Thiết kế có sự hỗ trợ của máy tính (CAD) liên quan đến việc tạo ra các mô hình máy tính được xác định bởi các tham số hình học. Các mô hình này thường xuất hiện trên màn hình máy tính dưới dạng biểu diễn ba chiều của một bộ phận hoặc một hệ thống các bộ phận, có thể dễ dàng thay đổi bằng cách thay đổi các thông số liên quan. Hệ thống CAD cho phép các nhà thiết kế xem các đối tượng dưới nhiều dạng biểu diễn và kiểm tra các đối tượng này bằng cách mô phỏng các điều kiện trong thế giới thực.
Sản xuất có sự hỗ trợ của máy tính (CAM) sử dụng dữ liệu thiết kế hình học để điều khiển máy móc tự động. Hệ thống CAM được liên kết với hệ thống điều khiển số máy tính (CNC) hoặc điều khiển số trực tiếp (DNC). Các hệ thống này khác với các hình thức điều khiển số (NC) cũ hơn ở chỗ dữ liệu hình học được mã hóa cơ học. Vì cả CAD và CAM đều sử dụng các phương pháp dựa trên máy tính để mã hóa dữ liệu hình học, nên các quá trình thiết kế và chế tạo có thể được tích hợp cao. Hệ thống thiết kế và sản xuất có sự hỗ trợ của máy tính thường được gọi là CAD / CAM.
NGUỒN GỐC CỦA CAD / CAM
CAD có nguồn gốc từ ba nguồn riêng biệt, chúng cũng dùng để làm nổi bật các hoạt động cơ bản mà hệ thống CAD cung cấp. Nguồn CAD đầu tiên là kết quả của những nỗ lực tự động hóa quá trình soạn thảo. Những phát triển này đã được tiên phong bởi Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Động cơ Chung vào đầu những năm 1960. Một trong những lợi thế tiết kiệm thời gian quan trọng của mô hình máy tính so với các phương pháp soạn thảo truyền thống là phương pháp trước đây có thể nhanh chóng được sửa chữa hoặc thao tác bằng cách thay đổi các tham số của mô hình. Nguồn thứ hai của CAD là để thử nghiệm các thiết kế bằng mô phỏng. Việc sử dụng mô hình máy tính để kiểm tra sản phẩm đã được tiên phong bởi các ngành công nghệ cao như hàng không vũ trụ và chất bán dẫn. Nguồn thứ ba của sự phát triển CAD là kết quả của những nỗ lực tạo điều kiện thuận lợi cho dòng chảy từ quá trình thiết kế đến quá trình sản xuất bằng cách sử dụng công nghệ điều khiển số (NC), vốn được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng vào giữa những năm 1960. Chính nguồn này đã tạo ra mối liên kết giữa CAD và CAM. Một trong những xu hướng quan trọng nhất trong công nghệ CAD / CAM là sự tích hợp ngày càng chặt chẽ hơn giữa các giai đoạn thiết kế và sản xuất của các quy trình sản xuất dựa trên CAD / CAM.
Sự phát triển của CAD và CAM và đặc biệt là mối liên kết giữa hai phương pháp này đã khắc phục được những thiếu sót của NC truyền thống về chi phí, tính dễ sử dụng và tốc độ bằng cách cho phép thực hiện thiết kế và chế tạo một bộ phận bằng cách sử dụng cùng một hệ thống mã hóa dữ liệu hình học. Sự đổi mới này đã rút ngắn đáng kể khoảng thời gian giữa thiết kế và sản xuất và mở rộng đáng kể phạm vi quy trình sản xuất mà máy móc tự động có thể được sử dụng một cách kinh tế. Cũng quan trọng không kém, CAD / CAM cho phép nhà thiết kế kiểm soát trực tiếp hơn nhiều đối với quy trình sản xuất, tạo ra khả năng tích hợp hoàn toàn các quy trình thiết kế và sản xuất.
Sự phát triển nhanh chóng trong việc sử dụng các công nghệ CAD / CAM sau đầu những năm 1970 được thực hiện nhờ sự phát triển của chip silicon và bộ vi xử lý được sản xuất hàng loạt, dẫn đến các máy tính có giá cả phải chăng hơn. Khi giá máy tính tiếp tục giảm và sức mạnh xử lý của chúng được cải thiện, việc sử dụng CAD / CAM được mở rộng từ các công ty lớn sử dụng kỹ thuật sản xuất hàng loạt quy mô lớn sang các công ty thuộc mọi quy mô. Phạm vi hoạt động mà CAD / CAM được áp dụng cũng được mở rộng. Ngoài việc tạo hình các bộ phận bằng các quy trình máy công cụ truyền thống như dập, khoan, phay và mài, CAD / CAM đã được sử dụng bởi các công ty liên quan đến sản xuất điện tử tiêu dùng, linh kiện điện tử, nhựa đúc và một loạt các sản phẩm khác . Máy tính cũng được sử dụng để điều khiển một số quá trình sản xuất (chẳng hạn như chế biến hóa học) không được xác định chặt chẽ là CAM vì dữ liệu điều khiển không dựa trên các thông số hình học.
