مقدمه مقدمه نویسنده: رشد روزافزون تکنولوژی کامپیوتر و قابلیت‌های کنترلی، محاسباتی و گرافیکی آن موجب شده است تا این دستاورد حیرت‌انگیز بشری به عرصه طراحی و تولید قطعات صنعتی قدم بگذارد. استفاده از کامپیوتر در فرآیندهای طراحی و تولید «تکنولوژی طراحی وتولید به کمک کامپیوتر CAD/CAM [Computer Aided Design and Computer Aided Manufacturing] نام دارد . هنگامی که قطعات دارای تنوع و پیچیدگی‌های بسیاری هستند و نمی‌توان برنامه ساخت آنها را توسط ماشین CNC و به کمک دست انجام داد،‌کامپیوترها و نرم‌افزارهای کاربردی در هر دومرحله طراحی و ساخت به کمک انسان می‌آیند. برنامه ریزی فرایند ساخت، برنامه‌ریزی ملزومات مواد، کنترل کیفیت و تمامی مسائل مربوط به مدیریت خودکار تولید،‌با استفاده از این تکنولوژی به راحتی امکان‌پذیر است. در سالهای اخیر نهدهای صنعتی کشورمان نیز به تدریج به اهمیت شناخت و به کارگیری تکنولوژی CAD/CAM پی‌برده‌اند. اینجانب نیز با توجه به مشغول بودن در صنعت هوافضا و نیاز به ساخت و مدلسازی و طراحی قطعات با استفاده از این فرآیند، اقدام به انتخاب این موضوع برای پروژه پایان تحصیلی خود نمودم. امید است این اقدام، پیش زمینه‌ای برای استفاده بیشتر از این فرایند برای تولید قطعات مورد نیاز کشورمان برای خودم و خوانندگان آن باشد. فصل اول: تاریخچه CAD/CAM و مثالهایی کاربردی از آن تاریخچه CAD/CAM در قرن 19 انقلاب صنعتی موجب رشد توان فیزیکی بشر شد. در قرن 20 نیز دومین انقلاب صنعتی با ظهور کامپیوترها به وجود آمده و قابلیت‌های فکری بشر را رشد داده است. امروزه بدون استفاده از کامپیوتر نمی‌توان پروژه صنعتی مهمی را انجام داد. از اواخر دهه 50 میلادی با قوی شدن ظرفیت ذخیره و سرعت عملیات کامپیوترها، کاربرد آنها در پروژه های مهندسی به طور وسیعی روبه فزونی نهاد. مخصوصاً با ظهور تکنولوژی میکروالکترونیکی VLSI یا مدار مجتمع با مقیاس بسیار بزرگ، سخت‌افزار کامپیوتر هر روز ارزان و ارزان‌تر شد؛ به گونه‌ای که شرکت‌های صنعتی تمایل پیدا کردند، تا از قابلیت‌های آن استفاده کنند. به دلیل کوچک شدن سخت‌افزار کامپیوتر، این ابزار به سرعت در زمینه‌هایی از صنعت نفوذ کرد که به دلیل بزرگ بودن اندازه کامپیوترهای سنتی، امکان نفوذ چندانی نداشت. در نتیجه این تحولات در علم کامپیوتر، “طراحی به کمک کامپیوتر” و “تولید به کمک کامپیوتر” (CAD/CAM) به خاطر قابلیتی که در افزودن “بهره‌وری” داشت ،‌به سرعت در صنایع مهندسی مقبولیت یافت. همان‌طور که نام CAD/CAM نشان می‌دهد، این تکنولوژی می تواند چنین تعریف شود: “استفاده از کامپیوترها به منظور کمک به فرایند طراحی و تولید”؛ به عبارت دیگر CAD/CAM عبارت است از کابرد کامپیوترها در فرایند تولید قطعات مهندسی که از دفتر نقشه کشی شروع شده و پس از دپارتمان تولید، کارگاه ماشین، دپارتمان کنترل کیفیت، نهایتاً به انبار قطعات ساخته شده ختم می گردد. این تکنولوژی روشی موثر، صحیح و رضایت‌بخش را برای طراحی و تولید محصولات با کیفیت عالی بیان می‌کند. CAD/CAM شامل دو بخش جداگانه به نام‌های ذیل می باشد: 1- طراحی به کمک کامپیوتر Computer Aided Desing 2- تولید به کمک کامپیوتر Computer Aided Manu facturing این دوبخش در طی 30 سال گذشته به طور مستقل رشد کرده‌اند و هم اکنون هردوی آنها با هم تحت عنوان سیستم‌های CAD/CAM یکپارچه شده‌اند. معنای یکپارچگی این است که کلیه عملیات طراحی و تولید می تواند در یک سیستم واحد مورد نظارت و کنترل قرار گیرد. طراحی به کمک کامپیوتر، اساساً بریک تکنیک متنوع و قدرتمند به نام گرافیک کامپیوتری (Computer Graphics) 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 پایه‌ریزی شد و اولین تصاویر ساده برروی کامپیوتر «ویرل‌ونید» Whirlwind نمایش داده شد. با ظهور سخت‌افزار پیشرفته که حافظه و سرعت آن بالا و ارزان نیز بود، نرم‌افزارهای جدیدتری نیز در زمینه گرافیک به وجود آمدند. نتیجه چنین تحولی، کاربرد روزافزون CAD در صنعت بود. در آغاز، سیستم‌های CAD به صورت ایستگاههای نقشه‌کشی خودکاری بودند که در آن رسام‌های Plotter تحت کنترل کامپیوتر، نقشه‌های مهندسی را تولید می‌نمودند. امروزه سیستم های CAD می‌توانند به مراتب بیشتر از نقشه‌کشی عادی کار انجام دهند. برخی از سیستم‌ها دارای قابلیت‌های تحلیلی نیز هستند . برای نمونه نرم‌افزارهایی 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 می‌توانند حرکت قطعات را نیز مورد مطالعه قرار دهند. تولید به کمک کامپیوتر اساساً با ظهور کنترل عددی Numerical) Control) یا (NC) مطرح شد. در اواخر دهه 40 فردی به نام “جان پارسونز” Jon T.parsons روشی خاص برای کنترل یک ماشین ابزار ابداع کرد. در روش او کارت‌های سوراخ شده (Punched Cards) به کار برده شده بود. تا اطلاعات مختصاتی حرکت ماشین به آن ارائه گردد. در این حالت، امکان انجام ماشین‌کاری روی سطوح موردنظر توسط ماشین میسر می‌شد. 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 توانایی‌های آن را بیان کند. سپس، سازندگان ابزار و صنایع تولیدی متحداً ماشین‌های NC جدیدی متناسب با نیازهایشان ساختند. در اواخر دهه 50 کامپیوترها در دسترس بودند و مسلم شده بود که آنها می‌توانند مقادیر عددی مورد لزوم ماشین‌های کنترل عددی را تولید نمایند. در این مرحله نیروی هوایی آمریکا با پرداخت مبالغ زیادی به دانشگاه ام.آی. تی خواستار طراحی یک برنامه‌نویس قطعه شد که بتواند برای تعریف حرکات هندسی ابزار، در ماشین‌های کنترل عددی به کار گرفته شود. نتیجه این کار پیدایش زبان APT [Auto matically Programed Tools] شد،‌که امروزه به عنوان زبان استاندارد ماشین NC ساخته شده است. APT امکاناتی را فراهم می آورد که برنامه نویس قطعه می‌تواند میان دستورالعمل‌های ماشین‌کاری و ماشین ابزار ارتباط برقرار سازد. با ATP برنامه‌نویس می تواند اشکال ابزار، تلرانس‌ها،‌تعاریف هندسی، حرکات ابزار و فرامین کمکی ماشین را تعریف کند. تعدادزیادی زبان برنامه‌‌نویسی NC نیز براساس زبان APT بعداً به وجود آمدند. همانگونه که شرح داده شد، پیشرفت‌های اولیه CAM عمدتاً در حوزه کنترل عددی تمرکز داشته است. تا این اواخر، فرامین و دستور‌العمل‌های NC هنوز در دست انسان تولید و تصحیح می‌شدند.هم‌اکنون سیستم‌های CAM می‌توانند برنامه‌های NC را با درجه‌ای از صحت ودقت بالا تولید کنند 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 کارخانه را نیز دارند؛ و جریان کار و مواد را در طول کارخانه هدایت می‌کنند. دست آورد تکنولوژیک جدیدی که به تدریج به جمع فعالیت‌های CAM پیوست، که در آن بازوهای متحرک خودکار، قطعات کاری و ابزارها را به کار می گیرند. ]رجوع به 1و 8[ 2-1 مثالهایی کاربردی از تکنولوژی CAD/CAM در جهان درسیستم‌های اولیه CAD/CAM ، بیشتر تجهیزات حجیم بودند و قیمت بالای چند میلیون دلار داشتند. همچنین برای به کاربردن آنها نیاز به یک اپراتور بود که به کارهای برنامه‌ریزی و کاربرد کامپیوتر آشنایی داشته باشد. درنتیجه فقط شرکتهای 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 شرکت‌های بزرگ قرار دارد. اما در حین سیر نزولی که 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 مذکور در صنایع عمومی بود که از طریق وارد شدن این سیستم‌های مستقل و نه‌چندان هزینه بر که در آنها استفاده کننده می‌تواند عملیات طراحی خیلی پیچیده، تجزیه و تحلی و دیگر کارهای تولیدی