POČÍTAČOM PODPOROVANÝ DIZAJN (CAD) A VÝROBA POMOCOU POČÍTAČOV (CAM)

Počítačom podporované navrhovanie (CAD) zahŕňa vytváranie počítačových modelov definovaných geometrickými parametrami. Tieto modely sa zvyčajne na monitore počítača javia ako trojrozmerné znázornenie časti alebo systému častí, ktoré je možné ľahko zmeniť zmenou príslušných parametrov. Systémy CAD umožňujú návrhárom prezerať objekty pod širokou škálou reprezentácií a testovať ich pomocou simulácie skutočných podmienok.

Počítačom podporovaná výroba (CAM) využíva geometrické údaje o návrhu na riadenie automatizovaných strojov. CAM systémy sú spojené s počítačovým numerickým riadením (CNC) alebo priamym numerickým riadením (DNC). Tieto systémy sa líšia od starších foriem numerického riadenia (NC) tým, že geometrické údaje sú kódované mechanicky. Pretože CAD aj CAM používajú počítačové metódy na kódovanie geometrických údajov, je možné, že procesy navrhovania a výroby sú vysoko integrované. Počítačom podporované návrhové a výrobné systémy sa bežne označujú ako CAD / CAM.

PÔVODY CAD / CAM

CAD mal pôvod v troch samostatných zdrojoch, ktoré slúžia tiež na zvýraznenie základných operácií, ktoré CAD systémy poskytujú. Prvý zdroj CAD vyšiel z pokusov o automatizáciu procesu navrhovania. Tento vývoj bol priekopníkom v spoločnosti General Motors Research Laboratories na začiatku 60. rokov. Jednou z dôležitých výhod počítačového modelovania oproti tradičným metódam navrhovania, ktoré šetria čas, je skutočnosť, že prvé je možné rýchlo opraviť alebo manipulovať zmenou parametrov modelu. Druhým zdrojom CAD bolo testovanie návrhov simuláciou. Využitie počítačového modelovania na testovanie výrobkov bolo priekopníkom v technologicky vyspelých odvetviach, ako napríklad v kozmickom priemysle a polovodičoch. Tretí zdroj vývoja CAD vyšiel z úsilia uľahčiť prechod z procesu návrhu do výrobného procesu pomocou technológií numerického riadenia (NC), ktoré sa do polovice 60. rokov 20. storočia tešili širokému použitiu v mnohých aplikáciách. Bol to tento zdroj, ktorý vyústil do prepojenia medzi CAD a CAM. Jedným z najdôležitejších trendov v technológiách CAD / CAM je stále užšia integrácia medzi fázami návrhu a výroby výrobných procesov založených na CAD / CAM.

Vývoj CAD a CAM, a najmä prepojenie medzi nimi, prekonalo tradičné nedostatky NC v nákladoch, jednoduchosti použitia a rýchlosti tým, že umožnilo uskutočnenie návrhu a výroby súčasti pomocou rovnakého systému kódovania geometrických údajov. Táto inovácia výrazne skrátila obdobie medzi návrhom a výrobou a výrazne rozšírila rozsah výrobných procesov, pre ktoré by bolo možné automatizované stroje ekonomicky využívať. Rovnako dôležité je, že CAD / CAM poskytli dizajnérovi oveľa priamejšiu kontrolu nad výrobným procesom a vytvorili tak možnosť úplne integrovaného procesu návrhu a výroby.

