Компьютерное проектирование (САПР) предполагает создание компьютерных моделей, определяемых геометрическими параметрами. Эти модели обычно появляются на мониторе компьютера как трехмерное представление детали или системы деталей, которые можно легко изменить, изменив соответствующие параметры. Системы CAD позволяют дизайнерам просматривать объекты в самых разных представлениях и тестировать эти объекты, моделируя реальные условия.
Автоматизированное производство (CAM) использует геометрические проектные данные для управления автоматизированным оборудованием. Системы CAM связаны с системами числового программного управления (ЧПУ) или прямого числового управления (DNC). Эти системы отличаются от старых форм числового управления (ЧПУ) тем, что геометрические данные кодируются механически. Поскольку и CAD, и CAM используют компьютерные методы для кодирования геометрических данных, процессы проектирования и производства могут быть высоко интегрированы. Системы автоматизированного проектирования и производства обычно называют CAD / CAM.
ИСТОКИ CAD / CAM
CAD возник из трех отдельных источников, которые также служат для выделения основных операций, которые обеспечивают системы CAD. Первый источник САПР появился в результате попыток автоматизировать процесс черчения. Эти разработки были впервые предложены исследовательскими лабораториями General Motors в начале 1960-х годов. Одним из важных преимуществ компьютерного моделирования по сравнению с традиционными методами черчения в экономии времени является то, что первые можно быстро исправить или изменить, изменив параметры модели. Второй источник САПР - это тестирование проектов с помощью моделирования. Использование компьютерного моделирования для тестирования продуктов было впервые использовано в таких высокотехнологичных отраслях, как аэрокосмическая промышленность и производство полупроводников. Третий источник развития САПР явился результатом усилий по облегчению перехода от процесса проектирования к производственному процессу с использованием технологий числового управления (ЧПУ), которые к середине 1960-х годов широко использовались во многих приложениях. Именно этот источник привел к увязке CAD и CAM. Одна из наиболее важных тенденций в технологиях CAD / CAM - это все более тесная интеграция между этапами проектирования и производства производственных процессов на основе CAD / CAM.
Разработка CAD и CAM и, в частности, взаимосвязь между этими двумя компонентами позволила преодолеть традиционные недостатки ЧПУ в стоимости, простоте использования и скорости, позволив проектировать и производить детали с использованием одной и той же системы кодирования геометрических данных. Это нововведение значительно сократило период между проектированием и производством и значительно расширило объем производственных процессов, для которых можно было экономично использовать автоматизированное оборудование. Не менее важно, что CAD / CAM предоставил проектировщику гораздо более прямой контроль над производственным процессом, создавая возможность полностью интегрировать процессы проектирования и производства.
Быстрый рост использования технологий CAD / CAM после начала 1970-х годов стал возможен благодаря разработке массовых кремниевых чипов и микропроцессоров, что привело к появлению более доступных компьютеров. Поскольку цена компьютеров продолжала снижаться, а их вычислительная мощность увеличивалась, использование CAD / CAM расширилось от крупных фирм, использующих методы крупномасштабного массового производства, до фирм всех размеров. Также расширился объем операций, в которых применялся CAD / CAM. В дополнение к формованию деталей с помощью традиционных процессов станков, таких как штамповка, сверление, фрезерование и шлифование, CAD / CAM стали использовать фирмы, занимающиеся производством бытовой электроники, электронных компонентов, формованных пластиков и множества других продуктов. . Компьютеры также используются для управления рядом производственных процессов (таких как химическая обработка), которые строго не определены как CAM, поскольку данные управления не основаны на геометрических параметрах.
Используя САПР, можно моделировать в трех измерениях движение детали в производственном процессе. Этот процесс может моделировать скорости подачи, углы и скорости станков, положение зажимов, удерживающих детали, а также диапазон и другие ограничения, ограничивающие работу станка. Постоянное развитие моделирования различных производственных процессов является одним из ключевых средств, с помощью которых системы CAD и CAM становятся все более интегрированными. Системы CAD / CAM также облегчают общение между теми, кто участвует в проектировании, производстве и других процессах. Это особенно важно, когда одна фирма заключает контракт с другой на разработку или производство компонента.
ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ
Моделирование с помощью систем САПР предлагает ряд преимуществ по сравнению с традиционными методами черчения, в которых используются линейки, квадраты и циркуль. Например, дизайн можно изменять без стирания и перерисовки. Системы CAD также предлагают функции «масштабирования», аналогичные объективам камеры, с помощью которых дизайнер может увеличивать определенные элементы модели для облегчения проверки. Компьютерные модели обычно трехмерны и могут вращаться по любой оси, так же, как можно вращать настоящую трехмерную модель в руке, что позволяет дизайнеру получить более полное представление об объекте. Системы САПР также позволяют моделировать чертежи в разрезе, в которых раскрывается внутренняя форма детали, и иллюстрировать пространственные отношения между системой деталей.