را انجام دهد ،‌صورت گرفت. این امر یعنی بهره گیری از کامپیوترهای کوچک ،‌به استفاده کننده اجازه می‌دهد که بدون آموختن برنامه‌نویسی و نحوه‌ کاربرد کامپیوتر، از مزایای آن بهره بگیرد. اگرچه سیستمهای خیلی پیشرفته در کارخانه‌های بزرگ باقی می‌مانند، ولی بسیاری از کارخانه های کوچک که قبلاً توانایی خرید سیستم‌های CAD/CAM را نداشتند، هم‌اکنون جزواستفاده کنندگان 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 کارخانه ها را واداشت که از چندین سال قبل برای تولید اقتصادی‌تر هواپیما، به فکر تجهیز کارخانه‌هایشان به سیستم‌ CAD/CAM بیفتند. به همین ترتیب ، صنایع خودروسازی این تکنولوژی را به عنوان بهترین راه ‌طراحی و تولید اتومبیل‌ها قلمداد کردند. طراحی وتولید به کمک کامپیوتر CAD/CAM ،‌امروزه ،‌به همه صنایع سرایت کرده است و در تولید بسیاری از محصولات به کار گرفته می شود. 1-2-1 استفاده از تکنولوژی CAD/CAM در فضا نوردی احتمالاً کاربرد CAD/CAM در صنایع مربوط به فضانوردی از همه رشته‌های دیگر قدمت بیشتری دارد؛ و شرکت بوئینگ یکی از پیشتازان استفاده از این سیستم‌ می باشد که درجهت توسعه و بسط آن از اولین روزهای مطرح شدن، سهم به سزایی داشته است. در اواخر سال 1950 میلادی، زبان APT را برای تشریح و تولید قطعات به کمک ماشین های NC با حیطه عمل نسبتاً محدودی به کار گرفت؛ و در اوایل سال 1960 میلادی، در زمینه تولید قطعات هواپیمایی بوئینگ 727، کمک بیشتری از ماشینهای NC گرفته شد. در اواسط سال 1960 میلادی، شرکت بوئینگ طرح ساخت بوئینگ 737 را ارائه داد و خودش را در زمره بزرگترین استفاده کنندگان تجهیزات کنترل عددی NC قرار داد. مهندسین آن، نه تنها از تکنولوژی NC برای ساخت قطعات استفاده می‌کردند، بلکه از آن برای تشریح و تفسیر معادلات ریاضی سطوح پیچیده مربوط به بدنه هواپیما ، کمک می‌گرفتند. این تصمیم منجر به ارائه برنامه APLFT شد، که یکی از پیشتازترین برنامه‌ها در تکنولوژی توصیف سطوح تابدار پیکره‌ای می‌باشد. در اوایل سال 1970 میلادی، کمپانی بوئینگ اولین استفاده کننده تکنولوژی APT در توسعه نقشه‌های مهندسی بود. در این کاربرد، برنامه برای حرکت دادن یک ماده خالکوبی در مقابل ابزار برش یک ماشین افزار به کار می رفت. یکی از اولین پروژ‌‌ه‌های اصلی که این قدرت (رسم نقشه) را آشکار ساخت، برنامه حمل ونقل تاکنیکی 14- YC بودکه برای ترسیم قسمتهای زیادی از بدنه و بال هواپیما به کمک زبان APT می تواند در ترسیم قطعات مشابه و هم خانواده، نظیر کناره‌ بالها و بدنه هواپیما کارایی خوبی داشته باشد. اما نکته قابل توجه‌تر این بود که این کوششها همگی نشان دادند که یک سیستم کامپیوتری، می‌تواند در طراحی و تولید قطعات پیچیده خیلی مثمر ثمر افتد. این تلاشها پایه ای برای توسعه روز‌افزون این مجموعه‌های پیشرفته، در راستای رسیدن به سیستمهای مجتمع شده CAD/CAM بود که بتواند تمام کارهای تولید و طراحی را به خوبی انجام دهد. در اواسط سال 1970 میلادی، شرکت بوئینگ از سیستمهای کامپیوتری گرافیکی متقابل، برای تولید بوئینگ 747 استفاده نمود. این سیستمهای تبادلی، اپراتور را قادر ساخت تا نقشه قطعات را ترسیم نموده و آنها را بدون فوت وقت در قابل یک شکل گرافیکی نمایش دهد؛ و در نتیجه ساختارهای NC در سیستمهای کنترل کامپیوتری تولید و استفاده از تجهیزات این مجموعه‌ها، به صورت چشمگیری افزایش یافت. به عنوان مثال،‌می‌توان ماشینهای پرچ عظیمی که در طول هواپیما، به حرکت در‌می‌آیند و به طور خودکار سوراخهایی در بدنه ایجاد نموده، بعد خزینه‌ زنی می کنند و سپس پرچ را در سوراخ قرار داده و پرچ می‌کنند،‌نام برد . شرکت بوئینگ ،‌هم اکنون قابلیتهای CAD/CAM را برای خانواده جدید تولیداتش، یعنی هواپیما بوئینگ 757 و 767 و 777 به کار می‌برد. در بوئینگ 767 بیشتر از هر هواپیمای دیگری از سیستمهای CAD/CAM استفاده می شود. حدود شش‌هزار نقشه (چیزی در حدود %30 از کل هواپیما) قرار است توسط CAD/CAM تولید شوند. این نقشه‌ها برای طراحی قطعاتی است که 90% وزن بدنه هواپیما را تشکیل می‌دهند. نقشه‌های ترسیم شده برای بوئینگ، حاصل ترکیبی از به کارگیری زبان APT و گرافیکهای تبادلی بود. اساساً زبان APT برای تعریف سطوح قطعات مشابه به کار می‌رود، در ضمن این که سیستمهای گرافیکی برای افزودن جزئیاتی نظیر چهارچوب‌ بالها، ستونهای عقب و جلو و زه‌های ستونهای داخلی به کار می‌روند، هر ساختاری مربوط به قطعات مختلف، باتبدیل پارامترهای مربوط به آن قطعه به زبان APT، می‌تواند تولید شود و نتایج مربوط به هندسه قطعه نیز می تواند بعداً به یک ترمینال CAD/CAM انتقال داده شده و اطلاعات اضافی به آن افزوده گردد. با ترکیب همه این اطلاعات در قالب یک پایگاه اطلاعاتی جامع، قطعات نهایی هواپیما در کامپیوتر روی هم مونتاژ می‌شوند تاوضعیت آنها از حیث لقی وسائل انطباق بررسی شود. به عنوان مثال، ممکن است عملکرد چرخ‌دنده‌ها در اثر عدم روغنکاری و خشک کار کردن آنها بررسی گردد؛ یا مسیر سیم‌های برق و لوله‌ها از میان قسمتهای مختلف هواپیما، مورد مطالعه قرار گیرد. طرح‌های ارائه شده در جهتی آماده شده بودند تا سرویس‌های کامپیوتری بوئینگ را آن‌قدر واضح و روش نمایند که همه‌ مهندسین بتوانند با پایگاههای اطلاعاتی عظیم از طریق ترمینالهای گرافیکی ارتباط برقرار کنند. این امر شامل همه مهندسینی که در سراسر ایالات متحده آمریکا و دیگر جاها کار می‌کنند می گردد، تا بتوانند با پایگاههای اطلاعاتی از طریق ترمینالها گرافیکی و با دادن هندسه شکل قطعات برای طراحی و تجزیه و تحلیل ساختاری آنها، ارتباط برقرار کنند. طبیعتاً ،‌زمان حل مساله بطور محسوسی کاهش خواهد یافت، طر‌ح‌ها مجتمع‌تر و مطالعات و بررسی‌ها جامع‌تر خواهند شد و وسایل ارتباطی توسعه خواهند یافت. همه تولید‌کنندگان اصلی هواپیما، همپای نیروی هوایی آمریکا در جهت توسعه زمینه‌های استفاده از CAD/CAM گام برمی‌دارند. متمرکزترین کوشش نیروی هوایی و اصلی‌ترین پروژه آن، برنامه ICAM می باشد که هدف نهایی از ارائه آن رسیدن به کارخانه‌های خودکار برای تولید هواپیما می باشد. با وجوداین، استفاده از CAD/CAM در دیگر وسائل و تجهیزات نیروی هوایی نیز وجود دارد. صدها مهندس نقشه‌کش ، که روی طرح ریزی پلان همکف در بیشتر مراکز مهندسی سایتهای لازمه کار می‌کنند، در مؤسسه «آرنولد» برای طرح‌ریزیهای آتی مشغول به کار هستند. طرح‌های فعلی محدود به مختصات و هندسه شکل دوبعدی می‌شود. اما طرح ها در حال بسط یافتن به سوی سیستمهای کاملاً سه بعدی می‌باشند. هنگامی که این طرح‌ها کاملاً تجهیز شدند، برای تولید اجزای پیچیده هواپیما‌ها روی سیستمهای کنترل عددی سیستم DNC (Desing Numerical Control) به کار گرفته می‌شوند و می‌توانند برای انجام تست پروژه های مربوط به نیروی هوایی نیز مورد استفاده قرار گیرند. روزبه روز در تولید هواپیماهای سبک نیز از CAD/CAM بیشتر استفاده می شود. شرکت «پیپر» برای ایجاد طرح‌های مهندسی و تجهیز وسایل خود از سیستم MCAUTO.CADD بهره گرفته است. از این سیستم در تولید قطعات هواپیمای مدل Cheyenne III بهره فراوانی گرفته شده است. کاربرد این سیستم ،‌در کاهش زمان تولید و حذف خطاها خیلی مثمرثمر می باشد. شرکت “پیپر” به این نکته واقف گردیده است که استفاده از CAD/CAM ارتباط میان بخشهای مختلف عملیاتی را در ایالتهای مختلف فلوریدا، پنسیلوانیا و کالیفرنیا خیلی تسریح می‌نماید. با دادن این طرح، اطلاعات مربوطه