Projektowanie wspomagane komputerowo

„CAD” i „CADD” przekierowują tutaj. Aby zapoznać się z walutą, zobacz dolar kanadyjski . W przypadku innych zastosowań zobacz Cad (ujednoznacznienie) i CADD (ujednoznacznienie) .
Przykład: rysunek CAD 2D
Przykład: model CAD 3D

Projektowanie wspomagane komputerowo ( CAD ) to wykorzystanie komputerów (lub stacji roboczych ) do pomocy w tworzeniu, modyfikacji, analizie lub optymalizacji projektu . To oprogramowanie służy do zwiększenia produktywności projektanta, poprawy jakości projektu, poprawy komunikacji poprzez dokumentację oraz do stworzenia bazy danych dla produkcji. Projekty wykonane za pomocą oprogramowania CAD są pomocne w ochronie produktów i wynalazków, gdy są wykorzystywane w patentowych . Wyjście CAD jest często w postaci plików elektronicznych do drukowania, obróbki lub innych operacji produkcyjnych. Stosowane są również terminy rysowanie wspomagane komputerowo ( CAD ) oraz projektowanie i rysowanie wspomagane komputerowo ( CADD ).

Jego zastosowanie w projektowaniu systemów elektronicznych jest znane jako elektroniczna automatyzacja projektowania ( EDA ). W projektowaniu mechanicznym nazywa się to automatyzacją projektowania mechanicznego ( MDA ), która obejmuje proces tworzenia rysunku technicznego za pomocą programów komputerowych .

Oprogramowanie CAD do projektowania mechanicznego wykorzystuje grafikę wektorową do przedstawiania obiektów tradycyjnego kreślenia lub może również tworzyć grafikę rastrową pokazującą ogólny wygląd zaprojektowanych obiektów. Obejmuje jednak coś więcej niż tylko kształty. Podobnie jak w przypadku ręcznego tworzenia rysunków technicznych i inżynierskich , dane wyjściowe CAD muszą przekazywać informacje, takie jak materiały , procesy , wymiary i tolerancje , zgodnie z konwencjami specyficznymi dla aplikacji.

CAD może być używany do projektowania krzywych i figur w przestrzeni dwuwymiarowej (2D); lub krzywe, powierzchnie i bryły w trójwymiarowej (3D).

CAD jest ważną sztuką przemysłową szeroko stosowaną w wielu zastosowaniach, w tym w przemyśle motoryzacyjnym , stoczniowym i lotniczym , projektowaniu przemysłowym i architektonicznym ( modelowanie informacji o budynku ), protetyce i wielu innych. CAD jest również szeroko stosowany do tworzenia animacji komputerowych do efektów specjalnych w filmach, reklamach i instrukcjach technicznych, często nazywanych tworzeniem treści cyfrowych DCC . Nowoczesna wszechobecność i moc komputerów oznacza, że ​​nawet butelki perfum i dozowniki szamponu są projektowane przy użyciu technik niespotykanych przez inżynierów lat 60. Ze względu na swoje ogromne znaczenie gospodarcze CAD był główną siłą napędową badań w dziedzinie geometrii obliczeniowej , grafiki komputerowej (zarówno sprzętowej, jak i programowej) oraz dyskretnej geometrii różniczkowej .

projektowanie modeli geometrycznych kształtów obiektów jest czasami nazywane projektowaniem geometrycznym wspomaganym komputerowo ( CAGD ).

Przegląd

Projektowanie wspomagane komputerowo jest jednym z wielu narzędzi wykorzystywanych przez inżynierów i projektantów i jest wykorzystywane na wiele sposobów w zależności od zawodu użytkownika i rodzaju oprogramowania.

CAD jest częścią całego działania cyfrowego rozwoju produktu (DPD) w ramach procesów zarządzania cyklem życia produktu (PLM) i jako taki jest używany razem z innymi narzędziami, które są albo zintegrowanymi modułami, albo samodzielnymi produktami, takimi jak:

CAD jest również używany do dokładnego tworzenia symulacji fotograficznych, które są często wymagane przy przygotowywaniu raportów oddziaływania na środowisko, w których wspomagane komputerowo projekty planowanych budynków są nakładane na zdjęcia istniejących środowisk, aby przedstawić, jak to miejsce będzie wyglądać, gdzie dopuszcza się budowę proponowanych obiektów. Potencjalne zablokowanie korytarzy widokowych i analizy cieni są również często analizowane za pomocą CAD.

