Computer-aided design (CAD) omvat het maken van computermodellen die worden gedefinieerd door geometrische parameters. Deze modellen verschijnen meestal op een computermonitor als een driedimensionale weergave van een onderdeel of een systeem van onderdelen, dat gemakkelijk kan worden gewijzigd door relevante parameters te wijzigen. CAD-systemen stellen ontwerpers in staat om objecten onder een grote verscheidenheid aan representaties te bekijken en deze objecten te testen door real-world omstandigheden te simuleren.
Computer-aided manufacturing (CAM) gebruikt geometrische ontwerpgegevens om geautomatiseerde machines te besturen. CAM-systemen worden geassocieerd met computer numerieke besturing (CNC) of directe numerieke besturing (DNC) systemen. Deze systemen verschillen van oudere vormen van numerieke besturing (NC) doordat geometrische gegevens mechanisch worden gecodeerd. Aangezien zowel CAD als CAM computergebaseerde methoden gebruiken voor het coderen van geometrische gegevens, is het mogelijk dat de processen van ontwerp en fabricage sterk geïntegreerd zijn. Computerondersteunde ontwerp- en fabricagesystemen worden gewoonlijk CAD/CAM genoemd.
DE OORSPRONG VAN CAD/CAM
CAD vond zijn oorsprong in drie afzonderlijke bronnen, die ook dienen om de basisbewerkingen van CAD-systemen te benadrukken. De eerste bron van CAD was het resultaat van pogingen om het tekenproces te automatiseren. Deze ontwikkelingen werden begin jaren zestig gepionierd door de General Motors Research Laboratories. Een van de belangrijke tijdbesparende voordelen van computermodellering ten opzichte van traditionele tekenmethoden is dat de eerste snel kan worden gecorrigeerd of gemanipuleerd door de parameters van een model te wijzigen. De tweede bron van CAD was het testen van ontwerpen door simulatie. Het gebruik van computermodellering om producten te testen werd ontwikkeld door hightech-industrieën zoals de lucht- en ruimtevaart en halfgeleiders. De derde bron van CAD-ontwikkeling was het resultaat van inspanningen om de stroom van het ontwerpproces naar het fabricageproces te vergemakkelijken met behulp van numerieke besturingstechnologieën (NC), die halverwege de jaren zestig in veel toepassingen algemeen werden gebruikt. Het was deze bron die resulteerde in de koppeling tussen CAD en CAM. Een van de belangrijkste trends in CAD/CAM-technologieën is de steeds nauwere integratie tussen de ontwerp- en fabricagefasen van op CAD/CAM gebaseerde productieprocessen.
De ontwikkeling van CAD en CAM en met name de koppeling tussen de twee overwon de traditionele tekortkomingen van NC op het gebied van kosten, gebruiksgemak en snelheid door het ontwerp en de fabricage van een onderdeel mogelijk te maken met hetzelfde systeem voor het coderen van geometrische gegevens. Deze innovatie verkortte de periode tussen ontwerp en fabricage aanzienlijk en breidde de reikwijdte van productieprocessen waarvoor geautomatiseerde machines economisch konden worden gebruikt, aanzienlijk uit. Even belangrijk was dat CAD/CAM de ontwerper veel meer directe controle gaf over het productieproces, waardoor de mogelijkheid ontstond van volledig geïntegreerde ontwerp- en fabricageprocessen.
De snelle groei in het gebruik van CAD/CAM-technologieën na het begin van de jaren zeventig werd mogelijk gemaakt door de ontwikkeling van in massa geproduceerde siliciumchips en de microprocessor, wat resulteerde in beter betaalbare computers. Naarmate de prijs van computers bleef dalen en hun verwerkingskracht verbeterde, breidde het gebruik van CAD/CAM zich uit van grote bedrijven die grootschalige massaproductietechnieken gebruikten naar bedrijven van elke omvang. Ook het toepassingsgebied waarop CAD/CAM werd toegepast, werd verbreed. Naast het vormen van onderdelen door middel van traditionele bewerkingsprocessen zoals stempelen, boren, frezen en slijpen, wordt CAD/CAM nu ook gebruikt door bedrijven die zich bezighouden met de productie van consumentenelektronica, elektronische componenten, gegoten kunststoffen en tal van andere producten . Computers worden ook gebruikt om een aantal fabricageprocessen (zoals chemische verwerking) te besturen die niet strikt gedefinieerd zijn als CAM omdat de controlegegevens niet gebaseerd zijn op geometrische parameters.
