تحقیق مقاله سیستم های تولیدی کامپیوتری

تاریخچه

Cad/Cam شامل دو بخش جداگانه با نام های ذیل می باشد:

1 طراحی به کمک کامپیوتر

2 تولید به کمک کامپیوتر

این دو بخش در طی 30 سال گذشته به طور مستقل رشد کرده اند و هم اکنون هر دوی آنها با هم تحت عنوان سیستم های Cad/Cam یکپارچه شده اند. معنای یکپارچگی این است که کلیه عملیات طراحی و تولید می تواند در یک سیستم واحد مورد نظارت و کنترل قرارگیرد.

طراحی به کمک کامپیوتر اساساً بر یک تکنیک متنوع و قدرتمند به نام گرافیک کامپیوتری استوار است. گرافیک کامپیوتری عبارت است از ایجاد و دستکاری اشکال بر روی یک دستگاه نمایش به کمک کامپیوتر. گرافیک کامپیوتری در سال 1950 در دانشگاه ام.آی.تی آمریکا پایه ریزی شد و اولین تصاویر ساده بر روی کامپیوتر «ویرل ویند1» نمایش داده شد.

با ظهور سخت افزار پیشرفته که حافظه و سرعت آن بالا و ارزان نیز بود، نرم افزارهای جدیدتری نیز در زمینه گرافیک بوجود آمدند. نتیجه چنین تحولی، کاربرد روز افزون Cad در صنعت بود. در آغاز، سیستم های Cad به صورت ایستگاه های نقشه کشی خودکاری بودند که در آن رسام های تحت کنترل کامپیوتر نقشه های مهندسی را تولید می نمودند. امروزه سیستم های Cad می توانند به مراتب بیشتر از نقشه کشی عادی کار انجام دهند. برخی از سیستم ها دارای قابلیت های تحلیلی نیز هستند. برای نمونه نرم افزارهایی از  Cad وجود دارند که با روش المان محدود می توانند قطعات را از نظر مسائل تنش، حرارت و مسائل مکانیکی مورد تجزیه و تحلیل قرار دهند. همچنین نرم افزارهایی از Cad وجود دارند که         می توانند حرکت قطعات را نیز مورد مطالعه قرار دهند.

تولید به کمک کامپیوتر اساساً با ظهور کنترل عددی یا NC مطرح شد. در اواخر دهه40 فردی به نام جان پارسونز روشی خاص برای کنترل یک ماشین ابزار ابداع کرد. در روش او کارت های سوراخ شده به کار برده شده بود تا اطلاعات مختصاتی حرکت ماشین با آن ارائه گردد. در این حالت، امکان انجام ماشین کاری روی سطوح مورد نظر توسط ماشین میسر         می شد. با مشخص شدن مقادیر عددی برای حرکت محور ماشین ابزار، تحولی در حرکت مکانی ماشین ابزار ایجاد شد. اولین نمونه ماشین NC در سال 1952 ساخته شد تا بتواند توانایی های آن را بیان کند. سپس، سازندگان ابزار و صنایع تولیدی متحداً ماشین های NC جدیدی متناسب با نیازهایشان ساختند.

در اواخر دهه 50 کامپیوترها در دسترس بودند و مسلم شده بود که آنها می توانند مقادیر عددی مورد لزوم ماشین های کنترل عددی را تولید نمایند.

در این مرحله، نیروی هوایی آمریکا با پرداخت مبالغ زیادی به دانشگاه ام.آی.تی خواستار طراحی یک برنامه نویسی قطعه شد که بتواند برای تعریف حرکات هندسی ابزار، در ماشینهای کنترل عددی به کار گرفته شود. نتیجه این کار پیدایش زبان APT شد که امروز بعنوان زبان استاندارد ماشین NC شناخته شده است.

چرخه محصول و Cad/Cam

برای اینکه قلمرو Cad/Cam در عملیات یک شرکت تولیدی درک گردد، لازم است فعالیتها  و عملکردهای گوناگونی که باید در طراحی و ساخت یک محصول انجام گیرد، مورد بررسی قرار گیرند.

چرخه مذکور از مشتریان و بازارهایی که متقاضی محصول هستند، شروع می گردد. اگر مشتریان و بازارها به عنوان مجموعه بزرگی از صنایع و بازارهای مصرفی تلقی گردند، واقعی تر از تلقی آن به عنوان یک بازار انحصاری است. با توجه به گروه خاص مشتریان، تفاوت هایی در روش فعال کردن چرخه محصول وجود خواهد داشت. در برخی موارد وظایف طراحی توسط مشتری صورت پذیرفته و تولید نیز توسط یک شرکت دیگر انجام می گیرد. در برخی موارد دیگر، طراحی و تولید توسط یک شرکت صورت می گیرد. مورد هرچه که باشد، چرخه محصول با یک مفهوم با یک ایده محصول شروع می شود. این مفهوم پرورانده می شود، پالایش می یابد، تجزیه و تحلیل می گردد، بهبود می یابد و در طی فرآیند مهندسی طراحی به یک نقشه برای تولید ترجمه می گردد. نقشه مذکور توسط ترسیم مجموعه ای از نقشه های مهندسی که چگونگی تولید را نشان می دهد، مستند سازی می شود. این مستندات
مجموعه ای از مشخصات را نشان می دهد که چگونگی انجام تولید را بیان می کنند.

