التصميم بمساعدة الحاسوب

الموسوعة الحرة

رسم ثنائي الأبعاد باستخدام برنامج CAD
نموذج ثلاثي الأبعاد باستخدام برنامج التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD)

التصميم بمساعدة الحاسوب ( CAD ) هو استخدام أجهزة الحاسوب (أوتُستخدم محطات العمل (CAD ) للمساعدة في إنشاء التصميم أو تعديله أو تحليله أو تحسينه.[ 1 ] : 3 يُستخدم هذا البرنامج لزيادة إنتاجية المصمم، وتحسين جودة التصميم، وتحسين التواصل من خلال التوثيق، وإنشاء قاعدة بيانات للتصنيع. [ 1 ] : 4 تساعد التصاميم التي تُنشأ باستخدام برامج CAD في حماية المنتجات والاختراعات عند استخدامها فيبراءات الاختراع. غالبًا ما يكون ناتج CAD على شكل ملفات إلكترونية للطباعة أوالتشغيل الآليكما تُستخدممصطلحاتالرسم بمساعدة الحاسوب(CAD)والتصميم والرسم بمساعدة الحاسوب(CADD ). [ 2 ]

يُعرف استخدامها في تصميم الأنظمة الإلكترونية باسم أتمتة التصميم الإلكتروني ( EDA ). أما في التصميم الميكانيكي، فيُعرف باسم أتمتة التصميم الميكانيكي ( MDA )، والتي تشمل عملية إنشاء رسم فني باستخدام برامج الحاسوب . [ 3 ]

تستخدم برامج التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) للتصميم الميكانيكي إما رسومات متجهة لتصوير عناصر الرسم الهندسي التقليدي، أو قد تُنتج أيضًا رسومات نقطية تُظهر المظهر العام للعناصر المصممة. ومع ذلك، فهي لا تقتصر على الأشكال فقط. فكما هو الحال في الرسم اليدوي للرسومات الفنية والهندسية ، يجب أن تُقدم مخرجات برامج التصميم بمساعدة الحاسوب معلوماتٍ مثل المواد والعمليات والأبعاد والتفاوتات ، وفقًا للمعايير الخاصة بكل تطبيق .

يمكن استخدام برامج التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) لتصميم المنحنيات والأشكال في الفضاء ثنائي الأبعاد (2D)؛ أو المنحنيات والأسطح والمجسمات في الفضاء ثلاثي الأبعاد (3D). [ 4 ] [ 5 ] : 71، 106

يُعدّ التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) فنًا صناعيًا هامًا يُستخدم على نطاق واسع في العديد من التطبيقات، بما في ذلك صناعات السيارات ، وبناء السفن ، والفضاء ، والتصميم الصناعي والمعماري ( نمذجة معلومات المباني )، والأطراف الاصطناعية ، وغيرها الكثير. كما يُستخدم CAD على نطاق واسع لإنتاج الرسوم المتحركة الحاسوبية للمؤثرات الخاصة في الأفلام والإعلانات والكتيبات الفنية، والتي تُعرف غالبًا باسم إنشاء المحتوى الرقمي (DCC ). وبفضل الانتشار الواسع والقوة الهائلة لأجهزة الحاسوب في العصر الحديث، أصبح تصميم حتى زجاجات العطور وموزعات الشامبو يتم باستخدام تقنيات لم تكن معروفة لمهندسي الستينيات. ونظرًا لأهميته الاقتصادية الكبيرة، كان CAD قوة دافعة رئيسية للبحث في الهندسة الحسابية ، ورسومات الحاسوب (البرمجيات والأجهزة)، والهندسة التفاضلية المنفصلة . [ 6 ]

يُطلق على تصميم النماذج الهندسية لأشكال الأشياء، على وجه الخصوص، أحيانًا اسم التصميم الهندسي بمساعدة الحاسوب ( CAGD ). [ 7 ]

ملخص

يُعد التصميم بمساعدة الحاسوب أحد الأدوات العديدة التي يستخدمها المهندسون والمصممون، ويتم استخدامه بطرق عديدة اعتمادًا على مهنة المستخدم ونوع البرنامج المعني.