Met behulp van CAD is het mogelijk om de beweging van een onderdeel door een productieproces in drie dimensies te simuleren. Dit proces kan voedingssnelheden, hoeken en snelheden van werktuigmachines simuleren, de positie van klemmen die onderdelen vasthouden, evenals het bereik en andere beperkingen die de bewerkingen van een machine beperken. De voortdurende ontwikkeling van de simulatie van verschillende productieprocessen is een van de belangrijkste manieren waarop CAD- en CAM-systemen steeds meer worden geïntegreerd. CAD/CAM-systemen vergemakkelijken ook de communicatie tussen degenen die betrokken zijn bij ontwerp-, fabricage- en andere processen. Dit is met name van belang wanneer een bedrijf een ander contracteert om een onderdeel te ontwerpen of te produceren.
VOOR-EN NADELEN
Modelleren met CAD-systemen biedt een aantal voordelen ten opzichte van traditionele tekenmethoden die gebruikmaken van linialen, vierkanten en kompassen. Ontwerpen kunnen bijvoorbeeld worden gewijzigd zonder te wissen en opnieuw te tekenen. CAD-systemen bieden ook 'zoom'-functies, analoog aan een cameralens, waarbij een ontwerper bepaalde elementen van een model kan uitvergroten om inspectie te vergemakkelijken. Computermodellen zijn meestal driedimensionaal en kunnen om elke as worden gedraaid, net zoals men een echt driedimensionaal model in de hand zou kunnen draaien, waardoor de ontwerper een vollediger beeld van het object kan krijgen. CAD-systemen lenen zich ook voor het modelleren van opengewerkte tekeningen, waarin de interne vorm van een onderdeel wordt onthuld, en voor het illustreren van de ruimtelijke relaties tussen een systeem van onderdelen.
Om CAD te begrijpen is het ook nuttig om te begrijpen wat CAD niet kan. CAD-systemen hebben geen middelen om concepten uit de echte wereld te begrijpen, zoals de aard van het object dat wordt ontworpen of de functie die dat object zal dienen. CAD-systemen functioneren door hun vermogen om geometrische concepten te codificeren. Het ontwerpproces met behulp van CAD houdt dus in dat het idee van een ontwerper wordt omgezet in een formeel geometrisch model. Pogingen om computergebaseerde 'kunstmatige intelligentie' (AI) te ontwikkelen, zijn er nog niet in geslaagd verder te penetreren dan het mechanische - gerepresenteerd door geometrische (op regels gebaseerde) modellering.
Andere beperkingen van CAD worden aangepakt door onderzoek en ontwikkeling op het gebied van expertsystemen. Dit veld is afgeleid van onderzoek gedaan in AI. Een voorbeeld van een expertsysteem is het opnemen van informatie over de aard van materialen - hun gewicht, treksterkte, flexibiliteit, enzovoort - in CAD-software. Door deze en andere informatie op te nemen, zou het CAD-systeem dan kunnen 'weten' wat een deskundige ingenieur weet wanneer die ingenieur een ontwerp maakt. Het systeem zou dan het denkpatroon van de ingenieur kunnen nabootsen en meer van het ontwerp kunnen 'creëren'. Expertsystemen kunnen betrekking hebben op de implementatie van meer abstracte principes, zoals de aard van zwaartekracht en wrijving, of de functie en relatie van veelgebruikte onderdelen, zoals hefbomen of bouten en moeren. Expertsystemen kunnen ook de manier veranderen waarop gegevens worden opgeslagen en opgehaald in CAD/CAM-systemen, waardoor het hiërarchische systeem wordt vervangen door een systeem dat meer flexibiliteit biedt. Dergelijke futuristische concepten zijn echter allemaal sterk afhankelijk van ons vermogen om menselijke beslissingsprocessen te analyseren en deze indien mogelijk te vertalen naar mechanische equivalenten.
