Számítógéppel segített tervezés - Computer-aided design

A "CAD" és a "CADD" átirányítás ide. A valutát lásd a kanadai dollárban . A többi felhasználásról lásd: Cad (egyértelműsítés) és CADD (egyértelműsítés) .
Példa: 2D CAD rajz
Példa: 3D CAD modell

A számítógépes tervezés ( CAD ) a számítógépek használata (vagymunkaállomások ), hogy segítsenek egytervlétrehozásában, módosításában, elemzésében vagy optimalizálásában. Ezt a szoftvert a tervező termelékenységének növelésére, a tervezés minőségének javítására, a kommunikáció dokumentációval történő javítására és a gyártáshoz szükséges adatbázis létrehozására használják. A CAD szoftverrel készített tervek hasznosak a termékek és találmányok védelmében, haszabadalmibejelentésekbenhasználják őket. A CAD kimenet gyakran elektronikus fájlok formájában történik nyomtatáshoz, megmunkáláshoz vagy más gyártási műveletekhez. ACADD(számítógépes tervezés és tervezés) kifejezést is használják.

Használata az elektronikus rendszerek tervezésében elektronikus tervezési automatizálás ( EDA ) néven ismert . A mechanikai tervezésben mechanikus tervezési automatizálás ( MDA ) vagy számítógépes tervezés ( CAD ) néven ismert, amely magában foglalja a műszaki rajz számítógépes szoftver használatával történő létrehozásának folyamatát .

A mechanikus tervezéshez használt CAD szoftver vagy vektor alapú grafikát használ a hagyományos rajzolás tárgyainak ábrázolására, vagy raszteres grafikákat is készíthet, amelyek a tervezett tárgyak általános megjelenését mutatják. Ez azonban nemcsak formákat foglal magában. Akárcsak a műszaki és műszaki rajzok manuális elkészítésekor , a CAD kimenetének is információt kell adnia, például anyagokat , folyamatokat , méreteket és tűréseket , az alkalmazás-specifikus egyezmények szerint.

A CAD használható görbék és ábrák tervezésére kétdimenziós (2D) térben; vagy görbék, felületek és szilárd anyagok háromdimenziós (3D) térben.

A CAD fontos ipari művészet, amelyet széles körben használnak számos alkalmazásban, beleértve az autóipart , a hajógyártást és a repülőgépipart , az ipari és építészeti tervezést , a protetikát és még sok mást. A CAD -t széles körben használják számítógépes animációk készítésére is speciális effektusokhoz filmekben, reklámokban és műszaki kézikönyvekben, amelyeket gyakran DCC digitális tartalom létrehozásának neveznek . A számítógépek mindennapos jelenléte és ereje azt jelenti, hogy még a parfümpalackokat és a samponadagolókat is az 1960 -as évek mérnökei által nem ismert technikákkal tervezték. Óriási gazdasági jelentősége miatt a CAD fő hajtóereje volt a számítási geometria , a számítógépes grafika (hardver és szoftver) és a diszkrét differenciálgeometria kutatásának .

Különösen az objektumformák geometriai modelljeinek tervezését időnként számítógépes geometriai tervezésnek ( CAGD ) nevezik .

