La progettazione assistita da computer (CAD) implica la creazione di modelli al computer definiti da parametri geometrici. Questi modelli in genere vengono visualizzati sul monitor di un computer come una rappresentazione tridimensionale di una parte o di un sistema di parti, che può essere facilmente modificata modificando i parametri pertinenti. I sistemi CAD consentono ai progettisti di visualizzare gli oggetti sotto un'ampia varietà di rappresentazioni e di testarli simulando le condizioni del mondo reale.
La produzione assistita da computer (CAM) utilizza i dati di progettazione geometrica per controllare i macchinari automatizzati. I sistemi CAM sono associati a sistemi a controllo numerico computerizzato (CNC) oa controllo numerico diretto (DNC). Questi sistemi differiscono dalle vecchie forme di controllo numerico (NC) in quanto i dati geometrici sono codificati meccanicamente. Poiché sia CAD che CAM utilizzano metodi basati su computer per la codifica dei dati geometrici, è possibile che i processi di progettazione e produzione siano altamente integrati. I sistemi di progettazione e produzione assistiti da computer sono comunemente indicati come CAD/CAM.
LE ORIGINI DEL CAD/CAM
Il CAD ha le sue origini in tre fonti separate, che servono anche a evidenziare le operazioni di base fornite dai sistemi CAD. La prima fonte di CAD derivava dai tentativi di automatizzare il processo di redazione. Questi sviluppi sono stati introdotti dai laboratori di ricerca di General Motors nei primi anni '60. Uno degli importanti vantaggi in termini di risparmio di tempo della modellazione al computer rispetto ai metodi di disegno tradizionali è che il primo può essere rapidamente corretto o manipolato modificando i parametri di un modello. La seconda fonte di CAD era nella verifica dei progetti mediante simulazione. L'uso della modellazione computerizzata per testare i prodotti è stato introdotto da industrie high-tech come l'aerospaziale e i semiconduttori. La terza fonte di sviluppo CAD è derivata dagli sforzi per facilitare il flusso dal processo di progettazione al processo di produzione utilizzando tecnologie a controllo numerico (NC), che hanno goduto di un uso diffuso in molte applicazioni entro la metà degli anni '60. È stata questa fonte a creare il collegamento tra CAD e CAM. Una delle tendenze più importanti nelle tecnologie CAD/CAM è l'integrazione sempre più stretta tra le fasi di progettazione e produzione dei processi di produzione basati su CAD/CAM.
Lo sviluppo di CAD e CAM e in particolare il collegamento tra i due ha superato le tradizionali carenze dei NC in termini di spesa, facilità d'uso e velocità consentendo la progettazione e la produzione di una parte da intraprendere utilizzando lo stesso sistema di codifica dei dati geometrici. Questa innovazione ha notevolmente ridotto il periodo tra la progettazione e la produzione e ha notevolmente ampliato la portata dei processi di produzione per i quali le macchine automatizzate potevano essere utilizzate in modo economico. Altrettanto importante, CAD/CAM ha dato al progettista un controllo molto più diretto sul processo di produzione, creando la possibilità di processi di progettazione e produzione completamente integrati.
La rapida crescita nell'uso delle tecnologie CAD/CAM dopo i primi anni '70 è stata resa possibile dallo sviluppo di chip di silicio prodotti in serie e dal microprocessore, che hanno portato a computer più facilmente accessibili. Poiché il prezzo dei computer ha continuato a diminuire e la loro potenza di elaborazione è migliorata, l'uso del CAD/CAM si è esteso dalle grandi aziende che utilizzano tecniche di produzione di massa su larga scala alle aziende di tutte le dimensioni. Si amplia anche il campo di attività cui è stato applicato il CAD/CAM. Oltre alla formatura delle parti mediante processi tradizionali di macchine utensili come stampaggio, foratura, fresatura e rettifica, CAD/CAM è stato utilizzato da aziende coinvolte nella produzione di elettronica di consumo, componenti elettronici, plastica stampata e una miriade di altri prodotti . I computer vengono anche utilizzati per controllare una serie di processi di produzione (come l'elaborazione chimica) che non sono strettamente definiti come CAM perché i dati di controllo non sono basati su parametri geometrici.
Mediante CAD è possibile simulare in tre dimensioni il movimento di un pezzo attraverso un processo produttivo. Questo processo può simulare gli avanzamenti, gli angoli e le velocità delle macchine utensili, la posizione dei morsetti portapezzi, nonché la portata e altri vincoli che limitano le operazioni di una macchina. Il continuo sviluppo della simulazione dei vari processi produttivi è uno dei mezzi chiave con cui i sistemi CAD e CAM stanno diventando sempre più integrati. I sistemi CAD/CAM facilitano anche la comunicazione tra coloro che sono coinvolti nella progettazione, produzione e altri processi. Ciò è di particolare importanza quando un'impresa incarica un'altra di progettare o produrre un componente.
VANTAGGI E SVANTAGGI
La modellazione con i sistemi CAD offre numerosi vantaggi rispetto ai metodi di disegno tradizionali che utilizzano righelli, squadre e compassi. Ad esempio, i disegni possono essere modificati senza cancellare e ridisegnare. I sistemi CAD offrono anche funzioni di 'zoom' analoghe a un obiettivo fotografico, per cui un progettista può ingrandire determinati elementi di un modello per facilitare l'ispezione. I modelli al computer sono tipicamente tridimensionali e possono essere ruotati su qualsiasi asse, proprio come si potrebbe ruotare un vero modello tridimensionale nella propria mano, consentendo al progettista di ottenere un senso più completo dell'oggetto. I sistemi CAD si prestano anche alla modellazione di disegni in sezione, in cui viene rivelata la forma interna di una parte, e all'illustrazione delle relazioni spaziali tra un sistema di parti.