Korzystanie z czterech właściwości, którymi są historia, funkcje, parametryzacja i ograniczenia wysokiego poziomu, jest pomocne w codziennej inżynierii. Historia budowy może być wykorzystana do przyjrzenia się cechom osobowym modelu i pracy nad pojedynczym obszarem, a nie nad całym modelem. Parametry i wiązania mogą służyć do określania rozmiaru, kształtu i innych właściwości różnych elementów modelowania. Funkcje systemu CAD można wykorzystać do różnych narzędzi do pomiarów, takich jak wytrzymałość na rozciąganie, granica plastyczności, właściwości elektryczne lub elektromagnetyczne. Również jego naprężenie, odkształcenie, czas lub sposób, w jaki element ulega wpływowi w określonych temperaturach itp.

typy

Prosta procedura odtwarzania modelu bryłowego ze szkiców 2D.
Zobacz też: Porównanie edytorów projektowania wspomaganego komputerowo

Istnieje kilka różnych typów CAD, z których każdy wymaga od operatora innego myślenia o tym, jak z nich korzystać i projektowania wirtualnych komponentów w inny sposób dla każdego.

CAD 2D

Istnieje wielu producentów systemów 2D z niższej półki, w tym wielu programów darmowych i open-source. Zapewniają one podejście do procesu rysowania bez całego zamieszania związanego ze skalą i rozmieszczeniem na arkuszu rysunkowym, które towarzyszyło rysowaniu ręcznemu, ponieważ można je dostosować zgodnie z wymaganiami podczas tworzenia ostatecznej wersji roboczej.

CAD 3D

Model szkieletowy 3D jest w zasadzie rozszerzeniem kreślenia 2D (nieczęsto dziś używanego) w trójwymiarową przestrzeń . Każda linia musi być ręcznie wstawiona do rysunku. Z produktem końcowym nie są skojarzone żadne właściwości masowe i nie można dodawać do niego bezpośrednio elementów, takich jak dziury. Operator podchodzi do nich w podobny sposób, jak do systemów 2D, chociaż wiele systemów 3D pozwala na wykorzystanie modelu szkieletowego do wykonania ostatecznych widoków rysunku technicznego.

„Głupie” bryły 3D są tworzone w sposób analogiczny do manipulacji obiektami świata rzeczywistego (obecnie nie jest to często stosowane). Podstawowe trójwymiarowe formy geometryczne (graniastosłupy, walce, kule, prostokąty) mają dodawane lub odejmowane bryły, tak jakby składały lub wycinały rzeczywiste obiekty. Z modeli można łatwo wygenerować dwuwymiarowe rzuty. Podstawowe bryły 3D zazwyczaj nie zawierają narzędzi umożliwiających łatwe poruszanie się komponentów, ustawianie ograniczeń ich ruchu lub identyfikowanie kolizji między komponentami.

Istnieją dwa rodzaje modelowania bryłowego 3D

  • Modelowanie parametryczne umożliwia operatorowi wykorzystanie tak zwanego „zamysłu projektowego”. Obiekty i funkcje są tworzone jako modyfikowalne. Wszelkie przyszłe modyfikacje można wprowadzać, zmieniając sposób tworzenia oryginalnej części. Jeśli element miał być zlokalizowany od środka części, operator powinien zlokalizować go od środka modelu. Element można zlokalizować za pomocą dowolnego obiektu geometrycznego, który jest już dostępny w części, ale takie losowe umieszczenie byłoby sprzeczne z założeniami projektowymi. Jeśli operator zaprojektuje część tak, jak ona działa, program do modelowania parametrycznego jest w stanie wprowadzić zmiany w części, zachowując zależności geometryczne i funkcjonalne.
  • Modelowanie bezpośrednie lub jawne zapewnia możliwość edytowania geometrii bez drzewa historii W przypadku modelowania bezpośredniego, gdy szkic jest używany do tworzenia geometrii, szkic jest włączany do nowej geometrii, a projektant po prostu modyfikuje geometrię bez konieczności używania oryginalnego szkicu. Podobnie jak w przypadku modelowania parametrycznego, modelowanie bezpośrednie ma możliwość uwzględnienia relacji między wybraną geometrią (np. styczność, koncentryczność).

