Arvutipõhine disain (CAD) hõlmab geomeetriliste parameetritega määratletud arvutimudelite loomist. Need mudelid ilmuvad arvutimonitoril tavaliselt detaili või osade süsteemi kolmemõõtmelisena, mida saab asjakohaste parameetrite muutmisega hõlpsasti muuta. CAD-süsteemid võimaldavad disaineritel objekte vaadata väga mitmesugustes esitustes ja neid objekte reaalsetes oludes simuleerides testida.
Arvutipõhine tootmine (CAM) kasutab geomeetrilisi projekteerimisandmeid automatiseeritud masinate juhtimiseks. CAM-süsteemid on seotud arvuti numbrilise juhtimise (CNC) või otsese arvjuhtimise (DNC) süsteemidega. Need süsteemid erinevad vanematest arvjuhtimise vormidest (NC) selle poolest, et geomeetrilised andmed on kodeeritud mehaaniliselt. Kuna nii CAD kui ka CAM kasutavad geomeetriliste andmete kodeerimiseks arvutipõhiseid meetodeid, on võimalik projekteerimise ja tootmise protsessid väga integreerida. Arvutipõhiseid projekteerimis- ja tootmissüsteeme nimetatakse tavaliselt CAD / CAM-iks.
CAD / CAM PÄRITOLU
CAD sai alguse kolmest eraldi allikast, mis aitavad esile tuua ka CAD-süsteemide pakutavad põhitoimingud. CAD-i esimene allikas tulenes katsetest koostamisprotsessi automatiseerida. Nende arengute eestvedajaks olid General Motorsi uurimislaborid 1960. aastate alguses. Arvutimodelleerimise üks oluline aja kokkuhoidev eelis traditsiooniliste koostamismeetodite ees on see, et esimest saab mudeli parameetrite muutmisega kiiresti parandada või manipuleerida. CAD-i teine allikas oli kujunduste testimine simulatsiooni abil. Arvutimodelleerimise kasutamist toodete testimisel algatasid kõrgtehnoloogilised tööstusharud, näiteks lennundus ja pooljuhid. Kolmas CAD-arenduse allikas tulenes püüdlustest hõlbustada voolu kujundusprotsessist tootmisprotsessi, kasutades numbrilise juhtimise (NC) tehnoloogiaid, mida 1960ndate keskpaigaks kasutati paljudes rakendustes laialdaselt. See oli see allikas, mille tulemuseks oli seos CAD ja CAM vahel. CAD / CAM-tehnoloogiate üks olulisemaid suundumusi on CAD / CAM-põhiste tootmisprotsesside üha tihedam integreerimine projekteerimis- ja tootmisetappide vahel.
CAD ja CAM väljatöötamine ning eriti seos nende kahe vahel sai ületatud traditsioonilised NC puudused kuludes, kasutusmugavuses ja kiiruses, võimaldades detailide kavandamist ja valmistamist kasutada sama geomeetriliste andmete kodeerimissüsteemi abil. See uuendus lühendas oluliselt disaini ja tootmise vahelist perioodi ning laiendas oluliselt tootmisprotsesside ulatust, mille jaoks saaks automatiseeritud masinaid majanduslikult kasutada. Sama oluline on CAD / CAM andnud disainerile palju otsesema kontrolli tootmisprotsessi üle, luues võimaluse täielikult integreeritud disaini- ja tootmisprotsessideks.
CAD / CAM-tehnoloogia kasutamise kiire kasvu pärast 1970. aastate algust võimaldas massitoodetud ränikiipide ja mikroprotsessori väljatöötamine, mille tulemuseks olid hõlpsamini taskukohased arvutid. Kuna arvutite hind jätkas langust ja nende töötlemisvõimsus paranes, laienes CAD / CAM-i kasutamine suurettevõtetelt, kes kasutasid laiaulatuslikke masstootmise tehnikaid, igas suuruses ettevõteteni. Laiendati ka nende toimingute ulatust, millele CAD / CAM-i rakendati. Lisaks osade kujundamisele traditsiooniliste tööpinkide abil, nagu stantsimine, puurimine, freesimine ja lihvimine, on CAD / CAM-i hakanud kasutama ettevõtted, mis on seotud olmeelektroonika, elektrooniliste komponentide, vormitud plastide ja paljude muude toodete tootmisega. . Arvuteid kasutatakse ka mitmete tootmisprotsesside (näiteks keemilise töötlemise) juhtimiseks, mida ei ole rangelt määratletud kui CAM, kuna kontrollandmed ei põhine geomeetrilistel parameetritel.
