Published in: التحكم الآلي

التصميم باستخدام الحاسب (CAD) – ما هي إيجابياته وسلبياته؟

Author د. عماد الدين قلالة

Published on: 25 أغسطس، 2023

د. عماد الدين قلالة

تدقيق لغوي: أ. موانا دبس

لعبت التكنولوجيا لعقودٍ من الزمن دوراً هاماً في تطوير عمليات التصنيع، حيث أصبحت المنتجات أكثر دقةً وكفاءةً من أي وقتٍ مضى، وذلك بفضل استخدام البرمجة والأنظمة الآلية في عمليات تصنيع المنتجات فارتبط الـ (Computer Aided Design) CAD بالتطور الحديث للإنتاج، والتصنيع، وسوق العمل، وقد أحدث ذلك ثورةً في مجال الهندسة والتصميم. ^[1]

تاريخ التصميم باستخدام الحاسب (CAD)

تعود أصول CAD إلى أوائل الستينيات في أنظمة Patrick Hanratty وIvan Sutherland أثناء عملهم في شركة جنرال إلكتريك، طور هانراتي Hanratty برنامجاً أطلق عليه اسم DAC (Drawing aided computer)، وهو أول نظامٍ استخدم الرسومات التفاعلية والتحكم الرقمي المُبرمج.

في عام 1963، صمّم إيفان سوثيرلاند Ivan Sutherland نظاماً فتح آفاقاً جديدةً في النَمْذجة الحاسوبية ثلاثية الأبعاد والمحاكاة الرسومية، والتي تمثل أساس CAD أطلق على البرنامج اسم Sketchpad ، وأوضح أنه جعل المُصممين يستخدمون قلماً خفيفاً لإنشاء رسوماتٍ هندسيةٍ مباشرة على شاشة CRT.

في عام 1971 طور هانراتي Hanratty برنامجاً يُسمّى ADAM تمّ وصفه بأنه أول برنامجٍ تجاري متكاملٍ لتصميم الرسومات التفاعلية ثم قام بتطويره، مما مكّنه من العمل على أجهزة حاسوب 16 بت، و32 بت، وغيّر اسم البرنامج بالتزامن مع إضافة مزايا تشغيل ورسم السطوح، وأصبح البرنامج أكثر انتشاراً ونجاحاً. ^[1]

ما هي تقنية التصميم باستخدام الحاسب CAD؟

هي عملية تصنيعٍ رقميةٍ تُتيح للمصمّم إنشاء رسومٍ ثنائية الأبعاد أو نماذج ثلاثية الأبعاد للمنتجات والأجسام المراد تصنيعها. تساعد هذه التقنية كل من المُصممين والمهندسين على معاينة شكل المُنتج بكافة تفاصيله على الحاسب قبل تصنيعه، وكما هي مُسمّاة فالعملية تتضمن استخدام الحاسب لتطوير وتعديل وتحسين التصاميم، وحلّت محل ما كان في السابق عمليات تصميمٍ يدوية.

وقد أصبح بإمكان المُصممين اليوم استخدام الحاسب لإنشاء مناظر ومشاهد أكثر دقةً وتفصيلاً للمنتجات المراد تصنيعها، مما أدى إلى تحسين جودة المنتجات، وتبسيط خطط التصنيع اللازمة. ^[2]

ما هو برنامج ال CAD وكيف يعمل؟

هو التقنية المُستخدمة في التصنيع باستخدام الحاسب، يستخدم برنامج CAD خوارزمياتٍ رياضيةٍ لإنشاء نموذجٍ رقمي للمنتجات والأجسام المراد تصنيعها. يسمح برنامج ال CAD للمُستخدِم إنشاء المُجسّمات وتعديلها باستخدام مجموعةٍ متنوعةٍ من الأدوات والأوامر، ويمكن للمُستخدِم إدخال الأبعاد والقيود والمواصفات الأخرى للتأكد من أن التصميم يُلبّي المعايير المطلوبة.

