CAD
Na początek trochę historii rozwoju CAD. W 1948 roku na uniwersytecie Manchester w Wielkiej Brytanii zostaje uruchomiony pierwszy program zapisany w pamięci komputera Mark I. Pierwsze prace nad systemami CAD podjęto w Stanach Zjednoczonych w kilku wielkich przedsiębiorstwach przemysłu lotniczego i motoryzacyjnego. Na początku lat pięćdziesiątych takie prace podjęto w koncernie Mc Donell—Douglas. Ówczesne komputery były zastosowane do wykonywania obliczeń numerycznych. Prowadzone obliczenia sprawdzające dla konstrukcji bardzo drogich i bardzo odpowiedzialnych, których koszt znacznie przewyższał koszt samych komputerów.
Z biegiem lat bardzo szybko rozwijały się takie dziedziny nauki jak elektronika, mechanika analityczna, wytrzymałość materiałów, oraz różne metody zastosowań matematyki. Przyszły lata siedemdziesiąte a wraz z nimi era mikroprocesorów. W 1972 roku wyprodukowano mikroprocesor 8-bitowy INTEL 8008, a w 1978 roku mikroprocesor 16-bitowy INTEL 8086. Dla systemów CAD wprowadzenie mikroprocesorów 16-bitowych miało przełomowe znaczenie, ponieważ dopiero one posiadały wystarczającą moc obliczeniową oraz możliwość adresowania odpowiedniej ilości pamięci. Były przy tym dosyć tanie i można je było powszechnie zastosować. Pojawiły się szybkie pamięci masowe oraz monitory graficzne o wysokiej rozdzielczości, nierzadko 1024 x 1024 punkty.
Obecnie na świecie pracuje kilkadziesiąt tysięcy systemów CAD i oferuje się co najmniej kilkadziesiąt różnych jego wersji. Praktycznie wszystkie pozwalają na wykonywanie rysunków technicznych na ekranie monitora. 80% tych systemów umożliwia dwuwymiarową, a pozostałe 20% trójwymiarową prezentację graficzną elementów konstrukcyjnych.
Systemy CAD, to również pakiety programów do prowadzenia obliczeń wytrzymałościowych, optymalizacji konstrukcji, budowy modeli symulacyjnych, oraz duże bazy danych z katalogami rozwiązań technicznych, katalogami części znormalizowanych i powtarzalnych. Pakiety programów do prowadzenia obliczeń są zwykle wykonywane przez użytkowników, ponieważ każdy zakład ma własne metody prowadzenia obliczeń związane z ich specjalizacją.
W 1984 roku wyprodukowano mikroprocesor 32-bitowy Motorola 68020 posiadający bardzo dużą szybkość przetwarzania oraz bardzo duże możliwości adresowania pamięci. Stosując mikroprocesory 32-bitowe buduje się superminikomputery, które pozwalają na zbudowanie kilkudziesięciu sprzężonych stanowisk CAD.
Korzyści płynące z zastosowania systemów CAD są następujące:
- znaczne skrócenie czasu wykonania dokumentacji przy mniejszej liczbie błędów,
- zautomatyzowanie prac kreślarskich,
- odciążenie projektanta od pracy rutynowych, nietwórczych,
- możliwość zwiększania poziomu szczegółowości modelu projektowanego obiektu, wpływająca często na jakość wyrobu,
- polepszenie jakości rozwiązań projektowych uzyskiwane dzięki możliwości tworzenia zbiorów dopuszczalnych rozwiązań i ich optymalizacji,
- wykorzystanie danych geometrycznych dla programowania obrabiarek sterowanych numerycznie (NC).
SPRZĘT
W ostatnich latach na rynku pojawiło się wiele mikrokomputerowych systemów CAD różnej wielkości i o różnych możliwościach, a co za tym idzie zróżnicowanej cenie. Producenci tych systemów dostarczają oprogramowanie specjalizowane dla potrzeb użytkownika lub otwarte, pozostawiając użytkownikowi możliwość wprowadzania modyfikacji i rozszerzeń. Obecnie dominuje tendencja sprzedawania systemów samodzielnych stanowisk CAD, podczas gdy w poprzednich latach preferowano bardziej rozbudowane i kosztowniejsze systemy komputerowe.