Történelem

Lásd még: A CAD szoftver története

A CAD szoftver áttekintése

A hatvanas évek közepétől kezdve az IBM Drafting System segítségével a számítógépes tervezési rendszerek több lehetőséget nyújtottak, mint csupán a kézi rajzolás elektronikus reprodukcióval történő reprodukálásának képességét, és nyilvánvalóvá vált a vállalatok CAD-ra való áttérésének költség-haszna. A CAD rendszerek előnyei a kézi szerkesztéssel szemben azok a képességek, amelyeket ma gyakran magától értetődőnek tartanak a számítógépes rendszerek; anyagjegyzékek automatizált előállítása , automatikus elrendezés az integrált áramkörökben , interferencia -ellenőrzés és még sok más. Végül a CAD lehetővé tette a tervező számára a mérnöki számítások elvégzését. Ezen átmenet során a számításokat még kézzel vagy számítógépes programokat futtató személyekkel végezték. A CAD forradalmi változás volt a mérnöki iparban, ahol a rajzolók, tervezők és mérnöki szerepek összeolvadnak. Nem szüntette meg az osztályokat annyira, mint egyesítette az osztályokat, és felhatalmazta a tervezőket, tervezőket és mérnököket. A CAD egy példa arra, hogy a számítógépek milyen hatást gyakoroltak az iparágra. A jelenlegi számítógépes tervező szoftvercsomagok a 2D vektor alapú rajzolórendszerektől a 3D szilárd és felületi modellezőkig terjednek . A modern CAD csomagok gyakran lehetővé teszik a háromdimenziós elforgatást is, lehetővé téve a tervezett objektum tetszőleges szögből való megtekintését, még belülről is. Néhány CAD szoftver képes dinamikus matematikai modellezésre.

A CAD technológiát használják a szerszámok és gépek tervezésében, valamint minden típusú épület tervezésében és tervezésében, a kis lakóépülettől (ház) a legnagyobb kereskedelmi és ipari szerkezetig (kórházak és gyárak).

A CAD -t elsősorban 3D modellek vagy fizikai alkatrészek 2D -s rajzainak részletes tervezésére használják, de a tervezési folyamat során is használják, a termékek koncepcionális tervezésétől és elrendezésétől, a szerelvények szilárdságának és dinamikus elemzésén át az alkatrészek gyártási módszereinek meghatározásáig. Ezenkívül olyan tárgyak tervezésére is használható, mint ékszerek, bútorok, készülékek stb. Továbbá sok CAD -alkalmazás most fejlett megjelenítési és animációs képességeket kínál, így a mérnökök jobban megjeleníthetik termékterveiket. A 4D BIM a virtuális építéstechnikai szimuláció egy típusa, amely idő- vagy ütemterv-információkat tartalmaz a projektmenedzsmenthez.

A CAD különösen fontos technológiává vált a számítógéppel támogatott technológiák körében , előnyökkel, például alacsonyabb termékfejlesztési költségekkel és jelentősen lerövidített tervezési ciklussal . A CAD lehetővé teszi a tervezők számára a képernyőn végzett munkák elrendezését és fejlesztését, kinyomtatását és mentését a későbbi szerkesztéshez, ezzel időt takarítva meg rajzaikon.

Felhasználások

A számítógépes tervezés a mérnökök és tervezők által használt számos eszköz egyike, és a felhasználó szakmájától és a szóban forgó szoftver típusától függően sokféleképpen használják.

A CAD a teljes termékfejlesztési (DPD) tevékenység része a termék életciklus-kezelési (PLM) folyamataiban, és mint ilyen, más eszközökkel együtt használják, amelyek vagy integrált modulok, vagy önálló termékek, például:

A CAD-t a környezeti hatásokról szóló jelentések elkészítéséhez gyakran szükséges fotósimulációk pontos létrehozására is használják, amelyekben a tervezett épületek számítógépes terveit a meglévő környezetekről készült fényképekre helyezik, hogy megmutassák, milyen lesz az adott terület, ahol a javasolt létesítmények építése megengedett. A látófolyosók és az árnyékvizsgálatok esetleges elzáródását is gyakran elemzik a CAD használatával.

A CAD a mérnökök számára is hasznosnak bizonyult. Négy tulajdonság használatával: előzmények, szolgáltatások, paraméterezés és magas szintű korlátozások. Az építési előzmények segítségével visszatekinthetünk a modell személyes jellemzőire, és nem az egész modellre, hanem egyetlen területen dolgozhatunk. Paraméterekkel és korlátozásokkal lehet meghatározni a különböző modellező elemek méretét, alakját és egyéb tulajdonságait. A CAD rendszer jellemzői felhasználhatók különféle mérési eszközökhöz, például szakítószilárdsághoz, folyáshatárhoz, elektromos vagy elektromágneses tulajdonságokhoz. Szintén a feszültsége, húzódása, időzítése , vagy az, hogy az elem hogyan érinti bizonyos hőmérsékleteket, stb.

