التصميم بمساعدة الحاسوب

التصميم بمساعدة الحاسوب ( CAD ) هو استخدام أجهزة الحاسوب (أوتُستخدم محطات العمل (CAD ) للمساعدة في إنشاء التصميم أو تعديله أو تحليله أو تحسينه.[ ^{1 ] : 3 يُستخدم} هذا البرنامج لزيادة إنتاجية المصمم، وتحسين جودة التصميم، وتحسين التواصل من خلال التوثيق، وإنشاء قاعدة بيانات للتصنيع. ^{[ 1 ] : 4} تساعد التصاميم التي تُنشأ باستخدام برامج CAD في حماية المنتجات والاختراعات عند استخدامها فيبراءات الاختراع. غالبًا ما يكون ناتج CAD على شكل ملفات إلكترونية للطباعة أوالتشغيل الآليكما تُستخدممصطلحاتالرسم بمساعدة الحاسوب(CAD)والتصميم والرسم بمساعدة الحاسوب(CADD ^{). [ 2 ]}

يُعرف استخدامها في تصميم الأنظمة الإلكترونية باسم أتمتة التصميم الإلكتروني ( EDA ). أما في التصميم الميكانيكي، فيُعرف باسم أتمتة التصميم الميكانيكي ( MDA )، والتي تشمل عملية إنشاء رسم فني باستخدام برامج الحاسوب . ^{[ 3 ]}

تستخدم برامج التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) للتصميم الميكانيكي إما رسومات متجهة لتصوير عناصر الرسم الهندسي التقليدي، أو قد تُنتج أيضًا رسومات نقطية تُظهر المظهر العام للعناصر المصممة. ومع ذلك، فهي لا تقتصر على الأشكال فقط. فكما هو الحال في الرسم اليدوي للرسومات الفنية والهندسية ، يجب أن تُقدم مخرجات برامج التصميم بمساعدة الحاسوب معلوماتٍ مثل المواد والعمليات والأبعاد والتفاوتات ، وفقًا للمعايير الخاصة بكل تطبيق .

يمكن استخدام برامج التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) لتصميم المنحنيات والأشكال في الفضاء ثنائي الأبعاد (2D)؛ أو المنحنيات والأسطح والمجسمات في الفضاء ثلاثي الأبعاد (3D). ^{[ 4 ] [ 5 ] : 71، 106}

يُعدّ التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) فنًا صناعيًا هامًا يُستخدم على نطاق واسع في العديد من التطبيقات، بما في ذلك صناعات السيارات ، وبناء السفن ، والفضاء ، والتصميم الصناعي والمعماري ( نمذجة معلومات المباني )، والأطراف الاصطناعية ، وغيرها الكثير. كما يُستخدم CAD على نطاق واسع لإنتاج الرسوم المتحركة الحاسوبية للمؤثرات الخاصة في الأفلام والإعلانات والكتيبات الفنية، والتي تُعرف غالبًا باسم إنشاء المحتوى الرقمي (DCC ). وبفضل الانتشار الواسع والقوة الهائلة لأجهزة الحاسوب في العصر الحديث، أصبح تصميم حتى زجاجات العطور وموزعات الشامبو يتم باستخدام تقنيات لم تكن معروفة لمهندسي الستينيات. ونظرًا لأهميته الاقتصادية الكبيرة، كان CAD قوة دافعة رئيسية للبحث في الهندسة الحسابية ، ورسومات الحاسوب (البرمجيات والأجهزة)، والهندسة التفاضلية المنفصلة . ^{[ 6 ]}

يُطلق على تصميم النماذج الهندسية لأشكال الأشياء، على وجه الخصوص، أحيانًا اسم التصميم الهندسي بمساعدة الحاسوب ( CAGD ). ^{[ 7 ]}

يُعد التصميم بمساعدة الحاسوب أحد الأدوات العديدة التي يستخدمها المهندسون والمصممون، ويتم استخدامه بطرق عديدة اعتمادًا على مهنة المستخدم ونوع البرنامج المعني.

يُعد التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) جزءًا من نشاط تطوير المنتج الرقمي (DPD) ضمن عمليات إدارة دورة حياة المنتج (PLM)، وعلى هذا النحو يتم استخدامه جنبًا إلى جنب مع أدوات أخرى، سواء كانت وحدات متكاملة أو منتجات مستقلة، مثل:

• الهندسة بمساعدة الحاسوب (CAE) وتحليل العناصر المحدودة (FEA، FEM)
• التصنيع بمساعدة الحاسوب (CAM) بما في ذلك التعليمات الموجهة إلى آلات التحكم الرقمي بالحاسوب (CNC)
• عرض واقعي للغاية ومحاكاة الحركة
• إدارة المستندات والتحكم في المراجعات باستخدام إدارة بيانات المنتج (PDM)

يُستخدم التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) أيضًا لإنشاء محاكاة صورية دقيقة، والتي غالبًا ما تكون مطلوبة في إعداد تقارير تقييم الأثر البيئي، حيث تُدمج التصاميم المُنشأة بمساعدة الحاسوب للمباني المُقترحة مع صور البيئات القائمة لتمثيل شكل الموقع الذي يُسمح فيه ببناء المنشآت المُقترحة. كما تُستخدم برامج التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) بشكل متكرر لتحليل احتمالية حجب ممرات الرؤية ودراسات الظلال. ^{[ 8 ]}

توجد أنواع عديدة من برامج التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD)، ^{[ 9 ]} ويتطلب كل نوع منها من المستخدم التفكير بطريقة مختلفة في كيفية استخدامها وتصميم مكوناتها الافتراضية بأسلوب مختلف. وتعتمد جميع أدوات التصميم بمساعدة الحاسوب تقريبًا على مفاهيم القيود التي تُستخدم لتحديد العناصر الهندسية وغير الهندسية للنموذج.

