Proiectarea asistata de computer (CAD) este utilizarea calculatoarelor (sau a statiilor de lucru) pentru a ajuta la crearea, modificarea, analiza sau optimizarea unui design. Software-ul CAD este utilizat pentru a creste productivitatea proiectantului, pentru a imbunatati calitatea proiectarii, pentru a imbunatati comunicarile prin documentatie si pentru a crea o baza de date pentru fabricatie.
Iesirea CAD se face adesea sub forma de fisiere electronice pentru operatiuni de imprimare, prelucrare sau alte operatiuni de fabricatie. Se foloseste si termenul CADD (pentru proiectare si redactare asistata de computer).
Utilizarea sa in proiectarea sistemelor electronice este cunoscuta sub denumirea de automatizare a proiectarii electronice (EDA). In proiectarea mecanica este cunoscuta sub denumirea de automatizare a proiectarii mecanice (MDA) sau de redactare asistata de computer (CAD), care include procesul de creare a unui desen tehnic cu utilizarea de programe informatice.
Software-ul CAD pentru proiectare mecanica foloseste fie grafica bazata pe vectori pentru a descrie obiectele proiectarii traditionale, sau poate produce, de asemenea, grafica de tip raster care arata aspectul general al obiectelor proiectate. Cu toate acestea, implica mai mult decat doar forme. Ca si in redactarea manuala a desenelor tehnice, rezultatele CAD trebuie sa transmita informatii, cum ar fi materiale, procese, dimensiuni si tolerante, conform conventiilor specifice aplicatiei.
CAD poate fi utilizat pentru a proiecta curbe si figuri in spatiul bidimensional (2D); sau curbe, suprafete si obiecte solide intr-un spatiu tridimensional (3D).
CAD este o arta industriala importanta folosita pe scara larga in multe aplicatii, inclusiv in industria auto, constructii navale si aerospatiale, designul industrial si arhitectural, proteze si multe altele. CAD este, de asemenea, utilizat pe scara larga pentru a produce animatie computerizata pentru efecte speciale in filme, publicitate si manuale tehnice, adesea numite “creare de continut digital DCC”.
Ubicuitatea moderna si puterea computerelor inseamna ca foarte multe obiecte, de la flacoanele de parfum si distribuitoarele de sampon pana la un simplu cui, sunt proiectate folosind tehnici necunoscute de catre inginerii anilor ’60. Datorita importantei sale economice, CAD a reprezentat o forta motrice majora pentru cercetarea in geometrie computerizata, grafica computerizata (atat hardware cat si software) si geometrie diferentiata discreta.
Proiectarea modelelor geometrice pentru forme de obiect, in special, este numita ocazional design geometric asistat de computer (CAGD).
Prezentare generala a software-ului CAD
Incepand cu mijlocul anilor ’60, odata cu IBM Drafting System, sistemele de proiectare asistate de computer au inceput sa ofere mai multe functii – decat o simpla capacitate de a reproduce redactarea manuala cu redactare electronica. Avantajele sistemelor CAD fata de redactarea manuala sunt capabilitatile pe care le obtineti de multe ori de la sistemele informatice moderne; generarea automata a facturilor, dispunerea automata a circuitelor integrate, verificarea interferentelor si multe altele. In cele din urma, CAD a oferit designerului capacitatea de a efectua calcule ingineresti.
In timpul acestei tranzitii, calculele au fost inca efectuate fie de mana, fie de catre acei indivizi care puteau rula programe de calculator. CAD a fost o schimbare revolutionara in industria ingineriei, unde proiectantii, inginerii si arhitectii si-au contotpit rolurile pentru a eficientiza procesul de productie. Nu a eliminat departamentele de proiectare, dar fuzionat diferite sub-departamente de proiectanti, arhitecti si ingineri.
CAD este un exemplu de efect pe care calculatoarele au inceput sa il aiba asupra industriei. Pachetele de software de proiectare asistate de calculator sunt cuprinse intre sisteme de desen 2D bazate pe vector pana la modelatoare 3D solide si de suprafata. Pachetele CAD moderne pot, de asemenea, sa permita frecvent rotirile in trei dimensiuni, permitand vizualizarea unui obiect proiectat din orice unghi dorit, chiar si din interior, privit spre exterior. Unele programe CAD sunt capabile sa modeleze folosind matematica dinamica.
