CAD (کد) چیست؟ 

CAD (کد) چیست؟

Computer-aided design) CAD) استفاده از رایانه برای کمک به ایجاد، اصلاح، تجزیه و تحلیل یا بهینه سازی یک طرح است. نرم افزارهای CAD برای افزایش بهره وری طراح، بهبود کیفیت طراحی، بهبود ارتباطات از طریق اسناد و ایجاد پایگاه داده برای تولید استفاده می شوند.

طراحی هایی که از طریق نرم افزارهای CAD انجام می شوند در حفاظت از محصولات و اختراعات هنگام استفاده در برنامه های ثبت اختراع مفید هستند. خروجی CAD اغلب به صورت فایل های الکترونیکی برای چاپ، ماشینکاری یا سایر عملیات تولید است. واژه Computer Aided Design And Drafting) CADD) برای طراحی و مستندسازی نیز استفاده می شود.

CAD – EDA – MDA

استفاده از آن در طراحی سیستم های الکترونیکی به عنوان Electronic Design Automation (EDA) شناخته می شود. در طراحی مکانیکی به عنوان Mechanical Design Automation (MDA) یا Computer-Aided Drafting (CAD) شناخته می شود که شامل فرآیند ایجاد نقشه های فنی با استفاده از نرم افزارهای رایانه ای می شود.

نرم افزارهای CAD برای طراحی مکانیکی از گرافیک مبتنی بر بردار برای به تصویر کشیدن مدارک ۲ بعدی سنتی استفاده می کنند یا ممکن است با گرافیک شطرنجی نمای کلی اجسام طراحی شده را نشان دهد. با این حال، این فراتر از اشکال است و نقشه های فنی و مهندسی خروجی CAD باید اطلاعاتی مانند مواد، فرآیندها، ابعاد و … را مطابق با اصول خاص منتقل کنند.

CAD ممکن است برای طراحی منحنی ها و شکل ها در فضای دو بعدی (۲D) یا منحنی ها، سطوح و جامدات در فضای سه بعدی (سه بعدی) استفاده شود.

استفاده از CAD

CAD یک هنر صنعتی مهم است که به طور گسترده در بسیاری از کارها از جمله خودرو، صنایع کشتی سازی و هوافضا، طراحی صنعتی و معماری، پروتز و بسیاری موارد دیگر استفاده می شود. CAD همچنین به طور گسترده ای برای تولید انیمیشن کامپیوتری برای جلوه های ویژه در فیلم ها، تبلیغات و راهنمای فنی استفاده می شود که اغلب به عنوان ایجاد محتوای دیجیتال DCC نامیده می شود. CAD به دلیل اهمیت اقتصادی بسیار زیاد، نیروی محرکه اصلی برای تحقیقات در زمینه هندسه محاسباتی، گرافیک رایانه ای نرم افزاری و سخت افزاری و هندسه دیفرانسیل گسسته بوده است.

CAD عمدتاً برای مهندسی دقیق مدل های سه بعدی یا نقشه های دو بعدی اجزای فیزیکی و در طول فرآیند مهندسی از طراحی کانسپت و طرح محصولات، از طریق قدرت و تجزیه و تحلیل پویا مجموعه ها تا تعریف روش های تولید قطعات استفاده می شود. همچنین می تواند برای طراحی اشیاء مانند جواهرات، مبلمان، لوازم خانگی و غیره استفاده شود. علاوه بر این، بسیاری از برنامه های CAD در حال حاضر قابلیت رندر و انیمیشن پیشرفته را ارائه می دهند تا مهندسان بتوانند طرح های محصول خود را بهتر تجسم کنند.

مروری بر نرم افزار CAD

از اواسط دهه ۱۹۶۰، با استفاده از سیستم مستندسازی IBM، سیستم های طراحی به کمک رایانه، توانایی بیشتری در تولید مستندات نسبت به تولید مستندات به روش دستی ارائه کردند و به این شکل هزینه کم و دیگر مزایای CAD در شرکتها آشکار شد. مزایای سیستم های CAD نسبت به مستندسازی دستی، قابلیت هایی است که امروزه اغلب بدیهی به نظر می رسد. تولید خودکار متره متریال، طرح خودکار در مدارهای مجتمع، بررسی تداخل و بسیاری موارد دیگر. در نهایت، CAD توانایی انجام محاسبات مهندسی را برای طراح فراهم کرد. در طول این انتقال، محاسبات هنوز هم با دست یا با افرادی که می توانستند برنامه های کامپیوتری را اجرا کنند، انجام می شد.