تتوفر اليوم أنظمة التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) لجميع المنصات الرئيسية ( ويندوز ، لينكس ، يونكس ، وماك أو إس إكس )؛ وتدعم بعض الحزم منصات متعددة. ^{[ 11 ]}

بدءًا من نظام الرسم الهندسي من شركة IBM في منتصف الستينيات، بدأت أنظمة التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) في توفير إمكانيات تتجاوز مجرد محاكاة الرسم اليدوي، وأصبحت جدوى التحول إلى CAD واضحة للشركات. فقد أتمت هذه البرامج العديد من المهام التي تُعتبر اليوم من المسلّمات في أنظمة الحاسوب، مثل إنشاء قوائم المواد تلقائيًا ، والتخطيط التلقائي للدوائر المتكاملة ، وفحص التداخل، وغيرها الكثير. وفي نهاية المطاف، مكّنت CAD المصمم من إجراء الحسابات الهندسية. ^{[ 5 ]} خلال هذه المرحلة الانتقالية، كانت الحسابات تُجرى إما يدويًا أو بواسطة الأفراد القادرين على تشغيل برامج الحاسوب. مثّلت CAD نقلة نوعية في قطاع الهندسة، حيث بدأت أدوار الرسام والمصمم والمهندس، التي كانت منفصلة سابقًا، بالاندماج. تُعدّ CAD مثالًا على التأثير الواسع النطاق الذي بدأت الحواسيب تُحدثه في هذا القطاع. تتراوح حزم برامج التصميم بمساعدة الحاسوب الحالية من أنظمة الرسم ثنائية الأبعاد القائمة على المتجهات إلى برامج نمذجة الأسطح والأجسام ثلاثية الأبعاد . تتيح برامج التصميم بمساعدة الحاسوب الحديثة إمكانية التدوير في ثلاثة أبعاد، مما يسمح برؤية الجسم المصمم من أي زاوية مطلوبة، حتى من الداخل. ^{[ 5 ]} كما أن بعض برامج التصميم بمساعدة الحاسوب قادرة على النمذجة الرياضية الديناميكية. ^{[ 5 ]}

تُستخدم تقنية التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) في تصميم الأدوات والآلات، وفي رسم وتصميم جميع أنواع المباني، بدءًا من المباني السكنية الصغيرة (المنازل) وصولًا إلى أكبر المنشآت التجارية والصناعية (المستشفيات والمصانع). ^{[ 12 ]}

يُستخدم التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) بشكل أساسي للتصميم التفصيلي للنماذج ثلاثية الأبعاد أو الرسومات ثنائية الأبعاد للمكونات المادية، ولكنه يُستخدم أيضًا في جميع مراحل العملية الهندسية، بدءًا من التصميم المفاهيمي وتخطيط المنتجات، مرورًا بتحليل قوة وديناميكية التجميعات، وصولًا إلى تحديد أساليب تصنيع المكونات. كما يُمكن استخدامه لتصميم أشياء مثل المجوهرات والأثاث والأجهزة المنزلية، وغيرها. علاوة على ذلك، توفر العديد من تطبيقات CAD الآن إمكانيات متقدمة للعرض والتحريك، مما يُتيح للمهندسين تصور تصاميم منتجاتهم بشكل أفضل. أما نمذجة معلومات البناء رباعية الأبعاد (4D BIM) فهي نوع من محاكاة هندسة البناء الافتراضية التي تُدمج معلومات متعلقة بالوقت أو الجدول الزمني لإدارة المشاريع.

أصبحت برامج التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) تقنية بالغة الأهمية ضمن مجال تقنيات التصميم بمساعدة الحاسوب ، لما توفره من مزايا مثل خفض تكاليف تطوير المنتجات وتقصير دورة التصميم بشكل كبير . تُمكّن هذه البرامج المصممين من تخطيط وتطوير أعمالهم على الشاشة، وطباعتها وحفظها لتعديلها لاحقًا، مما يوفر عليهم الوقت والجهد في إعداد الرسومات.

تُمكّن برامج التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) المهندسين والمعماريين من تصميم وفحص وإدارة المشاريع الهندسية من خلال واجهة مستخدم رسومية متكاملة على نظام حاسوب شخصي . تدعم معظم التطبيقات النمذجة الصلبة باستخدام تمثيل الحدود (B-Rep) وهندسة NURBS ، وتتيح نشرها بصيغ متنوعة.

استنادًا إلى إحصاءات السوق، تهيمن البرامج التجارية من شركات أوتوديسك ، وداسو سيستمز ، وسيمنز بي إل إم سوفتوير ، وبي تي سي على صناعة برامج التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD). ^{[ 13 ] [ 14 ]} فيما يلي قائمة بأهم تطبيقات برامج التصميم بمساعدة الحاسوب، مصنفة حسب إحصاءات الاستخدام. ^{[ 15 ]}

• مختبر التصميم بمساعدة الحاسوب في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا عام 1982
• مواد تعليمية متعلقة بالتصميم بمساعدة الحاسوب على موقع ويكيفيرسيتي
• مواد تعليمية متعلقة بالتصميم الهندسي بمساعدة الحاسوب على موقع ويكيفيرسيتي