Típusok

Egy egyszerű eljárás egy szilárd modell újratelepítésére 2D vázlatokból.
Lásd még: Számítógépes tervezőszerkesztők összehasonlítása

Számos különböző típusú CAD létezik, amelyek mindegyike megköveteli az üzemeltetőtől, hogy másként gondolkodjon a használatukról, és mindegyikhez más -más módon tervezze meg virtuális összetevőit.

Sok termelője van az alsó kategóriás 2D rendszereknek, köztük számos ingyenes és nyílt forráskódú programnak. Ezek lehetővé teszik a rajzolás folyamatának megközelítését, anélkül, hogy minden gondot okozna a skála és a kézi rajzolás kísérő rajzlapon való elhelyezése, mivel ezek a végleges vázlat létrehozása során szükség szerint módosíthatók.

A 3D drótváz alapvetően a 2D -s rajzolás kiterjesztése (ma nem gyakran használják). Minden sort manuálisan kell beilleszteni a rajzba. A végtermékhez nem tartoznak tömegtulajdonságok, és nem tartalmazhatnak közvetlenül hozzáadott tulajdonságokat, például lyukakat. Ezeket a kezelő a 2D rendszerekhez hasonló módon közelíti meg, bár sok 3D rendszer lehetővé teszi a drótvázas modell használatát a végső mérnöki rajz nézetek elkészítéséhez.

A 3D "néma" szilárd anyagokat a valós tárgyak manipulációival analóg módon hozzák létre (ma nem gyakran használják). Az alapvető háromdimenziós geometriai formákhoz (prizmák, hengerek, gömbök, téglalap) szilárd térfogatokat adnak hozzá vagy vonnak ki belőlük, mintha valós tárgyakat szerelnének össze vagy vágnának le. A modellekből könnyen létrehozhatók kétdimenziós vetített nézetek. Az alapvető 3D szilárdtestek általában nem tartalmaznak olyan eszközöket, amelyek lehetővé teszik az alkatrészek mozgását, korlátozzák mozgásukat vagy azonosítják az alkatrészek közötti interferenciát.

Kétféle 3D szilárd modellezés létezik

  • A paraméteres modellezés lehetővé teszi a kezelő számára az úgynevezett "tervezési szándék" használatát. Az objektumok és jellemzők módosíthatók. A jövőbeni módosítások végrehajthatók az eredeti alkatrész létrehozásának módjának megváltoztatásával. Ha egy funkciót az alkatrész középpontjától akartak elhelyezni, a kezelőnek a modell közepétől kell megkeresnie. A funkció megtalálható bármely, az alkatrészben már rendelkezésre álló geometriai objektum használatával, de ez a véletlenszerű elhelyezés meghiúsítja a tervezési szándékot. Ha a kezelő megtervezi az alkatrészt működése közben, akkor a paraméteres modellező képes változtatni az alkatrészen, miközben megtartja a geometriai és funkcionális kapcsolatokat.
  • A közvetlen vagy explicit modellezés lehetővé teszi a geometria szerkesztését előzményfa nélkül A közvetlen modellezéssel, miután a vázlatot felhasználták a geometria létrehozásához, a vázlatot beépítették az új geometriába, és a tervező csak módosítja a geometriát, anélkül, hogy az eredeti vázlatra lenne szükség. A parametrikus modellezéshez hasonlóan a közvetlen modellezés is képes a kiválasztott geometria (pl. Érintés, koncentricitás) közötti összefüggések beépítésére.

