CAD چیست؟ CAE چیست؟ CAM چیست؟ این علائم اختصاری هر یک چه هستند و چه تفاوتی با هم دارند؟ اولین چیزی که در مورد هر سه این عبارت ها باید بدانیم، دو حرف اول در هر مخفف است.
«CA» مخفف Computer-Aided یا «به کمک کامپیوتر» است به این معنی که هر سه سیستم برای کمک به کاربر در راه رسیدن سریع تر به هدف خود از قدرت کامپیوترها برای پردازش استفاده می کنند. آخرین حرف برای CAD طراحی (Design)، برای CAE مهندسی (Engineering)، و برای CAM تولید (Manufacturing) است.
این ها برنامه های نرم افزاری مهندسی و تولید هستند. هر یک هدف خاص خودش را دارد. این مقاله یک نگاه سطح بالا به هر سه سیستم و نحوه استفاده آن ها و اهداف کلی آن ها خواهد داشت.
طراحی به کمک کامپیوتر (CAD)
یک برنامه CAD یک فن آوری کامپیوتری است که یک محصول را طراحی می کند و مرحله طراحی در فرآیند مهندسی را مستند سازی می کند. CAD می تواند فرآیند تولید را با انتقال نمودارهای تفصیلی از مواد، فرآیندها، تلرانس و ابعاد محصول تسهیل کند. از آن می توان برای تولید نمودارهای دو بعدی یا سه بعدی استفاده کرد، که پس از آن می توانند از هر زاویه، حتی از داخل به بیرون بررسی شوند.
طراحی به کمک کامپیوتر به معنی استفاده از سیستم های کامپیوتری برای کمک به ایجاد، اصلاح و بهینه سازی طراحی است. CAD اغلب یک برنامه نرم افزاری مهندسی محسوب می شود.
مزیت های نرم افزار های طراحی به کمک کامپیوتر
۱. افزایش بهره وری مهندسی
۲. بهبود کیفیت طراحی
۳. بهبود ارتباطات از طریق مستند سازی
۴. ایجاد یک پایگاه داده برای تولید
خروجی CAD اغلب به شکل فایل های الکترونیکی برای چاپ، ماشین کاری، یا دیگر عملیات های تولیدی می باشد.
برنامه های مدرن CAD برای طراحی مکانیکی یا از گرافیک مبتنی بر بردار برای اشیا استفاده می کنند، یا ممکن است تصویر گرافیکی را تولید کنند که ظاهر کلی اشیا طراحی را نشان دهد.
با این حال، برنامه های نرم افزاری مهندسی به چیزی بیش از اشکال نیاز دارند. همانطور که در طراحی دستی و یا نقشه های فنی و مهندسی دیده می شود، خروجی برنامه های CAD باید اطلاعاتی از قبیل مواد، فرایندها، ابعاد، و تلرانس ها را با توجه به الزامات خاص کاربردی منتقل کنند.
CAD به وفور در بسیاری از کاربردها در صنایع بزرگ از جمله صنایع خودرو، کشتی سازی و صنایع هوافضا، معماری، اعضای مصنوعی و غیره مورد استفاده قرار می گیرد.
CAD همچنین به طور گسترده برای تولید انیمیشن کامپیوتری برای جلوه های ویژه در فیلم ها، تبلیغات، و دفترچه های راهنمای فنی به کار می رود که اغلب DCC (ایجاد محتوای دیجیتال) خوانده می شود. CAD یک نیروی محرک اصلی برای تحقیق در هندسه محاسباتی، گرافیک رایانه ای و هندسه گسسته است.
کاربردهای مدرن CAD
طراحی به کمک کامپیوتر یکی از ابزارهای مورد استفاده مهندسین و طراحان است و به روش های زیادی بسته به حرفه کاربر و نوع نرم افزار استفاده می شود. CAD بخشی از فعالیت های توسعه محصولات دیجیتال (DPD) در فرآیندهای مدیریت چرخه عمر محصول (PLM) است، و به این ترتیب برنامه های CAD در کنار دیگر ابزارها به کار می رود، که یا ماژول های ادغام شده هستند و یا محصولات مستقل مانند:
۱. مهندسی به کمک کامپیوتر (CAE)
۲. تولید به کمک کامپیوتر (CAM)
۳. رندر واقع گرایانه
۴. مدیریت سند و کنترل بازبینی با استفاده از مدیریت داده های محصول (PDM)
با کمک چهار ویژگی زیر ثابت شده است که CAD برای مهندسین نیز مفید است:
۱. تاریخ (History)
۲. امکانات
۳. تنظیم پارامتر
۴. محدودیت های سطح بالا
تاریخ (History) ساخت می تواند برای بررسی ویژگی های منحصر به فرد مدل و کار بر روی واحد به جای کل مدل مورد استفاده قرار گیرد. پارامترها و محدودیت ها را می توان برای تعیین اندازه، شکل و دیگر ویژگی های عناصر مدل سازی مختلف مورد استفاده قرار داد.
