מערכות CAD: מטרות הבריאה, הרכב ומבנה

מערכות CAD הן מערכותעיצוב בעזרת מחשב, המשמשים לביצוע מגוון הליכי עיצוב באמצעות טכנולוגיית מחשב. כמו כן, בעזרת תוכנה כזו נוצר תיעוד טכנולוגי ועיצובי עבור מבנים, מוצרים או מבנים בודדים. מערכות CAD מודרניות משמשות במגוון רחב של תחומי פעילות של אדם מודרני, וכמעט לכל אחת יש סוג ייחודי משלה של כלי עזר כאלה.

מה זה?

לעתים קרובות הקיצור CAD נחשבאנלוגי אנגלי סטנדרטי של המונח CAD, אבל למעשה זה לא לגמרי נכון. מערכות CAD אינן יכולות להיחשב כאנלוגי מן המניין של CAD כמערכת ארגונית וטכנית, שכן GOST נותן את הביטוי הזה כמקבילה באנגלית סטנדרטית למונח "תכנון בעזרת מחשב". לפיכך, המונח CAD מתורגם לאנגלית יותר כמו מערכת CAE, אך מספר מקורות זרים מצביעים על כך שהמונח CAE הוא מושג כללי הכולל שימוש בכל טכנולוגיית מחשב בעבודה הנדסית, לרבות גם CAM ו-CAD.

למה זה הכרחי?

מערכות CAD משמשות בעיקרלמקסם את היעילות והפרודוקטיביות של מהנדסים באמצעות אוטומציה מלאה של התכנון וייצור מוקדם נוסף. לפיכך, בשל השימוש בהם, היתרונות הבאים מושגים:

• זמן התכנון מצטמצם באופן משמעותי;
• כמות העבודה הנדרשת לתכנון ועיצוב מצטמצמת;
• העלות הכוללת של ייצור ועיצוב מופחתת באופן משמעותי, מה שמשפיע ישירות על עלויות התפעול;
• הגדלת הרמה הטכנית והכלכלית, כמו גם את איכות התוצאות של עבודת התכנון;
• הפחתת העלויות הנדרשות לבדיקה והדמיה בקנה מידה מלא.

כנתוני קלט מערכות CAD מודרניותלהשתמש בידע הטכני השונה של מומחים העוסקים בחידוד תוצאות, הצגת דרישות עיצוב שונות, אימות העיצוב המתקבל, שינויו ועוד הרבה דברים.

יישום אוטומטיהתכנון מתבצע כמערכת של כלי עזר יישומיים, בעזרתם מסופק עיצוב, כמו גם ציור נוסף ומידול תלת מימדי של מבנים או חלקים נפחיים ושטוחים.

ברוב המכריע של המקרים, מערכות CAD כוללות מודולים למידול מבנים תלת מימדיים, כמו גם שרטוט שרטוטים ותיעוד טקסט עיצובי שונים.

הם מסווגים בעיקר לפי מספר פרמטרים:

• מגוון וסוג החפץ הנדון;
• רמת אוטומציה של הליך התכנון;
• המורכבות של האובייקט שנוצר;
• המורכבות של תהליך האוטומציה;
• מספר המסמכים בהם נעשה שימוש;
• אופי המסמכים בהם נעשה שימוש;
• המספר הכולל של הרמות שיהיו במבנה התמיכה הטכנית.

מטרה מיוחדת

בהתאם למשימות של מערכות CAD מיושמות, הן מחולקות למספר קבוצות:

• אוטומציה של עיצוב גיאומטרי תלת מימדי או דו מימדי, וכן יצירת תיעוד טכנולוגי או עיצובי שונים.
• עיצוב ויצירה נוספת של שרטוטים.
• ביצוע דוגמנות גיאומטרית.
• אוטומציה של חישובים הנדסיים שונים, מידול דינמי, כמו גם ניתוח וסימולציה של תהליכים פיזיקליים עם אימות ואופטימיזציה של מוצרים לאחר מכן.
• תת-מחלקה של כלי CAE המשמשים לניתוח מחשב.
• אמצעים המיועדים לטכנולוגיותהכנת תהליך הייצור של מוצרים שונים, המאפשרת אוטומציה של הליך התכנות ושליטה נוספת בציוד עם GAPS או CNC.
• כלים המיועדים לאוטומציה של תהליכי התכנון של תהליכים טכנולוגיים שונים, המשמשים בצומת של מערכות CAM ו-CAD.