A csúcskategóriás rendszerek lehetővé teszik, hogy szervesebb, esztétikusabb és ergonómikusabb jellemzőket építsenek be a tervekbe. A szabad formájú felületmodellezést gyakran szilárd anyagokkal kombinálják, hogy a tervező olyan termékeket hozzon létre, amelyek megfelelnek az emberi formának és a vizuális követelményeknek, valamint illeszkednek a géphez.

Technológia

A számítógépes egér CAD modellje

Eredetileg a CAD rendszerek szoftverét olyan számítógépes nyelvekkel fejlesztették ki, mint a Fortran , az ALGOL, de az objektum-orientált programozási módszerek fejlődésével ez gyökeresen megváltozott. A tipikus, modern, paraméteres, szolgáltatás-alapú modellező és szabad formájú felületrendszerek számos kulcsfontosságú C modul köré épülnek, saját API-kkal . A CAD rendszer lehet tekinteni, mint épül fel a kölcsönhatás egy grafikus felhasználói felület (GUI) a NURBS geometriájú vagy határfelület-ábrázolások (B-rep) adatok segítségével egy geometriai modellezés kernel . A geometria megszorító motorja szintén alkalmazható a geometria közötti asszociatív kapcsolatok kezelésére, például a vázlat drótváz -geometriája vagy az összeállítás alkatrészei.

Ezen asszociatív kapcsolatok váratlan képességei a prototípus új formájához vezettek, amelyet digitális prototípusnak neveznek . Ellentétben a fizikai prototípusokkal, amelyek gyártási időt igényelnek a tervezés során. Ennek ellenére a számítógép előállíthatja a CAD modelleket, miután a fizikai prototípust ipari CT -szkennelő gép segítségével szkennelték . A vállalkozás jellegétől függően a digitális vagy fizikai prototípusok kezdetben az egyedi igényeknek megfelelően választhatók.

Ma már léteznek CAD rendszerek az összes nagyobb platformra ( Windows , Linux , UNIX és Mac OS X ); egyes csomagok több platformot támogatnak.

Jelenleg a legtöbb CAD szoftverhez nincs szükség speciális hardverre. Néhány CAD rendszer azonban képes grafikus és számításigényes feladatok elvégzésére, ezért ajánlott egy modern grafikus kártya , nagy sebességű (és esetleg több) CPU és nagy mennyiségű RAM .

Az ember-gép interfész általában számítógépes egéren keresztül, de lehet tollon és grafikus táblagépen keresztül is . A modell nézetének manipulálása a képernyőn néha Spacemouse/SpaceBall használatával is történik . Egyes rendszerek sztereoszkópikus szemüveget is támogatnak a 3D modell megtekintéséhez . Azok a technológiák, amelyek korábban csak nagyobb telepítésekre vagy speciális alkalmazásokra korlátozódtak, a felhasználók széles csoportja számára elérhetővé váltak. Ide tartoznak a CAVE vagy a HMD-k és az interaktív eszközök, például a mozgásérzékelő technológia

Szoftver

A CAD szoftver lehetővé teszi a mérnökök és építészek számára, hogy személyi számítógépes rendszeren integrált grafikus felhasználói felületen (GUI) keresztül tervezzenek, vizsgáljanak és irányítsanak mérnöki projekteket . A legtöbb alkalmazás támogatja a szilárd modellezést a határábrázolással (B-Rep) és a NURBS geometriával, és lehetővé teszi, hogy ugyanazt különböző formátumokban tegyék közzé. A geometriai modellező kernel olyan szoftverkomponens, amely szilárd modellezési és felületmodellezési funkciókat biztosít a CAD alkalmazásokhoz.

A piaci statisztikák alapján az Autodesk, a Dassault Systems, a Siemens PLM Software és a PTC kereskedelmi szoftverei uralják a CAD -iparágat. Az alábbiakban felsoroljuk a főbb CAD -alkalmazásokat, felhasználási statisztikák szerint csoportosítva.

Kereskedelmi

Ingyenes és nyílt forráskódú

CAD kernelek

Lásd még

Hivatkozások

Külső linkek