فعالیت های مهم بعدی ساخت محصول است. یک «برنامه فرآیند ساخت» توالی یا ترتیب عملیات مورد نیاز برای ساخت محصول را مشخص می کند. برخی اوقات تجهیزات و ابزار جدیدی لازم است تا محصول جدید ساخته شود. گام«زمانبندی» زمان طراحی محصول و تکمیل تولید را ارائه می دهد و شرکت را متعهد می سازد تا مقادیر مشخصی از محصول را در زمان های مشخصی تولید کند.

وقتی تمام این طرح تدوین شد، محصول تولید می شود و به دنبال آن آزمایش کیفیت بر روی آن صورت می پذیرد و به مشتری تحویل داده می شود. تأثیر Cad/Cam در تمام فعالیتهای گوناگون چرخه محصول آشکار است.

مزایای Cad/Cam

1 Cad می تواند تعداد مراحل لازم در فرآیند طراحی یک محصول را به طور فاحشی کاهش دهد و هر مرحله از طراحی را برای طراح محصول بسیار آسان سازد. در نتیجه، خروجی کاری طراح زیاد شده و از شروع ایده اولیه محصول تا آماده شدن طرح آن، زمان بسیاری صرفه جویی می گردد.

2 Cad موجب می شود تا یک طرح به طور صحیح ارائه گردد و ابزارهای گسترده ای برای طراح آماده گردد تا طرح را به طور گرافیکی متناسب با نقطه نظرات ذهنی اش دستکاری نماید. با این انعطاف پذیری در دستکاری نقشه یک طرح، طراح به راحتی می تواند نگرش عمیقی بر روی مسائل پیچیده ناشی از طرح داشته باشد. این امر موجب می شود که طراح تصمیمات بهتری اتخاذ کند و به سوی واقعیت های مورد نظر در ایده نزدیکتر شود و احتمال خطا کم گردد.

3 Cam می تواند از طرق گوناگون بهره وری کارگاه را شدیداً افزایش دهد. Cam می تواند برنامه های NC  را به طور خودکار تولید کند؛ بگونه ای که خطایی در آن نباشد.

4 با Cam ، زمان بندی قطعات کار و ابزارها در طول ایستگاه های تولید ساده تر صورت      می پذیرد.

کاربرد Cad/Cam

گرافیک کامپیوتری محاوره ای که نوعی ارتباط متقابل انسان و کامپیوتر در ترسیم خواستگاه های مهندسی روی صفحه تصویر است و در واقع اساس کار سیستم های Cad         می باشد، بطور گسترده ای در بسیاری از زمینه های گوناگون علوم و تکنولوژی به کار گرفته شده است. مخصوصاً وقتی شرح یک ایده یا طرح علمی مطرح است، «نقشه هایی» که با گرافیک کامپیوتری ترسیم شده اند، اهمیت حیاتی پیدا می کنند برخی کاربردهای گرافیک کامپیوتری را می توان در قالب های ذیل طبقه بندی کرد:

مطالعه ساختارهای مولکولی در شیمی

تحقیقات پزشکی

انیمیشن

شبیه سازی پرواز هواپیما

طراحی ساختاری در هواپیما

صنایع کشتی و اتومبیل سازی

طراحی مدارهای مجتمع و تخته مدارهای چاپی در صنعت الکترونیک

برنامه ریزی شهری و طراحی معماری

مسیردهی و تهیه جانمای لوله ها در طراحی کارخانه شیمیایی

آماده سازی اطلاعات مش بندی شده، برای تجزیه و تحلیل و ترسیم المانهای محدود.

پیاده سازی یک سیستم Cad

دلایل عدیده ای برای پیاده سازی یک سیستم طراحی به کمک کامپیوتر در جوار توانمندیهای بشری وجود دارد که اهم آنها عبارتند از:

افزودن بهره وری طراح: این بهره وری از طریق کمک کردن به طراح برای تصور محصول و قطعات زیر مجموعه آن و کم کردن زمان ترکیب، تجزیه و تحلیل و مستندسازی طرح صورت می پذیرد.

بهبود کیفیت طرح: یک سیستم Cad تجزیه و تحلیل مهندسی بهتری را ممکن می سازد و تعداد شق ها و تنوعات طرح را بیشتر میکند. علاوه بر آن ، خطاهای طراحی نیز در طول کار کاهش می یابد. این عوامل موجب به وجود آمدن طرح بهتری از دید صحت و دقت می گردد.

بهبود ارتباطات: استفاده از سیستم Cad نقشه کشی مهندسی، استاندارد سازی در نقشه ها، مستند سازی بهتر طرح، خطاهای اندک ترسیم و خوانایی را به ارمغان دارد.