CAD-i abil on võimalik kolmes mõõtmes simuleerida detaili liikumist tootmisprotsessi kaudu. Selle protsessiga saab simuleerida tööpinkide etteandekiirust, nurki ja kiirust, osaliste klambrite asukohta, samuti vahemikku ja muid masina tööd piiravaid piiranguid. Erinevate tootmisprotsesside simulatsiooni jätkuv arendamine on üks peamisi vahendeid, mille abil CAD- ja CAM-süsteemid üha enam integreeruvad. CAD / CAM-süsteemid hõlbustavad ka projekteerimis-, tootmis- ja muude protsessidega seotud isikute vahelist suhtlemist. See on eriti oluline, kui üks ettevõte sõlmib teisega lepingu komponendi projekteerimiseks või tootmiseks.
Eelised ja puudused
CAD-süsteemidega modelleerimine pakub mitmeid eeliseid võrreldes traditsiooniliste joonistusmeetoditega, mis kasutavad joonlaudu, ruute ja kompasse. Näiteks saab kujundusi muuta ilma neid kustutamata ja ümber joonistamata. CAD-süsteemid pakuvad kaamera objektiivile analoogseid suumimisomadusi, mille abil disainer saab kontrolli hõlbustamiseks mudeli teatud elemente suurendada. Arvutimudelid on tavaliselt kolmemõõtmelised ja neid saab pöörata mis tahes teljel, umbes nii, nagu saaks käes keerata tegelikku kolmemõõtmelist mudelit, võimaldades disaineril objektist täielikumalt aru saada. CAD-süsteemid sobivad ka lõigatud jooniste modelleerimiseks, milles paljastatakse osa sisemine kuju, ja osade süsteemi vaheliste ruumiliste seoste illustreerimiseks.
CAD mõistmiseks on kasulik mõista ka seda, mida CAD ei saa teha. CAD-süsteemidel pole vahendeid, et mõista tegelikke mõisteid, näiteks kujundatava objekti olemust või funktsiooni, mida objekt teenib. CAD-süsteemid toimivad tänu oma võimele geomeetriliste mõistete kodifitseerimiseks. Seega hõlmab CAD-i abil kasutatav disainiprotsess disaineri idee viimist ametlikku geomeetrilisse mudelisse. Pingutused arvutipõhise „tehisintellekti” (AI) väljatöötamiseks pole veel õnnestunud tungida kaugemale mehaanilisest - mida esindab geomeetriline (reeglipõhine) modelleerimine.
Muude CAD-i piirangutega tegelevad teadus- ja arendustegevus ekspertsüsteemide valdkonnas. See valdkond tuleneb tehisintellektis tehtud uuringutest. Üks ekspertsüsteemi näide hõlmab materjalide olemuse - nende kaalu, tõmbetugevuse, paindlikkuse jms - teabe lisamist CAD-tarkvarasse. Selle ja muu teabe lisamisega saaks CAD-süsteem siis „teada”, mida teab insener-insener, kui see insener disaini loob. Seejärel võiks süsteem jäljendada inseneri mõttemustrit ja tegelikult 'luua' rohkem kujundust. Ekspertsüsteemid võivad hõlmata abstraktsemate põhimõtete rakendamist, nagu raskusjõu ja hõõrdumise olemus või tavaliselt kasutatavate osade, näiteks kangide või mutrite ja poltide funktsioon ja suhe. Ekspertsüsteemid võivad muuta ka andmete salvestamise ja hankimise viisi CAD / CAM-süsteemides, asendades hierarhilise süsteemi suurema paindlikkusega süsteemiga. Sellised futuristlikud kontseptsioonid sõltuvad aga suuresti meie võimetest analüüsida inimese otsustusprotsesse ja võimaluse korral neid mehaanilisteks ekvivalentideks teisendada.
