CAD (COMPUTER-AIDED DESIGN) 및 CAM (COMPUTER-AIDED MANUFACTURING)

CAD (Computer-Aided Design)에는 기하학적 매개 변수로 정의 된 컴퓨터 모델 생성이 포함됩니다. 이러한 모델은 일반적으로 관련 매개 변수를 변경하여 쉽게 변경할 수있는 부품 또는 부품 시스템의 3 차원 표현으로 컴퓨터 모니터에 나타납니다. CAD 시스템을 통해 설계자는 다양한 표현으로 객체를보고 실제 조건을 시뮬레이션하여 이러한 객체를 테스트 할 수 있습니다.

CAM (Computer-Aided Manufacturing)은 기하학적 설계 데이터를 사용하여 자동화 된 기계를 제어합니다. CAM 시스템은 컴퓨터 수치 제어 (CNC) 또는 직접 수치 제어 (DNC) 시스템과 연관됩니다. 이러한 시스템은 기하학적 데이터가 기계적으로 인코딩된다는 점에서 이전 형태의 수치 제어 (NC)와 다릅니다. CAD와 CAM 모두 컴퓨터 기반의 기하학적 데이터 인코딩 방법을 사용하기 때문에 설계 및 제조 프로세스가 고도로 통합 될 수 있습니다. 컴퓨터 지원 설계 및 제조 시스템을 일반적으로 CAD / CAM이라고합니다.

CAD / CAM의 기원

CAD는 세 가지 개별 소스에서 유래되었으며 CAD 시스템이 제공하는 기본 작업을 강조하는 역할도합니다. CAD의 첫 번째 소스는 제도 프로세스를 자동화하려는 시도에서 비롯되었습니다. 이러한 개발은 1960 년대 초에 General Motors Research Laboratories에 의해 개척되었습니다. 기존 제도 방법에 비해 컴퓨터 모델링의 중요한 시간 절약 이점 중 하나는 모델의 매개 변수를 변경하여 전자를 신속하게 수정하거나 조작 할 수 있다는 것입니다. CAD의 두 번째 소스는 시뮬레이션을 통한 설계 테스트였습니다. 제품을 테스트하기 위해 컴퓨터 모델링을 사용하는 것은 항공 우주 및 반도체와 같은 첨단 산업에 의해 개척되었습니다. CAD 개발의 세 번째 원천은 1960 년대 중반까지 많은 응용 분야에서 널리 사용 된 수치 제어 (NC) 기술을 사용하여 설계 프로세스에서 제조 프로세스로의 흐름을 촉진하려는 노력에서 비롯되었습니다. CAD와 CAM을 연결 한 것은 바로이 소스였습니다. CAD / CAM 기술에서 가장 중요한 트렌드 중 하나는 CAD / CAM 기반 생산 프로세스의 설계 단계와 제조 단계 간의 긴밀한 통합입니다.

CAD와 CAM의 개발, 특히 두 가지 간의 연결은 동일한 기하학적 데이터 인코딩 시스템을 사용하여 부품의 설계 및 제조를 수행 할 수있게함으로써 비용, 사용 편의성 및 속도 측면에서 기존 NC의 단점을 극복했습니다. 이 혁신은 설계와 제조 사이의 기간을 크게 단축 시켰고 자동화 기계를 경제적으로 사용할 수있는 생산 프로세스의 범위를 크게 확장했습니다. 마찬가지로 CAD / CAM은 설계자에게 생산 프로세스를 훨씬 더 직접적으로 제어 할 수있게하여 완전히 통합 된 설계 및 제조 프로세스의 가능성을 창출했습니다.