ایجاد بانک اطلاعاتی برای تولید: در فرآیند ایجاد مستندات طرح محصول که شامل هندسه و ابعاد طرح و مؤلفه های آن، مشخصات مواد برای مؤلفه ها، لیست مواد، و غیره است، اکثر اطلاعات مورد نیاز برای تولید محصول نیز ایجاد می گردد.

فرآیند طراحی

فرآیند طراحی محصول عملی تکراری می باشد، و دارای شش مرحله زیر است:

تشخیص نیاز

تعریف مسئله

ترکیب

تجزیه و تحلیل و بهینه سازی

ارزیابی

ارائه

با ارائه تصویری مختصر، به شرح ذیل می توان نقش و عملکرد هر یک از این مراحل         شش گانه را بیان کرد:

وقتی فردی درک کند که مسئله یا مشکلی وجود دارد و باید اقدام درستی برای حل آن اتخاذ گردد، «تشخیص نیاز» صورت گرفته است. مثلاً وقتی فروشنده ای به این درک رسید که محصول جدید باید به بازار عرضه گردد، نیاز تشخیص داده شده است.

«تعریف مسئله» مستلزم تعریف مشخصه کامل محصولی است که باید طراحی گردد. این مشخصه شامل ویژگی های فیزیکی، عملکردی، هزینه، کیفیت، و کارایی عملیاتی است.

«ترکیب» و «تجزیه و تحلیل» بسیار به همدیگر مربوط بوده و شدیداً در فرآیند طراحی تکراری هستند. مؤلفه یا زیر سیستمی از کل یک سیستم توسط طراح تصور می شود، تجزیه و تحلیل می گردد و در این تجزیه و تحلیل بهبود می یابد و مجدداً طراحی می شود. این فرآیند تا بهینه شدن طرح با توجه به محدودیت های موجود برای طراح تکرار می شود.        مؤلفه ها و زیر سیستم ها درون سیستم نهایی با روش مشابه و تکراری ترکیب می شوند.

«ارزیابی» مربوط است به اندازه گیری طرح با توجه به مشخصه های ایجاد شده در مرحله تعریف مسئله.

آخرین مرحله فرآیند طراحی، «ارائه طرح» است. این مرحله شامل مستند سازی طرح با ابزارهایی چون نقشه ها، مشخصه های مواد، لیست های مجموعه و غیره است. اساساًَ مستند سازی نیازمند ایجاد یک پایگاه اطلاعاتی طرح است.

کاربرد کامپیوترها برای طراحی

کارهای گوناگون طراحی را که به وسیله یک سیستم مدرن طراحی به کمک کامپیوتر انجام می گیرند، می توان به چهار زمینه عملیاتی زیر گروه بندی نمود:

مدلسازی هندسی

تجزیه و تحلیل مهندسی

مرور و ارزیابی طرح

نقشه کشی خودکار

زمینه های چهارگانه اشاره شده در فوق دربرگیرنده چهار فاز نهایی فرآیند طراحی اند.

کاربرد کامپیوترها در فرآیند طراحی

مدلسازی هندسی را می توان در ارتباط با مراحل ترکیب دانست که در آن پروژه طراحی فیزیکی بر روی سیستم گرافیک کامپیوتری شکل می گیرد. تجزیه و تحلیل مهندسی مربوط است به مرحله چهارم یا تجزیه و تحلیل و بهینه سازی طرح. مرور و ارزیابی طرح، پنجمین مرحله در رویه عمومی طراحی است. ترسیم خودکار شامل رویه ای است برای تبدیل اطلاعات تصویری طرح موجود در حافظه کامپیوتر به یک نوشته کتبی. این مرحله روش مهمی را برای ارائه طرح یا مرحله ششم نشان می دهد.

در زیر به تشریح عملکردهای چهارگانه فرآیند طراحی توسط کامپیوتر می پردازیم

مدلسازی هندسی

در طراحی به کمک کامپیوتر، فرآیند مدلسازی هندسی در برگیرنده شرح ریاضی و هندسی قطعه مورد طراحی است؛ به گونه أی که کامپیوتر بتواند آن را درک کند. این شرح ریاضی اجازه می دهد که تصویر قطعه کار بر روی یک ترمینال گرافیکی نمایش داده شده و دستکاری گردد. نرم افزاری که قابلیت های مدل سازی سه بعدی را فراهم می آورد باید به گونه أی طراحی شده باشد که کامپیوتر و طراح بتوانند با هم ارتباط متقابل و خوبی              داشته باشند.

برای به کارگیری مدلسازی سه بعدی، طراح تصویر گرافیکی قطعه را روی صفحه نمایش سیستم Cad با بهره گیری از سه نوع فرمان مختلف ایجاد می کند. اولین نوع فرمان، اجزای بنیادی هندسی مانند نقاط، خطوط و دوایر را تولید می کند. دومین نوع فرمان، برای انجام اندازه گذاری، دوران، یا تبدیلات این اجزاء به کار می رود. سومین نوع فرمان، موجب              می شود