مقاله تکنولوژی طراحی و تولید به کمک کامپیوتر (CADCAM)
1-1 تاریخچة 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 اندازة 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 دهة 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 دهة 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 حوزة 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 نحوة 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 همة صنایع سرایت کرده است و در تولید بسیاری از محصولات به کار گرفته می شود.