1970 년대 초 이후 CAD / CAM 기술 사용의 급속한 성장은 대량 생산 된 실리콘 칩과 마이크로 프로세서의 개발로 가능 해졌고, 그 결과 컴퓨터를보다 쉽게 구입할 수있게되었습니다. 컴퓨터 가격이 계속 하락하고 처리 능력이 향상됨에 따라 CAD / CAM 사용이 대규모 대량 생산 기술을 사용하는 대기업에서 모든 규모의 기업으로 확대되었습니다. CAD / CAM이 적용되는 작업 범위도 넓어졌습니다. 스탬핑, 드릴링, 밀링 및 그라인딩과 같은 전통적인 공작 기계 공정에 의한 부품 성형 외에도 CAD / CAM은 소비자 전자 제품, 전자 부품, 성형 플라스틱 및 기타 다양한 제품을 생산하는 회사에서 사용하게되었습니다. . 컴퓨터는 또한 제어 데이터가 기하학적 매개 변수를 기반으로하지 않기 때문에 CAM으로 엄격하게 정의되지 않은 여러 제조 프로세스 (예 : 화학 처리)를 제어하는 데 사용됩니다.

CAD를 사용하면 생산 프로세스를 통해 부품의 움직임을 3 차원으로 시뮬레이션 할 수 있습니다. 이 프로세스는 공작 기계의 이송 속도, 각도 및 속도, 부품 고정 클램프의 위치, 범위 및 기계 작동을 제한하는 기타 제약 조건을 시뮬레이션 할 수 있습니다. 다양한 제조 공정의 시뮬레이션을 지속적으로 개발하는 것은 CAD 및 CAM 시스템이 점점 더 통합되고있는 핵심 수단 중 하나입니다. CAD / CAM 시스템은 또한 설계, 제조 및 기타 프로세스에 관련된 사람들 간의 커뮤니케이션을 용이하게합니다. 이것은 한 회사가 구성 요소를 설계하거나 생산하기 위해 다른 회사와 계약 할 때 특히 중요합니다.

장점과 단점

CAD 시스템을 사용한 모델링은 눈금자, 사각형 및 나침반을 사용하는 기존 제도 방법에 비해 많은 이점을 제공합니다. 예를 들어, 지우고 다시 그리지 않고 디자인을 변경할 수 있습니다. CAD 시스템은 또한 카메라 렌즈와 유사한 '줌'기능을 제공하여 설계자가 모델의 특정 요소를 확대하여 검사를 용이하게 할 수 있습니다. 컴퓨터 모델은 일반적으로 3 차원이며 모든 축에서 회전 할 수 있습니다. 마치 실제 3 차원 모델을 손으로 회전 할 수있는 것처럼 디자이너가 대상에 대한 완전한 감각을 얻을 수 있습니다. CAD 시스템은 또한 부품의 내부 모양이 드러나는 컷 어웨이 드로잉을 모델링하고 부품 시스템 간의 공간 관계를 설명하는 데 적합합니다.

CAD를 이해하려면 CAD가 할 수없는 일을 이해하는 것도 유용합니다. CAD 시스템에는 설계중인 개체의 특성이나 개체가 제공 할 기능과 같은 실제 개념을 이해할 수있는 수단이 없습니다. CAD 시스템은 기하학적 개념을 체계화하는 능력으로 기능합니다. 따라서 CAD를 사용하는 디자인 프로세스에는 디자이너의 아이디어를 공식적인 기하학적 모델로 옮기는 작업이 포함됩니다. 컴퓨터 기반의 '인공 지능'(AI)을 개발하려는 노력은 아직 기하학적 (규칙 기반) 모델링으로 표현되는 기계적 범위를 넘어서지 못했습니다.

CAD에 대한 다른 한계는 전문가 시스템 분야의 연구 개발을 통해 해결되고 있습니다. 이 분야는 AI에서 수행 된 연구에서 파생되었습니다. 전문가 시스템의 한 예는 재료의 특성 (무게, 인장 강도, 유연성 등)에 대한 정보를 CAD 소프트웨어에 통합하는 것입니다. 이 정보와 기타 정보를 포함함으로써 CAD 시스템은 해당 엔지니어가 설계를 생성 할 때 전문 엔지니어가 아는 것을 '알 수 있습니다'. 그런 다음 시스템은 엔지니어의 사고 패턴을 모방하고 실제로 더 많은 디자인을 '창조'할 수 있습니다. 전문가 시스템에는 중력 및 마찰의 특성과 같은보다 추상적 인 원칙의 구현이나 레버 나 너트 및 볼트와 같이 일반적으로 사용되는 부품의 기능과 관계가 포함될 수 있습니다. 전문가 시스템은 CAD / CAM 시스템에서 데이터를 저장하고 검색하는 방식을 변경하여 계층 적 시스템을 더 큰 유연성을 제공하는 시스템으로 대체 할 수도 있습니다. 그러나 이러한 미래의 개념은 모두 인간의 의사 결정 과정을 분석하고 가능한 경우이를 기계적 등가물로 변환하는 우리의 능력에 크게 의존합니다.

