طراحی به کمک کامپیوتر (CAD)

طراحی به کمک کامپیوتر (CAD) چیست؟

در گذشته دور؛ یعنی قبل از اختراع کامپیوترهای مدرن، طراحان تمام طراحی‌های خود را بر روی کاغذ و به صورت دستی انجام می‌دادند. بدیهی است این روش طراحی از نظر زمانی به صرفه نبوده و نیاز به اختصاص نیروهای طراح بیشتری دارد. با پیشرفت علم کامپیوتر و تکنولوژی آن، نرم افزارهایی تحت عنوان طراحی به کمک کامپیوتر (Computer-aided Design) برای سرعت بخشیدن و راحتی این فرآیند منتشر شدند. با استفاده از این نرم افزارها، مهندسان توانستند سرعت و دقت طراحی‌های خود را به طور قابل ملاحظه‌ای افزایش دهند. ما نیز در این مقاله قصد داریم تا طراحی به کمک کامپیوتر را به صورت کامل برای شما توضیح دهیم.

نرم افزارهای متنوعی در این راستا ساخته و منتشر شده اند که اکثر آن‌ها کاربرد یکسانی داشته و تنها در برخی قابلیت‌های خاص با یکدیگر متفاوت هستند. به طور مثال می‌توان از کتیا، اینونتور، سالیدورکس و… نام برد که همگی در مسیر طراحی مهندسی ابزاری قدرتمند را برای مهندسان فراهم می‌کنند. به طور کلی وظیفه این نرم افزارها مدلسازی سه بعدی و دو بعدی، مونتاژ مجموعه‌ها، نقشه‌کشی و دیگر کاربردها مربوط به طراحی با کامپیوتر می‌باشد. در ادامه قصد داریم مسیر طراحی به کمک کامپیوتر را با بیان جزئیات هر مرحله برای یک مجموعه که شامل چندین قطعه می‌باشد، توضیح دهیم.

مراحل طراحی به کمک کامپیوتر (CAD)

مرحله اول: مدلسازی قطعه (Part)

ابتدایی ترین مرحله برای طراحی ایجاد مدل سه بعدی از قطعه می‌باشد که این امر در محیطی به نام پارت (Part) انجام می‌شود. فرآیند ترسیم یک مدل سه بعدی به این صورت می‌باشد که ابتدا در یک صفحه دو بعدی هندسه ای را تحت عنوان اسکچ (Sketch)  رسم می‌کنیم و سپس با قابلیت‌های مختلف نرم افزار به شکل دو بعدی حجم می‌دهیم تا یک مدل سه بعدی حاصل شود. به طور نمونه برای رسم یک مکعب مستطیل، ابتدا در یک صفحه شکل مستطیل را رسم می‌کنیم.

سپس با قابلیت اکسترود (Extrude) به آن ضخامت می‌دهیم تا یک مدل سه بعدی ایجاد شود. این روش یکی از ابتدایی ترین راه‌ها برای تبدیل شکل دو بعدی به سه بعدی می‌باشد. قابلیت‌های دیگری نیز وجود دارند که با استفاده از آن اسکچ‌های رسم شده به مدل سه بعدی مدنظر تبدیل می‌شود.

از دیگر روش‌های پر کاربرد برای حجم دادن به یک هندسه دو بعدی، می‌توان به دوران دادن حول یک محور (Revolve) و یا امتداد دادن در راستای یک منحنی یا خط (Sweep) اشاره کرد. همچنین برای تغییر در مدل سه بعدی از قابلیت‌هایی مانند سوراخکاری (Hole)، پخ زنی (Chamfer) و … استفاده می‌شود. با ترکیب این ابزارهای قدرتمند، طراحان می‌توانند مدل سه بعدی قطعه مدنظر خود را با دقت بالا ایجاد کنند.

با روش ذکر شده در بالا قطعات مورد نظر در مجموعه تک تک به صورت سه بعدی مدلسازی می‌شوند. اکثر نرم افزارهای طراحی به کمک کامپیوتر مانند کتیا، سالیدورکس، اینونتور و … در این محیط بسیار شبیه به یکدیگر بوده و کارایی یکسانی دارند.