چه کسی از طراحی به کمک کامپیوتر استفاده می کند؟
در زیر لیستی از برخی افراد را مشاهده می کنید که به احتمال زیاد از CAD در شغل خود استفاده می کنند:
• معماران
• مهندسین عمران
• مهندسین برق
• مدیر تاسیسات
• طراحان داخلی
• مهندسین مکانیک
• مهندسین سازه
• نقشه برداران
• مهندسین تولید
• مهندسین آکوستیک
• مهندسین محافظت از حریق
• طراحان خدمات غذایی
این لیست ادامه دارد. طراحی به کمک کامپیوتر در بسیاری از صنایع از جمله هوافضا، خودرو، نساجی، الکترونیک و خیلی بیشتر استفاده می شود. طراحی به کمک کامپیوتر به شرکت ها اجازه می دهد تا قبل از پیاده سازی نمونه های فیزیکی، ایده های مدل سازی شده را مورد بررسی قرار دهند. به طور عمده برنامه های نرم افزاری مهندسی توسط مهندسین مورد استفاده قرار می گیرند.
مهم ترین نرم افزار های طراحی به کمک کامپیوتر
تا کنون صد ها نرم افزار برای طراحی به کمک کامپیوتر و یا CAD در سراسر جهان تولید شده است. اما اگر بخواهیم معروف ترین و مهم ترین آن ها را معرفی کنیم، باید به موارد زیر اشاره کنیم:
اتوکد (Autocad): ویژه طراحی و نقشه کشی دو بعدی
سالیدورک (Solidworks): طراحی و مدلسازی سه بعدی، مونتاژ و نقشه کشی صنعتی
اینونتور (Inventor): طراحی مکانیکی
کتیا (Catia): طراحی همه جانبه از صفر تا صد
تحلیل مهندسی به کمک کامپیوتر (CAE)
CAE کاربرد گسترده نرم افزارهای رایانه ای برای کمک به وظایف آنالیز مهندسی است. برنامه های نرم افزاری مهندسی شامل تحلیل اجزای محدود (FEA)، دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)، دینامیک چند جسمی (MDB)، و بهینه سازی است.
برنامه های نرم افزاری مهندسی که برای پشتیبانی از این فعالیت ها طراحی شده اند ابزارهای CAE محسوب می شوند. برای مثال ابزارهای CAE برای تجزیه و تحلیل نیرومندی و عملکرد اجزا و مجموعه ها مورد استفاده قرار می گیرند. این اصطلاح شامل شبیه سازی، اعتبار سنجی، و بهینه سازی محصولات و ابزار تولید می باشد. در آینده، سیستم های CAE ارایه دهندگان اصلی اطلاعات به تیم های طراحی به منظور کمک به آن ها در تصمیم گیری خواهند بود.
در خصوص شبکه های اطلاعاتی، هر یک از سیستم های CAE یک گره (Node) در کل شبکه اطلاعات در نظر گرفته می شوند و هر نود می تواند با یک نود دیگر در شبکه تعامل داشته باشد.
این گره ها در روش اجزای محدود نقشی ایفا می کنند که از هندسه مدل موجود برای ساخت یک شبکه نود در سراسر مدل استفاده می کند. سپس برای تعیین این که مدل در دنیای واقعی و با پارامتر های ورودی که قطعه تجربه خواهد کرد چگونه عمل خواهد کرد، از این شبکه استفاده می شود.
پارامترهای زیر به طور معمول در مهندسی مکانیک برای شبیه سازی های CAE بکار می روند:
۱. دما
۲. فشار
۳. تعاملات قطعه
۴. نیروهای اعمال شده
پارامترهای مهم در تحلیل به کمک کامپیوتر
اکثر پارامترهای مورد استفاده برای شبیه سازی بر مبنای محیط و تعاملاتی که مدل در طول عملیات تجربه می کند خواهند بود. این پارامترها به عنوان راهی برای دیدن این که آیا قطعه می تواند از لحاظ نظری محدودیت های طراحی را تحمل کند یا نه در نرم افزار CAE وارد می شوند.
سیستم های CAE می توانند پشتیبانی برای کسب و کارها فراهم کنند. این امر با استفاده از معماری های مرجع و توانایی آن ها برای ایجاد دیدگاه های اطلاعاتی در مورد فرآیند کسب وکار بدست می آید. معماری مرجع، اساس مدل اطلاعاتی به خصوص مدل های محصول و تولیدی می باشد.
