Projektowanie wspomagane komputerowo

Projektowanie czołgu M1 w BRL-CAD na terminalu podłączonym do komputera PDP-11/70 ok. 1980 r. Sam program BRL-CAD rozwijany obecnie m.in. dla Linuxa jest przykładem najstarszego wciąż rozwijanego oprogramowania z kodem źródłowym na zasadach open-source^[1].

Projektowanie wspomagane komputerowo (ang. Computer Aided Design, CAD) – zastosowanie sprzętu i oprogramowania komputerowego w projektowaniu, m.in. w architektury, części maszyn, układów elektrycznych czy mebli^[2].

Znamienne dla CAD jest cyfrowe modelowanie geometryczne mające na celu opracowanie zapisu konstrukcji wyrobu (jednego obiektu technicznego lub ich układu). Definiowaną postać konstrukcyjną wyrobu tworzą jego cechy:

• wszystkie geometryczne,
• wszystkie dynamiczne,
• niektóre technologiczne (np. materiałowe).

Zbiór tych trzech rodzajów informacji stanowi zapis konstrukcji wyrobu (jego dokumentację konstrukcyjną).

Zakres CAD

Do zakresu CAD można zaliczyć (jest to umowne – w technice nie istnieją sztywne granice określające co wchodzi w zakres CAD, a co już nie)^[3]:

1. Komputerowe odwzorowanie konstrukcji, w tym:
   • modelowanie cyfrowe – tworzenie cyfrowej makiety wyrobu,
   • wykonywanie dokumentacji rysunkowej z modeli cyfrowych,
   • kreślenie – zastosowanie komputera jako rodzaju elektronicznej deski kreślarskiej – CADD.
2. Opracowywanie i zarządzanie bazami danych (elementów znormalizowanych, własności materiałowych itp.).
3. Symulacja, wizualizacja i animacja – CAID (cyfrowe prototypowanie, przygotowywanie ofertowych prezentacji fotorealistycznych itp.).

W CAD zazębiają się następujące obszary działalności inżynierskiej:

1. Optymalizacja konstrukcji i procesów (m.in. analizy kinematyczne, modelowanie przepływów itp.).
2. Wytrzymałościowe obliczenia inżynierskie (np. metodą elementów skończonych – MES).
3. Inżynieria odwrotna (ang. Reverse Engineering, RE) – skanowanie kształtów oraz struktury wewnętrznej obiektów oraz obróbka uzyskanych w ten sposób modeli cyfrowych.
4. Sieci neuronowe (algorytmy sztucznej inteligencji, w tym m.in. systemy ekspertowe – systemy doradcze wspomagające podejmowanie decyzji).
5. Edytory tekstów i arkusze kalkulacyjne w zastosowaniu do projektowania technicznego.

Przykładowy proces CAD dla nowego obiektu

Typowy, wspomagany komputerowo, proces projektowania nowego obiektu może przebiegać następująco^[4]:

• uzgodnienie w zespole projektowym ogólnej koncepcji produktu (ewentualnie sporządzenie odręcznego szkicu); możliwe jest także zeskanowanie trójwymiarowej makiety wyrobu wykonanej przez specjalistę,
• wykonanie cyfrowego modelu głównego elementu projektowanego wyrobu (najczęściej jest to element o największych gabarytach: rama, korpus, obudowa itp.),
• wykonanie cyfrowej makiety wyrobu – uzupełnienie głównego elementu o znormalizowane części z bibliotek (np. łożyska, złącza itp.); zamodelowanie brakujących części,
• przeprowadzenie obliczeń wytrzymałościowych wybranych elementów, analiza poprawności funkcjonowania (analiza kolizji), dobór materiałów na poszczególne podzespoły oraz ocena strony wizualnej, ergonomii; na tym etapie złożenie może zostać przedstawione w formie prezentacji multimedialnej (np. w formacie jt, WAF, DXF lub avi) lub może zostać wykonany model 3D technikami rapid prototyping (szybkie prototypowanie),
• wykonanie prototypu,
• wykonanie dokumentacji wymaganej przepisami prawa (np. instrukcji użytkowania, analizy ryzyka, sprawozdania z badań itp.),
• dokonanie ewentualnych poprawek i zmian w projekcie, oszacowanie kosztów wykonania,
• sporządzenie BOM (ang. Bill of Materials),
• wykonanie rysunków poszczególnych części lub opracowanie instrukcji dla obrabiarek CNC,
• wykonanie instrukcji montażu (w tym przygotowanie widoków eksplodujących (ang. exploded view)),
• wykonanie ostatecznej prezentacji multimedialnej produktu do celów marketingowych.

Dzięki CAD inżynierowie mają łatwiejszy dostęp do zasobów wiedzy, bibliotek, know-how firmy, opracowań normatywnych, przepisów prawnych i dyrektyw obowiązujących w konkretnej gałęzi przemysłu. Mogą pracować w większych zespołach nad jednym projektem (członkowie zespołu mogą być rozproszeni geograficznie). Jest to możliwe dzięki wykorzystaniu w procesie projektowania inżynierskich baz danych, w środowiskach sieciowych.

Zobacz też

• Computer Aided Engineering (CAE)
• Computer-Aided Instruction (CAI)
• komputerowe wspomaganie projektowania oprogramowania (CASE)
• komputerowe wspomaganie wytwarzania (CAM)
• Komputerowo Zintegrowane Wytwarzanie (CIM)
• mechanika komputerowa
• Building Information Modeling (BIM)

Przypisy

Bibliografia

• Maciej Sydor: Wprowadzenie do CAD. Podstawy komputerowo wspomaganego projektowania. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 2009, s. 156. ISBN 978-83-01-15822-4.

Linki zewnętrzne

• CAD w grafice inżynierskiej (materiały dydaktyczne MIMUW na studia informatyczne II stopnia)