กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 7 นาที

การออกแบบโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วย

การออกแบบโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วย ( CAD ) คือการใช้คอมพิวเตอร์ (หรือเวิร์กสเตชัน ) เพื่อช่วยในการสร้าง แก้ไข วิเคราะห์ หรือเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบ : 3...

การออกแบบโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วย

หน้าเว็บได้รับการป้องกันบางส่วน

ภาพวาด CAD 2 มิติ
แบบจำลอง CAD 3 มิติ

การออกแบบโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วย ( CAD ) คือการใช้คอมพิวเตอร์ (หรือเวิร์กสเตชัน ) เพื่อช่วยในการสร้าง แก้ไข วิเคราะห์ หรือเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบ [ 1 ] : 3 ซอฟต์แวร์นี้ใช้เพื่อเพิ่มผลผลิตของผู้ออกแบบ ปรับปรุงคุณภาพของการออกแบบ ปรับปรุงการสื่อสารผ่านเอกสาร และสร้างฐานข้อมูลสำหรับการผลิต [ 1 ] : 4 การออกแบบที่ทำผ่านซอฟต์แวร์ CAD ช่วยปกป้องผลิตภัณฑ์และสิ่งประดิษฐ์เมื่อใช้ในขอสิทธิบัตรผลลัพธ์ของ CAD มักอยู่ในรูปแบบไฟล์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับการพิมพ์การตัดเฉือนหรือการดำเนินการผลิตอื่นๆ คำว่าการเขียนแบบด้วยคอมพิวเตอร์(CAD) และการออกแบบและการเขียนแบบด้วยคอมพิวเตอร์(CADD) ก็มีการใช้เช่นกัน [ 2 ]

การใช้งานในการออกแบบระบบอิเล็กทรอนิกส์เรียกว่าการออกแบบอัตโนมัติทางอิเล็กทรอนิกส์ ( EDA ) ในการออกแบบทางกลเรียกว่าการออกแบบอัตโนมัติทางกล ( MDA ) ซึ่งรวมถึงกระบวนการสร้างภาพวาดทางเทคนิคโดยใช้ซอฟต์แวร์คอมพิวเตอร์[ 3 ]

ซอฟต์แวร์ CAD สำหรับการออกแบบทางกลใช้กราฟิกแบบเวกเตอร์เพื่อแสดงภาพวัตถุจากการเขียนแบบแบบดั้งเดิม หรืออาจสร้างกราฟิกแบบแรสเตอร์เพื่อแสดงลักษณะโดยรวมของวัตถุที่ออกแบบ อย่างไรก็ตาม มันเกี่ยวข้องมากกว่าแค่รูปทรง เช่นเดียวกับการเขียนแบบทางเทคนิคและวิศวกรรม ด้วยมือ ผลลัพธ์ของ CAD ต้องสื่อสารข้อมูล เช่นวัสดุกระบวนการขนาดและค่าความคลาดเคลื่อนตามข้อกำหนดเฉพาะของแต่ละแอปพลิเค ชัน

CAD อาจใช้ในการออกแบบเส้นโค้งและรูปทรงใน พื้นที่ สองมิติ (2D) หรือเส้นโค้งพื้นผิวและของแข็งในพื้นที่สามมิติ (3D) [ 4 ] [ 5 ] : 71, 106