Sử dụng CAD, có thể mô phỏng theo ba chiều chuyển động của một bộ phận thông qua quá trình sản xuất. Quá trình này có thể mô phỏng tốc độ tiến dao, góc và tốc độ của máy công cụ, vị trí của kẹp giữ bộ phận, cũng như phạm vi và các ràng buộc khác hạn chế hoạt động của máy. Việc tiếp tục phát triển mô phỏng các quy trình sản xuất khác nhau là một trong những phương tiện quan trọng mà hệ thống CAD và CAM ngày càng trở nên tích hợp. Hệ thống CAD / CAM cũng tạo điều kiện giao tiếp giữa những người liên quan đến thiết kế, sản xuất và các quy trình khác. Điều này đặc biệt quan trọng khi một công ty ký hợp đồng với công ty khác để thiết kế hoặc sản xuất một bộ phận.
ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM
Mô hình hóa bằng hệ thống CAD mang lại một số lợi thế so với các phương pháp soạn thảo truyền thống sử dụng thước kẻ, hình vuông và compa. Ví dụ, thiết kế có thể được thay đổi mà không cần tẩy xóa và vẽ lại. Hệ thống CAD cũng cung cấp các tính năng 'thu phóng' tương tự như ống kính máy ảnh, nhờ đó nhà thiết kế có thể phóng đại các yếu tố nhất định của mô hình để dễ dàng kiểm tra. Mô hình máy tính thường là ba chiều và có thể được xoay trên bất kỳ trục nào, giống như người ta có thể xoay mô hình ba chiều thực tế trong tay của một người, cho phép nhà thiết kế có được cảm nhận đầy đủ hơn về đối tượng. Các hệ thống CAD cũng cho phép mình mô hình hóa các bản vẽ cắt lớp, trong đó hình dạng bên trong của một bộ phận được tiết lộ và để minh họa các mối quan hệ không gian giữa một hệ thống các bộ phận.
Để hiểu CAD, bạn cũng nên hiểu những gì CAD không thể làm được. Hệ thống CAD không có phương tiện để hiểu các khái niệm trong thế giới thực, chẳng hạn như bản chất của đối tượng được thiết kế hoặc chức năng mà đối tượng đó sẽ phục vụ. Hệ thống CAD hoạt động nhờ khả năng mã hóa các khái niệm hình học. Do đó, quá trình thiết kế sử dụng CAD liên quan đến việc chuyển ý tưởng của một nhà thiết kế thành một mô hình hình học chính thức. Các nỗ lực phát triển 'trí tuệ nhân tạo' (AI) dựa trên máy tính vẫn chưa thành công trong việc thâm nhập ngoài cơ học - được thể hiện bằng mô hình hình học (dựa trên quy tắc).
Các hạn chế khác đối với CAD đang được giải quyết bằng nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực hệ thống chuyên gia. Lĩnh vực này bắt nguồn từ nghiên cứu được thực hiện trong AI. Một ví dụ về hệ thống chuyên gia liên quan đến việc kết hợp thông tin về bản chất của vật liệu — trọng lượng, độ bền kéo, tính linh hoạt của chúng, v.v. — vào phần mềm CAD. Bằng cách bao gồm thông tin này và các thông tin khác, hệ thống CAD sau đó có thể 'biết' những gì một kỹ sư chuyên nghiệp biết khi kỹ sư đó tạo ra một thiết kế. Sau đó, hệ thống có thể bắt chước mô hình suy nghĩ của kỹ sư và thực sự 'tạo ra' nhiều thiết kế hơn. Hệ thống chuyên gia có thể liên quan đến việc thực hiện các nguyên tắc trừu tượng hơn, chẳng hạn như bản chất của trọng lực và ma sát, hoặc chức năng và mối quan hệ của các bộ phận thường được sử dụng, chẳng hạn như đòn bẩy hoặc đai ốc và bu lông. Các hệ thống chuyên gia cũng có thể thay đổi cách dữ liệu được lưu trữ và truy xuất trong các hệ thống CAD / CAM, thay thế hệ thống phân cấp bằng một hệ thống mang lại tính linh hoạt cao hơn. Tuy nhiên, những khái niệm tương lai như vậy đều phụ thuộc nhiều vào khả năng của chúng ta trong việc phân tích các quá trình quyết định của con người và chuyển chúng thành các quy trình tương đương cơ học nếu có thể.