רוב המערכות האוטומטיותעיצוב יכול לשלב פתרון של משימות שונות המתייחסות להיבטים שונים של עיצוב - זוהי מערכת מורכבת או משולבת בתכנון בעזרת מחשב (CAD).

סיווג בינלאומי מקובל

הסיווג המודרני מחלק אותם למספר קטגוריות:

• מערכות מוכוונות ציור, שהופיעו לראשונה בשנות השבעים של המאה הקודמת, אך עדיין ניתן להשתמש בהן במצבים מסוימים;
• מערכות היוצרות מודלים אלקטרוניים תלת מימדיים של אובייקטים, שבגללם ניתן לפתור בעיות שונות הקשורות למידול עד להליך הייצור;
• מערכות התומכות ברעיון של תיאור אלקטרוני מלא של האובייקט.

הסוג האחרון הוא הטכנולוגיההבטחת פיתוח ותמיכה לאחר מכן של מודל מידע אלקטרוני לאורך כל מחזור חייו, לרבות תכנון רעיוני ומפורט, שיווק מלא, ייצור, הכנה טכנולוגית, תפעול, כמו גם סילוק ותיקון.

בספרות טכנית וחינוכית מודרנית, וכמו כן, בתקנים ממלכתיים שונים, הקיצור CAD מתפרש כ"מערכת תכנון בעזרת מחשב", אך יחד עם זאת, המושג "מערכת אוטומציה של עבודות עיצוב" מתאים כאן בצורה המדויקת ביותר, אך קשה יותר לתפוס אותו, לכן זה סדר גודל פחות נפוץ. לעתים קרובות קורה שכאשר מתכננים במערכות CAD, ניתן להבחין בפרשנות שגויה של "CAD", אם כי למעשה זה שגוי מטבעו. אל תשכח שהמושג "אוטומטי" מספק הפעלה עצמאית לחלוטין של המערכת ללא צורך בהשתתפות אנושית כלשהי, בעוד CAD עדיין דורש ביצוע של כמה משימות על ידי האדם עצמו, ואוטומציה מלאה מתייחסת רק לפרוצדורות מסוימות פעולות. .

זה גם לא לגמרי נכון להגיד את זהבתור "תוכנת עיצוב בעזרת מחשב", כפי שניתן לכנותה ממוקדת מדי. כמובן שכרגע, CAD נחשבת אך ורק כתוכנת אפליקציה הנחוצה לביצוע פעילויות עיצוב, אך למעשה, בספרות המקומית ובתקנים ממלכתיים שונים, CAD נחשב למושג רחב יותר, הכולל לא רק כלי תוכנה .

CAD ברפואת שיניים

הרוב המכריע של המודרנימרפאות שיניים משתמשות ב-CAD. מערכות CAD ברפואת שיניים משמשות לייצור תותבות איכותיות, משמשות כבר יותר מעשור לייצור תמיכה לשתלים, כתרים וכל מיני תותבות, כולם באיכות מעולה ובדיוק גבוה. המהות של טכנולוגיה זו טמונה בעובדה שבתחילה מתבצע מודל תלת מימדי של המבנה שנוצר במחשב, ורק לאחר מכן, באמצעות מודל העיצוב, הם מיוצרים על בלוק כרסום.

לפיכך, רופאי שיניים זוכים להטבות רבות באמצעות שימוש בטכנולוגיית CAD בעבודתם. מערכות CAD ברפואת שיניים משמשות לרוב כדלקמן:

• ראשית, הרופא מתרשם, שנשלח לאחר מכן למעבדה;
• לאחר הלידה, הגבס ממוקם בסורק מיוחד היוצר דגם של המוצר העתידי;
• מערכת ה-CAD נכנסת לפעולה: מודל התלת מימד מומר לקובץ מיוחד שישמש כמקור נתונים ליחידת הכרסום;
• באמצעות הקובץ המתקבל, מסגרת מיוצרת על בלוק כרסום מריק מיוחד עשוי תחמוצת זירקוניום;
• בסופו של דבר, המסגרת המתקבלת מכוסה בקפידה במסה קרמית ואפויה.