CAD เป็นศิลปะอุตสาหกรรม ที่สำคัญ ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในหลายแอปพลิเคชัน รวมถึงอุตสาหกรรมยานยนต์การต่อเรือและอวกาศการออกแบบอุตสาหกรรมและสถาปัตยกรรม ( การสร้างแบบจำลองข้อมูลอาคาร ) อุปกรณ์เทียมและอื่นๆ อีกมากมาย CAD ยังใช้กันอย่างแพร่หลายในการสร้างแอนิเมชั่นคอมพิวเตอร์สำหรับเอฟเฟกต์พิเศษในภาพยนตร์โฆษณาและคู่มือทางเทคนิค ซึ่งมักเรียกว่าการสร้างเนื้อหาดิจิทัล DCC ความแพร่หลายและพลังของคอมพิวเตอร์ในปัจจุบันหมายความว่าแม้แต่ขวดน้ำหอมและเครื่องจ่ายแชมพูก็ได้รับการออกแบบโดยใช้เทคนิคที่ไม่เคยได้ยินมาก่อนโดยวิศวกรในยุค 1960 เนื่องจากความสำคัญทางเศรษฐกิจอย่างมหาศาล CAD จึงเป็นแรงผลักดันหลักสำหรับการวิจัยในเรขาคณิตเชิงคำนวณกราฟิกคอมพิวเตอร์ (ทั้งฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์) และเรขาคณิตเชิงอนุพันธ์แบบไม่ต่อเนื่อง[ 6 ]

การออกแบบแบบจำลองทางเรขาคณิตสำหรับรูปร่างของวัตถุโดยเฉพาะบางครั้งเรียกว่าการออกแบบทางเรขาคณิตโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วย ( CAGD ) [ 7 ]

ภาพรวม

การออกแบบโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วย (CAD) เป็นหนึ่งในเครื่องมือมากมายที่วิศวกรและนักออกแบบใช้ และถูกนำไปใช้ในหลายวิธี ขึ้นอยู่กับอาชีพของผู้ใช้และประเภทของซอฟต์แวร์นั้นๆ

CAD เป็นส่วนหนึ่งของกิจกรรมการพัฒนาผลิตภัณฑ์ดิจิทัล (DPD) ทั้งหมดภายใน กระบวนการ จัดการวงจรชีวิตผลิตภัณฑ์ (PLM) และด้วยเหตุนี้จึงถูกใช้งานร่วมกับเครื่องมืออื่นๆ ซึ่งอาจเป็นโมดูลที่รวมเข้าด้วยกันหรือผลิตภัณฑ์แบบแยกต่างหาก เช่น:

CAD ยังใช้สำหรับการสร้างแบบจำลองภาพถ่ายที่แม่นยำ ซึ่งมักจำเป็นในการจัดทำรายงานผลกระทบสิ่งแวดล้อม โดยที่การออกแบบอาคารที่ตั้งใจไว้โดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วยจะถูกซ้อนทับลงบนภาพถ่ายของสภาพแวดล้อมที่มีอยู่ เพื่อแสดงให้เห็นว่าสถานที่นั้นจะเป็นอย่างไร เมื่ออนุญาตให้สร้างสิ่งอำนวยความสะดวกที่เสนอไว้ การวิเคราะห์การปิดกั้นเส้นทางทัศนวิสัยที่อาจเกิดขึ้นและการศึกษาเงาก็มักจะทำโดยใช้ CAD เช่นกัน[ 8 ]

ประเภท

ขั้นตอนง่ายๆ ในการสร้างแบบจำลองสามมิติจากภาพร่างสองมิติ

มี CAD หลายประเภทที่แตกต่างกัน[ 9 ]แต่ละประเภทต้องการให้ผู้ใช้งานคิดแตกต่างกันเกี่ยวกับการใช้งานและการออกแบบส่วนประกอบเสมือนในลักษณะที่แตกต่างกัน เครื่องมือ CAD เกือบทั้งหมดอาศัย แนวคิดข้อ จำกัดที่ใช้ในการกำหนดองค์ประกอบทางเรขาคณิตหรือที่ไม่ใช่เรขาคณิตของแบบจำลอง

CAD 2 มิติ

มีผู้ผลิตระบบร่างภาพ 2 มิติระดับล่างมากมาย รวมถึงโปรแกรมฟรีและโอเพนซอร์สจำนวนมาก ระบบเหล่านี้เสนอแนวทางการวาดภาพที่สามารถปรับขนาดและตำแหน่งบนกระดาษวาดเขียนได้อย่างง่ายดายในแบบร่างสุดท้ายตามต้องการ ซึ่งแตกต่างจากการร่างภาพด้วยมือ

