10 نوع مدل سازی به کمک کامپیوتر (CAD): تعریف، انواع، و مثال‌ها

آخرین به روزرسانی

مقدمه

مدل سازی به کمک کامپیوتر به انگلیسی computer Aided Design و به صورت اختصاری (CAD) نحوه طراحی و مهندسی محصولات را با استفاده از نرم‌افزار برای ایجاد نمایش‌های دیجیتال دقیق متحول می‌کند. مدل سازی به کمک کامپیوتر طراحان را قادر می‌سازد طرح‌های پیچیده را قبل از تولید درک کنند، آن‌ها را به تصویر بکشند، تجزیه و تحلیل کنند که باعث تسهیل در کل فرآیند توسعه می‌شود.

تکنیک‌های متنوعی برای مدل‌سازی CAD وجود دارد که هر کدام برای مشخصات طراحی خاص و امور عمودی صنعت مناسب هستند. این تکنیک‌ها عبارتند از: نقشه‌کشی دوبعدی، مدل‌سازی سه‌بعدی، مدل‌سازی پارامتریک، و مدل‌سازی سطحی. امروزه درک مدل سازی به کمک کامپیوتر و کاربردهای متنوع آن در محیط طراحی دیجیتال محور، ضروری است. در این مقاله، ما به بررسی عمیق هر نوع مدل‌سازی CAD خواهیم پرداخت و مثال‌هایی ارائه خواهیم کرد.

مدل سازی به کمک کامپیوتر چیست؟

مدل سازی به کمک کامپیوتر به فرآیند ایجاد نمایش‌های دیجیتال از اشیاء یا سیستم‌های دنیای واقعی با استفاده از نرم‌افزار طراحی به کمک کامپیوتر (CAD) اشاره دارد. این مدل‌ها می‌توانند دوبعدی یا سه‌بعدی باشند و با دقت، مقیاس و خواص فیزیکی‌شان مشخص می‌شوند. انواع مدل سازی به کمک کامپیوتر مهندسان و طراحان را قادر می‌سازند تا طرح‌ها را قبل از تولید، تجسم، تجزیه و تحلیل و بهینه کنند و به فرآیندهای توسعه محصول کارآمدتر و دقیق‌تر منجر شوند.

مدل‌سازی CAD چگونه در طول سال‌ها تکامل یافته است؟

مدل‌سازی به کمک کامپیوتر از برنامه‌های دوبعدی ساده مانند ADAM™ و Sketchpad به برنامه‌های سه‌بعدی پیچیده مانند ANVIL-4000® و Unigraphics تکامل یافته است. فناوری‌هایی مانند ANVIL-4000® قابلیت‌های پیشرفته‌ای با ماژول‌های کنترل هندسه، نقشه‌کشی و تجزیه و تحلیل ارائه می‌کنند، در حالی که نوآوری‌هایی مانند Sketchpad III قابلیت‌های سه‌بعدی را اضافه کرده‌اند. پیشرفت در این زمینه نتیجه پژوهش در دانشگاه‌هایی نظیر MIT و حمایت از صنعت بوده و منجر به استفاده گسترده از مدل‌سازی سه‌بعدی در CAD شده است.

نحوه عملکرد مدل سازی به کمک کامپیوتر

CAD (طراحی به کمک کامپیوتر) با ایجاد، اصلاح، و تجزیه و تحلیل مدل‌های دیجیتال از اشیای فیزیکی به کاربران اجازه کار می‌دهد. مدل سازی به کمک کامپیوتراز اشکال هندسی، ابعاد، و محدودیت‌ها برای نمایش ساختار و رفتار شیء استفاده می‌کند. نرم افزار مدل سازی به کمک کامپیوتر ابزارهای زیر را فراهم می‌کند:

• ترسیم، ویرایش، و تجسم طرح‌ها در دو یا سه بعد
• استفاده از ابعاد دقیق، اعمال مواد و بافت‌، و شبیه‌سازی شرایط دنیای واقعی.

هدف از CAD چیست؟

هدف از CAD جایگزینی تکنیک‌های نقشه‌کشی دستی با یک روش کارآمدتر برای ایجاد نمایش‌های دقیق و جزئی از طرح است. مدل سازی به کمک کامپیوتر به مهندسان اجازه می‌دهد طرح‌ها را به صورت دیجیتالی ایجاد، ویرایش، و اصلاح کنند که باعث افزایش دقت و بازدهی فرآیند می‌شود. نرم‌افزار CAD همچنین می‌تواند چگونگی تعامل مواد مختلف با یکدیگر در یک طرح را محاسبه کند.