اثر نرم افزارهای CAD بر صنعت

CAD یک تغییر انقلابی در صنعت مهندسی بود، جایی که مستندات ، طراحان و نقش های مهندسی شروع به ادغام می کردند. CAD نمونه ای از تأثیر فراگیر رایانه در صنعت است. بسته های نرم افزاری طراحی رایانه ای از سیستم های مستندسازی مبتنی بر بردار دو بعدی تا مدل کننده های جامد و سطحی سه بعدی را شامل می شود. بسته های CAD مدرن همچنین می توانند به طور مکرر چرخش سه بعدی را امکان پذیر کنند و امکان مشاهده یک شیء طراحی شده را از هر زاویه دلخواه، حتی از داخل به بیرون، فراهم آورند. برخی از نرم افزارهای CAD قادر به مدل سازی ریاضی پویا هستند.

فناوری CAD در طراحی ابزار و ماشین آلات و در طراحی و طراحی انواع ساختمان ها، از انواع مسکونی کوچک (خانه ها) تا بزرگترین سازه های تجاری و صنعتی (بیمارستان ها و کارخانه ها) استفاده می شود.

تاریخچه نرم افزارهای CAD

دهه ۱۹۴۴-۱۹۵۰

بین اواسط دهه ۱۹۴۰ تا ۱۹۵۰، پیشرفتهای مختلفی در نرم افزارهای رایانه ای ایجاد شد. مانند

• – برخی از این پیشرفتها شامل سروموتورها با کنترل پالس تولید شده (۱۹۴۹)
• – یک کامپیوتر دیجیتالی با عملکردهای داخلی برای هماهنگ سازی خودکار تغییرات برای محاسبه بردارهای مربوط به رادار (۱۹۵۱)
• – فرایند ریاضی گرافیکی شکل دادن به یک ماشین دیجیتال (۱۹۵۲)

در سال ۱۹۵۳، داگلاس تی راس، محقق MIT مشاهده کرد که “تجهیزات نمایش تعاملی” توسط اپراتورهای رادار مورد استفاده قرار می گیرد و معتقد است که این دقیقاً همان چیزی است که گروه کاهش داده های مربوط به SAGE به آن نیاز دارد. راس و دیگر محققان آزمایشگاه لینکلن موسسه فناوری ماساچوست تنها کاربران سیستم های نمایش پیچیده ای بودند که برای سیستم Cape Cod پیش از SAGE نصب شده بودند.

داگلاس تی راس، محقق MIT، اصطلاح طراحی به کمک کامپیوتر (Computer-Aided Design=CAD) را در سال ۱۹۵۹ مطرح کرد.

دهه ۱۹۶۰

اختراع ۳D CAD/CAM به مهندس فرانسوی Pierre Bézier (Arts et Métiers ParisTech، Renault) نسبت داده شده است.

بین سالهای ۱۹۶۶ و ۱۹۶۸، پس از کار ریاضی خود در زمینه سطوح ، او UNISURF را برای سهولت طراحی قطعات و ابزار صنعت خودرو توسعه داد. سپس UNISURF به پایگاه کار نسل های بعدی نرم افزار CAD تبدیل شد.

در دهه ۱۹۶۰، پیشرفتهای تکنولوژیکی در صنایع هواپیما، خودرو، کنترل صنعتی و الکترونیک پیشرفت هایی را در زمینه ساخت سطوح سه بعدی، برنامه نویسی NC و تجزیه و تحلیل طراحی به ارمغان آورد. بیشتر این تحولات مستقل از یکدیگر بوده و اغلب منتشر نشده است. برخی از کارهای توصیفی ریاضی بر روی منحنی ها در اوایل دهه ۱۹۴۰ توسط نیوتن توسعه یافت.

شروع تعامل گرافیکی با سیستم

توسعه سیستم SKETCHPAD در MIT توسط ایوان ساترلند، که بعداً یک شرکت فناوری گرافیکی با دیوید ایوانز تاسیس کرد، یک نقطه عطف بود. ویژگی بارز SKETCHPAD این بود که به طراح اجازه می داد تا با رایانه خود به صورت گرافیکی تعامل کند. طرح را می توان با کشیدن روی مانیتور CRT با قلم نوری به رایانه وارد کرد. در واقع، این ویژگی SKETCHPAD یک نمونه اولیه برای رابط کاربری گرافیکی و یک ویژگی ضروری CAD مدرن بود. در سال ۱۹۶۳، زیر نظر دکترای کلود شانون، سادرلند مقاله پایان نامه دکتری خود را با عنوان Sketchpad: A Man-Machine Graphical Communication System در یک کنفرانس مشترک کامپیوتر ارائه کرد. او در مقاله خود می گوید:

برای زمان هایی که تجزیه و تحلیل یک نقشه ترسیم شده برای کاربر ارزش دارد، Sketchpad برتری دارد. برای نقشه های بسیار تکراری یا نقشه هایی که دقت لازم است، Sketchpad به اندازه کافی سریعتر از تکنیک های معمولی است که ارزشمند است و برای نقشه های شاپ، بهتر است از کاغذ و مداد معمولی استفاده کنید.