حوزه هایی که توسط CAE پوشش داده می شود عبارتند از:
۱. تحلیل استرس در مونتاژ قطعات با استفاده از FEA
۲. تحلیل جریان حرارتی و سیال با استفاده از CFD
۳. دینامیک چند جسمی (MBD) و جنبش شناسی
۴. ابزارهای تحلیل شبیه سازی فرایند برای فرایندهای تولید
۵. بهینه کردن مستند سازی فرآیند
۶. بهینه کردن توسعه محصول
۷. تایید عدم انطباق هوشمند
۸. تحلیل ایمنی مونتاژ ها
به طور کلی، سه مرحله در هر کار مهندسی با کمک کامپیوتر وجود دارد:
۱. پیش پردازش: تعریف مدل و عوامل محیطی که باید اعمال شوند.
۲. حل کننده تجزیه و تحلیل
۳. پس پردازش نتایج
مهم ترین نرم افزار های تحلیل به کمک کامپیوتر شامل آباکوس (Abaqus)، انسیس (Ansys)، آدامز (Adams) و Creo Elements می گردند.
تولید به کمک کامپیوتر (CAM)
تولید به کمک کامپیوتر، استفاده از نرم افزار رایانه ای برای کنترل ابزار ماشین و ماشین آلات مرتبط در فرآیند تولید است. این مورد به لحاظ فنی یک سیستم برای برنامه های نرم افزاری مهندسی محسوب نمی شود، بلکه بیشتر برای ماشین کاران در بخش ساخت در نظر گرفته می شود. اما مهندسین نیز اغلب با آن سر و کار دارند.
CAM همچنین ممکن است به استفاده از کامپیوتر برای کمک در تمام عملیات های یک کارخانه تولیدی از جمله برنامه ریزی، مدیریت، حمل و نقل و ذخیره سازی اشاره داشته باشد. هدف اولیه آن ایجاد یک فرآیند تولید سریع تر و قطعات ها و تجهیزات با ابعاد دقیق تر و هماهنگی مواد است.
CAM به عنوان یک فرآیند به کمک کامپیوتر شناخته می شود که گاهی پس از طراحی به کمک کامپیوتر (CAD) و مهندسی به کمک کامپیوتر (CAE) مورد استفاده قرار می گیرد، چون یک مدل تولید شده در CAD و تایید شده در CAE می تواند وارد نرم افزار CAM شود که ابزار ماشین را کنترل می کند.
استفاده CAM برای ماشین آلات کنترل عددی کامپیوتر (CNC)
CAM کد نرم افزاری است که پشت ماشین هایی که محصولات را تولید می کنند قرار دارد. ماشین های CNC دستگاه هایی هستند که از کدهای CAM برای تولید محصولات استفاده می کنند. ماشین های CNC عبارتند از:
• فرز ها
• ماشین های تراش
• نگارنده ها
• تیز کننده های سطح
• ماشین های جوشکاری
• تولید تخلیه الکتریکی
هر چیزی که یک اپراتور باید بتواند با ابزارهای ماشینی معمولی انجام دهد، با ماشین های CNC قابل برنامه ریزی می باشد. CAM دستورالعمل های گام به گام فراهم می کند که ابزار ماشین برای تولید محصول از آن ها پیروی می کنند.
قبل از CAM، ماشین کار ها قبل از پیاده سازی برنامه باید به صورت دستی کد را وارد می کردند. این ورودی دستی می تواند با توجه به پیچیدگی محصول نهایی مشکل ساز باشد. CAM این کار را با استفاده از نرم افزار هوشمند برای توسعه کد براساس پلت فرم واسط گرافیکی کاربر آسان کرد. این کار باعث شد که کد تولید با یک کلیک ساده روی فرایند مورد نظر برای دستگاه CNC ساخته شود.
از جمله مهم ترین و پرکاربرد ترین نرم افزار های ساخت به کمک کامپیوتر می توان به پاورمیل (PowerMILL) و مسترکم (Mastercam) اشاره نمود.
چگونه CAD، CAE و CAM با هم کار می کنند؟
یک برنامه مدرن CAD برای استفاده از برنامه های نرم افزاری تولید CAM، یا برنامه های نرم افزاری مهندسی CAE ضروری است، چون هر دو سیستم برای انجام عملیات تجزیه و تحلیل یا تولید به یک مدل نیاز دارند. CAE به مدل هندسی برای تعیین شبکه نود یکپارچه برای استفاده در تجزیه و تحلیل نیاز دارد.
CAM برای تعیین مسیرها و برش های ابزار ماشین به هندسه قطعه نیاز دارد. هر دو به CAD نیاز دارند، اما CAD می تواند به عنوان یک سیستم جداگانه برای مهندسی مدل های مجازی استفاده شود. CAD پشتوانه CAM یا CAE است و برای این که آن ها به درستی کار کنند ضروری است.
هر کدام از این نرم افزار ها ابزار قدرتمندی برای مهندسین و ماشین کار ها است و کار روزانه آن ها را آسان تر و کارآمدتر می سازد. استفاده درست از آن ها برای افراد و شرکت هایی که از آن ها بهره می برند، سود بهینه خواهد داشت.
بسیار خوب و مفید بود
عالی بود .