يمكن من خلال البرنامج إنشاء تصاميم لأجزاءٍ منفردةٍ قبل جمعها مع أجزاءٍ أخرى للحصول على التصميم المُجمّع الكامل، يسمح ذلك بالتفكير في كل جزءٍ من الأجزاء الخارجية والداخلية للمُنتج، كما يُمكّن المُصمم من تصميم كل جزءٍ بعنايةٍ ودقة. تؤمن أنظمة برامج الـ CAD المزيد من الدقة في التصاميم، وتؤمن توثيقاً مضموناً للعمل حيث يتمُّ تخزينه طوال فترة العمل عليه، وتحتوي برامج الـ CAD الحديثة ميزةً مدهشةً تتيح للمُصممين معاينة حركة الأجزاء المختلفة للمنتج، وتفاعلها مع بعضها لعرفة إذا كان التصميم سيعمل بالشكل المرغوب أم لا.

كما يمكن لبعض أنظمة الـ CAD المُتقدّمة محاكاة اختبار الضغط والحمولات على النماذج المُصممة رقمياً مما يتيح للمُصممين تقييم سلامة الهيكل المُصمم، وتوقُّع نتائج أدائه قبل طرحه في السوق. تعتمد معظم برامج الـ CAD على تصدير ملفاتٍ مصممةٍ للمنتج تُسمّى Cloud يمكن معاينتها في أي موقعٍ من مواقع العمل، بحيث يتمكن فرق الإنتاج الوصول إلى خطط التصميم والتعديل عليها بسهولة، مما يُبسّط عملية التصنيع. ^[2]

كيف تُفيد تقنية الـ CAD في عمليات التصنيع الحديثة؟

غيرت تقنية الـ CAD عملية التصنيع التقليدية حيث قامت بتبسيط عملية تصميم المنتج للحصول عليه بجودةٍ عالية، كما جعلت التعاون من أجل تنفيذ التصميم بين فرق التصنيع أكثر سهولة. ^[3]

إمكانيات تقنية الكاد

جعلت برامج CAD عملية التصميم في المجال الصناعي أكثر دقةً، مما قلّل من الأخطاء وحسن الإنتاجية كما أنها سهّلت مشاركة التصاميم مع الزملاء، والعملاء، والمُصنّعين مما أدّى إلى تسريع عملية الإنتاج، ويستخدم برنامج CAD في العديد من الصناعات، وذلك أدى إلى تحسين عملية التصميم، وتقليل الوقت اللازم للتصنيع والإنتاج.

في أي مجالات التصنيع يتمُّ استخدام برنامج الـ CAD؟

1- الهندسة المدنية والإنشاءات

يستخدم برنامج CAD لتصميم واختبار الأساسات، والمعدات، والآلات، ولتصميم الإنشاءات.

2- هندسة الديكور الداخلي والخارجي

تستخدم لتصميم المباني، والجسور، والهياكل الأخرى، وتسمح للمهندسين المعماريين بإنشاء نماذج ثلاثية الأبعاد لتصاميمهم، وتعديلها بسهولة، وعرضها من زوايا مختلفة.

3- هندسة الكهرباء

تسمح بإنشاء مخططات توزيع الكهرباء، وأماكن اللوحات، والنقاط الكهربائية.

4- هندسة الطاقة الميكانيكية

تصميم أنظمة التدفئة والتكييف HVAC، وتصميم أنظمة الصحية.

5- هندسة التصميم والإنتاج

يتمُّ استخدام برنامج CAD لإنشاء نماذج أولية للمُنتج، واختباره ومعاينته بدقة قبل البدء بتصنيعه.

