Systemy CAD – od techniki rastrowej po chmurę, AI i VR cz. 1

493

Według Platformy Przemysłu Przyszłości: Pierwszy system CAD (ang. Computer Aided Design) został opracowany w późnych latach 60 przez Pierre’a Béziera, inżyniera z firmy Renault. Zaproponowane rozwiązanie zostało stworzone na podstawie baz wiedzy (tj. norm i bibliotek zunifikowanych elementów). Kolejne wersje programów CAD wymagały zastosowania komputerów o dużych rozmiarach (co wiązało się ze znacznymi kosztami), dlatego były one stosowane głównie w branżach: militarnej, stoczniowej oraz energetycznej.

(Projektowanie prototypu czołgu M1 Abrams w BRL-CAD na terminalu podłączonym do komputera PDP-11/70, zdjęcie z ok.1980 roku – źr. Mike Muuss / U.S. Army Research Laboratory ) 

Systemy Computer Aided Design osiągnęły wyższy poziom zaawansowania w drugiej połowie lat 80 dzięki miniaturyzacji, spadkowi cen i zwiększeniu mocy obliczeniowej komputerów. W ten sposób projektowanie CAD rozprzestrzeniło się na inne dziedziny przemysłu i przeniosło dokumentację techniczną z desek kreślarskich do formy zapisu cyfrowego. Utworzono wówczas rozbudowane interfejsy do graficznej komunikacji z użytkownikiem, a także zaczęły pojawiać się kolejne programy CAD do tworzenia dokumentacji technicznej. Coraz więcej firm decydowało się na stosowanie komputerowego wspomagania projektowania, żeby podnosić wydajność, dokładność i skracać czas produkcji.

Technika rastrowa, grafika wektorowa – rodzaje systemów CAD

CAD jest oprogramowaniem, które przy pomocy komputera umożliwia tworzenie projektów 2D, 3D, dokumentacji technicznej, obliczeń oraz podstawowych analiz. Do dziś stanowi w firmach projektowych główne narzędzie wspomagające. Najprostsze systemy tego typu działają w technice rastrowej, umożliwiając przeniesienie projektu z wersji papierowej do pamięci komputera. Rastrowe narzędzia CAD nie wymagają dużej mocy obliczeniowej, bo zajmują się nieskomplikowanymi rozwiązaniami. Bardziej zaawansowane oprogramowanie wykorzystuje grafikę wektorową. Wśród wielu rodzajów podobnych systemów są takie, które pozwalają, poza samym tworzeniem dokumentacji płaskiej i modeli 3D, wykonanie symulacji dynamicznej oraz obliczeń wytrzymałościowych. Istnieje tu możliwość opracowania i generowania części maszyn, automatycznych przekrojów, instalacji rurowych, instalacji elektrycznych, projektów architektonicznych, projektów geodezyjnych itd. Niektóre programy zawierają moduł do fotorealistycznej wizualizacji i animacji obiektów 3D. Można wówczas przedstawić klientowi zrenderowany prototyp i jego zachowanie w ruchu.

(graf. Pixabay)

Tryby pracy i zalety projektowania wspomaganego komputerowo

Komputerowe wspomaganie projektowania pozwala pracować w kilku trybach, np.:

  • modelowanie szkieletowe – z widocznymi liniami i łukami zarysów opracowanych obiektów,
  • kreślenie 2D – tryb wykorzystuje płaskie elementy geometryczne, takie jak punkty, linie, krzywe, kształty i inne, w tym przypadku tworzona jest dokumentacja techniczna opisującą szczegółowo dowolny element w formie grafiki wektorowej,
  • modelowanie powierzchniowe – tworzenie poprzez łączenie powierzchni 3D opisujących geometrię modelu,
  • modelowanie bezpośrednie – daje możliwość zmiany geometrii bez konieczności posiadania drzewa historii,
  • modelowanie bryłowe 3D – w odróżnieniu od modeli powierzchniowych modele bryłowe mogą mieć dodatkowe właściwości (m.in. ciężar, objętość, gęstość), są stosowane jako cyfrowe prototypy do badań projektów inżynierskich np. MES (ang. Manufacturing Execution System), modele bryłowe umożliwiają tworzenie adaptacyjnych zespołów i części, wykorzystując parametryczność, w takim przypadku program pozwala wykonać animacje i symulacje oraz przeprowadzać analizę kinematyczną, da się również pracować w trybie pojedynczego pliku i w trybie współdzielonym, w którym zespół konstruktorów obserwuje zmiany wprowadzane przez innych członków zespołu.
(graf. Pixabay)

Do najważniejszych zalet systemu CAD należy zaliczyć:

  • poprawę jakości produktu,
  • zmniejszenie kosztów projektu,
  • uzyskanie cyfrowego prototypu,
  • eliminację liczby błędów w projektowaniu i produkcji,
  • zwiększenie efektywności projektowania,
  • wzrost wydajności konstruktora,
  • usprawnienie zarządzania dokumentacją projektową.