Rýchly rast vo využívaní technológií CAD / CAM po začiatku 70. rokov umožnil vývoj sériovo vyrábaných kremíkových čipov a mikroprocesora, čo viedlo k dostupnejším počítačom. Pretože cena počítačov naďalej klesala a zlepšovala sa ich výpočtová sila, rozširovalo sa použitie CAD / CAM z veľkých firiem využívajúcich techniky hromadnej výroby vo veľkom rozsahu na firmy všetkých veľkostí. Rozšíril sa tiež rozsah operácií, na ktoré sa aplikoval CAD / CAM. Okrem tvarovania dielov tradičnými procesmi obrábacích strojov, ako je lisovanie, vŕtanie, frézovanie a brúsenie, CAD / CAM začali používať firmy zaoberajúce sa výrobou spotrebnej elektroniky, elektronických komponentov, lisovaných plastov a mnohých ďalších výrobkov. . Počítače sa tiež používajú na riadenie množstva výrobných procesov (napríklad chemické spracovanie), ktoré nie sú striktne definované ako CAM, pretože kontrolné údaje nie sú založené na geometrických parametroch.

Pomocou CAD je možné trojrozmerne simulovať pohyb súčiastky výrobným procesom. Tento proces môže simulovať rýchlosti posuvu, uhly a rýchlosti obrábacích strojov, polohu upínacích svoriek, ako aj rozsah a ďalšie obmedzenia obmedzujúce činnosť stroja. Pokračujúci vývoj simulácie rôznych výrobných procesov je jedným z kľúčových prostriedkov, pomocou ktorých sa CAD a CAM systémy čoraz viac integrujú. Systémy CAD / CAM tiež uľahčujú komunikáciu medzi osobami zapojenými do navrhovania, výroby a ďalších procesov. To má osobitný význam, keď jedna firma kontraktuje inú s cieľom navrhnúť alebo vyrobiť komponent.

VÝHODY A NEVÝHODY

Modelovanie pomocou systémov CAD ponúka oproti tradičným metódam kreslenia, ktoré využívajú pravítka, štvorce a kompasy, množstvo výhod. Dizajny je možné napríklad meniť bez mazania a prekresľovania. Systémy CAD tiež ponúkajú funkcie „zväčšenia“ analogické s objektívom fotoaparátu, vďaka ktorým môže dizajnér zväčšiť určité prvky modelu, aby uľahčil kontrolu. Počítačové modely sú zvyčajne trojrozmerné a je možné ich otáčať na ľubovoľnej osi, podobne ako je možné otáčať skutočný trojrozmerný model v ruke, čo umožňuje návrhárovi získať úplnejší zmysel pre daný objekt. Systémy CAD sa tiež dajú použiť na modelovanie výrezov výkresov, v ktorých sa odhaľuje vnútorný tvar dielu, a na ilustráciu priestorových vzťahov medzi systémom dielov.

Pre pochopenie CAD je tiež užitočné pochopiť, čo CAD nedokáže. Systémy CAD nemajú prostriedky na pochopenie skutočných konceptov, ako je napríklad povaha navrhovaného objektu alebo funkcia, ktorej bude objekt slúžiť. Systémy CAD fungujú na základe svojej schopnosti kodifikovať geometrické koncepcie. Proces návrhu pomocou CAD teda zahŕňa prenos návrhárovej myšlienky do formálneho geometrického modelu. Snahy o rozvoj počítačovej „umelej inteligencie“ (AI) sa zatiaľ nepodarilo preniknúť nad rámec mechanického - predstavovaného geometrickým modelovaním (na základe pravidiel).

Ďalšie obmedzenia CAD sa riešia výskumom a vývojom v oblasti expertných systémov. Táto oblasť je odvodená z výskumu uskutočneného v AI. Jedným z príkladov expertného systému je začlenenie informácií o povahe materiálov - ich hmotnosti, pevnosti v ťahu, pružnosti atď. - do CAD softvéru. Zahrnutím týchto a ďalších informácií by potom systém CAD mohol „vedieť“, čo vie odborný inžinier, keď tento inžinier vytvorí návrh. Systém potom mohol napodobniť myšlienkové vzorce inžiniera a skutočne „vytvoriť“ viac dizajnu. Expertné systémy môžu zahŕňať implementáciu abstraktnejších princípov, ako je povaha gravitácie a trenie, alebo funkcia a vzťah bežne používaných častí, ako sú páky alebo matice a skrutky. Expertné systémy môžu tiež zmeniť spôsob ukladania a načítania údajov v systémoch CAD / CAM a nahradiť tak hierarchický systém takým, ktorý ponúka väčšiu flexibilitu. Takéto futuristické koncepcie však veľmi závisia od našich schopností analyzovať ľudské rozhodovacie procesy a ak je to možné, prevádzať ich do mechanických ekvivalentov.