بر روی ترمینالهای گرافیکی از طریق خطوط تلفنی منتقل می‌شد و مهندسین هرکدام از این قسمتها، بطور یکسان و بدون هیچ تبعیضی می‌توانستند،‌طرح داده شده را تحت بازنگری قرار دهند. شرکت “پیپر” از برنامه‌ای به نام CADD ، تحت عنوان FAST CUT برای تولید ساختارهای NC که در ماشینهای پرس، فرز چند محوره و ماشینهای مورد استفاده می‌باشد، کمک می‌گیرد. برنامه FACT CUT با ایجاد یک رابطه تبادلی از روی هندسه سیستم CADD ،‌یک نوار NC تهیه می‌کند که به کمک آن می‌توان عملیات خط‌کشی روی فرز Scribing هسته زنی، پرچ‌کاری، فرزکاری و سوراخ کاری و دیگر کارهای تولید را کنترل نمود. در نتیجه شرکت “پیپر” طرح قطعات را با سیستم CADD تهیه می‌کند و برای تولید آنها از سیستم FAST CUT و تولید نوارهای NC کمک می‌‌گیرد. 2-2-1 استفاده از سیستم CAD/CAM در خودروسازی: صنایع خودروسازی عموماً با سیستم‌های CAD/CAM سازگار بوده است . تکنولوژی کامپیوتر مهندسین را وادار می‌سازد که طرح‌های جدید خودروها را به سمت ایجاد ایمنی بالاتر و کاهش وزن خودرو برای مصرف سوخت کمتر پیش ببرند. در مجموع، زمان و هزینه ساخت اتومبیل‌ها در صورت به کارگیری سیستمهای CAD/CAM کمتر می شود. اساساً تکنولوژی کامپیوتری، مهندسین را قادر ساخته است تا به صورت خیلی بهتر مدیریت دهها هزار متغیر مربوط به طرح اتومبیل را به عهده بگیرند و تمام مسائل درگیر با طرح مربوطه را زیرنظر داشته باشند. صاحب‌نظران در زمینه صنعت چنین می‌گویند که وسایل ایمنی بیشتر، مسائل محیطی و تجهیزات کم کردن مصرف سوخت در اتومبیل توسط دولتهای فدرال چنان دقیق و سریع توسعه داده ‌شده اند که این امر واقعاً برای آدمی میسر می شود که به تنهایی و با سرعت لازم بتواند نقشه‌های مهندسی را تغیر داده و اصلاح نماید. همچنین آنها معتقدند که کامپیوتر برای طراحی خودرو، یک ضرورت است. زیرا به وسیله کامپیوتر می‌توان استانداردهای لازم را به خوبی رعایت نمود. با همه‌ آنچه گفته شد، این فقط قطعات مکانیکی نیستند که توسط کامپیوتر مدلسازی می‌شوند. یکی از جدیدترین استفاده‌های تکنولوژی CAD/CAM درشرکت «کرایسلر» (Chrysler) صورت می‌گیرد. این تکنولوژی ماکتی تحت عنوان «سایبرمن» می باشد. این مدل کامپیوتری برای ارزیابی نحوه دادن صندلیهای داخلی اتوبوس و دستگیره‌ها به کار می‌رود. مدل کامپیوتری فوق، مهندسین را قادر می‌سازد تا بتوانند در مراحل اولیه طراحی وسیله نقلیه، وضعیت‌ مسافرین را پیش بینی کرده و از صرف هزینه‌های ساخت فیزیکی وسیله جلوگیری نمانید. مدل می‌تواند برای جاها و موقعیت های مختلف برنامه‌ریزی شود. و سپس روی صفحه یک ترمینال گرافیکی چه به عنوان یک قطعه الصاقی و یا یک طرح نهایی یا قاب سیمی مورد بررسی قرار گیرد. شبیه سازی سیستمها، یکی از مهمترین مسائل در به کار بردن سیستمهای CAD/CAM می باشد که در صنایع خودروسازی نقشی بسیار مهم را ایفا می‌کند. با به کارگیری روش شبیه‌سازی، یک مدل دقیقی از وسیله نقلیه ساخته شده و تمام حالات و قیود و بارهای اعمال شده در حالت واقعی برآن اعمال می شود و مدل نیز پاسخهای لازم را به عملهای وارده به آن درست مشابه یک ماشین واقعی می‌دهد. مدل شبیه سازی شده و سیستم مدل‌سازی کردن، همه خصوصیات قطعات از تایر و کمک فنرها گرفته تا تمام بدنه ماشین را نشان می‌دهد. داده‌های اضافی که به مدل سیستماتیک داده می‌شود، نمایشگر بارهای خارجی وارد برقطعه نظیر برخورد بین لاستیک و گلگیرها و دیگر اشکالاتی است که ممکن است در حین حرکت خودرو پیش بیاید. کامپیوتر، همه‌ این دسته اطلاعات را جمع‌بندی کرده و سپس یک برآورد دقیق از رفتار وسیله نقلیه در حین شرایط مختلف کاری را به شکل یک مدل شبیه سازی شده نقاشی متحرک ارائه می‌دهد که بیانگر تغییر شکلهای به وجود آمده در ساختار وسیله نقلیه می باشد. جابه‌جایی واقعی و تغییر شکلهای وارد بر قطعه، بسیار کوچک بوده و سریع صورت می‌پذیرد. بنابراین مدلهای شبیه‌سازی این تغییر شکلها را به صورت اغراق‌آمیز و بزرگ شده و در قالب حرکت آهسته نشان می‌دهند تا تمام تغییر حالتها به وضوح نشان داده شده و بررسی شوند. برمبنای این مدلهای شبیه‌سازی شده، طرح خودرو ممکن است آن قدر مورد تجدید نظر و شبیه‌سازی قرار گیرد تا نهایتاً به یک طرح اجرایی منجر گردد. در این شیوه، مدل بدون به کارگیری هیچ وسیله سخت افزاری در کامپیوتر مورد تجزیه و تحلیل و طراحی قرار می‌گیرد. اصولاً، طرحهای حاصل از به کارگیری سیستمهای CAD/CAM یک طرح بهینه خواهد بود. زیرا که حالتهای مختلف یک طرح شبیه سازی شده، وبهترین حالت آن انتخاب می شود. در مقابل آن، فرایند تکراری ساختن و آزمایش کردن می باشد که نیازمند اندازه‌گیریهای فیزیکی زیادی نیز هست. در شرایط طراحی توسط نیروی انسانی و روشهای دستی، طرح ماکت، طرح قابل قبول (Feasible) می‌تواند گردد و ممکن است همیشه بهترین طرح نباشد. زیرا که تغییرات کلی در طرح، در حین ساخت ممکن نیست و آنها بعداز ساخت و طی کردن حداقل مراحل اولیه آن،‌مشخص می گردد. بازدهی و کارآیی تکنولوژی CAD/CAM در طراحی خودرو، موقعی آشکار شد که کمپانی «جنرال موتورز» از سیستم شبیه‌سازی کامپیوتری درطرح ماشین‌های سری Full-Sized Bبهره گرفت. این تکنیک ،‌به مهندسین این توانایی را می‌داد تا از وزن ماشین با حفظ سرعت و قابلیت و کیفیت حمل ونقل،‌آن حدود 500 کیلو بکاهند. دیگر سودهای حاصل از به کارگیری شبیه‌سازی کامپیوتری در صنایع اتومبیل سازی، کاهش هزینه و زمان ساخت محصولات می باشد. برای مثال،‌در طرح ماشین «کادیلاک سویل» Cadilac Seville)) زمان زیادی روی شبیه‌سازی کامپیوتری آن صرف شده و یک طرح خوب و قابل اجرا در مدت 6 ماه وکمتر از زمان پیش‌بینی شده بدست آمد. تجزیه و تحلیل مدل اجسام محدود، تکنیک دیگری است که در صنایع اتومبیل سازی برای تشخیص نقاط پرتنش در قطعاتی نظیر گلگیرها که خیلی ضربه‌پذیر و مستهلک شونده هستند، کاربرد زیادی دارد. با استفاده از این روش، تحلیل‌گر می‌تواند اثرات تغییر شکل در طرح و یا تغییر مواد خام برای ساخت قطعات را بررسی کند. شرکت «کرایسلر» قصد دارد در طرح سریع‌ترین ماشین خود با بهره‌گیری از روش مدل اجسام محدود، با یک آزمایش امکان به کارگیری قطعات سبک نظیر پلاستیکها، گرانیتها و فولادهای با استحکام بالا، حدود 1300 پوند از وزن متوسط وسیله نقلیه بکاهد. به همین ترتیب، در شرکت «فورد» نیز از روشهای مدل اجسام محدود و تکنولوژی وابسته به آن استفاده‌ چشمگیری می شود و مدلهای «سکورت- لینکس» (Secoret/lynx models) از اولین خطوط تولید این کارخانه است که تمام مراحل آن از CAD استفاده می شود. همچنین روش اجسام محدود برای بررسی نحوه انهدام خودروها نیز به کار می‌رود. در اوایل سال 1960 میلادی، تنها راه بررسی این مقوله برخورد یا تصادم اتومبیل با مانع بوده بعداً، شبیه‌سازی کامپیوتر مبتنی برقسمت داده‌ها برای مطالعه دینامیک خرد شدن وسیله نقلیه واثر آن برمحیط اطراف خود مورد استفاده قرار گرفت و شبیه‌سازی نحوه انهدام خودرو، به عنوان یک ابزار مطمئن در طراحی خودرو، به کار گرفته شد. اما این روش هنوز هم، نیازمند به دادن اطلاعات تجربی و غیرعلمی می‌باشد، تا بتواند تغییرات پلاستیکی ایجاد شده در ساختار را نشان دهد. 3-2-1 استفاده از سیستم CAD/CAM در صنایع عمومی: اگرچه صنایع هواپیماسازی و خودروسازی هنوز هم بزرگترین استفاده‌کنندگان از سیستم CAD/CAM می‌باشند ولی کاربرد آن در زمینه‌های مختلف صنایع عمومی خیلی سریع گسترش یافته است. بسیاری