CAD 기술 개발의 핵심 영역 중 하나는 성능 시뮬레이션입니다. 가장 일반적인 시뮬레이션 유형 중에는 응력에 대한 응답 테스트와 부품을 제조 할 수있는 프로세스 또는 부품 시스템 간의 동적 관계 모델링이 있습니다. 응력 테스트에서 모델 표면은 그리드 또는 메시로 표시되며, 이는 부품이 시뮬레이션 된 물리적 또는 열 응력을받을 때 왜곡됩니다. 역학 테스트는 작동하는 프로토 타입 제작을 보완하거나 대체하는 기능을합니다. 부품의 사양을 쉽게 변경할 수 있으므로 부품 시스템의 기능과 특정 부품의 제조와 관련하여 최적의 동적 효율성을 쉽게 개발할 수 있습니다. 시뮬레이션은 회로를 통한 전류 흐름을 시뮬레이션하여 다양한 구성 요소 구성을 신속하게 테스트 할 수있는 전자 설계 자동화에도 사용됩니다.

디자인과 제조 과정은 어떤 의미에서 개념적으로 분리 될 수 있습니다. 그러나 디자인 프로세스는 생산 프로세스의 특성을 이해하고 수행되어야합니다. 예를 들어 설계자는 부품을 만들 수있는 재료의 특성, 부품을 형성 할 수있는 다양한 기술 및 경제적으로 실행 가능한 생산 규모를 알아야합니다. 설계와 제조 간의 개념적 중복은 CAD 및 CAM의 잠재적 인 이점과 일반적으로 시스템으로 함께 간주되는 이유를 암시합니다.

최근 기술 개발은 CAD / CAM 시스템의 유용성에 근본적으로 영향을 미쳤습니다. 예를 들어, 개인용 컴퓨터의 처리 능력이 계속해서 증가함에 따라 CAD / CAM 응용 프로그램을위한 수단으로서의 실행 가능성이 주어졌습니다. 또 다른 중요한 추세는 단일 CAD-CAM 표준을 설정하여 제조 및 배송 지연, 불필요한 설계 수정 및 일부 CAD-CAM 이니셔티브를 계속 방해하는 기타 문제없이 서로 다른 데이터 패키지를 교환 할 수 있도록하는 것입니다. 마지막으로 CAD-CAM 소프트웨어는 모델링 및 테스트 응용 프로그램의 시각적 표현 및 통합과 같은 영역에서 계속 발전하고 있습니다.

CAS 및 CAS / CAM 사례

CAD / CAM에 대한 개념적 및 기능적 병렬 개발은 컴퓨터 지원 소프트웨어 엔지니어링 인 CAS 또는 CASE입니다. SearchSMB.com이 'CASE'에 대한 기사에서 정의한대로 'CASE'¦는 특히 많은 소프트웨어 구성 요소와 사람이 포함 된 크고 복잡한 프로젝트에서 소프트웨어 개발을 구성하고 제어하기 위해 컴퓨터 지원 방법을 사용합니다. ' CASE는 컴퓨터 회사가 소프트웨어 개발 프로세스에 더 많은 규율을 도입하기 위해 CAD / CAM 경험의 개념을 적용하기 시작한 1970 년대로 거슬러 올라갑니다.

제조 부문에서 CAD / CAM의 유비쿼터스 존재에서 영감을 얻은 또 다른 약어는 CAS / CAM입니다. 이 문구는 Computer-Aided Selling / Computer-Aided Marketing 소프트웨어를 나타냅니다. CASE 및 CAS / CAM의 경우 이러한 기술의 핵심은 작업 흐름을 통합하고 입증 된 규칙을 반복 프로세스에 적용하는 것입니다.