مرحله دوم: مونتاژ (Assembly)

پس از ایجاد مدل قطعات در محیط قبل، نوبت به مونتاژ آن‌ها می‌رسد. این مرحله که تعیین کننده عملکرد قطعات در مجموعه و نحوه قرار گیری آن‌ها کنار یکدیگر می‌باشد، در محیطی تحت عنوان اسمبلی(Assembly) صورت می‌گیرد. این محیط شامل ابزارهای قدرتمندی جهت مونتاژ قطعات و اعمال قیود بین آن‌ها می‌باشد. برای شروع نیاز است تا ابتدا قطعات مدل شده به صورت سه بعدی را وارد این محیط کنیم.

سپس با درنظر گرفتن قیدهای بین آن‌ها، فرآیند مونتاژ را انجام داده تا مجموعه نهایی ایجاد شود. به طور مثال در این محیط می‌توان دو قطعه را با فاصله یا زاویه معین نسبت به هم نصب کرد و یا آن‌ها با قید حرکتی بر روی یکدیگر حرکت داد.

مزیت اصلی استفاده از این محیط، بررسی مواردی چون فواصل بین قطعات و تداخل‌ها در مجموعه کلی، عملکرد آن‌ها کنار یکدیگر، نحوه اتصال قطعات در مجموعه و نکاتی از این قبیل می‌باشد. اگرچه این محیط در نرم افزارهای مختلف نتیجه یکسانی حاصل می‌کند، اما نحوه و کیفیت کار با آن بین نرم افزارهای طراحی متفاوت می‌باشد.

به طور مثال در نرم افزارهایی مانند اینونتور و سالیدورکس که رابط گرافیکی قوی‌تری در مقایسه با کتیا دارند، کاربران سریع‌تر و راحت‌تر به نتیجه مطلوب می‌رسند. همین امر از دلایل جذابیت بیشتر این دو نرم افزار برای شرکت‌های تولید تجهیزات شده است.

محیط مونتاژ قابلیت‌های متنوع دیگری در اختیار کاربران قرار می‌دهد که می‌تواند فرآیند طراحی و آماده سازی تولید را سهولت بخشد. به عنوان نمونه یکی از آن‌ها کتابخانه قطعات استاندارد می‌باشد. این کتابخانه که در دو نرم افزار اینونتور و سالیدورکس بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرد، منبعی از قطعات استاندارد مهندسی مانند بلبرینگ، پیچ و مهره و… می‌باشد.

با استفاده از این منبع دیگر نیازی به مدلسازی این اقلام نمی‌باشد و می‌توان به راحتی از مدل‌های استاندارد موجود استفاده کرد. به طور مثال در یک مجموعه که بیش از هزار عدد پیچ و مهره در ابعاد مختلف استفاده شده است، کاربران به راحتی و بدون نیاز به مدلسازی هر کدام، از مدل‌های آماده این کتابخانه استفاده می‌کنند.

مرحله سوم: نقشه کشی (Drawing)

در نهایت پس از تشکیل مجموعه مونتاژی و کامل شدن مدل سه بعدی تجهیز، نوبت به آماده سازی نقشه‌های آن می‌رسد. این مرحله که ارتباط اصلی بین طراحان و کارگاه‌های ساخت است، تعیین کننده نتیجه نهایی محصول می‌باشد. محیط نقشه‌کشی در نرم افزارهای طراحی مهندسی تفاوت چندانی ندارد و عملکرد همه آن‌ها یکسان است. اگرچه این محیط در نرم افزارهای اینونتور و سالیدورکس رابط گرافیکی بهتری داشته و استفاده از آن برای کاربران لذت بخش‌تر می‌باشد.

لازم به ذکر است استخراج نقشه‌های ساخت نیازمند دانش مورد نیاز برای تولید و تسلط بر فرآیندهای مختلف آن می‌باشد که این موضوع تفاوت اصلی میان طراحان خبره و با تجربه، و طراحان نوپا می‌باشد. یک نقشه استاندارد دارای علائم مختلفی می‌باشد که آن را برای کارگاه ساخت قابل درک می‌کند.

