CAD в цифровом виде создает 2D- и 3D-моделирование реальных объектов, чтобы оптимизировать дизайн перед производством.

Компьютерное проектирование (САПР) определяется как процесс создания в цифровом виде моделирования дизайна реальных товаров и продуктов в 2D или 3D с учетом масштаба, точности и физических свойств для оптимизации и совершенствования дизайна — часто в совместной работе. способом – перед изготовлением. В этой статье объясняется, как работает CAD, его типы, программное обеспечение и варианты использования.

Что такое САПР (автоматизированное проектирование)?

Компьютерное проектирование (САПР) — это процесс создания в цифровом виде моделей реальных товаров и продуктов в 2D или 3D, дополненных масштабом, точностью и физическими свойствами для оптимизации и совершенствования дизайна — часто в сотрудничестве — до производство.

Как работает САПР и его использование при проектировании сложных систем

CAD также иногда называют «автоматизированным проектированием и черчением» (CADD). Использование компьютерного программного обеспечения для помощи в процессах проектирования известно как автоматизированное проектирование. Различные инженеры и дизайнеры регулярно используют программное обеспечение САПР. Двумерные (2-D) чертежи и трехмерные (3-D) модели могут быть созданы с использованием программного обеспечения САПР.

Делая проекты простыми для совместного использования, просмотра, моделирования и редактирования с помощью 3D CAD, вы можете быстро выводить на рынок новые уникальные изделия. Когда дело доходит до традиционного метода проектирования и проектирования «карандаш на бумаге», известного как ручное черчение, программное обеспечение САПР вытеснило Т-образные квадраты и транспортиры, использовавшиеся прошлыми дизайнерами.

Первая коммерческая система программирования с числовым программным управлением, PRONTO, созданная доктором Патриком Дж. Ханратти в 1957 году, приписывают начало автоматизированному проектированию (САПР). SKETCHPAD, разработанный Иваном Сазерлендом в 1960 году в Линкольнской лаборатории Массачусетского технологического института, доказал жизнеспособность и основы автоматизированного создания технических эскизов.

Поскольку машины были очень дорогими, когда САПР была впервые разработана, это был не совсем жизнеспособный вариант для бизнеса. Инженеры теперь могут использовать файлы САПР, которые точно отображают размеры и атрибуты объекта, благодаря развитию мини-компьютеров и микропроцессоров во второй половине 20-го века и связанному с этим увеличению вычислительной мощности, особенно после появления облачных вычислений.

Как работает компьютерное проектирование?

Стандартная CAD-система требует для работы установки программного пакета CAD и, иногда, графической карты на вашем компьютере. Графическое ядро ​​— это мозг приложения САПР. Графический пользовательский интерфейс (GUI) является еще одним важным компонентом программного обеспечения САПР. Графический интерфейс используется для отображения геометрии САПР и сбора данных, вводимых пользователем.

Разработка компьютерных моделей с геометрическими ограничениями известна как автоматизированное проектирование (САПР). Эти модели часто обеспечивают трехмерное представление компонента или всей системы на экране компьютера. Разработчики могут легко модифицировать модель, изменяя подходящие параметры, что облегчает жизнь проектировщикам и инженерам.

Это указывает на то, что характеристики и отношения, которые мы вводим в геометрию, форму и размер, контролируются. Если вы используете твердотельное геометрическое моделирование, которое требует предварительного нанесения материала, геометрическое тело будет реагировать на силы так же, как и реальные объекты.

Мышь и клавиатура часто используются в качестве устройств ввода, а также иногда используются трекболы и дигитайзеры. Графический интерфейс передает ввод с устройств ввода в графическое ядро ​​в соответствующем формате. Графическое ядро ​​создает геометрические объекты и указывает графической карте отображать их в графическом интерфейсе.

Инженеры-конструкторы могут планировать и создавать свою работу на экране компьютера с помощью САПР, распечатывать ее и сохранять для будущих изменений. Объекты традиционного черчения представлены программным обеспечением САПР для механического проектирования с использованием либо векторных изображений, либо, в некоторых случаях, растровой графики, которая показывает общий вид запланированных вещей. Однако это включает в себя больше, чем просто формы.

В соответствии с нормами для конкретных приложений выходные данные САПР должны отражать информацию, такую ​​как материалы, процедуры, размеры и допуски, точно так же, как ручное составление технических и инженерных чертежей. Программное обеспечение также учитывает взаимодействие между различными материалами и заинтересованными сторонами, что особенно важно, поскольку субподрядчики добавляют к чертежам больше деталей.

