονται επίσης για μοντελοποίηση σχεδίων αποκοπής, στα οποία αποκαλύπτεται το εσωτερικό σχήμα ενός τμήματος, και για την απεικόνιση των χωρικών σχέσεων μεταξύ ενός συστήματος μερών.
Για να κατανοήσετε το CAD είναι επίσης χρήσιμο να κατανοήσετε τι δεν μπορεί να κάνει το CAD. Τα συστήματα CAD δεν έχουν κανένα μέσο κατανόησης πραγματικών εννοιών, όπως η φύση του αντικειμένου που σχεδιάζεται ή η λειτουργία που θα εξυπηρετήσει το αντικείμενο. Τα συστήματα CAD λειτουργούν με την ικανότητά τους να κωδικοποιούν γεωμετρικές έννοιες. Έτσι, η διαδικασία σχεδιασμού με χρήση CAD συνεπάγεται τη μεταφορά της ιδέας ενός σχεδιαστή σε ένα επίσημο γεωμετρικό μοντέλο. Οι προσπάθειες για την ανάπτυξη «τεχνητής νοημοσύνης» (AI) που βασίζονται σε υπολογιστή δεν έχουν ακόμη καταφέρει να διεισδύσουν πέρα από τη μηχανική - που αντιπροσωπεύεται από τη γεωμετρική (βασισμένη σε κανόνες) μοντελοποίηση.
Άλλοι περιορισμοί στο CAD αντιμετωπίζονται από την έρευνα και την ανάπτυξη στον τομέα των ειδικών συστημάτων. Αυτό το πεδίο προέρχεται από έρευνα που πραγματοποιείται στο AI. Ένα παράδειγμα ενός ειδικού συστήματος περιλαμβάνει την ενσωμάτωση πληροφοριών σχετικά με τη φύση των υλικών - το βάρος τους, την αντοχή σε εφελκυσμό, την ευελιξία και ούτω καθεξής - στο λογισμικό CAD. Συμπεριλαμβάνοντας αυτό και άλλες πληροφορίες, το σύστημα CAD θα μπορούσε τότε να «γνωρίζει» τι γνωρίζει ένας ειδικός μηχανικός όταν αυτός ο μηχανικός δημιουργεί ένα σχέδιο. Το σύστημα θα μπορούσε στη συνέχεια να μιμηθεί το σχέδιο σκέψης του μηχανικού και να «δημιουργήσει» περισσότερο από το σχέδιο. Τα εξειδικευμένα συστήματα ενδέχεται να περιλαμβάνουν την εφαρμογή πιο αφηρημένων αρχών, όπως η φύση της βαρύτητας και της τριβής, ή η λειτουργία και η σχέση των κοινώς χρησιμοποιούμενων μερών, όπως μοχλοί ή παξιμάδια και μπουλόνια. Τα εξειδικευμένα συστήματα θα μπορούσαν επίσης να αλλάξουν τον τρόπο αποθήκευσης και ανάκτησης των δεδομένων σε συστήματα CAD / CAM, αντικαθιστώντας το ιεραρχικό σύστημα με ένα σύστημα που προσφέρει μεγαλύτερη ευελιξία. Τέτοιες φουτουριστικές έννοιες, ωστόσο, εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από τις ικανότητές μας να αναλύουμε τις διαδικασίες ανθρώπινης απόφασης και να τις μεταφράζουμε σε μηχανικά ισοδύναμα, εάν είναι δυνατόν.
Ένας από τους βασικούς τομείς ανάπτυξης των τεχνολογιών CAD είναι η προσομοίωση της απόδοσης. Μεταξύ των πιο συνηθισμένων τύπων προσομοίωσης είναι ο έλεγχος της απόκρισης στο στρες και η μοντελοποίηση της διαδικασίας με την οποία ένα μέρος μπορεί να κατασκευαστεί ή οι δυναμικές σχέσεις μεταξύ ενός συστήματος μερών. Στις δοκιμές καταπόνησης, οι επιφάνειες του μοντέλου φαίνονται με πλέγμα ή πλέγμα, που παραμορφώνονται καθώς το τμήμα έρχεται υπό προσομοίωση φυσικής ή θερμικής τάσης. Οι δοκιμές Dynamics λειτουργούν ως συμπλήρωμα ή υποκατάστατο για την κατασκευή πρωτοτύπων εργασίας. Η ευκολία με την οποία μπορούν να αλλάξουν οι προδιαγραφές ενός εξαρτήματος διευκολύνει την ανάπτυξη βέλτιστων δυναμικών αποδόσεων, τόσο όσον αφορά τη λειτουργία ενός συστήματος ανταλλακτικών όσο και την κατασκευή οποιουδήποτε δεδομένου εξαρτήματος. Η προσομοίωση χρησιμοποιείται επίσης στον ηλεκτρονικό αυτοματισμό σχεδιασμού, στην οποία η προσομοιωμένη ροή ρεύματος μέσω ενός κυκλώματος επιτρέπει την ταχεία δοκιμή διαφόρων συστατικών στοιχείων.