يُعد التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) جزءًا من نشاط تطوير المنتج الرقمي (DPD) ضمن عمليات إدارة دورة حياة المنتج (PLM)، وعلى هذا النحو يتم استخدامه جنبًا إلى جنب مع أدوات أخرى، سواء كانت وحدات متكاملة أو منتجات مستقلة، مثل:

يُستخدم التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) أيضًا لإنشاء محاكاة صورية دقيقة، والتي غالبًا ما تكون مطلوبة في إعداد تقارير تقييم الأثر البيئي، حيث تُدمج التصاميم المُنشأة بمساعدة الحاسوب للمباني المُقترحة مع صور البيئات القائمة لتمثيل شكل الموقع الذي يُسمح فيه ببناء المنشآت المُقترحة. كما تُستخدم برامج التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) بشكل متكرر لتحليل احتمالية حجب ممرات الرؤية ودراسات الظلال. [ 8 ]

الأنواع

إجراء بسيط لإعادة إنشاء نموذج ثلاثي الأبعاد من رسومات ثنائية الأبعاد

توجد أنواع عديدة من برامج التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD)، [ 9 ] ويتطلب كل نوع منها من المستخدم التفكير بطريقة مختلفة في كيفية استخدامها وتصميم مكوناتها الافتراضية بأسلوب مختلف. وتعتمد جميع أدوات التصميم بمساعدة الحاسوب تقريبًا على مفاهيم القيود التي تُستخدم لتحديد العناصر الهندسية وغير الهندسية للنموذج.

التصميم بمساعدة الحاسوب ثنائي الأبعاد

يوجد العديد من منتجي أنظمة الرسم ثنائية الأبعاد منخفضة التكلفة، بما في ذلك عدد من البرامج المجانية والمفتوحة المصدر. توفر هذه البرامج طريقةً لعملية الرسم حيث يمكن تعديل المقياس والموضع على ورقة الرسم بسهولة في المسودة النهائية حسب الحاجة، على عكس الرسم اليدوي.

التصميم بمساعدة الحاسوب ثلاثي الأبعاد

يُعدّ الرسم الهيكلي ثلاثي الأبعاد امتدادًا للرسم ثنائي الأبعاد إلى فضاء ثلاثي الأبعاد . يجب إدخال كل خط يدويًا في الرسم. لا يحتوي المنتج النهائي على خصائص كتلة مرتبطة به، ولا يمكن إضافة ميزات إليه مباشرةً، مثل الثقوب. يتعامل المشغل مع هذه الرسومات بطريقة مشابهة لأنظمة الرسم ثنائية الأبعاد، على الرغم من أن العديد من أنظمة الرسم ثلاثية الأبعاد تسمح باستخدام نموذج الرسم الهيكلي لإنشاء مناظر الرسم الهندسي النهائية.

تُنشأ المجسمات ثلاثية الأبعاد "البسيطة" بطريقة تُحاكي التعامل مع الأجسام الواقعية. تُضاف أو تُطرح أحجام صلبة من الأشكال الهندسية ثلاثية الأبعاد الأساسية (مثل الموشورات والأسطوانات والكرات والمستطيلات) كما لو كنا نُجمّع أو نقطع أجسامًا واقعية. يُمكن بسهولة إنشاء مناظر إسقاطية ثنائية الأبعاد من هذه النماذج. لا تتضمن المجسمات ثلاثية الأبعاد الأساسية عادةً أدوات تُسهّل تحريك المكونات، أو تحديد حدود حركتها، أو تحديد التداخل بينها.

توجد عدة أنواع من النمذجة ثلاثية الأبعاد للأجسام الصلبة

  • يُمكّن النمذجة البارامترية المُشغّل من استخدام ما يُعرف بـ "نية التصميم". تُنشأ الكائنات والميزات قابلةً للتعديل. يُمكن إجراء أي تعديلات مستقبلية بتغيير طريقة إنشاء الجزء الأصلي. إذا كان من المُفترض أن تكون إحدى الميزات مُتمركزة في مركز الجزء، فيجب على المُشغّل تحديد موقعها من مركز النموذج. يُمكن تحديد موقع الميزة باستخدام أي كائن هندسي مُتاح في الجزء، ولكن هذا التحديد العشوائي يُخالف نية التصميم. إذا صمّم المُشغّل الجزء وفقًا لوظيفته، فإن مُصمّم النماذج البارامترية قادر على إجراء تغييرات على الجزء مع الحفاظ على العلاقات الهندسية والوظيفية.
  • يُتيح النمذجة المباشرة أو الصريحة إمكانية تعديل الأشكال الهندسية دون الحاجة إلى سجل تاريخي. ففي النمذجة المباشرة، بمجرد استخدام رسم تخطيطي لإنشاء شكل هندسي، يتم دمجه في الشكل الهندسي الجديد، ولا يحتاج المصمم إلا إلى تعديل الشكل الهندسي لاحقًا دون الحاجة إلى الرسم التخطيطي الأصلي. وكما هو الحال في النمذجة البارامترية، تتميز النمذجة المباشرة بإمكانية تضمين العلاقات بين الأشكال الهندسية المُختارة (مثل التماس، والمركزية).
  • Assembly modelling is a process which incorporates results of the previous single-part modelling into a final product containing several parts. Assemblies can be hierarchical, depending on the specific CAD software vendor, and highly complex models can be achieved (e.g. in building engineering by using computer-aided architectural design software)[10]:539

Freeform CAD

Top-end CAD systems offer the capability to incorporate more organic, aesthetic and ergonomic features into the designs. Freeform surface modeling is often combined with solids to allow the designer to create products that fit the human form and visual requirements as well as they interface with the machine.

