تاريخ برامج التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD)

التصميم بمساعدة الحاسوب هو استخدام الحواسيب للمساعدة في إنشاء التصميم أو تعديله أو تحليله أو تحسينه. وقد استخدم المصممون الحواسيب لإجراء الحسابات منذ اختراعها. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]} انتشرت برامج التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) وتطورت في ستينيات القرن العشرين، على الرغم من حدوث تطورات مختلفة بين منتصف أربعينيات وخمسينيات القرن العشرين. استُخدمت الحواسيب الرقمية في تحليل أنظمة الطاقة أو تحسينها منذ ظهور نموذج " ويرلويند " الأولي عام 1949. [ ^{5 ] كانت} نظرية تصميم الدوائر أو منهجية شبكات الطاقة جبرية ورمزية ، وغالبًا ما تعتمد على المتجهات .

شهدت برامج الحاسوب تطورات عديدة بين منتصف أربعينيات وخمسينيات القرن العشرين . ومن هذه التطورات: المحركات المؤازرة التي يتم التحكم بها بواسطة نبضات مولدة (1949)، والحاسوب الرقمي المزود بعمليات مدمجة لتنسيق التحويلات تلقائيًا لحساب المتجهات المتعلقة بالرادار (1951)، والعملية الرياضية الرسومية لتشكيل شكل باستخدام أداة آلية رقمية (1952). ^{[ 6 ]}

في عام ١٩٥٣، شاهد الباحث دوغلاس تي. روس من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا "معدات العرض التفاعلية" التي يستخدمها مشغلو الرادار، معتقدًا أنها ستكون بالضبط ما يحتاجه فريقه المختص بمعالجة البيانات المتعلقة بنظام SAGE . كان روس والباحثون الآخرون من مختبر لينكولن التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا المستخدمين الوحيدين لأنظمة العرض المعقدة المثبتة لنظام كيب كود ما قبل SAGE. صرّح روس في مقابلة أنهم "استخدموها لمحطات عملهم الشخصية". ^{[ ٧ ]} صمّم مصممو هذه الحواسيب المبكرة برامج مساعدة لضمان قدرة المبرمجين على تصحيح أخطاء البرامج، باستخدام مخططات انسيابية على شاشة عرض، مع مفاتيح منطقية يمكن فتحها وإغلاقها أثناء جلسة التصحيح. اكتشفوا أنه بإمكانهم إنشاء رموز إلكترونية وأشكال هندسية لإنشاء مخططات دوائر ومخططات انسيابية بسيطة. ^{[ ٨ ]} كما مكّنت هذه البرامج من إعادة إنتاج العناصر حسب الرغبة؛ وكان من الممكن أيضًا تغيير اتجاهها، أو ارتباطها ( التدفق ، أو الميكانيكي ، أو النطاق المعجمي )، أو حجمها. وقد أتاح ذلك لهم إمكانيات عديدة.

صاغ روس مصطلح التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) في عام 1959. ^{[ 9 ] [ 10 ]}

يُنسب اختراع نظام التصميم والتصنيع بمساعدة الحاسوب ثلاثي الأبعاد (CAD/CAM) غالبًا إلى المهندس الفرنسي بيير بيزييه ( خريج معهد الفنون والحرف في باريس تك ، وعضو في شركة رينو). فبين عامي 1966 و1968، وبعد أبحاثه الرياضية المتعلقة بالأسطح، طوّر برنامج UNISURF لتسهيل تصميم قطع الغيار والأدوات لصناعة السيارات. وأصبح UNISURF فيما بعد الأساس الذي بُنيت عليه أجيال برامج التصميم بمساعدة الحاسوب اللاحقة.

في الوقت نفسه، طورت شركة سيتروين الفرنسية لصناعة السيارات نظام التصميم SPAC (نظام سيتروين الآلي القابل للبرمجة) كجزء من حل CAD/CAM الخاص بها SADUSCA (أنظمة مساعدة لتحديد وتشكيل أسطح هياكل السيارات)، وكلاهما يستند إلى الأعمال الرياضية لبول دي كاستيلجو عام 1959. في عام 1968، استخدمت الشركة جهاز IBM 360-40، ثم 360-65 لمعالجة الدفعات، ولكنها كانت تمتلك بالفعل واجهة رسومية مع نموذج أولي لجهاز IBM 2250. ^{[ 11 ] [ 12 ]}

مع ذلك، ربما استُخدم التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) في وقت سابق لدى شركة بوينغ ، حيث استُخدم للمساعدة في تصميم السطح الخارجي لطائرة بوينغ 727 (التي طُرحت في عام 1962). ^{[ 13 ]} استنادًا إلى رسوماته لقمرة القيادة الخاصة بالعوامل البشرية، صاغ ويليام فيتر من شركة بوينغ مصطلح "الرسومات الحاسوبية" في عام 1960. ^{[ 14 ]} أُنشئ قسم للرسومات الحاسوبية في عام 1962، وبحلول عام 1965 بدأ في إنتاج الأفلام باستخدام الحاسوب. ^{[ 13 ]}