Một trong những lĩnh vực phát triển quan trọng của công nghệ CAD là mô phỏng hiệu suất. Trong số các loại mô phỏng phổ biến nhất là kiểm tra phản ứng với ứng suất và mô hình hóa quá trình mà một bộ phận có thể được sản xuất hoặc các mối quan hệ động giữa một hệ thống các bộ phận. Trong các thử nghiệm ứng suất, các bề mặt mô hình được hiển thị bằng lưới hoặc lưới, biến dạng khi bộ phận chịu ứng suất vật lý hoặc nhiệt mô phỏng. Các bài kiểm tra động lực học hoạt động như một phần bổ sung hoặc thay thế cho việc xây dựng các nguyên mẫu hoạt động. Việc dễ dàng thay đổi các thông số kỹ thuật của một bộ phận tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát triển các hiệu suất động tối ưu, cả về hoạt động của một hệ thống các bộ phận và việc sản xuất bất kỳ bộ phận nhất định nào. Mô phỏng cũng được sử dụng trong tự động hóa thiết kế điện tử, trong đó dòng điện mô phỏng qua mạch cho phép kiểm tra nhanh các cấu hình linh kiện khác nhau.
Các quy trình thiết kế và sản xuất, theo một nghĩa nào đó, có thể tách biệt về mặt khái niệm. Tuy nhiên, quá trình thiết kế phải được thực hiện với sự hiểu biết về bản chất của quá trình sản xuất. Ví dụ, nhà thiết kế cần biết các đặc tính của vật liệu mà bộ phận có thể được chế tạo, các kỹ thuật khác nhau mà bộ phận đó có thể được định hình, và quy mô sản xuất có hiệu quả về mặt kinh tế. Sự trùng lặp về khái niệm giữa thiết kế và sản xuất gợi ý về những lợi ích tiềm năng của CAD và CAM và lý do chúng thường được coi là một hệ thống.
Những phát triển kỹ thuật gần đây về cơ bản đã ảnh hưởng đến tiện ích của các hệ thống CAD / CAM. Ví dụ, sức mạnh xử lý ngày càng tăng của máy tính cá nhân đã mang lại cho chúng khả năng tồn tại như một phương tiện cho ứng dụng CAD / CAM. Một xu hướng quan trọng khác là hướng tới việc thiết lập một tiêu chuẩn CAD-CAM duy nhất, để các gói dữ liệu khác nhau có thể được trao đổi mà không bị chậm trễ trong sản xuất và giao hàng, sửa đổi thiết kế không cần thiết và các vấn đề khác tiếp tục đe dọa một số sáng kiến CAD-CAM. Cuối cùng, phần mềm CAD-CAM tiếp tục phát triển trong các lĩnh vực như biểu diễn trực quan và tích hợp các ứng dụng mô hình hóa và thử nghiệm.
TRƯỜNG HỢP ĐỐI VỚI CAS VÀ CAS / CAM
Sự phát triển song song về mặt khái niệm và chức năng cho CAD / CAM là CAS hoặc CASE, kỹ thuật phần mềm có sự hỗ trợ của máy tính. Theo định nghĩa của SearchSMB.com trong bài viết về 'CASE', 'CASE' ¦ là việc sử dụng một phương pháp được máy tính hỗ trợ để tổ chức và kiểm soát sự phát triển của phần mềm, đặc biệt là trong các dự án lớn, phức tạp liên quan đến nhiều thành phần phần mềm và con người. ' CASE bắt đầu từ những năm 1970 khi các công ty máy tính bắt đầu áp dụng các khái niệm từ kinh nghiệm CAD / CAM để đưa vào quy trình phát triển phần mềm nhiều kỷ luật hơn.
Một tên viết tắt khác được lấy cảm hứng từ sự hiện diện phổ biến của CAD / CAM trong lĩnh vực sản xuất là CAS / CAM. Cụm từ này là viết tắt của phần mềm Tiếp thị được Máy tính hỗ trợ / Bán hàng bằng Máy tính. Trong trường hợp của CASE cũng như CAS / CAM, cốt lõi của các công nghệ đó là tích hợp các luồng công việc và áp dụng các quy tắc đã được chứng minh cho một quy trình lặp lại.
THƯ MỤC
Ames, Benjamin B. 'Cách CAD giữ cho nó đơn giản.' Tin tức thiết kế . Ngày 19 tháng 6 năm 2000.
'Phần mềm CAD hoạt động với các ký hiệu từ CADDetails.com.' Mạng tin tức sản phẩm . Ngày 11 tháng 1 năm 2006.
'TRƯỜNG HỢP.' Tìm kiếmSMB.com. Có sẵn từ http://searchsmb.techtarget.com/sDefinition/0,sid44_gci213838,00.html. Truy cập ngày 27 tháng 1 năm 2006.
Christman, Alan. 'Xu hướng Công nghệ trong Phần mềm CAM.' Cửa hàng máy hiện đại . Tháng 12 năm 2005.
Leondes, Cornelius, biên tập. 'Thiết kế, Kỹ thuật và Sản xuất có Sự hỗ trợ của Máy tính.' Tập 5 trong số Thiết kế Hệ thống Sản xuất . CRC Press, 2001.
'Ý anh là gì?' Cơ khí-CIME . Tháng 11 năm 2005.