Примеры программного обеспечения САПР

При включении в патентные заявки проекты САПР полезны для защиты товаров и изобретений. Эти часто используемые программные инструменты могут помочь вам в создании строительной документации, изучении концепций дизайна, визуализации идей с помощью фотореалистичных визуализаций и моделировании того, как проект будет функционировать в реальной жизни. Давайте рассмотрим пять лучших программ САПР для использования:

• AutoCAD: одним из первых CAD-приложений, появившихся на рынке, был AutoCAD от Autodesk, пользующийся хорошей репутацией в нескольких отраслях. Эта программа САПР используется для 2D и 3D черчения и проектирования. Он может создавать проекты, компоновки оборудования, секущие плоскости, модельную документацию и многое другое. Секрет успеха заключается в освоении AutoCAD и других программ 3D CAD. Программное обеспечение предназначено для экспертов, имеющих опыт программирования алгоритмических моделей.
• SolidWorks: профессиональные 3D-дизайнеры часто используют этот продукт Dassault Systèmes. Это параметрическая модель, основанная на функциях. Работодатели обычно ищут кандидатов со знанием SolidWorks, потому что это хорошо известное программное обеспечение для механического проектирования со значительной базой пользователей. Это программное обеспечение САПР для 3D-моделирования широко используется в области машиностроения и дизайна. В программное обеспечение Solidworks включены различные возможности, в том числе инструменты для проверки проекта или обратного проектирования.
• FreeCAD: FreeCAD — это средство параметрического моделирования с открытым исходным кодом, которое превосходно работает во всех жизненно важных приложениях САПР, включая проектирование продуктов, машиностроение и архитектуру. Разработчики использовали Python для создания верхних слоев FreeCAD, который уже оснащен функциями настройки программы. Вы можете использовать 2D-формы, созданные с помощью FreeCAD, в качестве отправной точки для проектирования других элементов. Это мультиплатформенное (Windows 11 , Mac и Linux), гибко настраиваемое и расширяемое программное обеспечение.
• TinkerCAD: инструмент 3D-моделирования на основе веб-браузера под названием Tinkercad доступен в Интернете и может использоваться бесплатно. Он приобрел популярность как инструмент для создания моделей для 3D-печати с тех пор, как стал доступен в 2011 году. Конструктивная твердотельная геометрия (CSG), основанная на этой программе САПР, позволяет пользователям комбинировать более простые элементы для создания сложных моделей. Дополнительные функции Tinkercad включают в себя включение электронных схем и программ для написания.
• Inventor: CAD-программа, предоставляемая Autodesk, представляет собой мощную программу, созданную специально для механического проектирования, что делает ее специализированным инструментом для 3D-проектирования, документирования и моделирования изделий. Inventor с интегрированными инструментами для проектирования листового металла, рам, труб и силовых агрегатов сочетает в себе функции параметрического, прямого, произвольного и основанного на правилах проектирования. Кроме того, это программное обеспечение САПР облегчает обмен идеями через безопасный облачный сервис и связывает проекты с входящими данными клиента.

Типы САПР

Компьютерное проектирование (САПР) состоит из двух основных типов — 2D и 3D. Тем не менее, вы можете дополнительно разделить их на следующие категории:

Типы САПР

1. 2D САПР

В начале 1970-х годов была создана 2D CAD, первая в отрасли программа САПР. В то время крупные аэрокосмические, автомобильные и другие инженерные предприятия разработали внутренние технологии для автоматизации повторяющихся задач черчения. Для создания плоских чертежей в 2D CAD используются основные геометрические формы, такие как линии, прямоугольники, окружности и т. д.

Это самая ранняя версия САПР, с которой знакомо большинство людей. Использование текста, размеров, выносок и таблиц в качестве аннотаций к чертежам — еще одна особенность программного обеспечения 2D CAD. 2D CAD используется для проектирования, планирования, разрезов, фасадов и подробных структур в застроенной среде. Кроме того, они показывают, как различные компоненты взаимодействуют друг с другом, образуя узлы, и предлагают важные места для проверки.

Библиотека геометрических изображений, возможность проектирования кривых Безье, сплайнов и полилиний, возможность задавать шаблоны штриховки и возможность генерировать спецификацию — все это стандартные функции 2D-систем САПР. AutoCAD, CADkey, CATIA v4 и Medusa — одни из самых известных приложений 2D CAD.

2. 2.5D САПР

2.5-D CAD — это CAD среднего уровня между 2D и 3D. Поскольку они отображают глубину объектов, призматические модели создаются с помощью этого типа САПР. Компоненты этих элементов представляют собой геометрические фигуры, как и в 2D CAD. Даже если объект трехмерный, не может быть каких-либо выступающих частей, что имеется в виду, когда поверхность описывается как 2,5D. Высота объекта (т. е. толщина или глубина) в каждом месте обычно изображается для объектов этого типа с помощью контурной карты. Хотя они находятся на одиночных планах, Z-уровни существуют.