Per capire il CAD è anche utile capire cosa il CAD non può fare. I sistemi CAD non hanno mezzi per comprendere concetti del mondo reale, come la natura dell'oggetto che viene progettato o la funzione che l'oggetto servirà. I sistemi CAD funzionano grazie alla loro capacità di codificare concetti geometrici. Pertanto, il processo di progettazione mediante CAD implica il trasferimento dell'idea di un designer in un modello geometrico formale. Gli sforzi per sviluppare 'l'intelligenza artificiale' (AI) basata su computer non sono ancora riusciti a penetrare oltre la meccanica, rappresentata dalla modellazione geometrica (basata su regole).
Altre limitazioni al CAD vengono affrontate dalla ricerca e sviluppo nel campo dei sistemi esperti. Questo campo è derivato dalla ricerca fatta in AI. Un esempio di un sistema esperto prevede l'incorporazione di informazioni sulla natura dei materiali (peso, resistenza alla trazione, flessibilità e così via) nel software CAD. Includendo questa e altre informazioni, il sistema CAD potrebbe quindi 'sapere' ciò che un ingegnere esperto sa quando quell'ingegnere crea un progetto. Il sistema potrebbe quindi imitare il modello di pensiero dell'ingegnere e in realtà 'creare' una parte maggiore del progetto. I sistemi esperti potrebbero comportare l'implementazione di principi più astratti, come la natura della gravità e dell'attrito, o la funzione e la relazione di parti comunemente usate, come leve o dadi e bulloni. I sistemi esperti potrebbero anche cambiare il modo in cui i dati vengono archiviati e recuperati nei sistemi CAD/CAM, sostituendo il sistema gerarchico con uno che offre maggiore flessibilità. Tali concetti futuristici, tuttavia, dipendono tutti fortemente dalle nostre capacità di analizzare i processi decisionali umani e di tradurli, se possibile, in equivalenti meccanici.
Una delle aree chiave di sviluppo delle tecnologie CAD è la simulazione delle prestazioni. Tra i tipi più comuni di simulazione vi sono la verifica della risposta allo stress e la modellazione del processo mediante il quale una parte potrebbe essere prodotta o le relazioni dinamiche tra un sistema di parti. Nei test di sollecitazione, le superfici del modello sono mostrate da una griglia o mesh, che si distorce quando la parte viene sottoposta a sollecitazione fisica o termica simulata. I test dinamici funzionano come complemento o sostituto per la costruzione di prototipi funzionanti. La facilità con cui è possibile modificare le specifiche di una parte facilita lo sviluppo di efficienze dinamiche ottimali, sia per quanto riguarda il funzionamento di un sistema di parti, sia per la fabbricazione di una determinata parte. La simulazione viene utilizzata anche nell'automazione della progettazione elettronica, in cui il flusso di corrente simulato attraverso un circuito consente il test rapido di varie configurazioni di componenti.
I processi di progettazione e fabbricazione sono, in un certo senso, concettualmente separabili. Tuttavia, il processo di progettazione deve essere intrapreso con una comprensione della natura del processo di produzione. È necessario, ad esempio, che un progettista conosca le proprietà dei materiali con cui potrebbe essere costruito il pezzo, le varie tecniche con cui il pezzo potrebbe essere modellato e la scala di produzione economicamente sostenibile. La sovrapposizione concettuale tra progettazione e produzione suggerisce i potenziali vantaggi di CAD e CAM e il motivo per cui sono generalmente considerati insieme come un sistema.
I recenti sviluppi tecnici hanno avuto un impatto fondamentale sull'utilità dei sistemi CAD/CAM. Ad esempio, la potenza di elaborazione sempre crescente dei personal computer ha consentito loro di diventare un veicolo per l'applicazione CAD/CAM. Un'altra importante tendenza è verso la creazione di un unico standard CAD-CAM, in modo che diversi pacchetti di dati possano essere scambiati senza ritardi di produzione e consegna, revisioni di progettazione non necessarie e altri problemi che continuano a tormentare alcune iniziative CAD-CAM. Infine, il software CAD-CAM continua ad evolversi in ambiti quali la rappresentazione visiva e l'integrazione di applicazioni di modellazione e test.
IL CASO PER CAS E CAS/CAM
Uno sviluppo concettualmente e funzionalmente parallelo al CAD/CAM è CAS o CASE, ingegneria del software assistita da computer. Come definito da SearchSMB.com nel suo articolo su 'CASE', 'CASE '¦ è l'uso di un metodo assistito da computer per organizzare e controllare lo sviluppo del software, specialmente su progetti grandi e complessi che coinvolgono molti componenti software e persone.' CASE risale agli anni '70, quando le aziende informatiche iniziarono ad applicare i concetti dell'esperienza CAD/CAM per introdurre più disciplina nel processo di sviluppo del software.
Un'altra sigla ispirata dall'onnipresente presenza del CAD/CAM nel settore manifatturiero è CAS/CAM. Questa frase sta per software di vendita assistita da computer/marketing assistito da computer. Nel caso di CASE così come di CAS/CAM, il nucleo di tali tecnologie è l'integrazione dei flussi di lavoro e l'applicazione di regole comprovate a un processo ripetitivo.
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