Чтобы понять САПР, также полезно понять, чего САПР не умеет. В САПР нет средств для понимания реальных концепций, таких как природа проектируемого объекта или функция, которую этот объект будет выполнять. Системы CAD функционируют благодаря своей способности кодифицировать геометрические концепции. Таким образом, процесс проектирования с использованием САПР включает перевод дизайнерской идеи в формальную геометрическую модель. Усилия по развитию компьютерного «искусственного интеллекта» (ИИ) пока не преуспели в том, чтобы выйти за рамки механического, представленного геометрическим (основанным на правилах) моделированием.
Другие ограничения САПР решаются исследованиями и разработками в области экспертных систем. Это поле получено в результате исследований, проведенных в области ИИ. Один из примеров экспертной системы включает включение информации о природе материалов - их весе, прочности на разрыв, гибкости и т. Д. - в программное обеспечение САПР. Включая эту и другую информацию, система САПР может затем «знать» то, что знает опытный инженер, когда этот инженер создает проект. Затем система могла бы имитировать образ мышления инженера и фактически «создавать» больше дизайна. Экспертные системы могут включать реализацию более абстрактных принципов, таких как природа силы тяжести и трения, или функция и соотношение часто используемых частей, таких как рычаги или гайки и болты. Экспертные системы также могут изменить способ хранения и извлечения данных в системах CAD / CAM, вытеснив иерархическую систему той, которая предлагает большую гибкость. Однако все такие футуристические концепции во многом зависят от нашей способности анализировать процессы принятия решений людьми и, если возможно, переводить их в механические эквиваленты.
Одним из ключевых направлений развития технологий САПР является моделирование производительности. Среди наиболее распространенных типов моделирования - тестирование реакции на нагрузку и моделирование процесса, с помощью которого может быть изготовлена деталь, или динамических отношений между системой деталей. В стресс-тестах поверхности модели отображаются сеткой или сеткой, которые искажаются, когда деталь подвергается моделированию физического или термического напряжения. Динамические тесты служат дополнением или заменой для создания рабочих прототипов. Легкость, с которой характеристики детали могут быть изменены, способствует развитию оптимальной динамической эффективности, как в отношении функционирования системы деталей, так и производства любой данной детали. Моделирование также используется в автоматизации проектирования электроники, в которой моделирование протекания тока через цепь позволяет проводить быстрое тестирование различных конфигураций компонентов.
Процессы проектирования и производства в некотором смысле концептуально разделены. Тем не менее, процесс проектирования должен осуществляться с пониманием природы производственного процесса. Например, проектировщику необходимо знать свойства материалов, из которых может быть изготовлена деталь, различные методы, с помощью которых деталь может быть сформирована, и масштаб производства, который является экономически целесообразным. Концептуальное совпадение между дизайном и производством наводит на мысль о потенциальных преимуществах CAD и CAM и о причине, по которой они обычно рассматриваются вместе как система.
Последние технические разработки существенно повлияли на полезность систем CAD / CAM. Например, постоянно увеличивающаяся вычислительная мощность персональных компьютеров делает их жизнеспособными в качестве средства для приложений CAD / CAM. Другой важной тенденцией является создание единого стандарта CAD-CAM, чтобы можно было обмениваться разными пакетами данных без задержек в производстве и доставке, ненужных изменений конструкции и других проблем, которые продолжают мешать некоторым инициативам CAD-CAM. Наконец, программное обеспечение CAD-CAM продолжает развиваться в таких областях, как визуальное представление и интеграция приложений моделирования и тестирования.
КОРПУС ДЛЯ CAS И CAS / CAM
Концептуально и функционально параллельным развитием CAD / CAM является CAS или CASE, автоматизированная разработка программного обеспечения. Как определено SearchSMB.com в статье «CASE», «CASE» - это использование компьютерных методов для организации и управления разработкой программного обеспечения, особенно в больших и сложных проектах с участием многих компонентов программного обеспечения и людей ». История CASE восходит к 1970-м годам, когда компьютерные компании начали применять концепции из опыта CAD / CAM, чтобы внести больше дисциплины в процесс разработки программного обеспечения.
Еще одна аббревиатура, навеянная повсеместным присутствием CAD / CAM в производственном секторе, - CAS / CAM. Эта фраза означает программное обеспечение для автоматизированных продаж / компьютерного маркетинга. В случае CASE, а также CAS / CAM, ядром таких технологий является интеграция рабочих процессов и применение проверенных правил к повторяющемуся процессу.
БИБЛИОГРАФИЯ
Эймс, Бенджамин Б. «Как CAD сохраняет простоту». Новости дизайна . 19 июня 2000 г.
«Программное обеспечение САПР работает с символами с сайта CADDetails.com». Сеть новостей о продуктах . 11 января 2006 г.
'ДЕЛО.' SearchSMB.com. Доступно по адресу http://searchsmb.techtarget.com/sDefinition/0,sid44_gci213838,00.html. Проверено 27 января 2006 г.
Кристман, Алан. «Технологические тенденции в программном обеспечении CAM». Современный механический цех . Декабрь 2005 г.
Леондес, Корнелиус, изд. «Компьютерное проектирование, проектирование и производство». Vol. 5 из Проектирование производственных систем . CRC Press, 2001.
Стейси Сидло и Майлз Остин
'Что ты имеешь в виду?' Машиностроение-CIME . Ноябрь 2005 г.