מערכות CAD/CAM ברפואת שיניים מאפשרותלייצר כתרים מזירקוניום דו חמצני, הנבדלים ממוצרים המכילים מתכת בהרבה יתרונות. כשלעצמם, למוצרים אלה אין כמעט הבדלים בצבע מהשיניים הטבעיות, שכן בחירת הגוון מתבצעת אפילו במהלך ייצור המסגרת. לאחר מכן, המסגרת מכוסה בקפידה במסה קרמית מיוחדת, בעלת מבנה שקוף ושקוף, וכוללת גם מגוון רחב למדי של צבעים בפלטה שלה, המאפשרת לייצר כתרים שנראים כמו שיניים טבעיות.

כשלעצמו, תחמוצת זירקוניום יש גבוההתאימות ביולוגית, אפילו בהשוואה למתכות יקרות, והוא חומר היפואלרגני, אשר אושר במספר מחקרים קליניים מדעיים. עם זאת, למעשה, כתרים המבוססים על מסגרות תחמוצת זירקוניום הם ללא ספק סוג המוצרים היחיד לייצור בהם נעשה שימוש במערכות CAD/CAM. מכונת CNC המבוססת על טכנולוגיות כאלה מאפשרת לייצר:

• תותבות גשר שונות;
• כתרים זמניים;
• תומכים בודדים.

בנוסף לזירקוניה שהוזכרה כבר, ניתן להשתמש במגוון רחב של חומרים בתהליך הייצור, כולל פלסטיק, שעווה, קובלט וטיטניום, כרום.

מהם היתרונות?

טכנולוגיות אלו מספקות יתרונות כגון:

• דיוק הייצור הגבוה ביותר האפשרי עם סטיות קלות;
• אוטומציה מלאה של תהליכי ייצור, אשר מבטלת כמעט לחלוטין את האפשרות של שגיאות;
• האפשרות להשתמש במגוון רחב של חומרים;
• האפשרות לבצע נהלים לדוגמנות וייצור מוצרים במקומות שונים;
• ביצועים אולטימטיביים של כל תהליכים מתמשכים.

CAD בהנדסת מכונות

נמצאה מערכת CAD (T-FLEX CAD ואחרות).נפוץ למדי בתחום הנדסת המכונות, אשר שונה בשלוש רמות - תחתון, אמצעי ועליון. חלוקה כזו הופיעה בתחילת שנות השמונים והתשעים של המאה הקודמת.

המפלס התחתון כוללמערכות CAD/CAM/CAE בעלות נמוכה, המתמקדות בעיקר בגרפיקה דו-ממדית, כלומר הן מכוונות בעיקר להבטחת אוטומציה של עבודת השרטוט. מחשבים אישיים שימשו כתמיכה טכנית למערכות CAD קלות, שכבר באותה תקופה היו נחותות משמעותית בפונקציונליות מתחנות עבודה מן המניין.

מערכות ברמה העליונה, או, כפי שהן עדיין מקובלותcall, CAD כבד, מיועד לשימוש בכל מיני מיינפריים או תחנות עבודה. מערכות כאלה התבררו כהרבה יותר צדדיות, אך יחד עם זאת היו להן עלות גבוהה למדי, והתמקדו בעיקר בדוגמנות משטח ומוצק. העיצוב של תיעוד שרטוט שונים בהם מתבצע לרוב באמצעות פיתוח מקדים של מודלים גיאומטריים תלת מימדיים מיוחדים. לאחר מכן, מערכות שבהן פונקציית הדוגמנות התלת-ממדית הוגבלה אך ורק למודלים מוצקים, כלומר אלו שתופסים עמדת ביניים בין כבד לקל, קיבלו רמה ממוצעת משלהם.

