メイン その他 コンピューター支援設計(CAD)およびコンピューター支援製造(CAM)

コンピューター支援設計(CAD)およびコンピューター支援製造(CAM)

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コンピューター支援設計(CAD)には、幾何学的パラメーターによって定義されたコンピューターモデルの作成が含まれます。これらのモデルは通常、コンピューターモニターに、パーツまたはパーツのシステムの3次元表現として表示されます。これらは、関連するパラメーターを変更することで簡単に変更できます。 CADシステムを使用すると、設計者はさまざまな表現でオブジェクトを表示し、実際の条件をシミュレートすることでこれらのオブジェクトをテストできます。

コンピューター支援製造(CAM)は、幾何学的設計データを使用して自動化された機械を制御します。 CAMシステムは、コンピューター数値制御(CNC)または直接数値制御(DNC)システムに関連付けられています。これらのシステムは、幾何学的データが機械的にエンコードされるという点で、古い形式の数値制御(NC)とは異なります。 CADとCAMはどちらも、幾何学的データのエンコードにコンピューターベースの方法を使用しているため、設計と製造のプロセスを高度に統合することができます。コンピュータ支援設計および製造システムは、一般にCAD / CAMと呼ばれます。

CAD / CAMの起源

CADの起源は、CADシステムが提供する基本的な操作を強調するのに役立つ3つの別々のソースにありました。 CADの最初のソースは、製図プロセスを自動化する試みから生じました。これらの開発は、1960年代初頭にゼネラルモーターズ研究所によって開拓されました。従来の製図方法に対するコンピューターモデリングの重要な時間節約の利点の1つは、モデルのパラメーターを変更することにより、前者をすばやく修正または操作できることです。 CADの2番目のソースは、シミュレーションによる設計のテストでした。製品をテストするためのコンピューターモデリングの使用は、航空宇宙や半導体などのハイテク産業によって開拓されました。 CAD開発の第3のソースは、1960年代半ばまでに多くのアプリケーションで広く使用されていた数値制御(NC)テクノロジを使用して、設計プロセスから製造プロセスへのフローを促進する取り組みから生まれました。 CADとCAMの間のリンクをもたらしたのはこのソースでした。 CAD / CAMテクノロジーの最も重要なトレンドの1つは、CAD / CAMベースの生産プロセスの設計段階と製造段階の間のますます緊密な統合です。

CADとCAMの開発、特に2つの間のリンクは、幾何学的データをエンコードする同じシステムを使用して部品の設計と製造を行うことを可能にすることで、費用、使いやすさ、速度の面で従来のNCの欠点を克服しました。この革新により、設計から製造までの期間が大幅に短縮され、自動化された機械を経済的に使用できる製造プロセスの範囲が大幅に拡大しました。同様に重要なこととして、CAD / CAMにより、設計者は製造プロセスをより直接的に制御できるようになり、設計と製造プロセスが完全に統合される可能性が生まれました。

1970年代初頭以降のCAD / CAMテクノロジーの使用の急速な成長は、大量生産されたシリコンチップとマイクロプロセッサーの開発によって可能になり、より手頃な価格のコンピューターが実現しました。コンピュータの価格が下がり続け、その処理能力が向上するにつれて、CAD / CAMの使用は、大規模な大量生産技術を使用する大企業からあらゆる規模の企業に広がりました。 CAD / CAMの適用範囲も広がりました。 CAD / CAMは、スタンピング、ドリル、フライス加工、研削などの従来の工作機械プロセスによる部品成形に加えて、家電製品、電子部品、成形プラスチック、およびその他の多くの製品の製造に携わる企業によって使用されるようになりました。 。コンピュータは、制御データが幾何学的パラメータに基づいていないため、CAMとして厳密に定義されていない多くの製造プロセス(化学処理など)を制御するためにも使用されます。

CADを使用すると、製造プロセス全体での部品の動きを3次元でシミュレートできます。このプロセスでは、工作機械の送り速度、角度、速度、部品保持クランプの位置、および機械の動作を制限する範囲やその他の制約をシミュレートできます。さまざまな製造プロセスのシミュレーションの継続的な開発は、CADおよびCAMシステムがますます統合されるようになる重要な手段の1つです。 CAD / CAMシステムは、設計、製造、およびその他のプロセスに関係する人々の間のコミュニケーションも促進します。これは、ある会社が別の会社と契約してコンポーネントを設計または製造する場合に特に重要です。

長所と短所

CADシステムを使用したモデリングには、定規、正方形、およびコンパスを使用する従来の製図方法に比べて多くの利点があります。たとえば、デザインを消去したり再描画したりせずに変更できます。 CADシステムは、カメラレンズに類似した「ズーム」機能も提供します。これにより、設計者はモデルの特定の要素を拡大して検査を容易にすることができます。コンピュータモデルは通常3次元であり、実際の3次元モデルを手で回転させるのと同じように、任意の軸で回転させることができるため、設計者はオブジェクトをより完全に理解できます。 CADシステムは、部品の内部形状が明らかになる断面図のモデリングや、部品システム間の空間的関係の説明にも役立ちます。