به طور مثال در نقشه‌ها باید مواردی مانند ابعاد، صافی سطح، تلورانس‌ها و … مشخص شود تا کارکنان فنی بتوانند قطعه مدنظر طراح را با شرایط مطلوب تولید کنند. همچنین استانداردهایی جهت راهنمایی مهندسان در نقشه کشی وجود دارد که مهم‌ترین آن، ISO 128 می‌باشد. این استاندارد نحوه نمایش نقشه قطعات و علائم مربوط به ساخت را کاملا بررسی کرده است.

امکانات جذاب نرم افزارهای طراحی به کمک کامپیوتر

قابلیت‌های عمومی مانند مدلسازی، مونتاژ و نقشه کشی از تمام نرم افزارهایی که تحت عنوان طراحی به کمک کامپیوتر منتشر می‌شوند انتظار می‌رود. اما این نرم افزارها امکانات جذاب دیگری نیز دارند که عمومیت کمتری دارند.

یکی از قابلیت‌های نرم افزارهایی مانند اینونتور و سالیدورکس، امکان ایجاد انیمیشن از مدل سه بعدی می‌باشد. با استفاده از ابزارهای موجود در این نرم افزارها، کاربران می‌توانند مدل‌های سه بعدی خود را حرکت داده و از آن یک انیمیشن زیبا تهیه کنند. به طور مثال می‌توان یک مجموعه شامل چندین عضو دوار مانند چرخدنده، شافت و … را حرکت داد و از آن یک فیلم تهیه کرد.

ویژگی دیگر این نرم افزارها تحلیل ابتدایی المان محدود می‌باشد.  اگرچه در نرم افزارهای CAD نمی‌توان شبیه‌سازی المان محدود را با دقت بالا و امکانات موجود در نرم افزارهای CAE انجام داد، اما این تحلیل‌های ساده درک خوبی از مدل به طراحی می‌دهند. اینونتور و سالیدورکس به دلیل رابط کاربری جذاب و ساده‌تر بودن، در این زمینه کاربرد بیشتری در مقایسه با کتیا دارند.

قابلیت جذاب دیگری که در این نرم افزارها وجود دارد، طراحی سطوح می‌باشد. این ابزار به مهندسان توانایی مدلسازی سطوح پیچیده با به کارگیری قابلیت‌های قاب سیمی (WireFrame) و سطوح مختلف را می‌دهد. در این روش از ابزارهایی مانند صفحه، منحنی و… استفاده می‌شود. این قابلیت‌ها هنگام طراحی یک سطح پیچیده انعطاف پذیری بیشتری در اختیار طراحان قرار می‌دهد.

یکی از اولین نرم افزارهایی که این قابلیت را در اختیار مهندسان قرار داد، کتیا بود. محیط Generative Shape Design  این نرم افزار همچنان برای طراحی سطوح پیشرفته در صنایع مختلف مورد استفاده قرار گرفته و از محبوبیت بالایی در مقابل دیگر نرم افزارها برخوردار است.

کاربردهای طراحی به کمک کامپیوتر (CAD)

هدف استفاده از نرم افزارهای CAD بهینه سازی روند طراحی، افزایش بهره‌وری و افزایش کیفیت طراحی می‌باشد. نرم افزارهای کد در صنایع متنوعی مورد استفاده قرار می‌گیرند که از بین آن‌ها می‌توان به این موارد اشاره کرد:

• معماری
• مهندسی
• برنامه ریزی شهری
• طراحی محصول
• طراحی بازی
• طراحی صنعتی
• طراحی داخلی
• و …

نرم افزارهای پرکاربرد طراحی به کمک کامپیوتر (CAD)

اتوکد (AutoCad) و اینونتور (Inventor)

این دو نرم افزار ذکر شده محصول شرکت اتودسک (Autodesk) می‌باشند. اتوکد از قدیمی‌ترین نرم افزارهای طراحی با کامپیوتر بوده که امروزه بیشتر برای نقشه کشی دو بعدی و طراحی پلان‌های ساختمانی مورد استفاده قرار می‌گیرد. از طرفی شرکت اتودسک با انتشار اینونتور و ابزارهای قدرتمند آن، توانسته نیاز کاربران به مدلسازی سه بعدی و مونتاژ را کاملا برطرف کند.

