Komputerowe wspomaganie projektowania ang. Computer-Aided Design, Computer Aided Design, CAD

Komputerowe wspomaganie projektowania (projektowanie wspomagane komputerowo, komputerowo wspomagane projektowanie) – zastosowanie sprzętu i oprogramowania komputerowego w projektowaniu technicznym. Metodyka CAD znajduje zastosowanie między innymi w inżynierii mechanicznej, elektrycznej, budowlanej. 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).

Spis treści

Zakres CAD

Do zakresu CAD można zaliczyć (jest to oczywiście umowne – w technice nie istnieją sztywne granice określające co wchodzi w zakres CAD, a co już nie)[1]:
  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.).


Z CAD częściowo pokrywają 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.


Ogólna budowa pakietów CAD

Typowe pakiety CAD składają się z kilku modułów (programów). Zazwyczaj są to osobne jednostki programowe, widziane przez system operacyjny komputera jako niezależne pliki. Do najbardziej znanych modułów zaliczyć można:[2]
  • preprocesor - ułatwia wprowadzanie danych przez użytkownika, np. moduł modelowania graficznego, który pozwala na dialogowe wprowadzanie cech konstrukcyjnych w formie graficznej i zapisanie ich w pamięci komputera w formie binarnej;
  • solver – pozwala na realizację wszelkich wymaganych obliczeń, np. dynamicznych, wytrzymałościowych
  • postprocesor - pozwala na wyprowadzenie wyników obliczeń w formie najbardziej komunikatywnej dla użytkownika, przede wszystkim w postaci graficznej;
  • baza danych – wyróżnić można bazę danych stałych, której użytkownik nie może zmieniać i wymazać oraz bazę danych zmiennych, która jest automatycznie uzupełniana przez system w miarę postępowania sesji komputerowej i podejmowania przez użytkownika kolejnych decyzji akceptujących
  • biblioteka procedur - są przewidziane do używania w kilku modułach
  • główny program zarządzający - pozwala użytkownikowi sterować przebiegiem procesu obliczeń, wprowadzanie nowych danych, obsługę przerwań,itp.


Przykładowy proces CAD dla nowego obiektu

Typowy, wspomagany komputerowo, proces projektowania nowego obiektu może przebiegać następująco:[3]
  • uzgodnienie w zespole projektowym ogólnej koncepcji produktu (ewentualnie sporządzenie odręcznego szkicu); możliwe jest także zeskanowanie trójwymiarowej makiety wyrobu wykonanej przez artystę,
  • 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 wymaganej 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.

Uwagi

Aplikacje, które zaprojektowane zostały jako komputerowe deski kreślarskie (ang. Computer Aided Design and Drafting, CADD) w chwili obecnej nie można już zaliczyć do oprogramowania wspomagającego projektowanie.

Zobacz też

Linki zewnętrzne

Polskie Stowarzyszenie Upowszechniania Komputerowych Systemów Inżynierskich "ProCAx"

Bibliografia

  • Komputerowe wspomaganie projektowania na Wikipedii pl
  • Computer-aided design na Wikipedii en
  • CAD na Encyklopedii Zarządzania
  • Maciej Sydor: Wprowadzenie do CAD. Podstawy komputerowo wspomaganego projektowania, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2009, s.156, ISBN:978-83-01-15822-4
  • Wojciech Tarnowski (red.): Komputerowe wspomaganie projektowania: laboratorium, Wyższa Szkoła Inżynierska, Koszalin 1991.
  • T. Winkler: Komputerowy zapis konstrukcji, Wydawnictwa Naukowo- Techniczne, Warszawa 1997.
  • P. Nowakowski: Wybrane techniki komputerowe w projektowaniu i wytwarzaniu, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2006.
  • M. Miecielica, W. Wiśniewski: Komputerowe wspomaganie projektowania procesów technologicznych, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2005
  • Jan Bis: Komputerowe wspomaganie projektowania CAD: podstawy, Rea, Warszawa 2008
ostatnia modyfikacja 20 sierpnia 2016 r.