3. 3D САПР

Существует несколько различных видов трехмерных (3D) программ САПР, каждый из которых предназначен для своего приложения и уровня детализации. Популярность 3D CAD в качестве инструмента проектирования возросла по мере увеличения вычислительной мощности компьютера и возможностей графического отображения.

Существует множество версий программного обеспечения для трехмерных (3D) САПР, предназначенных для различных приложений и уровней детализации. В целом, программное обеспечение 3D CAD создает реалистичное представление объекта проектирования, позволяя дизайнерам решать потенциальные проблемы раньше и с меньшими производственными затратами. Inventor от Autodesk, VX CAD и CATIA V5 — это несколько приложений 3D CAD, и существует множество приложений SaaS для 3D CAD.

Этот тип автоматизированного проектирования можно разделить на три категории.

• Моделирование поверхности: в отличие от каркасов, эти модели создаются путем соединения 3D-поверхностей. Модели поверхности довольно точны, учитывая, что фон не виден. Изменение модели (относительно сложное действие в программном обеспечении для моделирования поверхностей) обычно не имеет дерева операций в программном обеспечении для моделирования поверхностей. Это отличается от программного обеспечения для твердотельного моделирования, где вы можете вернуться и изменить любое действие в процессе моделирования, не запуская модель заново.
• Каркасное моделирование: с линиями и дугами они строят скелетоподобные модели. Каркасные модели называются таковыми, потому что все на заднем плане видно, и кажется, что они состоят из проволоки. Они не так популярны, как раньше. Эти модели имеют каркас из проволоки, напоминающий цельный предмет.
• Твердое моделирование: Твердое моделирование полезно, потому что программа обычно может вычислять размеры объекта при его автоматическом создании. Есть несколько вариантов этого. Конструктивная твердотельная геометрия (CSG) CAD следует тем же фундаментальным принципам, что и 2D CAD, т. е. конструирует элемент из подготовленных твердотельных геометрических объектов. Однако эти программы САПР часто невозможно модифицировать после их разработки.

4. САПР с использованием нейтральных форматов файлов

Эти типы файлов были разработаны для обеспечения совместного использования между различными программами. В результате улучшается функциональная совместимость, что очень важно. Требовался нейтральный формат файла, который мог бы легко понять любой другой поставщик программного обеспечения. Работа между несколькими программными пакетами возможна с форматами файлов, не зависящими от САПР. Если вы не хотите тратить деньги на дополнительное программное обеспечение САПР, это очень полезно.

Они устраняют барьеры и способствуют более высокому уровню сотрудничества. Наиболее популярными сегодня являются типы файлов STEP, IGES, 3D PDF, JT, STL, ACIS, PARASOLID и QIF, не зависящие от САПР. Эти форматы файлов, не зависящие от САПР, отлично справляются с устранением барьеров, но не все они одинаковы.

5. САПР с использованием собственных форматов файлов

Собственные форматы САПР — это форматы, предназначенные исключительно для определенных систем САПР. Термин «собственные форматы САПР» описывает типы файлов, предназначенные исключительно для определенных приложений САПР. По сравнению с нейтральными форматами САПР и форматами САПР с ядром геометрического моделирования, если вы можете их понять, они будут включать в себя больше всего данных и будут наиболее точными.

Следует использовать только программное обеспечение, включенное в такие типы файлов САПР. Любое другое программное обеспечение, использующее их форматы САПР, не может получить к ним доступ. Использование собственного типа файла распространено во всех программах проектирования САПР. Эти типы файлов обычно доступны для просмотра только в той же программе, которая их создала.

Лучшие приложения САПР

Поскольку САПР помогает в численном моделировании данных, моделировании и проектировании, его приложения подходят для разных отраслей. Некоторые из его критических вариантов использования включают:

1. 3D-печать

Создание трехмерного объекта реального мира из цифровой модели может быть выполнено с помощью процесса, называемого трехмерной печатью. Это достигается с помощью аддитивной технологии, которая включает в себя последовательное наращивание слоев материала, обычно термопласта. Горизонтальное поперечное сечение конечного объекта представлено каждым мелко нарезанным слоем.

Файл САПР, созданный с помощью программы 3D-моделирования или обратного проектирования, является первым шагом в создании каждого объекта. Сегодня почти каждая отрасль использует САПР для решения задач, включая создание и подготовку чертежей для приложений аддитивного производства (3D-печать) и создание представлений для разрабатываемых товаров.

2. Стоматологическая промышленность

Одной из лучших систем для помощи в проектировании и производстве элементов, связанных с лечением зубов, на данный момент является технология САПР. Благодаря способности этой цифровой технологии обеспечивать трехмерное представление структур полости рта пациента, она используется практически исключительно в восстановительных стоматологических процедурах.