کتیا (Catia) و سالیدورکس (SolidWorks)

کتیا و سالیدورکس که توسط شرکت داسالت سیستمز (Dassault Systems) منتشر شدند، رقبای اصلی نرم افزارهای اتودسک به شمار می‌آیند. کتیا با سابقه طولانی در زمینه طراحی و مدلسازی سه بعدی، توسط شرکت‌های بزرگی مانند ناسا و بوئینگ استفاده می‌شود و به دلیل سازگار شدن این شرکت‌ها با آن نرم افزار، همچنان مورد استفاده می‌باشد. همچنین با انتشار سالیدورکس، این شرکت مدلسازی سه بعدی را برای کاربران خود راحت‌تر و سریع‌تر کرده است. سالیدورکس مهم‌ترین رقیب اینونتور بوده و با داشتن رابط گرافیکی بهتر از کتیا، توانسته پایاپای رقیب خود حرکت کند.

زیمنس اِن اکس (Siemens NX)

همانطور که از نام این نرم افزار پیداست، توسط شرکت معروف زیمنس منتشر شده است. مهم‌ترین مزیت این نرم افزار طراحی در مقایسه با بقیه، نیاز کمتر آن به پردازنده‌های گرافیکی قدرتمند می‌باشد. نرم افزار زیمنس می‌تواند به راحتی با سخت افزارهای ضعیف‌تر کار کند و مناسب افراد یا شرکت‌هایی می‌باشد که توانایی خرید پردازشگرهای قدرتمند را ندارند.

مزایای استفاده از نرم افزارهای طراحی به کمک کامپیوتر (CAD)

در مقایسه با روش‌های سنتی طراحی و نقشه کشی، استفاده از این نرم افزارهای مدرن مزایای بسیاری به همراه داشته است. از اولین مزیت این نرم افزارها می‌توان به کاهش چشمگیر مصرف کاغذ در فرآیند طراحی اشاره کرد. به طور مثال زمانی که نیاز به ایجاد یک تغییر در طراحی باشد، به راحتی در نرم افزار انجام می‌شود و نیازی به ترسیم مجدد کل نقشه بر روی کاغذ نمی‌باشد.

همچنین به دلیل قابلیت‌های مختلف این نرم افزارهای طراحی مهندسی، سرعت کار به طور چشمگیری افزایش یافته است. علاوه بر آن مهندسان به راحتی می‌توانند با به اشتراک گذاری فایل‌های خود با همکاران، کار تیمی خود را بهبود بخشند. به طور کلی با پیشرفت روز افزون این نرم افزارها انعطاف پذیری طراحی بیش از پیش شده و همچنین هزینه‌های مربوط به طراحی به طور قابل توجهی کاهش یافته است.

جمع بندی نرم افزارهای طراحی به کمک کامپیوتر (CAD)

در نهایت می‌توان نتیجه گرفت با روی کار آمدن نرم افزارهای طراحی به کمک کامپیوتر و حذف روش‌های قدیمی، عملکرد طراحان بسیار بهبود یافته است. فرآیند طراحی با نرم افزار، شامل مراحل مختلفی می‌باشد که در هر کدام از این مراحل ابزارهای قدرتمندی در اختیار کاربران قرار گرفته است. همچنین نرم افزارهای مختلفی تحت عنوان طراحی به کمک کامپیوتر دسته بندی می‌شوند اما نحوه کار با آن‌ها مشابه یکدیگر بوده و اکثرا قابلیت‌های یکسانی در اختیار کاربر قرار می‌دهند. افتخار تیم مکادمی است تا به شما در تمام حالت ها کمک کند.