في ستينيات القرن العشرين، أدت التطورات التكنولوجية في صناعات الطائرات والسيارات والتحكم الصناعي والإلكترونيات إلى تقدم ملحوظ في مجالات بناء الأسطح ثلاثية الأبعاد، وبرمجة التحكم العددي، وتحليل التصميم. كانت معظم هذه التطورات مستقلة عن بعضها البعض، وغالبًا ما لم تُنشر إلا بعد فترة طويلة. وقد طُوِّر بعض العمل الرياضي لوصف المنحنيات في أوائل أربعينيات القرن العشرين على يد روبرت إسحاق نيوتن. وفي روايته " الباب إلى الصيف" عام 1957 ، ألمح روبرت أ. هاينلاين إلى إمكانية وجود روبوت "دان" للرسم . ومع ذلك، فقد أُنجز عملٌ أكثر جوهرية على المنحنيات متعددة الحدود والأسطح المنحوتة على يد عالم الرياضيات بول دي كاستيلجو من سيتروين ؛ وبيير بيزييه من رينو؛ وستيفن أنسون كونز من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا؛ وجيمس فيرغسون من بوينغ ؛ وكارل دي بور وجورج ديفيد بيركوف وغاريبيان من جنرال موتورز في ستينيات القرن العشرين؛ وويليام غوردون وروبرت ريزنفيلد من جنرال موتورز في سبعينيات القرن العشرين.

شكّل تطوير نظام Sketchpad في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ^{[ 15 ] [ 16 ]} على يد إيفان ساذرلاند ، الذي أسس لاحقًا شركة لتكنولوجيا الرسومات مع ديفيد إيفانز ، نقطة تحول. ^{[ 15 ]} تمثلت السمة المميزة لنظام Sketchpad في إمكانية تفاعل المستخدم مع الحاسوب بشكل رسومي؛ إذ يُمكن إدخال التصميم إلى الحاسوب عن طريق الرسم على شاشة عرض أنبوب أشعة الكاثود (CRT) باستخدام قلم ضوئي . في الواقع، كانت هذه السمة في Sketchpad نموذجًا أوليًا لواجهة المستخدم الرسومية ، وهي سمة أساسية في برامج التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) الحديثة. في عام 1963، وتحت إشراف كلود شانون ، قدّم ساذرلاند أطروحته للدكتوراه بعنوان " Sketchpad: نظام اتصال رسومي بين الإنسان والآلة" في مؤتمر مشترك للحاسوب . وذكر في أطروحته ما يلي: ^{[ 17 ]}

يُعدّ برنامج Sketchpad خيارًا ممتازًا للرسومات التي تتطلب حركةً أو تحليلًا دقيقًا للمشكلة المرسومة. كما أنه أسرع بكثير من الطرق التقليدية في الرسومات المتكررة أو التي تتطلب دقةً عالية. أما بالنسبة للرسومات التي تُستخدم فقط للتواصل مع ورش العمل، فمن الأفضل استخدام الورق والقلم التقليديين.

بمرور الوقت، سيتم توجيه الجهود نحو هدف جعل رسومات المصممين تتواصل ليس فقط مع المتاجر، ولكن أيضًا مع أداة المتجر نفسها؛ ومع ذلك، فقد استغرق الأمر وقتًا طويلاً قبل تحقيق هذا الهدف.

كانت أولى التطبيقات التجارية للتصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) في الشركات الكبرى ضمن صناعات السيارات والطيران، وكذلك في مجال الإلكترونيات. ويعود ذلك إلى أن الشركات الكبرى فقط هي التي كانت قادرة على تحمل تكلفة أجهزة الحاسوب القادرة على إجراء الحسابات اللازمة. ومن أبرز مشاريع الشركات مشروع مشترك بين باتريك ج. هانراتي من شركة جنرال موتورز وسام ماتسا، مساعد دوغ روس في قسم هندسة العمليات التطبيقية بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT APT) من شركة آي بي إم ، لتطوير نظام نموذجي لمهندسي التصميم، وهو مشروع DAC-1 (التصميم المعزز بالحاسوب) عام 1964، بالإضافة إلى مشاريع لوكهيد ، ومشروع بيل غرافيك 1، ومشروع رينو .

كان أحد الأحداث الأكثر تأثيراً في تطوير التصميم بمساعدة الحاسوب هو تأسيس شركة خدمات التصنيع والاستشارات (MCS) في عام 1971 بواسطة باتريك جيه هانراتي ، ^{[ 18 ]} الذي كتب نظام الرسم الآلي والتشغيل الآلي (ADAM)، ولكن الأهم من ذلك أنه قدم التعليمات البرمجية لشركات مثل ماكدونيل دوغلاس ( يونيغرافيكس )، وكومبيوترفيجن ( CADDS )، وكالما ، وجيربر ، وأوتوترول، وكونترول داتا .