Een van de belangrijkste ontwikkelingsgebieden in CAD-technologieën is de simulatie van prestaties. Een van de meest voorkomende soorten simulatie zijn het testen op reactie op stress en het modelleren van het proces waarmee een onderdeel kan worden vervaardigd of de dynamische relaties tussen een systeem van onderdelen. In stresstests worden modeloppervlakken weergegeven door een raster of gaas, die vervormen als het onderdeel onder gesimuleerde fysieke of thermische belasting komt te staan. Dynamiektests fungeren als aanvulling of vervanging voor het bouwen van werkende prototypes. Het gemak waarmee de specificaties van een onderdeel kunnen worden gewijzigd, vergemakkelijkt de ontwikkeling van optimale dynamische efficiëntie, zowel wat betreft het functioneren van een systeem van onderdelen als de fabricage van een bepaald onderdeel. Simulatie wordt ook gebruikt in elektronische ontwerpautomatisering, waarbij gesimuleerde stroom door een circuit het snel testen van verschillende componentconfiguraties mogelijk maakt.
De processen van ontwerp en fabricage zijn in zekere zin conceptueel te scheiden. Toch moet het ontwerpproces worden uitgevoerd met begrip van de aard van het productieproces. Het is bijvoorbeeld noodzakelijk dat een ontwerper de eigenschappen kent van de materialen waarmee het onderdeel kan worden gebouwd, de verschillende technieken waarmee het onderdeel kan worden gevormd en de schaal van productie die economisch haalbaar is. De conceptuele overlap tussen ontwerp en fabricage suggereert de potentiële voordelen van CAD en CAM en de reden dat ze over het algemeen samen als een systeem worden beschouwd.
Recente technische ontwikkelingen hebben de bruikbaarheid van CAD/CAM-systemen fundamenteel beïnvloed. De steeds groter wordende verwerkingskracht van personal computers heeft ze bijvoorbeeld levensvatbaar gemaakt als voertuig voor CAD/CAM-toepassingen. Een andere belangrijke trend is de invoering van één enkele CAD-CAM-standaard, zodat verschillende datapakketten kunnen worden uitgewisseld zonder vertragingen bij de fabricage en levering, onnodige ontwerpherzieningen en andere problemen die sommige CAD-CAM-initiatieven blijven dwarsbomen. Ten slotte blijft CAD-CAM-software evolueren op gebieden als visuele weergave en integratie van modellerings- en testtoepassingen.
HET GEVAL VOOR CAS EN CAS/CAM
Een conceptueel en functioneel parallelle ontwikkeling met CAD/CAM is CAS of CASE, computer-aided software engineering. Zoals gedefinieerd door SearchSMB.com in zijn artikel over 'CASE', is 'CASE' het gebruik van een computerondersteunde methode om de ontwikkeling van software te organiseren en te controleren, vooral bij grote, complexe projecten waarbij veel softwarecomponenten en mensen betrokken zijn.' CASE dateert uit de jaren 70, toen computerbedrijven concepten uit de CAD/CAM-ervaring begonnen toe te passen om meer discipline in het softwareontwikkelingsproces te introduceren.
Een andere afkorting die is geïnspireerd op de alomtegenwoordige aanwezigheid van CAD/CAM in de productiesector, is CAS/CAM. Deze uitdrukking staat voor Computer-Aided Selling/Computer-Aided Marketing-software. In het geval van zowel CASE als CAS/CAM is de kern van dergelijke technologieën de integratie van workflows en de toepassing van beproefde regels op een zich herhalend proces.
BIBLIOGRAFIE
Ames, Benjamin B. 'Hoe CAD het simpel houdt.' Ontwerpnieuws . 19 juni 2000.
'CAD-software werkt met symbolen van CADDetails.com.' Product Nieuws Netwerk . 11 januari 2006.
'GEVAL.' ZoekSMB.com. Beschikbaar vanaf http://searchsmb.techtarget.com/sDefinition/0,sid44_gci213838,00.html. Ontvangen op 27 januari 2006.
Kerstman, Alan. 'Technologische trends in CAM-software.' Moderne machinewerkplaats . december 2005.
Leondes, Cornelius, uitg. 'Computerondersteund ontwerp, engineering en fabricage.' Vol. 5 van Het ontwerp van productiesystemen . CRC Press, 2001.
hoe lang is michelle beadle
'Wat bedoelt u?' Werktuigbouwkunde-CIME . november 2005.