עד היום, הפיתוח של CAD כבר הובילהעובדה שכלי דוגמנות משטח מיוחדים החלו להופיע ברוב המערכות ברמה הבינונית, והפונקציות הזמינות לשימוש במחשבים אישיים הפכו מקובלות גם עבור מערכות מודרניות ברמה העליונה. בשל כך, גם אותם עקרונות השתנו, שלפיהם נעשתה בעבר ההבחנה בין מערכות בינוניות לכבדות. מערכות CAD מודרניות ברמה כבדה נקראות כעת CAE / CAD / CAM / PDM, כלומר, אלו הכוללות בו זמנית תכונות כגון:

• עיצוב טכנולוגי ועיצובי;
• ניתוח הנדסי;
• ניהול מידע על פרויקטים;
• הרכב מורחב של מודולי תוכנה מיוחדים.

לעומת זאת, מערכות בינוניות מודרניות נקראות בדרך כלל מיינסטרים, טווח בינוני או פשוט סדרתי.

ניתן לקרוא למערכות ברמה אחת על ידיהיכולות הפונקציונליות שוות בערך, מכיוון שכמה הישגים חדשים המופיעים במתחם תוכנה מסוים ומתודולוגי ייושמו בקרוב בגרסאות חדשות של אחרים. ב-CAD של חברות גדולות, לרוב נהוג לשלב מספר מערכות ברמות שונות בו זמנית. לעתים קרובות זה נובע מהעובדה שכמעט כל הליכי התכנון יכולים להתבצע על מערכות CAD ברמה בינונית ונמוכה, וחוץ מזה, כבדות יקרות מדי. מסיבה זו ארגונים קונים רישיונות של תוכנה ברמה גבוהה בכמות די מוגבלת, והרוב המכריע של בסיסי הלקוחות של היום מסופק על ידי שכבות נמוכות ובינוניות.

במקרה זה, זה קורה לעתים קרובותלמערכות CAD / CAE עשויות להיות בעיות מסוימות במונחים של חילופי מידע בינן לבין עצמן, אך בעיות כאלה נפתרות באמצעות שימוש בפורמטים ובשפות מיוחדות המותאמות בטכנולוגיות CALS, אם כי יש להתגבר על כמה קשיים כדי להבטיח שידור לא מעוות של נתונים גיאומטריים באמצעות שפות ביניים מאוחדות.

מבנה

כמו כל מערכות מורכבות אחרות, CAD כולל מספר תת-מערכות שיכולות להיות תכנון או תחזוקה.

הראשונים מעורבים ישירות ביישוםעבודות עיצוב שונות. כדוגמה לאלה, ניתן לציין תת-מערכות למידול גיאומטרי תלת מימדי של אובייקטים מכניים שונים, ניתוח מעגלים, יצירת תיעוד עיצובי או איתור חיבורי מעגלים מודפסים.

תתי מערכות שירות מיועדותעל מנת להבטיח את הביצועים הרגילים של המעצבים, והשילוב שלהם נקרא לרוב סביבת מערכת ה-CAD בקרב מומחים. כתתי-מערכות טיפוסיות של שירותים, משתמשים לרוב בבסיסי ניהול נתונים בתכנון, בתתי-מערכות שונות לפיתוח ותחזוקה של תוכנת CASE, כמו גם הכשרות שנועדו להקל על פיתוח טכנולוגיות המיושמות ב-CAD על ידי משתמשים.

מבנה לפי היבטים שונים אפשר את הופעתם של סוגי תוכנות CAD, שכיום יש רק שבעה:

• טכני, הכולל חומרה שונות;
• מתמטי, המשלב כל מיני שיטות, אלגוריתמים ומודלים מתמטיים;
• תוכנה, שהיא תוכנת מחשב CAD;
• מידע, הכולל מאגרי מידע, מערכות ניהול למאגרי מידע אלו, וכן מידע רב אחר המשמש בתהליך התכנון;
• לשוני, המתבטא בצורה של שפות תקשורת בין מחשבים ומעצבים, שפות של חילופי נתונים בין חומרת CAD ושפות תכנות;
• מתודי, הכולל כל מיני טכנולוגיות עיצוב;
• ארגוני, מבוצע בצורה של תיאורי תפקידים, טבלאות איוש ותיעוד אחר, בעזרתם מתבצעת הסדרת עבודתם של מפעלי עיצוב.