از تکنیک‌هایی که در صنایع هواپیماسازی و خودروسازی به کار گرفته می‌شود، می‌تواند عیناً و مستقیماً به دیگر انواع تجهیزات نظیر ماشین‌آلات راه‌سازی و کشاورزی نیز منتقل شود در نتیجه، شرکت‌هایی نظیر شرکت بین‌المللی «هاروستر» و شرکت تراکتورسازی «کاترپیلار» سرمایه‌های زیادی را روی طراحی و تولید به کمک کامپیوتر صرف کرده‌اند. در مجموع، صنایع نظامی هنوز هم بیشترین سرمایه‌گذاری روی این سیستم داراست. نیروی دریایی آمریکا، حدود 10 میلیون دلار را روی سیستم های پیچیده گرافیکی تبادلی، به منظور بهره‌گیری در ساخت ناوهای جنگی و کشتیها صرف نموده است. مدلهای مربوط به کشتیهای مختلف، در حافظه کامپیوتر ضبط می شود. با کمک این پایگاه اطلاعاتی،‌می‌توان جزئیات ساختاری مربوط به طرح را به نمایش درآورد. طراحان ممکن است اطلاعات مربوط به اثر باد،‌حرکت امواج و دیگر محدودیت‌های محیطی را، برای بررسی رفتار کشتی روی دریا به کامپیوتر بدهند. استفاده از سیستم CAD/CAM در تولید ماشین‌افزارها نیز جای خاصی دارد. شرکت تولید ماشین‌افزار «بندیکس»، دارای سیستمی برای طراحی چرخ‌دنده‌هایی است که موتور محرکه را به چندین محور ماشین‌افزار وصل می کنند. سیستم CAD/CAM ،‌اندازه نهایی چرخ‌دنده‌ها و نحوه‌ درگیری آنها را از استفاده کننده می‌پرسد و سپس برمبنای آن، سرعت محور خروجی را می‌دهد. همچنین سیستم قادر است بگوید که چگونه یک چرخ دنده را در جعبه دنده جا بزنیم تا تداخل و برخوردی صورت نگیرد. در مجموع می‌خواهیم بگویم که سیستم CAD/CAM قابلیت تولید نوارهای کنترل عددی یا NC ،‌برای تراش تمام چرخ دنده‌های موجود در جعبه دنده را دارد. به علاوه شرکت «بندیلکس» دارای برنامه‌ای است که به مقایسه هزینه و راندمان خطوط انتقال مختلف می‌پردازد. نرم‌افزار به کار گرفته شده در این شرکت،‌مشابه نرم‌افزاری است که در شرکتهای «فورد» و «جنرال موتورز» برای بررسی راندمان سیستمهای مونتاژ اتومبیل به کار می‌رود. با کمک این سیستم،‌حالتهای گوناگون پیش آمده برای خطوط انتقال ،‌به مجموعه‌ داده می شود و سیستم کارایی مربوط به عملیات را نشان می‌دهد. فاکتورهایی که توسط کامپیوتر باهم مقایسه می شوند، شامل عوامل مانند: نوع ماشین، پالتهای موجود در هر ماشین، تعداد قطعه در هر پالت، اندازه پالت، طول ایستگاه کاری،‌زمان عملیاتی،‌تعداد تعویض ابزار و فاصله و زمان انتقال می شود. درشرکت «هیوقس» Hughes))، برای طراحی سرمته مربوط به مته‌هایی که درون سرمته‌های آن شیاری برای پمپاژ کردن روغن وجوددارد و به منظور خنک کردن سرمته در آن تعبیه شده است، با بهره‌گیری از یک سیستم CAD «اپلیکون» زمان طراحی به نصف خواهد رسید. این نحوه کاهش در پیش زمان تولید ، در زمینه مربوط به اکتشافات نفت، جایی که طرح سرمته‌ها توسط افراد عادی و با کم توجهی و برای برطرف کردن مسائل مورد سوراخکاری طراحی می شدند و سپس می‌شکستند، بسیار مهم و حیاتی می باشد. یکی از بزرگترین شرکتها در صنایع عمومی که از CAD/CAM خیلی بهره می‌گیرد، شرکت «جنرال الکتریک» است. به ازای هر 10 مهندس در شرکت مزبور، یک ترمینال گرافیکی وجود دارد و شرکت قصد دارد در 10 سال آتی ،‌تعداد این ترمینال‌ها را افزایش دهد. در حال حاضر، حدود 800 نوع کاربرد مربوط به ترمینالهای گرافیکی درشرکت «جنرال الکتریک» وجود دارد،‌که بیشتر آنها برای طرحی لوازم خانگی وتولیدات وابسته به آنها می‌باشند. سرمایه‌گذاری شرکت «جنرال الکتریک» در زمینه سیستم‌های CAD/CAM بسیار بالا است. این هزینه در سال 1980 میلادی، بالای بیلیون دلار برآورد شده است که حدود تا از این مقدار، صرف خود سیستم‌ها و اجزای جانبی آن شده است. شرکت «جنرال الکتریک»، همواره یکی از بزرگترین شرکتهای انحصاری استفاده کننده از تجهیزات گرافیکی متقابل و همچنین بزرگترین مشتری شرکت‌های بزرگ عرضه کننده سیستم‌های کامپیوتری نظیر کامپیوتر «ویژن» (Computer Vision) و «اپلیکون» (Applicon) بوده است. شرکت مزبور، از طراحی و تولید کامپیوتری برای انجام کار‌های مختلفی در رابطه با محصولاتش بهره می‌گیرد. برای مثال،‌نحوه سرد شدن قطعات پلاستیکی ریخته‌گری شده، در صورت شکل گرفتن عمل، شبیه‌سازی می شود. طرح مدل بعداً می‌تواند تغییر داده شده و دوباره شبیه‌سازی گردد، نهایتآً به یک تابع توزیع حرارت مناسب برسد. این روش، روشی بالاتر از روشهای قبلی بود که در آن، قطعه ریخته می شود وسپس توسط روش سعی و خطا به تابع توزیع حرارت دست می‌یافت و از آنجا که شرکت «جنرال الکتریک» در هر سال بیش از 130 میلیون پوند قطعه پلاستیکی می‌سازد، این روش منجر به صرفه‌جویی مبلغی معادل 100میلیون دلار شد. علاوه براین تکنیک روش مدل اجسام محدود را عیناً برای ریخته‌گری (Casting) ،‌آهنگری Forging)) و حدیده‌کاری Ectrusion)) نیز به کار می‌برند.]رجوع به 2[. فصل دوم: مبانی CAD/CAM مبانی CAD/CAM مقدمه امروزه با توجه به رشد و توسعه روز افزون کامپیوتر و صنایع کامپیوتری در تمام زمینه‌های علمی و فنی، هنری، خدماتی و اکثر فعالیت‌های تجاری، دولتی، نظامی و … استفاده از کامپیوتر در امور یاد شده بالا اجتناب ناپذیر می‌نماید. علی‌الخصوص طی سالهای اخیر باتوجه به برتریها ومزایای کامپیوتر این وسیله نقش خود را به عنوان ابزار قدرتمندی درطراحی و تولید یک محصول نیز تثبیت نموده است. در بخش زیر نقش کامپیوتر در فعالیت‌های مختلف طراحی، فعالیت‌های مختلف ساخت، فعالیت‌های مختلف موجود در یک چرخه تولیدی ونهایتاً اتوماسیون و سیستم‌های اتوماتیک تشریح می گردد. بنابه تعریف CAD/CAM تکنولوژی مبتنی بر استفاده از کامپیوتر در کلیه فعالیت‌ای طراحی وساخت یک محصول می باشد. جهت آشنایی بیشتر با بحث‌های مطرح شده در این فصل ابتدا لازم است که مراحل مختلف دریک چرخه تولید معرفی گردد. 2-2 بررسی مراحل مختلف در یک چرخه تولید به طور خلاصه اهم فعالیت‌های انجام گرفته در چرخه تولید یک محصول به شرح زیر می باشد: 1-2-2 ثبت و سفارش (Sales) هرساختار یا سازمان تولیدی دارای توانایی‌های بخصوصی می باشد. استفاده و به کارگیری صحیح این توانایی‌ها نیاز به تعیین بازارهای مناسب دارد. تعیین بازار شامل بررسی و تعیین پارامترهای مختلفی نظیر مقادیر کمی تولید، رقابتهای بالقوه و بالفعل در بازار و … می باشد. پس از مشخص شدن بازار و چگونگی توسعه آن درآینده، محصولات برای ساخت شناسایی یا طراحی می‌شوند. توجه به این نکته ضروری است که مراحل ثبت و سفارش یا براساس ارائه نمونه‌ها (Prototype) و یا براساس ارائه مشخصات محصول انجام می‌گیرد. پس از انجام این مرحله ایده اولیه محصول (Product Concept) شکل می‌گیرد. 2-2-2 طراحی محصول (Product desing) این مرحله شامل طرح‌های مختلفی از جمله طراحی‌های مکانیکی، الکترونیکی و … می‌باشد. دراین مرحله فعالیت‌های طراحی دیگری شامل طراحی مربوط به مواد اولیه طراحی صنعتی و آنالیز مهندسی محصول صورت می گیرد. از نکاتی که در این مرحله می‌بایست به آن توجه نمود، می‌توان به موارد زیر اشاره نمود: طراحی ‌یک محصول کارا و قابل اطمینان با ظاهر جذاب مساله انتخاب مواد ارگونومی محصول کارایی بهینه‌(به جهت بالانس نمودن هزینه‌های ساخت و قابلیت‌های محصول) تعمیر و نگهداری محصول و بازیابی محصول یا مواد اولیه آن پس از پایان عمر مفید سهولت ساخت حجم و نرخ تولید (شامل بررسی روشهای مختلف تولید)‌ امکان تحقیق و توسعه محصول 3-2-2 آماده سازی مقدمات تولید (Product Preparation) پس از اتمام مراحل مختلف مربوط به طراحی یک