CAD


Kratica CAD (angl. Computer Aided Design) pomeni računalniško podprto konstruiranje, pri katerem konstrukter pri snovanju izdelkov uporablja računalniške in programske sisteme. Je uporaba širokega spektra računalniških orodij, ki pomagajo inženirjem, arhitektom in drugim pri njihovem snovanju in konstruiranju. CAD je glavno geometrijsko orodje v okviru življenjskega cikla izdelka in vključuje tako računalniške programe kot tudi posebej za ta namen prirejeno strojno opremo.

Snovanje in konstruiranje je proces transformacije funkcionalnih specifikacij in zahtev v celovit opis produkta, ki v celoti izpolnjuje postavljene specifikacije in zahteve. V tem procesu konstrukter določa funkcijo produkta, njegovo obliko, lastnosti materiala, način izdelave … Pri tem si pomaga z izkušnjami, informacijami iz priročnikov in standardov, z izvajanjem numeričnih analiz (metode končnih elementov – MKE), pravili in predpisi, ki veljajo v podjetju, in tudi s svojo lastno intuicijo.

Proces konstruiranja je zelo kompleksen proces, ki ga opravlja človek, in predstavlja nenehno sprejemanje odločitev in izvajanje aktivnosti z namenom, da skonstruiramo izdelek, ki bo ustrezal danim zahtevam in specifikacijam.

Računalniško konstruiranje zajema naslednje aktivnosti:

  • snovanje in razvoj izdelkov,
  • konstruiranje sklopov, elementov in detajlov,
  • analiziranje in ovrednotenje konstrukcije,
  • modificiranje.

Razvoj CAD-tehnik je v veliki meri pogojen z razvojem računalnikov in računalniške grafike, kajti jedro CAD-sistema tvori sodobna interaktivna računalniška grafika, ki omogoča komunikacijo med konstrukterjem in grafičnim CAD-sistemom. Računalnik skupaj s CAD-sistemom pa je orodje konstrukterja, ki zanj opravi večino rutinskih opravil, zasnovo izdelka in pomembne odločitve pa konstrukter sprejema na osnovi svojega znanja in izkušenj.

CAD-sistem za konstruiranje z računalnikom omogoča izvajanje različnih nalog, ki jih lahko razdelimo v štiri področja:

  • geometrijsko modeliranje,
  • inženirske analize,
  • pregled in ovrednotenje konstrukcije,
  • avtomatizirano risanje.

Geometrijsko modeliranje je povezano s sposobnostjo računalnika, da lahko matematično opiše geometrijo predmeta in jo prikaže na zaslonu, kjer z njo manipuliramo. Za geometrijsko modeliranje potrebujemo zmogljiv računalnik (grafično delovno postajo) in sposobnega konstrukterja, ki kreira grafično sliko predmeta s pomočjo osnovnih geometrijskih elementov, kot so točke, črte in krogi, izvaja translacije, rotacije, povečuje, pomanjšuje in povezuje osnovne geometrijske elemente v želeno obliko izdelka.

Pri geometrijskem modeliranju obstaja več metod za predstavitev predmeta, in sicer s pomočjo črtnih obrisov ali prostorsko modeliranje v treh dimenzijah. Za prikaz predmeta s pomočjo črtnih obrisov ali črtno modeliranje uporabljamo medsebojno povezane črte in krivulje, pri prostorskem modeliranju pa uporabljamo za konstruiranje predmetov polne geometrijske oblike. Predmete lahko predstavimo tudi z različnimi barvami, ki nam bolj pojasnijo in poudarijo komponente, npr. v sestavu, s tem pa povečamo preglednost modeliranih predmetov.

 

crtna            prostorska

Črtno modeliranje (žični model) in prostorsko modeliranje

 

Inženirske analize (numerične metode) pri snovanju in konstruiranju zelo pogosto uporabljamo za reševanje napetostnih, deformacijskih, toplotnih in drugih problemov. Z analitičnimi metodami je namreč možno priti do rešitve le za konstrukcije enostavnih oblik in enostavnih robnih pogojev, medtem ko lahko s pomočjo numeričnih metod obvladujemo tudi kompleksnejše probleme. Najbolj znana je metoda končnih elementov.

Za zmanjševanje konstrukcijskih napak uporabljamo razne metode preverjanja in vrednotenja konstrukcij s pomočjo različnih vrst simulacij, s katerimi s pomočjo računalniškega programa čim bolj natančno ponazorimo delovanje nekega realnega procesa, preverjamo kolizije, kinematiko, dinamiko …

Avtomatizirano risanje pomeni direktno kreiranje inženirskih risb na osnovi CAD-modela in baze podatkov ter zajema kotiranje, risanje v merilu, šrafiranje, sposobnost izdelave risbe v več pogledih, detajliranje, izdelavo kosovnic, montažnih risb, eksplozijskih risb …

 risba

Avtomatizirano določanje 2D-dimenzij iz prostorskega modela izdelka

Eksplozijske poglede oziroma montažne risbe po navadi uporabljamo za prikaz vgradnje oziroma montaže posameznih komponent ter njihove povezave v končni izdelek in so nepogrešljivi pri izdelavi katalogov rezervnih delov ter navodil za montažo. Pogledom lahko dodamo tudi vodilne črte s stičnimi pregibi.

 

eksplozijski

Eksplozijski pogled sestave ventila

 

Računalniško podprto konstruiranje prinaša veliko koristi, ki se kažejo predvsem v izboljšani kakovosti dela in boljši kontroli. Najpogostejša prednost je povečanje produktivnosti pri konstruiranju, ki pa je odvisno predvsem od:

  • zahtevnosti načrtov,
  • ravni detajlov na načrtih,
  • stopnje ponovljivosti pri konstruiranih delih,
  • stopnje simetrije posameznih delov,
  • obsežnosti knjižnice splošno rabljenih celot.

Računalniško podprto konstruiranje lahko uporabljamo na naslednjih področjih:

  • snovanje izdelka,
  • izdelava prototipa izdelka,
  • risanje in detajliranje inženirskih risb,
  • snovanje in konstruiranje raznih orodij,
  • inženirske analize izdelkov,
  • izdelava tehniške dokumentacije,
  • izdelave splošne dokumentacije.

Vpliv uporabe CAD-tehnik ima tudi sinergijske učinke in ugodno vpliva na rast prodaje in zniževanje proizvodnih stroškov ter omogoča hitrejši odziv na spremenjene zahteve kupca.