Tehnologia CAD este utilizata la proiectarea uneltelor si utilajelor si la redactarea si proiectarea tuturor tipurilor de cladiri, de la mici modele rezidentiale (case) la cele mai mari structuri comerciale si industriale (spitale, mall-uri sau fabrici).
CAD este utilizat in principal pentru inginerie detaliata a modelelor 3D sau desenelor 2D ale componentelor fizice, dar este de asemenea utilizat pe tot parcursul procesului de inginerie, de la proiectarea conceptuala si dispunerea produselor, prin rezistenta si analiza dinamica a ansamblurilor pana la definirea metodelor de fabricatie a componentelor. Poate fi folosit si pentru proiectarea obiectelor, cum ar fi bijuterii, mobilier, aparate, etc.
Mai mult, multe aplicatii CAD ofera acum capabilitati avansate de redare si animatie, astfel incat inginerii pot vizualiza mai bine proiectele produselor. 4D BIM este un tip de simulare in domeniul ingineriei de constructii virtuale care include informatii legate de timp sau de programare, pentru managementul de proiect.
CAD a devenit o tehnologie deosebit de importanta in sfera tehnologiilor asistate de computer, cu beneficii precum costuri mai mici de dezvoltare a produselor si un ciclu de proiectare mult mai scurt. CAD le permite designerilor sa aranjeze si sa dezvolte lucrul pe ecran, sa-l tipareasca si sa il salveze pentru editare viitoare, economisind timp pe desenele lor.
Utilizari
Proiectarea asistata de computer este unul dintre numeroasele instrumente utilizate de ingineri si designeri si este utilizata in multe feluri, in functie de profesia utilizatorului si de tipul de software in cauza.
CAD este o parte a intregii activitati de dezvoltare a produsului digital (DPD) in cadrul proceselor de gestionare a ciclului de viata a produsului (PLM) si, ca atare, este utilizat impreuna cu alte instrumente, care sunt module integrate sau produse de sine statatoare, cum ar fi:
- Inginerie asistata de calculator (CAE) si analiza de elemente finite (FEA, FEM)
- Fabricarea asistata de computer (CAM), inclusiv instructiuni pentru masinile de control numeric ale computerului (CNC)
- Redarea fotorealistica si simularea miscarii.
- Managementul documentelor si controlul revizuirii utilizand gestionarea datelor de produs (PDM)
- CAD este, de asemenea, utilizat pentru crearea exacta a simularilor foto care sunt deseori necesare in pregatirea rapoartelor de impact asupra mediului, in care proiectele asistate de computer ale cladirilor destinate sunt suprapuse in fotografii ale mediilor existente pentru a reprezenta cum va fi locatia respectiva, unde instalatiile propuse sunt autorizate sa fie construite. Blocarea potentiala a coridoarelor de vedere si a studiilor de umbra sunt, de asemenea, frecvent analizate prin utilizarea CAD.
- CAD s-a dovedit a fi util si inginerilor. Utilizarea a patru proprietati care sunt istoricul, caracteristicile, parametrizarea si constrangerile la nivel inalt. Istoricul constructiilor poate fi folosit pentru a privi inapoi caracteristicile personale ale modelului si pentru a lucra pe o singura zona, mai degraba decat pe intregul model. Parametrii si constrangerile pot fi utilizate pentru a determina dimensiunea, forma si alte proprietati ale diferitelor elemente de modelare. Caracteristicile sistemului CAD pot fi utilizate pentru varietatea de instrumente pentru masurare, cum ar fi rezistenta la tractiune, rezistenta la randament, proprietatile electrice sau electromagnetice. De asemenea, stresul, incordarea, sincronizarea sau modul in care elementul este afectat in anumite temperaturi etc.
Tipuri
Exista mai multe tipuri de CAD diferite, fiecare impunand operatorului sa se gandeasca diferit la cum sa le foloseasca si sa-si proiecteze componentele virtuale intr-o maniera diferita pentru fiecare.
Exista multi producatori de sisteme 2D de nivel inferior, inclusiv o serie de programe gratuite si open-source.
