مقاله تكنولوژی طراحی و تولید به كمك كامپیوتر (CADCAM)

مقاله تكنولوژی طراحی و تولید به كمك كامپیوتر (CADCAM)

1-1         تاریخچة CAD/CAM

در قرن 19 انقلاب صنعتی موجب رشد توان فیزیكی بشر شد. در قرن 20 نیز دومین انقلاب صنعتی با ظهور كامپیوترها به وجود آمده و قابلیت‌های فكری بشر را رشد داده است.

امروزه بدون استفاده از كامپیوتر نمی‌توان پروژه صنعتی مهمی را انجام داد. از اواخر دهه 50 میلادی با قوی شدن ظرفیت ذخیره و سرعت عملیات كامپیوترها، كاربرد آنها در پروژه های مهندسی به طور وسیعی روبه فزونی نهاد. مخصوصاً با ظهور تكنولوژی میكروالكترونیكی VLSI یا مدار مجتمع با مقیاس بسیار بزرگ، سخت‌افزار كامپیوتر هر روز ارزان و ارزان‌تر شد؛ به گونه‌ای كه شركت‌های صنعتی تمایل پیدا كردند، تا از قابلیت‌های آن استفاده كنند. به دلیل كوچك شدن سخت‌افزار كامپیوتر، این ابزار به سرعت در زمینه‌هایی از صنعت نفوذ كرد كه به دلیل بزرگ بودن اندازة كامپیوترهای سنتی، امكان نفوذ چندانی نداشت. در نتیجه این تحولات در علم كامپیوتر، “طراحی به كمك كامپیوتر” و “تولید به كمك كامپیوتر” (CAD/CAM) به خاطر قابلیتی كه در افزودن “بهره‌وری” داشت ،‌به سرعت در صنایع مهندسی مقبولیت یافت. همان‌طور كه نام CAD/CAM نشان می‌دهد، این تكنولوژی می تواند چنین تعریف شود: “استفاده از كامپیوترها به منظور كمك به فرایند طراحی و تولید”؛ به عبارت دیگر CAD/CAM عبارت است از كابرد كامپیوترها در فرایند تولید قطعات مهندسی كه از دفتر نقشه كشی شروع شده و پس از دپارتمان تولید، كارگاه ماشین، دپارتمان كنترل كیفیت، نهایتاً به انبار قطعات ساخته شده ختم می گردد.

این تكنولوژی روشی موثر، صحیح و رضایت‌بخش را برای طراحی و تولید محصولات با كیفیت عالی بیان می‌كند. CAD/CAM شامل دو بخش جداگانه به       نام‌های ذیل می باشد:

1- طراحی به كمك كامپیوتر    Computer Aided Desing

2- تولید به كمك كامپیوتر     Computer Aided Manu facturing

این دوبخش در طی 30 سال گذشته به طور مستقل رشد كرده‌اند و هم اكنون هردوی آنها با هم تحت عنوان سیستم‌های CAD/CAM یكپارچه شده‌اند. معنای یكپارچگی این است كه كلیه عملیات طراحی و تولید می تواند در یك سیستم واحد مورد نظارت و كنترل قرار گیرد.

طراحی به كمك كامپیوتر، اساساً بریك تكنیك متنوع و قدرتمند به نام گرافیك كامپیوتری (Computer Graphics) استوار است. گرافیك كامپیوتری عبارت است از ایجاد و دستكاری اشكال بر روی یك دستگاه نمایش به كمك كامپیوتر، گرافیك كامپیوتری در سال 1950 در دانشگاه ام.آی. تی آمریكا پایه‌ریزی شد و اولین تصاویر ساده برروی كامپیوتر «ویرل‌ونید» Whirlwind نمایش داده شد. با ظهور سخت‌افزار پیشرفته كه حافظه و سرعت آن بالا و ارزان نیز بود، نرم‌افزارهای جدیدتری نیز در زمینه گرافیك به وجود آمدند. نتیجه چنین تحولی، كاربرد روزافزون CAD در صنعت بود. در آغاز، سیستم‌های CAD به صورت ایستگاههای نقشه‌كشی خودكاری بودند كه در آن رسام‌های Plotter تحت كنترل كامپیوتر، نقشه‌های مهندسی را تولید می‌نمودند.

امروزه سیستم های CAD می‌توانند به مراتب بیشتر از نقشه‌كشی عادی كار انجام دهند. برخی از سیستم‌ها دارای قابلیت‌های تحلیلی نیز هستند . برای نمونه نرم‌افزارهایی از CAD وجود دارند كه با روش المان محدود می توانند قطعات را از نظر مسائل تنش، حرارت و مسائل مكانیكی مورد تجزیه و تحلیل قرار دهند. همچنین نرم افزارهایی از CAD وجود دارند كه می‌توانند حركت قطعات را نیز مورد مطالعه قرار دهند. تولید به كمك كامپیوتر اساساً با ظهور كنترل عددی Numerical) Control) یا (NC) مطرح شد. در اواخر دهة 40 فردی به نام “جان پارسونز” Jon T.parsons روشی خاص برای كنترل یك ماشین ابزار ابداع كرد. در روش او كارت‌های سوراخ شده (Punched Cards) به كار برده شده بود. تا اطلاعات مختصاتی حركت ماشین به آن ارائه گردد. در این حالت، امكان انجام ماشین‌كاری روی سطوح موردنظر توسط ماشین میسر می‌شد. با مشخص شدن مقادیر عددی برای حركت محور ماشین ابزار، تحولی در حركت مكانی ماشین ابزار ایجاد شد. اولین نمونه ماشین NC در سال 1952 ساخته شد. تا بتواند توانایی‌های آن را بیان كند. سپس، سازندگان ابزار و صنایع تولیدی متحداً ماشین‌های NC جدیدی متناسب با نیازهایشان ساختند. در اواخر دهة 50 كامپیوترها در دسترس بودند و مسلم شده بود كه آنها می‌توانند مقادیر عددی مورد لزوم ماشین‌های كنترل عددی را تولید نمایند.