محصول می‌بایست مقدمات تولید شامل موارد زیر را آماده نمود: تهیه نقشه‌های اجرایی (از طریق ایجاد بانک‌های اطلاعاتی database) تعیین قطعات قابل ساخت در داخل و خارج سازمان تولیدی تعیین صورت حساب مواد (bill of material) 4-2-2 فعالیت‌های مهندسی ساخت (Manufacturing Egineering Activities) این مرحله شامل تهیه قیدوبندها و راهنماهای مربوط به ساخت (Jig، Fixtrure، Guide و …) و انجام اقداماتی در جهت سهولت ساخت با روش تولید موردنظر می باشد. 5-2-2 تحقیق و توسعه فرایند (Process research development) این مرحله در یک چرخه تولیدی شامل موارد زیر می باشد: انتخاب فرایند مناسب تولید بهینه کردن فرایند (شامل توسعه فرآیندهای قدیمی یا خلق فرآیندهای جدید درکارخانه یا آزمایشگاه یا …) مدلسازی جهت کشف پارامترهای فرایند (شامل مدلهای فیزیکی و مدلهای ریاضی) درنظر گرفتن ملاحظات محیطی (شامل شرایط محیط زیست،‌آلودگی صوتی و …) فرایند نویسی 6-2-2 فرایند تولید (Processing) در این مرحله وظایف اصلی مربوط به بخش ساخت (Manufacturing) انجام می‌گیرد. بخشی از این وظایف عبارتند از: طراحی آرایش مناسب ماشین‌آلات تولید قطعات چک و کنترل رفتارهای بحرانی فرایند ،‌ابعاد و کیفیت انبار نمودن و حرکت و جابه‌جایی مواد خام اولیه، قطعات نیمه تمام و تمام شده، ابزارها وقالب و نهایتاً قیدوبندها مونتاژ قطعات کنترل کیفی محصول 7-2-2 سازمان تولید (Manufacturing Organization) این مرحله شامل موارد زیر می باشد: تعیین مسیر مواد خام و ابزار برنامه زمان‌بندی برای رسیدن به محصول نهایی بررسی وضع تولید در شرایط فعلی زیرنظر گرفتن بار ماشین‌آلات به روز درآوردن صورت حساب‌ها و موجودی‌ها و … 0 نظارت دائمی بربارگذاری و به کاربردن ماشین‌ها،‌چگونگی عملکرد ماشین‌آلات و نیروی کار تجزیه و تحلیل راندمان تولید 8-2-2 فرستادن محصولات به بیرون از کارخانه این مرحله از چرخه تولید شامل بررسی و تعیین مقولات زیر می باشد: انبارداری و ثبت موجودی، فرستادن اطلاعات موجودی به بخش فروش(Inventory) بخش فروش و بازرگانی (شامل Invoicing ، Marketing و …) بخش حسابداری (Accounting) بخش حسابداری و حمل‌ونقل (Shipping) 9-2-2 خدمات پس از فروش (Costumer Service) این مرحله جزئی از چرخه تولید می باشد که دوفایده اساسی دارد، یکی اینکه باعث اطمینان از رضایتخبشی کار محصولات داده شده به مشتری می گردد و دوم اینکه این مرحله باعث ایجاد نوعی سیستم تغذیه به عقب اطلاعات (Feed back data) جهت عیب‌یابی محصولات و بهینه نمودن آنان می گردد. 10-2-2 دور ریختن و بازیابی (Recycling disposal) یکی از راهها جهت بالا بردن راندمان اقتصادی چرخه تولید ، بازیابی مواد اولیه محصولات تولیدی پس از پایان عمر مفید آنها واستفاده از این مواد در چرخه تولید می باشد. توجه به این نکته ضروری است که در کلیه مراحل بالا می‌توان از قابلیت‌های کامپیوتر استفاده نمود، لکن در مبحث فعلی عمدتاً به استفاده از کامپیوتر در مراحل طراحی و ساخت یک محصول پرداخته خواهد شد. 1-3-2 نقش کامپیوتر در طراحی و تولید جهت پی‌بردن به نقش کامپیوتر در مراحل مختلف طراحی و تولید کافی است به برخی از مهمترین قابلیت‌های کامپیوتر اشاره نمود. (توجه شود که اکثر این قابلیت‌ها عمدتاً به صورت فعل و انفعالی interactive)) نمود می‌یابد که خود یکی از مزایای کامپیوتر می باشد). این قابلیت‌ها عبارتند از: انجام محاسبات ریاضی حجیم ( شامل انواع محاسبات FEA در طراحی جامدات و CFD درطراحی سیالات و نهایتاً محاسبات بهینه سازی (Optimization) سرعت بالای انجام محاسبات قدرت بالای نگاره سازی وانیمیشن (Animation) ظرفیت بالای ذخیره‌سازی اطلاعات و سازماندهی اطلاعات و بازیابی مجدد آنها ایجاد مرتبه‌ای از هوشمندی قابلیت کنترل و هدایت ماشین‌آلات (شاملProcess Control,Process monitoring) یکنواختی و پایدار بودن (که بدین ترتیب تمام محصولات طراحی شده و ساخت شده توسط کامپیوتر یکسان خواهند بود). اقتصادی بودن طراحی یا ساخت کامپیوتر در عین قابلیت اطمینان بیشتر اتوماتیک نمودن کارهای روتین وتکراری جلوگیری از دوباره کاری و اتلاف زمان برای کارهای تکراری قابلیت برنامه‌نویسی بهینه فرآیندها ارتباط بین بخشهای طراحی و تولید و نقل وانتقال اطلاعات از طریق بانکهای اطلاعاتی عدم ارتکاب اشتباه و عدم خستگی ]رجوع به 3[. 2-3-2 مزایای به کارگیری تکنولوژی CAD/ACM شاید بتوان گفت CAD/CAM یکی از مهمترین دستاوردهای تکنولوژی عصر حاضر است که مزایای به کارگیری آن را به طور خلاصه می‌توان چنین برشمرد: افزایش سرعت ودقت در طراحی و تولید کاهش زمان و هزینه آزمایشگاه ایجاد ارتباط تنگاتنگ بین واحد طراحی و واحدهای دیگر افزایش کیفیت محصولات و راندمان تولید ذخیره اطلاعات لازم و در نتیجه قابلیت تکرار تولید ساخت محصولات پیچیده‌تر انعطاف‌پذیری در تغییر و توسعه خط تولید و محصولات فصل سوم: مدلسازی و روش‌های آن مقدمه: تعریف و بیان شکل هندسی یک قطعه، اولین و آخرین گام از فعالیت‌های طراحی و مهندسی را تشکیل می‌دهد. درگذشته و به طور سنتی این کار توسط نقشه‌های اجرایی دوبعدی ترسیم شده توسط دست صورت می‌گرفته است. امروزه با پیشرفت‌های حاصله در زمینه سخت‌افزار و توسعه نرم‌افزارهای قدرتمند گرافیکی، به آسانی می توان با استفاده از داده‌های شکل هندسی یک جسم، مدل کامپیوتری سه بعدی آن را تهیه کرد. منظور از مدل کامپیوتری ، بیان ریاضی شکل هندسی یک جسم در فضای سه‌بعدی و ذخیره آن در حافظه کامپیوتر است. عمده‌ترین کاربردهای مدل‌سازی هندسی، به کارگیری آن در فعالیت‌های مختلف طراحی و ساخت به کمک کامپیوتر است. هنگامی که مدل هندسی قطعه‌ای توسط کامپیوتر تولید شد،اطلاعات آن به صورت یک فایل در حافظه‌ دائمی کامپیوتر ذخیره می گردد. از طریق ایجاد تغییرات در مجموعه انباره داده‌های (data base) مربوط به جسم، می‌توان هرگونه تغییرات دلخواهی را در محیط نرم‌افزار بر روی این مدل اعمال نمود. بنابراین از دید مهندسی و طراحی مطالعه تکنیک‌های جدید مدلسازی هندسی کامپیوتری توانایی‌ها وابزارهای قدرتمندی را در اختیار مهندسان و طراحان قرار می‌دهد که از آن می‌توانند در فعالیت‌های مختلف طراحی و آنالیز مهندسی و یا ساخت و تولیداستفاده نمایند. عملیاتی مانند ارزیابی طرحها و ایده‌ها، طراحی صنعتی، تهیه نقشه‌های اجرایی، انجام محاسبات طراحی و آنالیز به روش اجزاء محدود،‌شبیه‌سازی سینماتیکی و دینامیکی مکانیزمها و ماشین آلات ،‌تهیه برنامه NC جهت ماشین‌کاری و محاسبات سطح، حجم و خواص جرمی و دیگر مشخصات قطعه و یا محصول بدین روش قابل انجام است. از این طریق بهره‌وری و انعطاف‌پذیری فرایند طراحی و ساخت افزایش یافته و نوع کار آسان می‌شود. 2-3 ابعاد مدل هندسی بسته به نیاز طراح و نیز توانایی سیستم CAD مورد استفاده ،‌ابعاد مدل هندسی برای بیان یک جسم فیزیکی در حافظه کامپیوتری به یکی از سه صورت زیر ذخیره می شود. 1-2-3 مدل دوبعدی (2D Malel) : که برای نقشه‌های اجرایی و نماهای جسم از دیدهای مختلف و یا ساخت اجسام تخت، مثلاً طراحی مسیر حرکت سیم در فرایند و ایرکات، به کار می‌رود. 2-2-3 مدل دو و نیم بعدی (21/2 D Model) که برای قطعات با سطح مقطع ثابت،‌بدون دیواره‌های جانبی پیچیده، می‌تواند به کار گرفته شود. برای مثال، هر منشور یا کره می‌تواند توسط تعدادی دیسک شناخته شود. 3-2-2 مدل سه‌بعدی (3D Model) که برای مدلسازی اجسام سه‌بعدی به کار می‌رود. در این مدل مختصات x,y,z هر نقطه