Программное обеспечение может создавать детали с высочайшей точностью, включая виниры, протезы и коронки для зубных имплантатов. Лечение можно спланировать с помощью программного обеспечения САПР, а изготовление индивидуального изделия возможно без снятия слепков со рта. Это не только экономит время, но и избавляет пациентов от дискомфорта.

3. Отображение

Люди, вероятно, верят, что им больше никогда не понадобится физическая карта, потому что многие картографические приложения доступны всем, у кого есть смартфон. Пользовательские карты могут предотвратить потерю людей в мертвой зоне сотовой связи, что делает полезные карты бесполезными при навигации по незнакомой местности.

Пользователи могут добавлять достопримечательности, свои места проживания и маршруты, по которым они туда добираются, чтобы создать собственную карту, если они путешествуют, например, в горы или куда-либо еще. С помощью САПР можно сохранить его в цифровом виде, сохранив на смарт-устройстве или распечатав.

4. Мода

Первоначально концептуализируя свои проекты, модельеры используют программы 2D CAD. CAD полезен во многих областях дизайна одежды, от массового рынка до высокой моды. Благодаря таким функциям, как создание выкройки, виртуальная пробная примерка, сортировка выкройки, создание маркеров и т. д., приложения САПР стали незаменимым инструментом для модельеров, производителей одежды, экспортных компаний и т. д.

Используя систему CAD, производители одежды значительно сократили время производства. Кроме того, САПР позволяет дизайнерам видеть дизайны одежды на виртуальных фигурах различных цветов и форм, экономя время за счет уменьшения необходимости последующих изменений прототипов и образцов.

5. Архитектура

Анимации и другие презентационные материалы также можно создавать с помощью САПР, которые также можно использовать для создания 2D- или 3D-представлений. Подробные инструкции о том, как что-то сделать, даются через технические чертежи. Проекты машиностроения и архитектурных сооружений могут быть включены в технические чертежи с помощью САПР.

Технические чертежи являются копиями чертежей. Тем не менее, «чертеж» часто используется для обозначения любой планировки, например плана этажа. Размер, расположение и форма комнат и других объектов внутри строения изображаются на планах этажей и схемах в масштабе, показанных сверху вниз.

6. Строительная мебель

Возможности этого программного обеспечения позволяют создавать сложную мебель, зачастую более сложную, чем специализированные инструменты проектирования мебели. Компания CAD создала отраслевое программное решение, которое удовлетворяет все потребности мебельного бизнеса, удовлетворяет требования рынка, обеспечивает недорогой производственный процесс и при этом предлагает персонализированные решения.

Сочетание возможностей моделирования систем механического проектирования и автоматизации специализированных мебельных систем может стать лучшим ответом на современные вызовы рынка, включая быстрое создание мебели любого уровня сложности из любого материала. Возможности моделирования становятся все более важным фактором.

7. Автомобильный сектор

Крупные и мелкие предприятия автомобильной отрасли цепочки поставок все чаще используют САПР, которые становятся все более доступными в качестве стандартного программного обеспечения. Будущее программного обеспечения — за простотой и меньшим участием человека. Повышение эффективности и повышение качества их продукции являются постоянными проблемами для автомобильной промышленности.

Чтобы справиться с этими проблемами, все автопроизводители ищут инновационные технологии и подходы к снижению интенсивности производства, сокращению сроков разработки, а также к интеграции и более тесному сотрудничеству со своими международными поставщиками. Хотя технологии виртуальной и дополненной реальности уже используются сегодня, со временем они станут доступными для всех предприятий.

8. Дизайн интерьера

Планы и макеты помещений могут быть выполнены с использованием САПР. Программное обеспечение позволяет значительно быстрее, чем рисование вручную, создавать макет любого физического места в 2D- или 3D-модели. Большинство начинают с 2D-макета, поскольку они сотрудничают с клиентом, чтобы спланировать общее расположение важной мебели или приспособлений.

Возможность преобразовывать 2D-планы этажей в 3D с помощью функции RoomMaker — одна из самых замечательных программных функций, таких как AutoCAD 2010, для дизайнеров интерьеров, поскольку она позволяет легко показать клиентам, как именно будет выглядеть их готовое помещение.

Заключение

Автоматизированное проектирование (САПР) является важнейшей областью разработки продуктов и промышленного сектора. Это позволяет инженерам разрабатывать, тестировать и оптимизировать свою конструкцию в безопасной среде без необходимости создавать дорогостоящие прототипы. Программное обеспечение САПР также обеспечивает документацию, записывает спецификации и обеспечивает сотрудничество между несколькими дисциплинами и заинтересованными сторонами в производстве продукта. Вот почему организациям необходимо понимать, как работает автоматизированное проектирование и его ключевые концепции.