در این مرحله نیروی هوایی آمریكا با پرداخت مبالغ زیادی به دانشگاه ام.آی. تی خواستار طراحی یك برنامه‌نویس قطعه شد كه بتواند برای تعریف حركات هندسی ابزار، در ماشین‌های كنترل عددی به كار گرفته شود. نتیجه این كار پیدایش زبان APT   [Auto matically Programed Tools] شد،‌كه امروزه به عنوان زبان استاندارد ماشین NC ساخته شده است.

APT امكاناتی را فراهم می آورد كه برنامه نویس قطعه می‌تواند میان دستورالعمل‌های ماشین‌كاری و ماشین ابزار ارتباط برقرار سازد. با ATP برنامه‌نویس می تواند اشكال ابزار، تلرانس‌ها،‌تعاریف هندسی، حركات ابزار و فرامین كمكی ماشین را تعریف كند. تعدادزیادی  زبان برنامه‌‌نویسی NC نیز براساس زبان APT بعداً به وجود آمدند. همانگونه كه شرح داده شد، پیشرفت‌های اولیه CAM عمدتاً در حوزة كنترل عددی تمركز داشته است. تا این اواخر، فرامین و دستور‌العمل‌های NC هنوز در دست انسان تولید و تصحیح می‌شدند.هم‌اكنون سیستم‌های CAM می‌توانند برنامه‌های NC را با درجه‌ای از صحت ودقت بالا تولید كنند و مسیر ابزار (Cutter Line) را برای مشخص شدن ترتیب مراحل ساخت روی صفحه تصویر Monitor سریعاً نشان دهند. برخی از این سیستم‌ها حتی قابلیت مدیریت كارخانه را نیز دارند؛ و جریان كار و مواد را در طول كارخانه هدایت می‌كنند. دست آورد تكنولوژیك جدیدی كه به تدریج به جمع فعالیت‌های CAM پیوست، كه در آن بازوهای متحرك خودكار، قطعات كاری و ابزارها را به كار می گیرند. ]رجوع به 1و 8[

2-1 مثالهایی كاربردی از تكنولوژی CAD/CAM در جهان

-   درسیستم‌های اولیه CAD/CAM ، بیشتر تجهیزات حجیم بودند و قیمت بالای چند میلیون دلار داشتند. همچنین برای به كاربردن آنها نیاز به یك اپراتور بود كه به كارهای برنامه‌ریزی و كاربرد كامپیوتر آشنایی داشته باشد. درنتیجه فقط شركتهای بزرگ ساخت هواپیما و صنایع هوافضا و خودروسازی قادر به استفاده از آنها بودند؛ و هنوز هم بسیاری از تجیهزات سیستم‌های CAD/CAM تحت استفاده انحصاری این شركت‌های بزرگ قرار دارد.

اما در حین سیر نزولی كه در اندازه و قیمت این مجموعه روزبه روز صورت        می‌گیرد، قدرت محاسباتی آنها بالا می‌رود. نتیجه این امر رشد و گسترش وسیع و سریع سیستم‌های مذكور در صنایع عمومی بود كه از طریق وارد شدن این سیستم‌های مستقل و نه‌چندان هزینه بر كه در آنها استفاده كننده می‌تواند عملیات طراحی خیلی پیچیده، تجزیه و تحلی و دیگر كارهای تولیدی را انجام دهد ،‌صورت گرفت. این امر یعنی بهره گیری از كامپیوترهای كوچك ،‌به استفاده كننده اجازه می‌دهد كه بدون آموختن برنامه‌نویسی و نحوة‌ كاربرد كامپیوتر، از مزایای آن بهره بگیرد. اگرچه سیستمهای خیلی پیشرفته در كارخانه‌های بزرگ باقی می‌مانند، ولی بسیاری از كارخانه های كوچك كه قبلاً توانایی خرید سیستم‌های CAD/CAM را نداشتند، هم‌اكنون جزواستفاده كنندگان این سیستم ‌ها می باشند. البته مهمترین انگیزه استفاده از CAD/CAM افزایش بهره‌وری Productivity مهندسی است. هزینه‌های بسیار زیاد تولید سنتی سفینه‌های فضایی، این كارخانه ها را واداشت كه از چندین سال قبل برای تولید اقتصادی‌تر هواپیما، به فكر تجهیز كارخانه‌هایشان به سیستم‌ CAD/CAM بیفتند. به همین ترتیب ، صنایع خودروسازی این تكنولوژی را به عنوان بهترین راه ‌طراحی و تولید اتومبیل‌ها قلمداد كردند. طراحی وتولید به كمك كامپیوتر CAD/CAM ،‌امروزه ،‌به همة صنایع سرایت كرده است و در تولید بسیاری از محصولات به كار گرفته می شود.