ممکن است با نقطه مجاورش متفاوت باشد. کاربرد این روش مدلسازی در طراحی پره‌توربین، بدنه اتومبیل و … بسیار وسیع است. 3-3 انواع روشهای مدلسازی هندسی به طور کلی در یک نرم‌افزار CAD بسته به توانایی های آن و ماهیت ساخت مدل در کامپیوتر، به سه روش می‌توان مدل هندسی یک جسم فیزیکی را تولید نمود. مدل قاب سیمی (Wireframe Model) مدل سطوح (Suface Model) یا مدل رویه‌ای یا پوسته‌ای مدل حجمی (Solid Model) یا مدل توپر 1-1-3-3 مدل قاب سیمی (Wireframe Model) در مدلسازی هندسی به روش قاب سمی (Wireframe Model) ، جسم توسط یالهایش بیان می شود. به عبارت دیگر فقط نقاط، خطوط، قوسها و منحنی هایی که یالهای جسم را در فضا تشکیل می‌دهند، در انباره داده‌های (data base) مربوط به قطعه در حافظه ذخیره شده و برای کامپیوتر قابل درک و شناسایی هستند. این روش پایین‌ترین سطح مدلسازی کامپیوتری اجسام است. و محدودیت‌های زیادی دارد که اغلب ناشی از نداشتن اطلاعات از هندسه جسم است. شکل شماره 1 نمونه‌ای از این نوع مدلسازی را نشان می‌دهد. از مزایای این نوع مدلسازی می‌توان به سادگی و آسان بودن تولید آن اشاره نمود. همچنین به دلیل اینکه این نوع مدل کمترین حجم حافظه را از کامپیوتر اشغال می‌کند،‌سریع‌تر ایجاد می شود و در نتیجه هزینه کمتری دربرخواهد داشت. با استفاده از یک سیستم CAD که قابلیت مدلسازی به روش قاب‌سیمی را داشته باشد همچون مدول سه بعدی نرم‌افزار «Auto CAD» و یا نرم‌افزار «Anvil Express» فعالیت‌های مختلف طراحی و ساخت بکار گرفت. 2-1-3-3 برخی از محدودیت‌های این نوع مدل‌سازی را می‌توان به صورت زیر برشمرد: این مدل حاوی کمترین اطلاعات از جسم است و بنابراین فقط برای اجسام با شکل هندسی ساده و غیر پیچیده قابل استفاده است. مدل قاب سیمی چون سطح و حجم جسم را نمی‌شناسند و داده‌های آنها را ندارند، قادر نیست سطوح و یا داخل و خارج جسم را از هم تمیز دهد. بنابراین از تشخیص مرز مشترک ما بین دوجسم متقاطع عاجز است. خواص فیزیکی جسم، همچون وزن، سطح مقطع، مرکز ثقل و ممان ایندسی را نیز نمی‌تواند، محاسبه کند. مدل قاب سیمی از یک جسم ممکن است،‌به گونه های مختلفی تفسیر شود. 3-1-3-3 برای ابهام زدایی از مدل قاب سیمی و برای اینکه این نوع مدل،‌جسم را به صورت یکه بیان کند، لازم است یکی از دوعملیات زیر در مورد جسم بکار گرفته شود: استفاده از خطوط بریده(خط‌چین) برای نمایش خطوط نامرئی بکارگیری تکنیکهای حذف خطوط نامرئی (Hidden Line Removal) 4-1-3-3 مهمترین زمینه های کاربرد نرم‌افزارهای مدلسازی به روش قاب سیمی عبارتند از: تهیه نقشه‌های اجرایی ایجاد شبکه (MESH) برای آنالیز اجزاء محدود (F.E.A) تهیه مسیر ابزار برش برای ماشینکاری CNC 5-1-3-3 اجزای قاب سیمی (Wireframe Entities) اجزای تشکیل دهنده یک قاب سیمی در سیستمهای CAD/CAM بر دو دسته هستند: الف) اجزاء تحلیلی (Analytic Entities) : مانند نقطه (Point) خط (line) ،‌قوس (Arc) و منحنی‌های مقاطع مخروطی مانند، بیضی، سهمی و هندلولی. این نوع اجزاء برای ساختن مدل هندسی قطعات ساده استفاده می‌شوند. ب) اجزاء مصنوعی(Synthetic Entities): مانند انواع قطعه منحنی های اتصالی(Cubic-Spline, B-Spline) و منحنی‌های بزییر (Bezier) 1-2-3-3 مدلسازی سطوح (Suface Modeling) به سیستمهای CAD که توانایی توصیف سطوح یک جسم را داشته باشند،‌مدلساز سطوح (Surface Model) می گویند. در این حالت در مقایسه با روش قاب سیمی، حجم بیشتری از اطلاعات در فایل داده‌های مربوط به جسم در کامپیوتر ذخیره می‌شود. یک مدل سطوح را می‌توان به کمک تعریف سطوح روی یک قاب سیمی (Wire frame) ساخت. این عمل را می‌توان با عمل کشیدن پارچه و یا روکش روی مدل قاب سیمی تشبیه کرد. یک مدل سطوح می‌تواند بسیاری از ابهاماتی که در مدل قاب سیمی وجود داشت را برطرف کند. شکل شماره 2 یک نمونه، مدل Surface model را نشان می‌دهد: به طور کلی مدلسازی سطوح؛ کاملتر، پیشرفته‌تر از مدل قاب سیمی و ارزان‌تر از مدل حجمی است. 2-2-3-3 محدویت‌های این مدلسازی عبارتند از: ساختار داده‌ها پیچیده‌تر و در نتیجه محاسبات ریاضی حجیم‌تر و مشکل‌ترند. نیاز به حجم بیشتری از حافظه کامپیوتر و ظرفیت ذخیره اطلاعات وجود دارد. سرعت فرایند به دلیل حجم زیاد داده‌ها و محاسبات کندتر است. نیاز به سخت‌افزار کامپیوتری با سرعت بالا وجود دارد. پرهزینه‌تر است. تنها حاوی اطلاعات سطح می باشد و از داخل جسم خبر نمی‌دهد و قادر به انجام محاسبات جرمی نیست. 3-2-3-3 کاربردهای مدلسازی سطوح عبارتند از: تهیه تصویر پرسپکتیو ایجاد شبکه (mesh) برای آنالیز اجزاء محدود یا آنالیز اجزاء مرزی مدلسازی اجسامی که نیاز به اطلاعات داخل حجم ندارند. تهیه مسیر حرکت ابزار برش جهت ماشین‌کاری CNC. 4-2-3-3 روشهای مختلف تعریف و ساختن سطوح: در مدلسازی سطوح، سطوح جسم می‌بایست بکمک معادلات ریاضی بیان شده و با استفاده از گرافیک برداری سه بعدی نمایش داده شود. انواع سطوحی که در مدلسازی سطوح به کار می‌روند، به شرح زیر هستند: سطح تحلیلی (Analytic Surface) انواع سطوحی که توسط یک رابطه تحلیلی که مختصات هر نقطه از سطح را به هم ربط می‌دهد، قابل تعریف هستند، مانند کره و استوانه 2-4-2-3-3 جاروب کردن خطی (linear Sweep) در این روش پروفیلی را در امتداد یک محور حرکت داده تا شکل موردنظر حاصل شود. 3-4-2-3 جاروب کردن دورانی (Rotaional Sweep) در این روش، پروفیلی را حول یک محور دوران می‌دهیم که شکل موردنظر حاصل شود. 4-4-2-3-3 جاروب کردن ترکیبی (Combined Sweeping ) ترکیبی از دو روش جاروب خطی و جاروب دورانی است. 5-4-2-3-3 سطح ریلی (Ruled Surface) سطحی که از طریق اتصال دو پروفیل ابتدا و انتهایی توسط خطوط راست حاصل می‌شود. 6-4-2-3-3 سطح جاروبی تطبیقی (loft surface) سطحی که از طریق اتصال دو پروفیل ابتدا و انتهایی توسط جاروب یک مسیر منحنی حاصل می‌شود. 7-4-2-3-3 سطح مصنوعی (Synthetic Surface) این سطوح برای مدلسازی سطوح پیچیده به کار می‌رود. برای مثال سطح یک پره توربین ویا سطوح بدنه خودرو، هواپیما و یا کشتی که از پیچیدگی بالایی برخوردارند، به این روش تعریف می‌شوند. 1-3-3-3 مدلسازی حجمی (Solid Modeling) مدلسازی حجیمی یا توپر (Solid Modeling) ،‌پیشرفته‌ترین و کامل‌‌ترین نوع مدلسازی هندسی اجسام است و بیشترین اطلاعات را در مورد اجسام در اختیار طراح می‌گذارد. در این روش مدلسازی کامپیوتر علاوه براجزای هندسی قبلی یعنی نقطه (point) ،‌خط (line)، قوس (Arc) منحنی (Curve) و پینه (Patch) ،‌اجزای هندسی توپر (Solid) را نیز به عنوان یک جزء می‌شناسند و درک می‌کند. در این نوع مدل سازی چون کامپیوتری احجام رامی‌شناسد و درک می‌کند، به آسانی قادر است محاسباتی حجمی و خواص جرمی جسم، مانند حجم ، وزن ، مرکز ثقل یا مرکز هندسی، ممان اینرسی و پایداری و … را انجام دهد. لازم به ذکر است که عمل‌های سایه‌زنی (Shading) و نورپردازی(Rendering) روی مدل سطوح و یا قاب سیمی از یک جسم نباید با مدل سازی حجمی یکسان تصور شود. اگرچه محصول این دو تکنیک فقط به لحاظ ظاهری با مدل حجمی یکسان به نظر می‌رسد، اما اگر درهر کجای جسم مقطع زده شود، درون جسم هیچ چیز یافت نمی‌شود. درحالی که در مدل حجمی، هرجایی از جسم را می‌توان برش زد و جزئیات داخلی آن را بطور دقیق مشاهده نمود. در شکل زیر نمونه‌ای از این نوع مدلسازی نشان داده شده است: 2-3-3-3 – این نوع مدلسازی به دلیل دارا بودن توانمندی‌های