CAD 3 มิติ

แบบร่างโครงร่าง 3 มิติ (3D wireframe)เป็นส่วนขยายของการเขียนแบบ 2 มิติไปสู่พื้นที่สามมิติแต่ละเส้นจะต้องถูกแทรกเข้าไปในแบบร่างด้วยตนเอง ผลลัพธ์สุดท้ายไม่มีคุณสมบัติเกี่ยวกับมวล และไม่สามารถเพิ่มคุณลักษณะต่างๆ เช่น รู ได้โดยตรง ผู้ใช้งานจะใช้วิธีการเดียวกันกับระบบ 2 มิติ ถึงแม้ว่าระบบ 3 มิติหลายระบบจะอนุญาตให้ใช้แบบจำลองโครงร่างเพื่อสร้างมุมมองแบบร่างทางวิศวกรรมขั้นสุดท้ายได้ก็ตาม

แบบ จำลองสามมิติแบบ "พื้นฐาน"ถูกสร้างขึ้นในลักษณะที่คล้ายคลึงกับการจัดการกับวัตถุในโลกแห่งความเป็นจริง รูปทรงเรขาคณิตสามมิติพื้นฐาน (เช่น ปริซึม ทรงกระบอก ทรงกลม หรือสี่เหลี่ยม) จะถูกเพิ่มหรือลดปริมาตรเหมือนกับการประกอบหรือตัดวัตถุในโลกแห่งความเป็นจริง สามารถสร้างภาพฉายสองมิติจากแบบจำลองเหล่านี้ได้อย่างง่ายดาย แบบจำลองสามมิติพื้นฐานมักไม่มีเครื่องมือที่ช่วยให้สามารถเคลื่อนที่ส่วนประกอบ กำหนดขอบเขตการเคลื่อนที่ หรือระบุการชนกันระหว่างส่วนประกอบได้อย่างง่ายดาย

การสร้างแบบจำลอง 3 มิติมีหลายประเภท

  • การสร้างแบบจำลองพาราเมตริกช่วยให้ผู้ใช้งานสามารถใช้สิ่งที่เรียกว่า "เจตนาในการออกแบบ" ได้ วัตถุและคุณลักษณะต่างๆ ถูกสร้างขึ้นโดยสามารถแก้ไขได้ การแก้ไขในอนาคตสามารถทำได้โดยการเปลี่ยนวิธีการสร้างชิ้นส่วนดั้งเดิม หากตั้งใจให้คุณลักษณะหนึ่งอยู่ตรงกลางของชิ้นส่วน ผู้ใช้งานควรวางตำแหน่งคุณลักษณะนั้นไว้ตรงกลางของแบบจำลอง คุณลักษณะนั้นอาจวางตำแหน่งได้โดยใช้วัตถุทางเรขาคณิตใดๆ ที่มีอยู่แล้วในชิ้นส่วน แต่การวางตำแหน่งแบบสุ่มเช่นนี้จะขัดกับเจตนาในการออกแบบ หากผู้ใช้งานออกแบบชิ้นส่วนตามการทำงานจริง นักสร้างแบบจำลองพาราเมตริกจะสามารถทำการเปลี่ยนแปลงชิ้นส่วนได้โดยยังคงรักษาความสัมพันธ์ทางเรขาคณิตและการใช้งานได้
  • การสร้างแบบจำลองโดยตรงหรือแบบชัดเจนช่วยให้สามารถแก้ไขรูปทรงเรขาคณิตได้โดยไม่ต้องใช้ประวัติการแก้ไข ด้วยการสร้างแบบจำลองโดยตรง เมื่อใช้แบบร่างเพื่อสร้างรูปทรงเรขาคณิตแล้ว แบบร่างนั้นจะถูกรวมเข้ากับรูปทรงเรขาคณิตใหม่ และผู้ออกแบบเพียงแค่ต้องแก้ไขรูปทรงเรขาคณิตในภายหลังโดยไม่จำเป็นต้องใช้แบบร่างเดิม เช่นเดียวกับการสร้างแบบจำลองพาราเมตริกการสร้างแบบจำลองโดยตรงสามารถรวมความสัมพันธ์ระหว่างรูปทรงเรขาคณิตที่เลือกไว้ได้ (เช่น การสัมผัส การร่วมศูนย์กลาง)
  • การสร้างแบบจำลองประกอบเป็นกระบวนการที่รวมผลลัพธ์ของการสร้างแบบจำลองชิ้นส่วนเดี่ยวก่อนหน้านี้เข้ากับผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายที่มีหลายชิ้นส่วน การประกอบสามารถเป็นลำดับชั้นได้ ขึ้นอยู่กับผู้จำหน่ายซอฟต์แวร์ CAD เฉพาะ และสามารถสร้างแบบจำลองที่ซับซ้อนมากได้ (เช่น ในวิศวกรรมอาคารโดยใช้ ซอฟต์แวร์ ออกแบบสถาปัตยกรรมด้วยคอมพิวเตอร์ ) [ 10 ] : 539