مع انخفاض أسعار أجهزة الكمبيوتر، توسع استخدام برامج التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) تدريجياً ليشمل مجالات جديدة. وكان تطوير برامج CAD لأجهزة الكمبيوتر المكتبية الشخصية بمثابة حافز لتطبيقها بشكل شبه شامل في جميع مجالات البناء.

وتشمل الأحداث البارزة الأخرى في الستينيات والسبعينيات تأسيس أنظمة التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) من قبل شركات United Computing و Intergraph و IBM و Intergraph IGDS في عام 1974 (والتي أدت إلى ظهور نظام Bentley Systems MicroStation في عام 1984)، بالإضافة إلى نظام Applicon في عام 1969 وأنظمة التصميم بمساعدة الحاسوب التجارية من الشركات المصنعة اليابانية Seiko و Zuken خلال السبعينيات. ^{[ 19 ]}

شهدت تطبيقات التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) تطوراً هائلاً منذ بداياتها. ففي البداية، مع ظهور تقنية الأبعاد الثلاثية في سبعينيات القرن الماضي، كانت برامج التصميم بمساعدة الحاسوب تقتصر عادةً على إنتاج رسومات مشابهة للرسومات اليدوية. وقد أتاحت التطورات في البرمجة ومكونات الحاسوب، ^{[ 20 ] [ 21 ]} ولا سيما نمذجة الأجسام الصلبة في ثمانينيات القرن الماضي، استخدامات أكثر تنوعاً للحواسيب في أنشطة التصميم.

في عام 1981، كانت المنتجات الرئيسية هي برامج تصميم النماذج ثلاثية الأبعاد - رومولوس (شيب داتا) ويوني-سوليد (يونيغرافيكس) المبنية على لغة بادل-2 - وبرنامج تصميم الأسطح كاتيا ( داسو سيستمز ). تأسست شركة أوتوديسك عام 1982 على يد جون ووكر، مما أدى إلى ظهور نظام أوتوكاد ثنائي الأبعاد . ^{[ 22 ]} وكانت المحطة التالية هي إصدار برنامج برو/إنجينير عام 1987، الذي بشّر باستخدام أوسع لأساليب النمذجة القائمة على الميزات والربط البارامتري لمعلمات الميزات؛ مما مثّل بداية النمذجة البارامترية . ^{[ 23 ]}

كان لتطوير نواة نمذجة الأجسام الصلبة B-rep (محركات لمعالجة الأجسام ثلاثية الأبعاد المتناسقة هندسيًا وطوبولوجيًا)، وبرنامج Parasolid (من شركة ShapeData)، وبرنامج ACIS (من شركة Spatial Technology Inc.) في أواخر الثمانينيات وأوائل التسعينيات دورٌ هامٌ في تطوير برامج التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD). استُلهمت هذه التطورات من أعمال إيان بريد. وأدى ذلك لاحقًا إلى إصدار برامج متوسطة المدى مثل SolidWorks وTriSpective (المعروف لاحقًا باسم IRONCAD ) في عام 1995، و Solid Edge (الذي كان يُعرف آنذاك باسم Intergraph ) في عام 1996، و Autodesk Inventor في عام 1999. بين عامي 1992 و1998، طورت شركة Robert McNeel & Associates، بالاعتماد على نواة OPENNURBS، تطبيق Rhinoceros 3D للتصميم بمساعدة الحاسوب ثلاثي الأبعاد. وتشهد روسيا منذ التسعينيات تطورًا مستمرًا لنواة نمذجة هندسية مستقلة. ^{[ 24 ]}

قد يُعيق توفر برامج التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) المجانية والمفتوحة المصدر، إلى جانب ارتفاع تكاليف برامج التصميم المتقدمة وثلاثية الأبعاد، نمو سوق برامج التصميم بمساعدة الحاسوب. ^{[ 25 ]} تشمل حزم برامج التصميم بمساعدة الحاسوب المجانية والمفتوحة المصدر FreeCAD ، ^{[ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]} وBRL-CAD المُطور للجيش الأمريكي، ^{[ 29 ] [ 30 ]} وQCAD Community Edition ، ^{[ 31 ]} و LibreCAD ^{، [ 32 ]} وغيرها. ^{[ 33 ]}

برامج التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD):

• 1963: دفتر الرسم
• 1968: سادوسكا
• 1968: يونيسرف
• 1977: ميدوسا
• 1977: كاتيا
• 1978: يونيغرافيكس، سوليد إيدج
• 1982: أوتوكاد
• 1982: أفكار SDRC
• 1983: BRL-CAD ^{[ 29 ]}
• 1987: برو/إنجينير
  • 2009: كريو
• 1995: SOLIDWORKS
• 1998: وحيد القرن ثلاثي الأبعاد من إنتاج روبرت ماكنيل وشركائه
• 1999: QCAD
• 2002: فري كاد
• 2004: بريكسكاد
• 2007: إن إكس
• 2011: LibreCAD
• 2016: Shapr3D