ما هي التطورات في تقنية CAD؟

تقدمت تقنية CAD بشكلٍ ملحوظ خلال السنوات الأخيرة، وتمّ إضافة ميزاتٍ وأدواتٍ جديدة لبرامج CAD على سبيل المثال، سمح استخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد للمُصممين إنشاء نماذج أولية لتصاميمهم، مما سمح بتصورٍ واختبارٍ أفضل للمُنتج قبل البدء بالإنتاج الكمّي للمنتج كما سمح التطور في الذكاء الاصطناعي (AI) لبرنامج CAD بأداء مهامٍ أكثر تعقيداً، مثل: تحسين التصاميم للوزن، والتكلفة، والأداء للحصول على التصميم الأمثل. ^[2]

التكامل مع التقنيات الأخرى

تمّ دمج برامج CAD مع تقنياتٍ أخرى لتعزيز قدراتها، على سبيل المثال: يمكن حالياً دمج برنامج CAD مع تقنيات الواقع الافتراضي (VR) والواقع المُعزّز (AR)، مما يسمح للمُصممين بتصور تصميماتهم بطريقة أكثر تفاعلية. يمكن دمج برامج CAD مع برامج التصنيع بمساعدة الحاسب (CAM)، مما يسمح بالانتقال المباشر من التصميم إلى آلات الحفر والتصنيع. أصبح برنامج CAD أيضاً أداةً أساسيةً في تعليم الهندسة والتصميم حيث تقدم العديد من الجامعات والكليات دوراتٍ تدريبيةٍ في تعليم برامج CAD لتطوير مهارات الطلاب، والاستعداد لشغل وظائف في الهندسة، والعمارة، والتصميم.

ما هي إيجابيات تقنية CAD؟

1- الكفاءة

يتيح برنامج CAD للمُصممين إنشاء التصاميم، وتعديلها بسرعة ودقة، مما يُقلّل من الأخطاء ويحسّن الإنتاجية.

2- الدقة

يسمح برنامج CAD للمُصممين بإنشاء تصاميم بقياساتٍ دقيقةٍ جداً.

3- التعاون

يسمح برنامج CAD للمُصممين بمشاركة التصميمات مع الزملاء، والعملاء، والمُصنعين، مما يُسهّل العمل والتعاون خلال تنفيذ المشروع.

4- المحاكاة

يسمح برنامج CAD للمُصممين بإجراء عمليات محاكاةٍ لاختبار أداء التصميم في ظل ظروفٍ مختلفة، وتحسين جودة المُنتج النهائي.

ما هي سلبيات تقنية CAD؟

1- التكلفة

يمكن أن تكون برامج CAD مكلفةً وغالية الثمن، وتتطلب استثماراتٍ كبيرةٍ للشركات أو الأفراد.

2- تعلم طرق التصميم والرسم صعبٌ نوعاً ما

وقد يكون تعلم كيفية استخدام برنامج CAD أمراً صعباً، ويتطلب التدريب والممارسة.

3- التعقيد

يمكن أن يكون برنامج CAD معقداً، لأن فيه مجموعة كبيرة من الأدوات والأوامر التي يمكن أن تكون مُشتتّةً للمبتدئين.

4- الاعتماد على التكنولوجيا

يتطلب برنامج CAD جهاز حاسوب وأجهزة أخرى للعمل، مما قد يمثل قيوداً على بعض المُستخدمين. ^[3]

ما هي برامج CAD التجارية الأكثر شهرةً في التصميم الهندسي؟

CAD Civil 3D -1:  يستخدم في مجال الهندسة المدنية.

CATIA -2: يستخدم في مجال النَمْذجة الميكانيكية لأنظمة البناء، والتصنيع، ونَمْذجة قطع الآلات.

SolidWorks -3: يستخدم في مجال التصميم الميكانيكي، ومحاكاة حركة الآلات.

AutoCAD -4: يستخدم في مجال الديكور، والعمارة.

Siemens Nx -5: يستخدم في مجال التصميم الهندسي الميكانيكي والكهربائي.

إن التصميم بمساعدة الحاسب (CAD) أدى إلى تحسين الكفاءة والدقة والتعاون في عملية التصميم في العديد من الصناعات، وتُعتبر برامجه أداةً مهمةً ولا غنىً عنها للمُصممين والمهندسين، فهي تساعد على إنشاء تصاميم جديدة ومُستدامة تعمل على نقل عالمنا وصناعاتنا نحو الأفضل.