CAD แบบฟรีฟอร์ม

ระบบ CAD ระดับสูงมีความสามารถในการผสานคุณสมบัติที่เป็นธรรมชาติ สวยงาม และถูกหลักสรีรศาสตร์เข้ากับการออกแบบได้ มากขึ้น การสร้างแบบจำลองพื้นผิวแบบอิสระมักถูกนำมาใช้ร่วมกับการสร้างแบบจำลองสามมิติ เพื่อให้นักออกแบบสามารถสร้างผลิตภัณฑ์ที่เหมาะสมกับรูปร่างของมนุษย์และความต้องการด้านภาพ รวมถึงการใช้งานร่วมกับเครื่องจักรได้อย่างลงตัว

เทคโนโลยี

แบบจำลอง CAD ของเมาส์คอมพิวเตอร์

ปัจจุบัน ระบบ CAD มีให้บริการสำหรับแพลตฟอร์มหลักทั้งหมด ( Windows , Linux , UNIXและMac OS X ) บางแพ็กเกจรองรับหลายแพลตฟอร์ม[ 11 ]

ซอฟต์แวร์

ช่างเขียนแบบกำลังทำงานโดยใช้โปรแกรม CAD (ปี 1992)

นับตั้งแต่ระบบเขียนแบบของ IBM ในช่วงกลางทศวรรษ 1960 ระบบการออกแบบโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วย (CAD) เริ่มให้ความสามารถมากกว่าแค่การจำลองการเขียนแบบด้วยมือด้วยการเขียนแบบอิเล็กทรอนิกส์ และผลประโยชน์ด้านต้นทุนสำหรับบริษัทต่างๆ ในการเปลี่ยนมาใช้ CAD ก็ปรากฏชัดขึ้น ซอฟต์แวร์นี้ทำให้งานหลายอย่างที่ถือเป็นเรื่องปกติของระบบคอมพิวเตอร์ในปัจจุบันเป็นไปโดยอัตโนมัติ เช่น การสร้างรายการวัสดุ โดยอัตโนมัติ การจัดวางวงจรรวม โดยอัตโนมัติ การตรวจสอบการรบกวน และอื่นๆ อีกมากมาย ในที่สุด CAD ก็ทำให้นักออกแบบสามารถทำการคำนวณทางวิศวกรรมได้[ 5 ]ในช่วงการเปลี่ยนแปลงนี้ การคำนวณยังคงทำด้วยมือหรือโดยบุคคลที่สามารถเรียกใช้โปรแกรมคอมพิวเตอร์ได้ CAD เป็นการเปลี่ยนแปลงที่ปฏิวัติวงการวิศวกรรม ซึ่งบทบาทของคนเขียนแบบ นักออกแบบ และวิศวกรที่เคยแยกจากกันเริ่มรวมเข้าด้วยกัน CAD เป็นตัวอย่างของผลกระทบที่แพร่หลายที่คอมพิวเตอร์เริ่มมีต่ออุตสาหกรรม แพ็คเกจซอฟต์แวร์การออกแบบโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วยในปัจจุบันมีตั้งแต่ ระบบเขียน แบบเวกเตอร์ 2 มิติ ไป จนถึง ตัวสร้าง แบบจำลองของแข็งและพื้นผิว 3 มิติ โปรแกรม CAD สมัยใหม่ยังสามารถหมุนได้ในสามมิติ ทำให้สามารถดูวัตถุที่ออกแบบจากมุมใดก็ได้ตามต้องการ แม้กระทั่งจากด้านในมองออกไป[ 5 ]ซอฟต์แวร์ CAD บางตัวสามารถสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์แบบไดนามิกได้[ 5 ]