زیاد، امروزه کاربردهای متعددی در فعالیت‌های طراحی و ساخت پیدا نموده است که از آن جمله می‌توان به موارد زیر اشاره کرد: بیان طرح‌ها و ایده‌های طراحان و تبادل آنها و نیز طراحی صنعتی محاسبه خواص جرمی و انجام محاسبات مختلف حجمی ایجاد مدل هندسی و شبکه برای آنالیز مهندسی به روش‌های اجزا مرزی و یا آنالیز اجزاء محدود مونتاژ قطعات واجزاء ماشین‌آلات و بررسی مونتاژ پذیری و کنترل کیفی استخراج نقشه‌های اجرایی وتصاویر پرسپکتیو تهیه داده‌های مسیر حرکت ابزار در ماشینکاری CNC شبیه‌سازی سینماتیکی و دینامیکی مکانیزم‌ها و ماشین‌آلات 3-3-3-3 روش‌های ساختن مدل حجمی بسته به پیچیدگی های هندسی یک قطعه، روش‌های مختلفی برای تهیه مدل حجمی آن وجود دارد که در ادامه به آن می‌پردازیم: 1-3-3-3-3 جاروب خطی (linear Sweep) و یا اکسترود(Exturude) در این روش سطح مبنا در راستای خطی مستقیم حرکت داده می شود. دراثر این کار حجمی در فضا جاروب می شود که مدل حجمی جسم موردنظر را می‌سازد. 2-3-3-3 –3 جارو دورانی (Rotational Sweep) و یا Revolve دراین روش سطح مبنا حول یک محور دوران داده می شود. دراثر این کار حجمی در فضا جاروب می شود که مدل توپر جسم مورد نظر را می‌سازد. 3-3-3-3-3 جاروب ترکیبی (linear and Rotational Sweep) در این روش سطح مبنا ترکیبی از جاروب خطی ودورانی را طی نموده و مدل حجمی را می‌سازد. 4-3-3-3-3 مدل‌سازی عنصری (premitive Modeling) در این روش عناصر اولیه در حافظه کامپیوتری ذخیره شده و به هنگام لزوم مورد استفاده قرار می‌گیرند. به این نوع مدلسازی CGS (Constractive Solid Geometry) می‌گویند . اساس آن براین استوار است که عناصر حجمی یا اجزاء مدل‌سازی حجمی (Premitives) مانند آجرهایی که یک ساختمان را می سازند به کمک عملیات ریاضی منطقی(Boolian Operation) با هم ترکیب شده تا جسم مطلوب را تولید نمایند. عملیات ریاضی منطقی boolian Operation (جبر بول) عبارتند از: اجتماع (Union)، تفاضل (Difference) و اشتراک (Intersection). با ترکیب دوعنصر از این طریق، حجم جدیدی حاصل می شود که دیگر هیچگونه ارتباطی با اجزاء تشکیل دهنده خود ندارند و با حالت مونتاژ دو جسم کاملاً متفاوت است. 5-3-3-3-3 مدلسازی کرانه‌ای (Boundary Modeling) مدلسازی کرانه‌ای که اصلاحاً به روش B-Rep(Boundary Representation) نیز معروف است،‌جسم را به عنون حجمی که از اطراف توسط سطوحی محبوس شده است درنظر گرفته و مدل حجمی آن رامی‌سازد. در این روش مدل حجمی جسم برپایه دونوع اطلاعات هندسی تعریف می شود: داده های توپر (Topilogic Data): که فقط نحوه اتصال گوشه‌ها، یال‌ها و سطح‌های جانبی را در جسم توصیف می کنند. تا موقعی که به این قسمت اطلاعات ابعادی اضافه نشود، جسم به صورت یکه تعریف نمی‌شود. داده‌های ابعادی (Geometric Data): ابعاد و موقعیت گوشه‌ها، یالها و سطوح را در فضا تعیین می‌کند و تا موقعی که این اطلاعات به مدل اضافه نشود، جسم به صورت یکه تعریف نمی‌‌شود. در روش مدلسازی کرانه‌ای داده‌های مربوط به لبه‌ها و وجوه جسم ذخیره می شود. این کار باعث تسریح در فراخواندن اطلاعات در کاربردهایی مانند دیدن مدل از زوایای مختلف و یا تهیه نماهای مختلف از مدل می شود. تنها عیب این روش حجم زیاد اطلاعات مدل ایجاد شده با این روش می باشد. به طور کلی در سیستم‌های CAD/CAM استفاده از روش مدلسازی کرانه‌ای به سه علت زیر ارجحیت دارد: الف-محدودیت در مدل‌سازی اجسام پیچیده در مدل‌سازی با روش CGS، وجود ندارد. ب- تبدیل مدل CGS به B-Rep نسبتاً ساده است اما عکس آن صادق نیست والگوریتم ساده و معمولی‌ای برای این کار وجود ندارد. ج- به علت اینکه مدل‌سازی B-Rep شامل اطلاعات وجوه (سطوح) و لبه‌ها می‌باشد، تغییر حالت نمایش مدل بین وضعیت‌های مدل قاب‌سیم‌وار، مدل سطوح و مدل حجمی به راحتی امکان پذیر می باشد. اما در مورد مدل CGS این طور نیست. ]رجوع به 5 و 6[. فصل چهارم: ساخت به کمک کامپیوتر CAM 1-4- مقدمه استفاده از یک سیستم طراحی به کمک کامپیوتر (CAD) بدون استفاده از سیستم ساخت به کمک کامپیوتر(CAM) علاوه برپایین آوردن راندمان کل سیستم تولید باعث از دست رفتن برخی از مزایای CAD که در قسمت قبل توضیح داده شده نیز می گردد. بنا به تعریف CAM عبارت است از کاربرد کامپیوتر در کلیه فعالیتهای برنامه‌ریزی، ساخت، مدیریت و کنترل عملیات تولید در یک مجتمع تولیدی یا کارخانه. با توجه به تعاریف بالا و زمینه‌های متنوع عملیاتی که در یک سیستم CAM قابل تعریف می باشد به نظر می‌رسد که دامنه استفاده از کامپیوتر در فعالیت‌های مختلف ساخت وتولید بسیار وسیعتر از دامنه استفاده از کامپیوتر در فعالیتهای طراحی می‌باشد. در قسمتهای بعد به طور خلاصه قسمتهای مختلف در یک سیستم CAM توضیح داده خواهد شد. لکن جهت شمردن برخی مزایای کلی یک سیستم CAM آن هم صرفاً برای تولید یک قطعه می‌توان به نکات زیر اشاره نمود: الف- تهیه برنامه CNC برای تولید قطعات ب- تدوین فرایند ساخت به کمک کامپیوتر ج) طراحی و ساخت قیدوبندها برای تولید محصول د) کمک در تدوین لیست مونتاژی قطعات برای بخش تولید ه) زمان تولیدی کمتر با توجه به برنامه‌ریزی تولیدی بهتر و) بازرسی و کنترل کیفیت به کمک کامپیوتر ز) تدوین برنامه برای رباتهای مورد نیاز ح) استفاده از تکنولوژی گروهی (Group Tech) 2-4- کاربرد کامپیوتر در فعالیت‌های ساخت و تولید در یک تقسیم‌بندی عمومی استفاده از کامپیوتر در فعالیت‌های ساخت و تولید تحت دو مقوله کلی زیر قرار دارد: کنترل کیفیت 1-2-4 – کنترل در آن دسته از فعالیتهای ساخت و تولید که جهت کنترل از کامپیوتر استفاده می شود عملاً کامپیوتر به صورت مستقیم به فرایند و تجهیزات تولید اتصال می‌یابد. در حقیقت این کنترل به نوعی زیرنظر داشتن عملیات فیزیکی در طی فرایند تولید می باشد. فعالیتهای این بخش خود به دودسته زیر تقسیم می‌‌گردند: الف) کنترل عملیات تولید(Shop-floor control) در صورتی که هدف از کنترل عملیات تولید، زیرنظر داشتن وضعیت کلی فرایند و ابزار تولید باشد، اصطلاحاً آن را Computer monitoring می‌نامند. در این عملیات کار صرفاً محدود به جمع‌آوری اطلاعات تولید می باشد و کنترل فرایند در دست انسان می باشد که با استفاده از اطلاعات جمع‌آوری شده توسط کامپیوتر تصمیمات مناسبی اتخاذ می‌نماید به عبارت دیگر در این نوع عملیات حرکت اطلاعات یک جانبه (از فرایند و ابزار تولید به طرف کامپیوتر) می باشد. در صورتی که هدف از کنترل عملیات علاوه بر زیرنظرداشتن فرایند و ابزار تولید اعمال کنترل و انجام تصحیحاتی در فرایند یا ابزار تولید نیز باشد، اصطلاحاً آن را Computer Control می‌نامند. در این عملیات حرکت اطلاعات دوجانبه می باشد. بدین صورت که سیگنالهایی از فرایند و ابزار تولید به کامپیوتر منتقل می شود و کامپیوتر نیز فرامینی را براساس آلگوریتم‌های کنترل موجود در نرم‌افزار به صورت سیگنال مستقیماً به فرایند یا ابزار تولید می‌فرستد. ب) کنترل فرایند (Process control) این بخش از عملیات یک سیستم CAM را می‌توان زیرشاخه‌ای از عملیات انجام شده تحت عنوان کنترل کامپیوتری (Computer control) نیز به حساب آورد با این تفاوت که در این بخش از عملیات توجه صرفاً محدود به تولید قطعه می باشد(نه مباحث کلی‌تری چون مدیریت تولید، برنامه‌ریزی تولید و …) برخی از زمینه‌های عملیاتی این بخش عبارتند از: کنترل عددی فعالیتهای انجام گرفته در این شاخه در واقع آغاز‌گر و زمینه‌ساز یک سیستم تکامل CAM