Οι διαδικασίες σχεδιασμού και κατασκευής είναι, κατά κάποιο τρόπο, εννοιολογικά διαχωρισμένες. Ωστόσο, η διαδικασία σχεδιασμού πρέπει να πραγματοποιηθεί με κατανόηση της φύσης της διαδικασίας παραγωγής. Είναι απαραίτητο, για παράδειγμα, ένας σχεδιαστής να γνωρίζει τις ιδιότητες των υλικών με τα οποία μπορεί να κατασκευαστεί το τμήμα, τις διάφορες τεχνικές με τις οποίες μπορεί να διαμορφωθεί το τμήμα και την κλίμακα παραγωγής που είναι οικονομικά βιώσιμη. Η εννοιολογική επικάλυψη μεταξύ σχεδιασμού και κατασκευής είναι ενδεικτική των πιθανών πλεονεκτημάτων των CAD και CAM και του λόγου που γενικά θεωρούνται μαζί ως σύστημα.
Οι πρόσφατες τεχνικές εξελίξεις επηρέασαν θεμελιωδώς τη χρησιμότητα των συστημάτων CAD / CAM. Για παράδειγμα, η συνεχώς αυξανόμενη ισχύς επεξεργασίας των προσωπικών υπολογιστών τους έχει δώσει βιωσιμότητα ως όχημα για την εφαρμογή CAD / CAM. Μια άλλη σημαντική τάση είναι η καθιέρωση ενός ενιαίου προτύπου CAD-CAM, έτσι ώστε διαφορετικά πακέτα δεδομένων να μπορούν να ανταλλάσσονται χωρίς καθυστερήσεις κατασκευής και παράδοσης, περιττές αναθεωρήσεις σχεδιασμού και άλλα προβλήματα που εξακολουθούν να επηρεάζουν ορισμένες πρωτοβουλίες CAD-CAM. Τέλος, το λογισμικό CAD-CAM συνεχίζει να εξελίσσεται σε τομείς όπως η οπτική αναπαράσταση και ολοκλήρωση εφαρμογών μοντελοποίησης και δοκιμών.
Η ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ ΓΙΑ CAS ΚΑΙ CAS / CAM
Μια εννοιολογικά και λειτουργικά παράλληλη ανάπτυξη με το CAD / CAM είναι η CAS ή CASE, μηχανική λογισμικού με τη βοήθεια υπολογιστή. Όπως ορίζεται από το SearchSMB.com στο άρθρο του στο «CASE», «CASE» είναι η χρήση μιας μεθόδου υποβοηθούμενης από υπολογιστή για την οργάνωση και τον έλεγχο της ανάπτυξης λογισμικού, ειδικά σε μεγάλα, περίπλοκα έργα που περιλαμβάνουν πολλά στοιχεία λογισμικού και ανθρώπους. » Η CASE χρονολογείται από τη δεκαετία του 1970 όταν οι εταιρείες υπολογιστών άρχισαν να εφαρμόζουν έννοιες από την εμπειρία CAD / CAM για να εισαγάγουν περισσότερη πειθαρχία στη διαδικασία ανάπτυξης λογισμικού.
Μια άλλη συντομογραφία εμπνευσμένη από την πανταχού παρούσα παρουσία CAD / CAM στον κατασκευαστικό τομέα είναι η CAS / CAM. Αυτή η φράση σημαίνει λογισμικό με πωλήσεις με υπολογιστή / μάρκετινγκ. Στην περίπτωση της CASE καθώς και της CAS / CAM, ο πυρήνας αυτών των τεχνολογιών είναι η ενσωμάτωση των ροών εργασίας και η εφαρμογή αποδεδειγμένων κανόνων σε μια επαναλαμβανόμενη διαδικασία.
ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ
Ames, Benjamin B. «Πώς το CAD το κρατά απλό». Νέα σχεδιασμού . 19 Ιουνίου 2000.
'Το λογισμικό CAD λειτουργεί με σύμβολα από το CADDetails.com.' Δίκτυο ειδήσεων προϊόντων . 11 Ιανουαρίου 2006.
'ΥΠΟΘΕΣΗ.' ΑναζήτησηSMB.com. Διαθέσιμο από http://searchsmb.techtarget.com/sDefinition/0,sid44_gci213838,00.html. Ανακτήθηκε στις 27 Ιανουαρίου 2006.
Κριστμαν, Άλαν. «Τεχνολογικές τάσεις στο λογισμικό CAM». Σύγχρονο μηχάνημα . Δεκέμβριος 2005.
Leondes, Cornelius, εκδ. «Σχεδιασμός, Μηχανική και Κατασκευή με τη βοήθεια υπολογιστή». Τομ. 5 από Ο Σχεδιασμός Συστημάτων Μεταποίησης . CRC Press, 2001.
με την οποία είναι παντρεμένη η Danica Mckellar
'Τι εννοείς?' Μηχανολόγων Μηχανικών-CIME . Νοέμβριος 2005.