کاربرد تجاری CAD

اولین کاربردهای تجاری CAD در شرکتهای بزرگ در صنعت خودرو و هوافضا و همچنین در صنایع الکترونیک بود. این امر به این دلیل بود که تنها شرکت های بزرگ می توانستند از کامپیوترهایی که قادر به انجام محاسبات لازم هستند، استفاده کنند.

یکی از تأثیرگذارترین رویدادها در توسعه CAD، تأسیس شرکت Manufacturing and Consulting Services Inc (MCS) در سال ۱۹۷۱ توسط Patrick J. Hanratty بود که سیستم مستندسازی خودکار (ADAM) را نوشت، اما مهمتر از آن کد (CAD) را به شرکت هایی مانند مک دانل داگلاس (Unigraphics)، Computervision (CADDS) ،Calma ،Gerber ،Autotrol و Control Data ارائه کرد.

با مقرون به صرفه تر شدن رایانه ها، کاربرد CAD به تدریج به مناطق جدیدی گسترش یافت. توسعه نرم افزار CAD برای رایانه های رومیزی شخصی انگیزه ای برای کاربرد تقریباً جهانی در همه زمینه های ساخت و ساز بود.

دهه ۱۹۷۰

سایر رویدادهای قابل توجه در ۱۹۶۰s و ۱۹۷۰s شامل ایجاد سیستم های CAD United Computing ،Intergraph ،IBM و Intergraph IGDS در ۱۹۷۴ است که منجر به Bentley Systems MicroStation در ۱۹۸۴ شد.

پیاده سازی CAD از توسعه اولیه به طور چشمگیری تکامل یافته است. در ابتدا، با استفاده از ۳D در دهه ۱۹۷۰، CAD معمولاً محدود به تولید نقشه هایی شبیه به نقشه های دست نویس بود. پیشرفت در برنامه نویسی و سخت افزار رایانه که از مهمترین آنها می توان به مدلسازی قوی در دهه ۱۹۸۰ اشاره کرد، به کاربردهای همه کاره رایانه ها در فعالیت های طراحی کمک شایانی کرده است.

دهه ۱۹۸۰

در سال ۱۹۸۱، محصولات اصلی مدلسازی Romulus (ShapeData) و Uni-Solid (Unigraphics) بر اساس PADL-2 و مدل کننده سطح CATIA (Dassault Systemes) بودند. Autodesk در سال ۱۹۸۲ توسط جان واکر تأسیس شد که منجر به سیستم دو بعدی اتوکد شد. نقطه عطف بعدی انتشار Pro/ENGINEER در ۱۹۸۷ بود، که استفاده بیشتر از روشهای مدلسازی مبتنی بر ویژگی و پارامتر را مطرح کرد. این نشان دهنده شروع مدلسازی پارامتریک است.

دهه ۱۹۹۰

همچنین در توسعه CAD توسعه هسته های مدلسازی B-rep (موتورهای تغییرات اشیاء سه بعدی از نظر هندسی)، Parasolid (ShapeData) و ACIS (Spatial Technology Inc.) در توسعه CAD مهم بود. این تحولات از کار یان برید الهام گرفته شده است و منجر به انتشار نرم افزارهای میان رده ای مانند SolidWorks و TriSpective (بعدها IRONCAD) در ۱۹۹۵، Solid Edge (سپس اینترگراف) در ۱۹۹۶ و Autodesk Inventor در ۱۹۹۹ شد.

دهه ۲۰۰۰

در دسترس بودن نرم افزارهای رایگان و منبع باز CAD و هزینه های بالای نرم افزارهای پیشرفته و سه بعدی CAD ممکن است مانع رشد بازار نرم افزار CAD شود. نرم افزار CAD رایگان و منبع باز شامل BRLCAD برای ارتش ایالات متحده ، LibreCAD ،FreeCAD و … می شود.

در این مقاله CAD معرفی شد. در حال حاضر فرآیند BIM در جهان توسعه داده می شود که در مقاله ای دیگر مفصلا معرفی شده است.