دسته‌بندی نشده

سایت ما حاوی حجم عظیمی از مقالات دانشگاهی است . فقط بخشی از آن در این صفحه درج شده شما می توانید از گزینه جستجو متن های دیگری از این موضوع را ببینید 

کلمه کلیدی را وارد کنید :

دسته بندی: دسته‌بندی نشده

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

مطالب مرتبط

دسته‌بندی نشده

3 (1253)

فهرست مندرجات عنوان صفحه پیشگفتار مقدمه 1- هدف و دامنه کاربرد 2- مراجع الزامی 3- اصطلاحات و تعاریف 4- الزامات مدیریتی 4-1 سازماندهی 4-2 سیستم کیفیت 4-3 کنترل مد ارک 4-4- بازنگری درخواست‎ها، پیشنهادها و ادامه مطلب…

دسته‌بندی نشده

3 (1254)

هنر متجدد و بازاری : گرچه هنوز جامعه ی دوقطبی فرهنگی ما، اشاعه دهنده ی سنت گرایی است، لیکن شور و شرر تجدد و مدرنیته نیز گاهی بر دلهای هنرمندان تازه به دوران رسیده ی ادامه مطلب…

دسته‌بندی نشده

3 (1255)

مقدمه و تاریخچه طبقه‌بندی مشاغل در جهان طبقه‌بندی مشاغل یکی از پدیده‌های انقلاب صنعتی است و برای رفع مشکلات مربوط به حقوق و دستمزد و استفاده از آن تعمیم و گسترش پیدا کرده‌است. گسترش صنایع ادامه مطلب…

background