فایل ورد کامل مقاله فناوری طراحی و تولید به کمک کامپیوتر (CAD/CAM)؛ بررسی علمی و مهندسی کاربردهای نوین در صنعت

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

 فایل ورد کامل مقاله فناوری طراحی و تولید به کمک کامپیوتر (CAD/CAM)؛ بررسی علمی و مهندسی کاربردهای نوین در صنعت دارای ۶۳ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد فایل ورد کامل مقاله فناوری طراحی و تولید به کمک کامپیوتر (CAD/CAM)؛ بررسی علمی و مهندسی کاربردهای نوین در صنعت  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی فایل ورد کامل مقاله فناوری طراحی و تولید به کمک کامپیوتر (CAD/CAM)؛ بررسی علمی و مهندسی کاربردهای نوین در صنعت،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

بخشی از متن فایل ورد کامل مقاله فناوری طراحی و تولید به کمک کامپیوتر (CAD/CAM)؛ بررسی علمی و مهندسی کاربردهای نوین در صنعت :

منابع و مأخذ:
۱- خلاصه تفاسیر قرآن مجید، المیزان و نمونه، نوشته عباس پورسیف.
۲- ترجمه خلاصه تفسیرالمیزان (علامه طباطبایی) نوشته کمال مصطفی شاکر.

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

۱-۱ تاریخچه CAD/CAM
در قرن ۱۹ انقلاب صنعتی موجب رشد توان فیزیکی بشر شد. در قرن ۲۰ 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 ۵۰ 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:
۱- طراحی به کمک کامپیوتر Computer Aided Desing
۲- تولید به کمک کامپیوتر Computer Aided Manu facturing
این دوبخش در طی ۳۰ 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 ۱۹۵۰ 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 ۴۰ 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 ۱۹۵۲ 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 ۵۰ 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 ۱و ۸[

۲-۱ 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.

۱-۲-۱ 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 ۱۹۵۰ 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 ۱۹۶۰ میلادی، در زمینه تولید قطعات هواپیمایی بوئینگ ۷۲۷، کمک بیشتری از ماشینهای NC گرفته شد.

در اواسط سال ۱۹۶۰ میلادی، شرکت بوئینگ طرح ساخت بوئینگ ۷۳۷ 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 ۱۹۷۰ 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 ۱۴- 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 ۱۹۷۰ میلادی، شرکت بوئینگ از سیستمهای کامپیوتری گرافیکی متقابل، برای تولید بوئینگ ۷۴۷ 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 ۷۵۷ و ۷۶۷ و ۷۷۷ به کار می‌برد. در بوئینگ ۷۶۷ بیشتر از هر هواپیمای دیگری از سیستمهای CAD/CAM استفاده می شود. حدود شش‌هزار نقشه (چیزی در حدود %۳۰ از کل هواپیما) قرار است توسط CAD/CAM تولید شوند. این نقشه‌ها برای طراحی قطعاتی است که ۹۰% 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.

۲-۲-۱ 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 ۵۰۰ 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 ۶ 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 ۱۳۰۰ 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/lyفایل ورد کامل مقاله فناوری طراحی و تولید به کمک کامپیوتر (CAD/CAM)؛ بررسی علمی و مهندسی کاربردهای نوین در صنعت 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 ۱۹۶۰ 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.
۳-۲-۱ 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 ۱۰ 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 ۱۰ مهندس در شرکت مزبور، یک ترمینال گرافیکی وجود دارد و شرکت قصد دارد در ۱۰ سال آتی ،‌تعداد این ترمینال‌ها را افزایش دهد. در حال حاضر، حدود ۸۰۰ 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 ۱۹۸۰ 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 ۱۳۰ میلیون پوند قطعه پلاستیکی می‌سازد، این روش منجر به صرفه‌جویی مبلغی معادل ۱۰۰میلیون 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 ۲[.

فصل دوم:
مبانی CAD/CAM

مبانی CAD/CAM
۱-۲ 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.
۲-۲ بررسی مراحل مختلف در یک چرخه تولید
به طور خلاصه اهم فعالیت‌های انجام گرفته در چرخه تولید یک محصول به شرح زیر می باشد:
۱-۲-۲ 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.

۲-۲-۲ 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

۳-۲-۲ 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)
۴-۲-۲ 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.
۵-۲-۲ 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
۶-۲-۲ 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

۷-۲-۲ 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 … ۰
– نظارت دائمی بربارگذاری و به کاربردن ماشین‌ها،‌چگونگی عملکرد ماشین‌آلات و نیروی کار
– تجزیه و تحلیل راندمان تولید
۸-۲-۲ 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)

۹-۲-۲ 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.
۱۰-۲-۲ 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.
۱-۳-۲ 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