CADを理解するには、CADができないことを理解することも役立ちます。 CADシステムには、設計されているオブジェクトの性質やオブジェクトが提供する機能など、実際の概念を理解する手段がありません。 CADシステムは、幾何学的概念を体系化する能力によって機能します。したがって、CADを使用した設計プロセスでは、設計者のアイデアを正式な幾何学的モデルに変換する必要があります。コンピューターベースの「人工知能」(AI)を開発する取り組みは、幾何学的(ルールベース)モデリングで表される機械的なものを超えて浸透することにまだ成功していません。

CADに対する他の制限は、エキスパートシステムの分野での研究開発によって対処されています。この分野は、AIで行われた研究から派生しています。エキスパートシステムの一例には、材料の性質(重量、引張強度、柔軟性など)に関する情報をCADソフトウェアに組み込むことが含まれます。この情報やその他の情報を含めることで、CADシステムは、専門のエンジニアが設計を作成するときに知っていることを「知る」ことができます。その後、システムはエンジニアの思考パターンを模倣し、実際にさらに多くの設計を「作成」することができます。エキスパートシステムは、重力や摩擦の性質、またはレバーやナットやボルトなどの一般的に使用される部品の機能と関係など、より抽象的な原則の実装を伴う場合があります。エキスパートシステムはまた、CAD / CAMシステムでのデータの保存と取得の方法を変更し、階層システムをより高い柔軟性を提供するシステムに置き換える可能性があります。ただし、このような未来的な概念はすべて、人間の意思決定プロセスを分析し、可能であればこれらを機械的な同等物に変換する能力に大きく依存しています。

CADテクノロジの開発における重要な領域の1つは、パフォーマンスのシミュレーションです。最も一般的なタイプのシミュレーションには、応力への応答のテストと、部品の製造プロセスまたは部品システム間の動的な関係のモデリングがあります。応力テストでは、モデルサーフェスはグリッドまたはメッシュで表示され、パーツが物理的または熱的応力をシミュレートすると変形します。ダイナミクステストは、実用的なプロトタイプを構築するための補完または代替として機能します。部品の仕様を簡単に変更できるため、部品システムの機能と特定の部品の製造の両方に関して、最適な動的効率の開発が容易になります。シミュレーションは電子設計自動化でも使用され、回路を流れる電流のシミュレーションにより、さまざまなコンポーネント構成の迅速なテストが可能になります。

設計と製造のプロセスは、ある意味で、概念的に分離可能です。しかし、設計プロセスは、製造プロセスの性質を理解して行う必要があります。たとえば、設計者は、部品を構成する材料の特性、部品を成形するためのさまざまな技術、および経済的に実行可能な生産規模を知る必要があります。設計と製造の間の概念的な重複は、CADとCAMの潜在的な利点と、それらが一般にシステムとして一緒に考えられる理由を示唆しています。

最近の技術開発は、CAD / CAMシステムの有用性に根本的な影響を与えています。たとえば、パーソナルコンピュータの処理能力はますます高まっており、CAD / CAMアプリケーションの手段としての実行可能性をもたらしています。もう1つの重要な傾向は、単一のCAD-CAM標準を確立することです。これにより、製造や納品の遅延、不要な設計変更、および一部のCAD-CAMイニシアチブを悩ませ続けるその他の問題なしに、さまざまなデータパッケージを交換できます。最後に、CAD-CAMソフトウェアは、視覚的表現やモデリングおよびテストアプリケーションの統合などの分野で進化を続けています。

CASおよびCAS / CAMのケース

CAD / CAMと概念的および機能的に並行して開発されるのは、コンピューター支援ソフトウェアエンジニアリングであるCASまたはCASEです。 SearchSMB.comの「CASE」に関する記事で定義されているように、「CASE」¦は、特に多くのソフトウェアコンポーネントと人員が関与する大規模で複雑なプロジェクトで、ソフトウェアの開発を整理および制御するためのコンピューター支援方式の使用です。 CASEは、コンピューター会社がCAD / CAMの経験からの概念を適用して、ソフトウェア開発プロセスにより多くの規律を導入し始めた1970年代にまでさかのぼります。

製造部門におけるCAD / CAMのユビキタスな存在に触発された別の略語は、CAS / CAMです。このフレーズは、コンピューター支援販売/コンピューター支援マーケティングソフトウェアの略です。 CAS / CAMと同様にCASEの場合、そのようなテクノロジーの中核は、ワークフローの統合と、繰り返しのプロセスへの実証済みのルールの適用です。

参考文献

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ローリー・モーガンには何人の子供がいますか

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