יש לציין כי מכלול המידעאשר משמש בתהליך העיצוב, מומחים מכנים את קרן המידע CAD. בסיס הנתונים הוא אוסף מסודר של מידע המשקף את המאפיינים השונים של אובייקטים ויחסיהם בתחום מסוים. הגישה למסד הנתונים לצורך לימוד, רישום ותיקון נתונים מתבצעת באמצעות ה-DBMS, והשילוב של DBMS ו-DB מכונה בדרך כלל BnD, כלומר בנק נתונים.

קפה

מערכות עיצוב CAD/CAM מסווגותעל פי מספר מאפיינים, כגון יישום, מטרה מיועדת, קנה מידה (באופן מקיף של פתרון המשימות), וכן אופי תת-המערכת הבסיסית.

לפי יישומים, בין הפופולריים והמייצגים ביותר, יש להבחין בין קבוצות ה-CAD הבאות:

• משמש בתחום ההנדסה הכללית (בשל כך הם נקראים בדרך כלל בניית מכונות);
• משמש בתחום האלקטרוניקה הרדיופונית;
• בשימוש בתחום הבנייה והאדריכלות.

בנוסף, יש גם די גדולמספר המערכות המיוחדות שהוקצו בקבוצות המפורטות, או המייצגות ענף עצמאי לחלוטין של הסיווג. כדוגמה להמחשה, ניתן לציין CAD של מעגלים משולבים גדולים, מכונות חשמליות, מטוסים ועוד מספר אחרים.

אנשים שונים בקנה מידהמתחמי תוכנה ומתודולוגיים, לרבות מתחם לבדיקת חוזק מוצרים מכאניים שונים לפי שיטת האלמנטים הסופיים או מתחם לבדיקת מעגלים אלקטרוניים וכן מערכות בעלות ארכיטקטורה ייחודית של לא רק תוכנה, אלא גם חומרה.

תת מערכת בסיס

להלן הסוגים הבאים של CAD:

• מבוסס על תת המערכת של הגיאומטרידוגמנות וגרפיקה ממוחשבת. מערכות CAD כאלה מתמקדות בעיקר ביישומים שונים שבהם עיצוב הוא הליך התכנון העיקרי, כלומר, הגדרה ברורה של צורות מרחביות, כמו גם המיקום היחסי של אובייקטים. לכן קבוצה זו כוללת מערכות CAD רבות מתחום הנדסת המכונות, המבוססות על ליבות גרפיות. כיום, די נפוץ להשתמש בליבות גרפיות מאוחדות.
• מבוסס DBMS.הם מתמקדים בעיקר באותם יישומים שבהם ניתן, על ידי ביצוע חישובים מתמטיים פשוטים יחסית, לעבד כמות גדולה מספיק של מידע. הם נמצאים לרוב ביישומים טכניים וכלכליים כמו עיצוב תכניות עסקיות, אך הם משמשים לעתים קרובות גם בעיצוב חפצים גדולים, כמו לוחות בקרה במערכות אוטומטיות.

בנוסף, קיימות גם מערכות CAD מורכבות,הכוללים תתי מערכות מכל הסוגים הקודמים. כדוגמאות טיפוסיות למערכות מורכבות כאלה, ראוי לצטט תוכנה המשמשת באופן פעיל בהנדסת מכונות מודרנית, או CAD LSI. האחרון כולל DBMS ותתי מערכות שונות לתכנון רכיבים, מעגלים פונקציונליים ולוגיים, טופולוגיית גבישים וכן בדיקות לניתוח התאמת המוצרים המיוצרים. על מנת להבטיח ניהול תקין של תוכניות מורכבות כאלה, נהוג להשתמש בסביבות מערכת מיוחדות.