FreeForm CAD

Najwyższej klasy systemy oferują możliwość włączenia do projektów bardziej organicznych, estetycznych i ergonomicznych funkcji. Swobodne modelowanie powierzchni jest często łączone z bryłami, aby umożliwić projektantowi tworzenie produktów, które pasują do kształtu człowieka i wymagań wizualnych, a także współpracują z maszyną.

Dalsze informacje: Problem przecięcia powierzchnia-powierzchnia

Technologia

Model CAD myszy komputerowej

Pierwotnie oprogramowanie dla systemów CAD było tworzone w językach komputerowych, takich jak Fortran , ALGOL , ale wraz z rozwojem metod programowania obiektowego radykalnie się to zmieniło. Typowy nowoczesny modeler parametryczny oparty na cechach i powierzchni o dowolnym kształcie są zbudowane wokół wielu kluczowych modułów C z własnymi interfejsami API . System CAD można postrzegać jako zbudowany z interakcji graficznego interfejsu użytkownika (GUI) z danymi geometrii NURBS lub reprezentacji granic (B-rep) za pośrednictwem jądra modelowania geometrycznego . Silnik ograniczeń geometrii może być również wykorzystany do zarządzania relacjami asocjacyjnymi między geometrią, takimi jak geometria szkieletowa w szkicu lub komponenty w zespole.

Nieoczekiwane możliwości tych relacji asocjacyjnych doprowadziły do ​​powstania nowej formy prototypowania zwanej prototypowaniem cyfrowym . W przeciwieństwie do fizycznych prototypów, które wiążą się z czasem produkcji w projekcie. To powiedziawszy, modele CAD mogą być generowane przez komputer po zeskanowaniu fizycznego prototypu za pomocą przemysłowego skanera CT . W zależności od charakteru działalności, prototypy cyfrowe lub fizyczne mogą być wstępnie wybrane zgodnie z konkretnymi potrzebami.

Obecnie systemy CAD istnieją dla wszystkich głównych platform ( Windows , Linux , UNIX i Mac OS X ); niektóre pakiety obsługują wiele platform.

Obecnie większość programów CAD nie wymaga specjalnego sprzętu. Jednak niektóre systemy CAD mogą wykonywać zadania wymagające dużej mocy obliczeniowej i graficznej, dlatego może być zalecana nowoczesna karta graficzna , szybkie (i prawdopodobnie wiele) procesory oraz duża ilość pamięci RAM .

Interfejs człowiek-maszyna odbywa się zazwyczaj za pomocą myszy komputerowej , ale może również odbywać się za pomocą pióra i cyfrowego tabletu graficznego . Manipulacja widokiem modelu na ekranie czasami odbywa się również za pomocą Spacemouse/SpaceBall . Niektóre systemy obsługują również okulary stereoskopowe do oglądania modelu 3D . Technologie, które w przeszłości ograniczały się do większych instalacji lub specjalistycznych aplikacji, stały się dostępne dla szerokiego grona użytkowników. Należą do nich CAVE lub HMD oraz urządzenia interaktywne, takie jak technologia wykrywania ruchu