เทคโนโลยี CAD ถูกนำมาใช้ในการออกแบบเครื่องมือและเครื่องจักร รวมถึงการร่างและออกแบบอาคารทุกประเภท ตั้งแต่อาคารที่พักอาศัยขนาดเล็ก (บ้าน) ไปจนถึงอาคารพาณิชย์และอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ (โรงพยาบาลและโรงงาน) [ 12 ]

CAD ส่วนใหญ่ใช้สำหรับการออกแบบรายละเอียดของแบบจำลอง 3 มิติ หรือภาพวาด 2 มิติของชิ้นส่วนทางกายภาพ แต่ยังใช้ตลอดกระบวนการทางวิศวกรรม ตั้งแต่การออกแบบแนวคิดและการจัดวางผลิตภัณฑ์ ไปจนถึงการวิเคราะห์ความแข็งแรงและพลศาสตร์ของชิ้นส่วนประกอบ และการกำหนดวิธีการผลิตชิ้นส่วน นอกจากนี้ยังสามารถใช้ในการออกแบบวัตถุต่างๆ เช่น เครื่องประดับ เฟอร์นิเจอร์ เครื่องใช้ไฟฟ้า เป็นต้น ยิ่งไปกว่านั้น แอปพลิเคชัน CAD หลายๆ ตัวในปัจจุบันยังมีคุณสมบัติการเรนเดอร์และการสร้างภาพเคลื่อนไหวขั้นสูง ช่วยให้วิศวกรสามารถมองเห็นภาพการออกแบบผลิตภัณฑ์ได้ดียิ่งขึ้น4D BIMเป็นการจำลองทางวิศวกรรมการก่อสร้างเสมือนจริงประเภทหนึ่งที่รวมข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับเวลาหรือกำหนดการสำหรับการจัดการโครงการ

CAD ได้กลายเป็นเทคโนโลยีที่สำคัญอย่างยิ่งในขอบเขตของเทคโนโลยีช่วยงานด้วยคอมพิวเตอร์โดยมีข้อดีมากมาย เช่น ต้นทุนการพัฒนาผลิตภัณฑ์ที่ต่ำลง และวงจรการออกแบบ ที่สั้นลงอย่างมาก CAD ช่วยให้นักออกแบบสามารถวางแผนและพัฒนางานบนหน้าจอ พิมพ์ออกมา และบันทึกไว้เพื่อแก้ไขในภายหลัง ซึ่งช่วยประหยัดเวลาในการเขียนแบบ