Technology

A CAD model of a computer mouse

Today, CAD systems exist for all the major platforms (Windows, Linux, UNIX and Mac OS X); some packages support multiple platforms.[11]

Software

Drafter at work with CAD. (1992)

Starting with the IBM Drafting System in the mid-1960s, computer-aided design systems began to provide more capabilities than just an ability to reproduce manual drafting with electronic drafting, and the cost-benefit for companies to switch to CAD became apparent. The software automated many tasks that are taken for granted from computer systems today, such as automated generation of bills of materials, auto layout in integrated circuits, interference checking, and many others. Eventually, CAD provided the designer with the ability to perform engineering calculations.[5] During this transition, calculations were still performed either by hand or by those individuals who could run computer programs. CAD was a revolutionary change in the engineering industry, where draftsman, designer, and engineer roles that had previously been separate began to merge. CAD is an example of the pervasive effect computers were beginning to have on the industry. Current computer-aided design software packages range from 2D vector-based drafting systems to 3D solid and surface modelers. Modern CAD packages can also frequently allow rotations in three dimensions, allowing viewing of a designed object from any desired angle, even from the inside looking out.[5] Some CAD software is capable of dynamic mathematical modeling.[5]

تُستخدم تقنية التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) في تصميم الأدوات والآلات، وفي رسم وتصميم جميع أنواع المباني، بدءًا من المباني السكنية الصغيرة (المنازل) وصولًا إلى أكبر المنشآت التجارية والصناعية (المستشفيات والمصانع). [ 12 ]

يُستخدم التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) بشكل أساسي للتصميم التفصيلي للنماذج ثلاثية الأبعاد أو الرسومات ثنائية الأبعاد للمكونات المادية، ولكنه يُستخدم أيضًا في جميع مراحل العملية الهندسية، بدءًا من التصميم المفاهيمي وتخطيط المنتجات، مرورًا بتحليل قوة وديناميكية التجميعات، وصولًا إلى تحديد أساليب تصنيع المكونات. كما يُمكن استخدامه لتصميم أشياء مثل المجوهرات والأثاث والأجهزة المنزلية، وغيرها. علاوة على ذلك، توفر العديد من تطبيقات CAD الآن إمكانيات متقدمة للعرض والتحريك، مما يُتيح للمهندسين تصور تصاميم منتجاتهم بشكل أفضل. أما نمذجة معلومات البناء رباعية الأبعاد (4D BIM) فهي نوع من محاكاة هندسة البناء الافتراضية التي تُدمج معلومات متعلقة بالوقت أو الجدول الزمني لإدارة المشاريع.

أصبحت برامج التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) تقنية بالغة الأهمية ضمن مجال تقنيات التصميم بمساعدة الحاسوب ، لما توفره من مزايا مثل خفض تكاليف تطوير المنتجات وتقصير دورة التصميم بشكل كبير . تُمكّن هذه البرامج المصممين من تخطيط وتطوير أعمالهم على الشاشة، وطباعتها وحفظها لتعديلها لاحقًا، مما يوفر عليهم الوقت والجهد في إعداد الرسومات.

برنامج إدارة التراخيص

في العقد الأول من الألفية الثانية، قامت بعض شركات برمجيات أنظمة التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) بتوزيع برامجها مع برنامج إدارة تراخيص مخصص يتحكم في عدد مرات استخدام النظام وعدد المستخدمين المسموح لهم بذلك. [ 5 ] : 166 ويمكن تشغيل هذا البرنامج إما على جهاز محلي (عن طريق التحميل من وحدة تخزين محلية) أو على خادم ملفات شبكة محلية ، وكان عادةً ما يرتبط بعنوان IP محدد في الحالة الأخيرة. [ 5 ] : 166

قائمة حزم البرامج

تُمكّن برامج التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) المهندسين والمعماريين من تصميم وفحص وإدارة المشاريع الهندسية من خلال واجهة مستخدم رسومية متكاملة على نظام حاسوب شخصي . تدعم معظم التطبيقات النمذجة الصلبة باستخدام تمثيل الحدود (B-Rep) وهندسة NURBS ، وتتيح نشرها بصيغ متنوعة.