Oprogramowanie

Zobacz też: Historia oprogramowania CAD

Począwszy od połowy lat sześćdziesiątych, wraz z systemem IBM Drafting System, systemy projektowania wspomaganego komputerowo zaczęły zapewniać więcej możliwości niż tylko możliwość odtworzenia ręcznego szkicowania za pomocą elektronicznego szkicowania, oczywiste stały się korzyści dla firm związane z przejściem na CAD. Zaletą systemów CAD w porównaniu z ręcznym kreśleniem są możliwości, które w dzisiejszych systemach komputerowych są często uważane za oczywiste; automatyczne generowanie zestawień materiałowych , automatyczne układanie w układach scalonych , sprawdzanie kolizji i wiele innych. Ostatecznie CAD dał projektantowi możliwość wykonywania obliczeń inżynierskich. Podczas tego przejścia obliczenia były nadal wykonywane ręcznie lub przez osoby, które potrafiły obsługiwać programy komputerowe. CAD był rewolucyjną zmianą w branży inżynieryjnej, w której role kreślarzy, projektantów i inżynierów zaczynają się łączyć. Nie wyeliminował działów tak bardzo, jak je połączył i wzmocnił kreślarzy, projektantów i inżynierów. CAD jest przykładem wszechobecnego wpływu, jaki komputery zaczęły wywierać na przemysł. Obecne pakiety oprogramowania do projektowania wspomaganego komputerowo obejmują zarówno systemy kreślarskie 2D oparte na wektorach , jak i narzędzia do modelowania brył i powierzchni 3D . Nowoczesne pakiety CAD mogą również często umożliwiać obrót w trzech wymiarach, umożliwiając oglądanie zaprojektowanego obiektu pod dowolnym kątem, nawet od wewnątrz, patrząc na zewnątrz. Niektóre programy CAD umożliwiają dynamiczne modelowanie matematyczne.

Technologia CAD jest wykorzystywana do projektowania narzędzi i maszyn oraz do kreślenia i projektowania wszelkiego rodzaju budynków, od małych typów mieszkalnych (domów) po największe obiekty handlowe i przemysłowe (szpitale i fabryki).

CAD jest używany głównie do szczegółowej inżynierii modeli 3D lub rysunków 2D komponentów fizycznych, ale jest również używany w całym procesie inżynieryjnym, od projektu koncepcyjnego i układu produktów, poprzez analizę wytrzymałościową i dynamiczną zespołów, po określenie metod produkcji komponentów. Może być również używany do projektowania obiektów, takich jak biżuteria, meble, urządzenia itp. Ponadto wiele aplikacji CAD oferuje obecnie zaawansowane możliwości renderowania i animacji, dzięki czemu inżynierowie mogą lepiej wizualizować projekty swoich produktów. 4D BIM to rodzaj wirtualnej symulacji inżynierii budowlanej, zawierającej informacje związane z czasem lub harmonogramem do zarządzania projektem.

CAD stał się szczególnie ważną technologią w zakresie technologii wspomaganych komputerowo , z korzyściami takimi jak niższe koszty rozwoju produktu i znacznie skrócony cykl projektowania . CAD umożliwia projektantom układanie i opracowywanie prac na ekranie, drukowanie ich i zapisywanie do przyszłej edycji, oszczędzając czas na rysunkach.

Oprogramowanie do zarządzania licencjami

Na początku 2000 roku niektórzy dostawcy oprogramowania systemów CAD mogli dostarczać swoje dystrybucje z dedykowanym oprogramowaniem do zarządzania licencjami, które może kontrolować, jak często lub ilu użytkowników może korzystać z systemu CAD. Może działać na komputerze lokalnym (poprzez ładowanie z lokalnego urządzenia pamięci masowej) lub na serwerze plików w sieci lokalnej i zwykle jest powiązany z określonym adresem IP w tym drugim przypadku.

Lista pakietów oprogramowania

Oprogramowanie CAD umożliwia inżynierom i architektom projektowanie, kontrolę i zarządzanie projektami inżynierskimi w zintegrowanym graficznym interfejsie użytkownika (GUI) w systemie komputera osobistego . Większość aplikacji obsługuje modelowanie bryłowe z reprezentacją granic (B-Rep) i geometrią NURBS , a także umożliwia publikowanie tego samego w różnych formatach. Jądro modelowania geometrycznego to składnik oprogramowania, który udostępnia funkcje modelowania brył i modelowania powierzchni w aplikacjach CAD. [ potrzebne źródło ]

Ze statystyk rynkowych wynika, że ​​w branży CAD dominuje komercyjne oprogramowanie firm Autodesk, Dassault Systems, Siemens PLM Software i PTC. Poniżej znajduje się lista głównych aplikacji CAD, pogrupowanych według statystyk użytkowania.

Oprogramowanie komercyjne

Oprogramowanie typu open source

Darmowe

Jądra CAD

Zobacz też

Linki zewnętrzne

Pobrane z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Computer-aided_design&oldid=1139304056 ”