CAD-tehnoloogiate üks peamisi arenguvaldkondi on jõudluse simuleerimine. Kõige tavalisemateks simulatsioonitüüpideks on stressile reageerimise testimine ja detaili valmistamise protsessi või osade süsteemi vaheliste dünaamiliste seoste modelleerimine. Pingetestides näidatakse mudeli pindu võre või võrguga, mis moonutavad, kui osa satub simuleeritud füüsilise või termilise pinge alla. Dünaamikatestid toimivad töötavate prototüüpide ehitamise täiendusena või asendajana. Detailide spetsifikatsioonide muutmise lihtsus hõlbustab optimaalse dünaamilise efektiivsuse väljatöötamist nii osade süsteemi toimimise kui ka mis tahes konkreetse detaili valmistamise osas. Simulatsiooni kasutatakse ka elektroonilises projekteerimisautomaatikas, kus simuleeritud voolu vool läbi vooluahela võimaldab erinevate komponentide konfiguratsioonide kiiret testimist.
Projekteerimis- ja valmistamisprotsessid on mõnes mõttes kontseptuaalselt lahutatavad. Kuid projekteerimisprotsess tuleb läbi viia, mõistes tootmisprotsessi olemust. Näiteks peab projekteerija teadma materjalide omadusi, millega detaili võidakse ehitada, erinevaid tehnikaid, mille abil detaili saab kujundada, ja majanduslikult tasuvaid tootmismahte. Kontseptuaalne kattuvus disaini ja tootmise vahel viitab CAD-i ja CAM-i võimalikele eelistele ning põhjusele, miks neid üldiselt süsteemina käsitletakse.
Hiljutised tehnilised arengud on põhjalikult mõjutanud CAD / CAM-süsteemide kasulikkust. Näiteks personaalarvutite üha suurenev töötlemisvõimsus on andnud neile elujõulisuse CAD / CAM-rakenduste sõidukina. Teine oluline suund on ühtse CAD-CAM-standardi kehtestamine, nii et erinevaid andmepakette saab vahetada ilma tootmise ja tarnimise viivitusteta, tarbetuid disainilahendusi parandamata ja muude probleemideta, mis mõningaid CAD-CAM-i algatusi jätkuvalt häirivad. Lõpuks, CAD-CAM tarkvara areneb edasi sellistes valdkondades nagu visuaalne esitus ning modelleerimis- ja testimisrakenduste integreerimine.
CASi ja CASi / CAMi juhtum
Kontseptuaalselt ja funktsionaalselt CAD / CAM-iga paralleelne arendus on arvutipõhine tarkvaratehnika CAS või CASE. Nagu on määratlenud SearchSMB.com oma artiklis CASE, on CASE a arvutipõhise meetodi kasutamine tarkvara arendamise korraldamiseks ja kontrollimiseks, eriti suurte ja keerukate projektide puhul, mis hõlmavad paljusid tarkvarakomponente ja inimesi. CASE pärineb 1970-ndatest, kui arvutiettevõtted hakkasid rakendama CAD / CAM-i kogemustest lähtuvaid mõisteid tarkvaraarendusprotsessi suurema distsipliini sisseviimiseks.
Teine lühend, mis on inspireeritud CAD / CAMi üldlevinud esinemisest tootmissektoris, on CAS / CAM. See fraas tähistab arvutipõhist müüki / arvutipõhist turundustarkvara. Nii CASE kui ka CAS / CAMi puhul on selliste tehnoloogiate tuumaks töövoogude integreerimine ja tõestatud reeglite rakendamine korduvas protsessis.
Piibelgraafika
Ames, Benjamin B. 'Kuidas CAD seda lihtsaks teeb.' Disainiuudised . 19. juuni 2000.
'CAD-tarkvara töötab sümboolikaga saidilt CADDetails.com.' Tooteuudiste võrgustik . 11. jaanuar 2006.
'JUHTUM.' SearchSMB.com. Saadaval aadressilt http://searchsmb.techtarget.com/sDefinition/0,sid44_gci213838,00.html. Laaditud 27. jaanuaril 2006.
Christman, Alan. 'CAM-tarkvara tehnoloogilised suundumused'. Kaasaegne masinapood . Detsember 2005.
Leondes, Cornelius, toim. 'Arvutipõhine projekteerimine, projekteerimine ja tootmine.' Vol. 5 / Tootmissüsteemide disain . CRC Press, 2001.
darrick puit ja damaris philips
'Mida sa silmas pead?' Masinaehitus-CIME . November 2005.