استنادًا إلى إحصاءات السوق، تهيمن البرامج التجارية من شركات أوتوديسك ، وداسو سيستمز ، وسيمنز بي إل إم سوفتوير ، وبي تي سي على صناعة برامج التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD). [ 13 ] [ 14 ] فيما يلي قائمة بأهم تطبيقات برامج التصميم بمساعدة الحاسوب، مصنفة حسب إحصاءات الاستخدام. [ 15 ]

برامج تجارية

البرمجيات مفتوحة المصدر

برامج مجانية

نواة التصميم بمساعدة الحاسوب

انظر أيضاً

References

  1. 12Narayan, K. Lalit (2008). Computer Aided Design and Manufacturing. New Delhi: Prentice Hall of India. ISBN 978-8120333420.
  2. ↑Duggal, Vijay (2000). Cadd Primer: A General Guide to Computer Aided Design and Drafting-Cadd, CAD. Mailmax Pub. ISBN 978-0962916595.
  3. ↑Madsen, David A. (2012). Engineering Drawing & Design. Clifton Park, New York: Delmar. p. 10. ISBN 978-1111309572.
  4. ↑Farin, Gerald; Hoschek, Josef; Kim, Myung-Soo (2002). Handbook of computer aided geometric design [electronic resource]. Elsevier. ISBN 978-0-444-51104-1.
  5. 123456Schoonmaker, Stephen J. (2003). The CAD guidebook : a basic manual for understanding and improving computer-aided design. New York: Marcel Dekker. ISBN 0-8247-0871-7. OCLC 50868192.
  6. ↑Pottmann, H.; Brell-Cokcan, S. and Wallner, J. (2007) "Discrete surfaces for architectural design"Archived 2009-08-12 at the Wayback Machine, pp. 213–234 in Curve and Surface Design, Patrick Chenin, Tom Lyche and Larry L. Schumaker (eds.), Nashboro Press, ISBN 978-0-9728482-7-5.
  7. ↑ فارين، جيرالد (2002) المنحنيات والأسطح للتصميم بمساعدة الحاسوب: دليل عملي. مؤرشف بتاريخ 22-05-2015 في أرشيف الإنترنت ، مورغان كوفمان، رقم ISBN 1-55860-737-4.
  8. ↑ "التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) والتصنيع بمساعدة الحاسوب (CAM)" . Inc.com . مؤرشف من الأصل بتاريخ 26-12-2023 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 30-04-2020 .
  9. ↑ "نمذجة الأجسام الصلبة البارامترية ثلاثية الأبعاد القائمة على الميزات" . EngineersHandbook.com . مؤرشف من الأصل بتاريخ 18 نوفمبر 2012. تم الاطلاع عليه بتاريخ 1 مارس 2012 .
  10. ↑ ستراود، إيان؛ ناجي، هيلدغارد (2011). النمذجة الصلبة وأنظمة التصميم بمساعدة الحاسوب: كيفية التعامل مع نظام التصميم بمساعدة الحاسوب . لندن - نيويورك: سبرينغر. ISBN 978-0-85729-259-9.
  11. ↑ "ما هي محطة عمل التصميم بمساعدة الحاسوب؟ تعريفها واستخداماتها والمزيد" . مراجعات تقنية الحاسوب . 21 نوفمبر 2019. مؤرشف من الأصل في 28 يوليو 2020. تم الاطلاع عليه في 30 أبريل 2020 .
  12. ↑ جينيفر هيرون (2010). "التصميم القائم على النماذج ثلاثية الأبعاد: توضيح التعريفات" . MCADCafe. مؤرشف من الأصل بتاريخ 22-05-2013 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 11-03-2011 .
  13. ↑ الشركات الست الكبرى في صناعة برامج التصميم بمساعدة الحاسوب/الهندسة بمساعدة الحاسوب/إدارة دورة حياة المنتج (2011) مؤرشفة بتاريخ 1 أغسطس 2020 في أرشيف الإنترنت ، CAEWatch، 12 سبتمبر 2011
  14. ↑ فان كوتين، ميشيل (23 أغسطس 2011). "أفضل 100 برنامج عالمي - إصدار 2011" . أفضل 100 برنامج . مؤرشف من الأصل بتاريخ 25 ديسمبر 2018. تم الاطلاع عليه بتاريخ 29 أبريل 2016 .
  15. ↑ قائمة برامج التصميم الميكانيكي بمساعدة الحاسوب (CAD) مؤرشفة بتاريخ 28 يوليو 2020 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine) ، BeyondMech