Przykładem systemu spełniającego wszystkie wymogi autonomicznego stanowiska komputerowego wspomagania prac projektowych jest stacja graficzna WS10 firmy SIEMENS. Jej cechy użytkowe sprawiają, że jest ona szczególnie przydatna dla małych i średniej wielkości biur projektowych. Jednostkę centralną stanowi produkt koncernu SIEMENSA, komputer SICOMP PC wyposażony w 16-bitowy mikroprocesor INTEL 8088, wspomagany przez koprocesor arytmetyczny 8087. Dalsze jego cechy użytkowe to: pamięć operacyjna 1MB, pamięć na dysku twardym pojemności 10 MB typu Winchester, stacja dysków elastycznych 720 KB z możliwością podłączenia drugiej bliźniaczej, monitor alfanumeryczny 12-calowy z interakcyjnym ekranem, monitor graficzny 14-calowy o 8 kolorach i wysokiej rozdzielczości 640 x 480 punktów.
Przesuwając mysz powodujemy przemieszczanie po ekranie kursora oznaczającego dany punkt, a wciskając odpowiedni przycisk wprowadzamy automatycznie współrzędne do komputera. W zestawie znajdują się interface'y do podłączenia standardowej lub kolorowej drukarki, dzięki której projektant może na bieżąco kopiować obraz z monitora graficznego. Gotowe, wysokiej jakości rysunki wykonuje się na ploterach w formacie A4, A3 lub większym, zapewniających dużą rozdzielczość obrazu np. Hewlett Packard lub Roland DG.
Komputer SICOMP PC umożliwia podłączenie interfejsu do sprzężenia z bardziej rozbudowanymi układami CAD pracującymi w ramach sieci komputerowej typu Ethernet, dzięki której następuje wymiana informacji i współpraca kilku jednostek. Software w opisywanej stacji graficznej stanowi system operacyjny GSX86 będący odpowiednikiem popularnego CP/M86 oraz oprogramowanie graficzne ZD CAD typu SIGRAPH.
WS10
System posiada funkcje specjalne, do których należy wyznaczanie punktów przecięcia prostych, okręgu i prostej, rysowanie stycznych do okręgu itd.
Nanoszenie wymiarów podstawowych następuje automatycznie, zaś skomplikowane łańcuchy wymiarowe wprowadza użytkownik sam. W wygodny sposób dokonuje wszelkich opisów wybranym rodzajem liter (wielkość, pochylenie). Kreskowanie przekrojów może być standardowe lub można wprowadzić własne.
Dla usprawnienia pracy definiuje się symbole składające się z podstawowych elementów geometrycznych. Pod określoną nazwą gromadzone są one w pamięci i na życzenie mogą być odtwarzane. Pracownia może więc zestawić zbiór swoich własnych elementów podstawowych i oznaczeń.
Symbole mogą być dowolnie powtarzane na rysunku, wielokrotnie obracane, przesuwane, powiększane i pomniejszane, można tworzyć ich lustrzane odbicie, mogą być także wymiarowane lub oznakowane.
System wyposażony jest w tzw. technikę warstwową. Polega to na tym, że gotowy rysunek składa się z rysunków podstawowych na różnych poziomach.
Rysunki z różnych poziomów mogą być nakładane na siebie w dowolnej kombinacji jak przezroczyste kalki z naniesionymi na nich rysunkami składowymi. Można np. poziom 1 przeznaczyć na ramkę z tabliczką rysunkową poziomy 2. 3. 4 na rysunki części, poziom 5 na kreskowanie części, poziom 6 na opisy i wymiarowanie, a pozostałe poziomy będą niewykorzystane.
System SIGRAPH przewiduje 15 takich poziomów (warstw).
Na życzenie poszczególnych użytkowników firma SIEMENS dostarcza oprogramowanie CAD o konkretnym profilu np. konstrukcje mechaniczne, projektowanie zakładów przemysłowych, projektowanie obwodów elektrycznych. Pakiety te dysponują pełnym asortymentem symboli i oznaczeń oraz specjalistycznych programów obliczeniowych np. obliczenia wytrzymałościowe belek, dobór łożysk, kół zębatych (mechanika) do wykorzystania przez projektanta.
Technika CAD wypiera tradycyjną deskę kreślarską i suwak logarytmiczny, zapewniając bardziej komfortowy i wydajniejszy środek pracy konstruktora.
W wyniku dalszego rozwoju zastosowań CAD należy się liczyć z wyeliminowaniem z konkurencji tych ośrodków konstrukcyjnych, które nie dysponują tą techniką.
Grzegorz Kostrzyński,Andrzej Górecki