Jednou z kľúčových oblastí vývoja v technológiách CAD je simulácia výkonu. Medzi najbežnejšie typy simulácií patrí testovanie reakcie na stres a modelovanie procesu, pri ktorom sa môže časť vyrábať, alebo dynamické vzťahy medzi systémom častí. Pri záťažových testoch sú povrchy modelu znázornené mriežkou alebo sieťou, ktoré sa skresľujú, keď sa na súčasti dostane simulované fyzikálne alebo tepelné napätie. Dynamické testy fungujú ako doplnok alebo náhrada za vytvorenie funkčných prototypov. Ľahkosť, s akou je možné meniť špecifikácie súčasti, uľahčuje vývoj optimálnej dynamickej efektívnosti, čo sa týka fungovania systému súčiastok aj výroby ktorejkoľvek danej súčiastky. Simulácia sa tiež používa v automatizácii elektronického návrhu, v ktorej simulovaný tok prúdu obvodom umožňuje rýchle testovanie rôznych konfigurácií komponentov.

Procesy navrhovania a výroby sú v určitom zmysle koncepčne oddeliteľné. Dizajnový proces však musí byť vedený s porozumením podstaty výrobného procesu. Je napríklad potrebné, aby projektant poznal vlastnosti materiálov, z ktorých je možné diel vyrobiť, rôzne techniky, pomocou ktorých je možné diel tvarovať, a rozsah výroby, ktorý je ekonomicky únosný. Koncepčné prekrytie medzi dizajnom a výrobou naznačuje možné výhody CAD a CAM a dôvod, prečo sa všeobecne považujú spoločne za systém.

Posledný technický vývoj zásadným spôsobom ovplyvnil užitočnosť systémov CAD / CAM. Napríklad neustále rastúci výpočtový výkon osobných počítačov im dal životaschopnosť ako prostriedku pre CAD / CAM aplikácie. Ďalším dôležitým trendom je smerovanie k zavedeniu jediného štandardu CAD-CAM, aby bolo možné vymieňať rôzne dátové balíčky bez oneskorenia výroby a dodania, zbytočných revízií dizajnu a ďalších problémov, ktoré naďalej vyvracajú niektoré iniciatívy CAD-CAM. Nakoniec sa softvér CAD-CAM naďalej vyvíja v takých sférach, ako je vizuálne znázornenie a integrácia modelovacích a testovacích aplikácií.

PRÍPAD PRE CAS A CAS / CAM

Koncepčne a funkčne paralelný vývoj s CAD / CAM je CAS alebo CASE, počítačom podporované softvérové inžinierstvo. Ako definuje SearchSMB.com vo svojom článku „PRÍPAD“, „PRÍPAD“ ¦ je použitie metódy pomocou počítača na organizáciu a kontrolu vývoja softvéru, najmä pri veľkých a zložitých projektoch, ktoré zahŕňajú veľa softvérových komponentov a ľudí. “ Prípad CASE sa datuje do 70. rokov, keď počítačové spoločnosti začali uplatňovať koncepty zo skúseností s CAD / CAM na zavedenie väčšej disciplíny do procesu vývoja softvéru.

Ďalšou skratkou inšpirovanou všadeprítomnou prítomnosťou CAD / CAM vo výrobnom sektore je CAS / CAM. Táto fráza znamená softvér podporovaný počítačom / počítačom podporovaný marketing. V prípade CASE aj CAS / CAM je jadrom takýchto technológií integrácia pracovných tokov a aplikácia osvedčených pravidiel na opakujúci sa proces.