Cad 3D este, practic, o extensie a desenului 2D (nu este adesea folosit astazi). Fiecare linie trebuie introdusa manual in desen. Produsul final nu are proprietati asociate acestuia si nu poate avea functii direct adaugate la el, precum gauri. Operatorul se apropie de acestea intr-o maniera similara cu sistemele 2D, desi multe sisteme 3D permit utilizarea modelului pentru a realiza vizualizarile din desenul tehnic final.
Exista doua tipuri de modelare 3D
Modelarea parametrica permite operatorului sa foloseasca ceea ce este denumit „intentie de proiectare”. Obiectele si caracteristicile create sunt modificabile. Orice modificari viitoare pot fi facute modificand modul in care a fost creata partea initiala. Daca o caracteristica a fost destinata sa fie localizata in centrul piesei, operatorul ar trebui sa o localizeze in centrul modelului.
Functia ar putea fi localizata folosind orice obiect geometric deja disponibil in piesa, dar aceasta plasare aleatorie ar contrazice intentia de proiectare. Daca operatorul proiecteaza piesa, deoarece functioneaza, modelatorul parametric este capabil sa aduca modificari partii, pastrand relatii geometrice si functionale.
Modelarea directa sau explicita ofera posibilitatea de a edita geometria fara un arbore istoric. Cu modelare directa, odata ce schita este folosita pentru a crea geometrie, schita este incorporata in noua geometrie, iar proiectantul modifica doar geometria fara a avea nevoie de schita originala. Ca si in cazul modelarii parametrice, modelarea directa are capacitatea de a include relatii intre geometria selectata (de exemplu, tangenta, concentricitatea).
Sistemele de varf ofera capacitatea de a incorpora mai multe caracteristici organice, estetice si ergonomice in design. Modelarea libera a suprafetei este adesea combinata cu cea solida pentru a permite proiectantului sa creeze produse care se potrivesc formei umane si cerintelor vizuale, precum si sa creeze interfete cu masina.
Initial, software-ul pentru sisteme CAD a fost dezvoltat cu limbaje de calculator cum ar fi Fortran, ALGOL, dar odata cu avansarea metodelor de programare orientate pe obiecte, aceasta s-a schimbat radical. Modelele parametrice moderne tipice si sistemele de suprafata cu forma libera sunt construite in jurul unui numar de module cheie C, cu propriile lor API. Un sistem CAD poate fi vazut ca fiind construit din interactiunea unei interfete grafice de utilizator (GUI) cu geometria NURBS sau datele reprezentarii delimitarii (B-rep), printr-un nucleu de modelare geometrica.
Un motor de constrangere geometrica poate fi, de asemenea, utilizat pentru a gestiona relatiile asociative dintre geometrie, cum ar fi geometria cadrului intr-o schita sau componente dintr-un ansamblu.
Capacitatile neasteptate ale acestor relatii asociative au dus la o noua forma de prototipare numita prototipare digitala. Acestea fiind spuse, modelele CAD pot fi generate de un computer dupa ce prototipul fizic a fost scanat folosind o masina de scanare CT industriala. In functie de natura afacerii, prototipurile digitale sau fizice pot fi alese initial in functie de nevoile specifice.
Astazi, sistemele CAD exista pentru toate platformele majore (Windows, Linux, UNIX si Mac OS X); unele pachete accepta mai multe platforme.
In prezent, nu este necesar niciun hardware special pentru majoritatea software-urilor CAD. Cu toate acestea, unele sisteme CAD pot efectua sarcini grafice si de calcul intensiv, astfel incat poate fi recomandata o placa grafica moderna, CPU de mare viteza (si, eventual, multiple) si cantitati mari de RAM.
Interfata om-masina se face in general printr-un mouse de computer, dar poate fi, de asemenea, printr-un stilou si tableta grafica de digitalizare. Manipularea vizualizarii modelului pe ecran se face uneori si cu ajutorul unui Spacemouse / SpaceBall. Unele sisteme accepta si ochelari stereoscopici pentru vizualizarea modelului 3D.
Tehnologiile care in trecut erau limitate la instalatii mai mari sau aplicatii specializate au devenit disponibile pentru un grup larg de utilizatori. Acestea includ dispozitivele CAVE sau HMD si dispozitive interactive precum tehnologia de detectare a miscarilor.