ซอฟต์แวร์จัดการใบอนุญาต

ในช่วงทศวรรษ 2000 ผู้จำหน่ายซอฟต์แวร์ระบบ CAD บางรายจัดส่งการแจกจ่ายของตนพร้อมกับซอฟต์แวร์จัดการใบอนุญาตเฉพาะที่ควบคุมความถี่หรือจำนวนผู้ใช้ที่สามารถใช้ระบบ CAD ได้[ 5 ] : 166 สามารถทำงานได้ทั้งบนเครื่องโลคัล (โดยการโหลดจากอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลโลคัล) หรือเซิร์ฟเวอร์ไฟล์เครือข่าย โลคัล และโดยปกติจะผูกกับที่อยู่ IP เฉพาะในกรณีหลัง[ 5 ] : 166

รายชื่อแพ็กเกจซอฟต์แวร์

ซอฟต์แวร์ CAD ช่วยให้วิศวกรและสถาปนิกสามารถออกแบบ ตรวจสอบ และจัดการโครงการทางวิศวกรรมได้ภายในอินเทอร์เฟซผู้ใช้แบบกราฟิก (GUI) บน ระบบ คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลแอปพลิเคชันส่วนใหญ่รองรับการสร้างแบบจำลองของแข็งด้วยการแสดงขอบเขต (B-Rep) และ รูปทรงเรขาคณิต NURBSและช่วยให้สามารถเผยแพร่ในรูปแบบต่างๆ ได้

จากสถิติทางการตลาดซอฟต์แวร์เชิงพาณิชย์จากAutodesk , Dassault Systèmes , Siemens PLM SoftwareและPTCครองตลาดอุตสาหกรรม CAD [ 13 ] [ 14 ]ต่อไปนี้เป็นรายการแอปพลิเคชัน CAD หลัก โดยจัดกลุ่มตามสถิติการใช้งาน[ 15 ]

ซอฟต์แวร์เชิงพาณิชย์

ซอฟต์แวร์โอเพนซอร์ส

ซอฟต์แวร์ฟรี

เคอร์เนล CAD

ดูเพิ่มเติม

  • ห้องปฏิบัติการ CAD ของ MIT ปี 1982
  • โลโก้ Wikiversityสื่อการเรียนรู้ที่เกี่ยวข้องกับการออกแบบโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วย (CAD)ที่ Wikiversity
  • โลโก้ Wikiversityสื่อการเรียนรู้ที่เกี่ยวข้องกับการออกแบบเรขาคณิตด้วยคอมพิวเตอร์ที่ Wikiversity
ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Computer-aided_design&oldid=1350644986 "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ การออกแบบโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วย

การออกแบบโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วย ( CAD ) คือการใช้คอมพิวเตอร์ (หรือเวิร์กสเตชัน ) เพื่อช่วยในการสร้าง แก้ไข วิเคราะห์ หรือเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบ : 3...

ภาพรวม

การออกแบบโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วย (CAD) เป็นหนึ่งในเครื่องมือมากมายที่วิศวกรและนักออกแบบใช้ และถูกนำไปใช้ในหลายวิธี ขึ้นอยู่กับอาชีพของผู้ใช้และประเภทของซอฟต์แวร์นั้นๆ

ประเภท

มี CAD หลายประเภทที่แตกต่างกัน [ 9 ] แต่ละประเภทต้องการให้ผู้ใช้งานคิดแตกต่างกันเกี่ยวกับการใช้งานและการออกแบบส่วนประกอบเสมือนในลักษณะที่แตกต่างกัน เครื่องมือ CAD เกือบทั้งหมดอาศัย แนวคิดข้อ จำกัด...

CAD 2 มิติ

มีผู้ผลิตระบบร่างภาพ 2 มิติระดับล่างมากมาย รวมถึงโปรแกรมฟรีและโอเพนซอร์สจำนวนมาก ระบบเหล่านี้เสนอแนวทางการวาดภาพที่สามารถปรับขนาดและตำแหน่งบนกระดาษวาดเขียนได้อย่างง่ายดายในแบบร่างสุดท้ายตามต้องการ ซึ่งแตกต่างจากการร่างภาพด้วยมือ