انواع CAD

انواع مدل‌سازی به کمک کامپیوتر عبارتند از:

1. CAD دوبعدی

CAD دوبعدی یک ابزار نرم‌افزاری است که برای ایجاد نمایش‌های دیجیتالی از اشیاء در نقشه‌های مسطح استفاده می‌شود. برای نشان دادن طرح‌ها، از شکل‌های هندسی اساسی مانند خطوط، مستطیل‌ها، و دایره‌ها استفاده می‌کند. مدل سازی به کمک کامپیوتر دوبعدی برای موارد زیر به کار می‌رود:

• نقشه‌کشی، برنامه‌ریزی، و شرح جزئیات سازه‌ها در صنایع مختلف
• تهیه پیش‌نویس و نقشه‌های فنی

2. CAD سه‌بعدی

نرم‌افزار CAD سه‌بعدی، در مقابل CAD دوبعدی، به کاربران امکان می‌دهد تا مدل‌های دیجیتال سه‌بعدی همراه با عمق و حجم تولید کنند. این نوع مدل سازی به کمک کامپیوتر به طراحان اجازه می‌دهد تا در یک دنیای مجازی سه‌بعدی اشیاء را کنترل کنند و در نتیجه برای مهندسی، طراحی محصول، و تصویر‌سازی بسیار ارزشمند است. نمایش دقیق هندسه‌های پیچیده و ویژگی‌های جزئی با CAD سه‌بعدی امکان‌پذیر است.

3. CAD پارامتریک

CAD پارامتریک نوعی رویکرد طراحی است که در آن مدل‌ها بر اساس پارامترهای تعریف شده و روابط بین آن‌ها ایجاد می‌شوند. طراحان از پارامترها برای نمایش ابعاد، زوایا، و سایر ویژگی‌ها استفاده می‌کنند و با اضافه کردن محدودیت‌ها، روابط درون مدل را حفظ می‌کنند. این فرآیند، اصلاح و انطباق آسان طرح‌ها را ممکن می‌سازد.

4. CAD مدل‌سازی مستقیم

نرم‌افزار CAD مدل‌سازی مستقیم یک رویکرد انعطاف‌پذیرتر در طراحی ارائه می‌دهد و به کاربران اجازه می‌دهد هندسه را مستقیماً بدون نیاز به پارامترها یا محدودیت‌های از پیش تعریف شده دستکاری کنند. طراحان به راحتی می‌توانند با استفاده از مدل‌سازی مستقیم تغییرات سریعی در طرح‌های خود ایجاد کرده و تکرارها و تغییرات مختلف را بررسی کنند. این نوع مدل سازی به کمک کامپیوتر برای نمونه‌سازی سریع و مدل‌سازی ایده‌پردازی، که در آن‌ها تکرار سریع و چابک طرح‌ها مهم است، بسیار مفید می‌باشد.

5. CAD مدل‌سازی سطحی

نرم‌افزار CAD مدل‌سازی سطحی در ایجاد مدل‌های دیجیتال با تعریف و دستکاری سطوح به جای حجم‌های توپر تخصص دارد. این نوع مدل‌سازی معمولاً در صنایعی مانند مهندسی خودرو و هوافضا، که در آن‌ها منحنی‌های پیچیده و اشکال آزاد رواج دارند، استفاده می‌شود. مدل‌سازی سطحی به طراحان این امکان را می‌دهد تا طرح‌های زیبا و کارآمد از نظر آیرودینامیکی ایجاد کنند.

6. CAD سه‌بعدی وایرفریم(سیمی)

CAD سه‌بعدی وایرفریم روشی است که برای به تصویر کشیدن اشیاء با استفاده از خطوط، قوس‌ها، و منحنی‌ها برای تعریف مرزهای یک شیء و عمق آن، به کار میرود. با این روش، نمایش‌های هندسی پایه‌ای از اشیاء ایجاد می‌شود و پایه بصری برای مدل‌سازی بیشتر فراهم می‌کند.

7. CAD مدل‌سازی جامد

نرم‌افزار CAD مدل‌سازی جامد بر ایجاد مدل‌های دیجیتال با حجم و شکل تعریف شده تمرکز می‌کند و اشیاء را به عنوان موجودیت‌های جامد نشان می‌دهد. این نوع مدل سازی به کمک کامپیوتر به طور گسترده در صنایعی مانند تولید و مهندسی مکانیک، که در آن‌ها نمایش‌های هندسی دقیق ضروری هستند، استفاده می‌شود. مدل‌سازی جامد به طراحان این امکان را می‌دهد تا مدل‌های دقیق و با جزئیاتی ایجاد کنند.

8. CAD آزاد یا مجسمه‌سازی

نرم‌افزار CAD آزاد یا مجسمه‌سازی به طراحان این قدرت را می‌دهد که شکل‌های ارگانیک و سطوح پیچیده را با آزادی و خلاقیت بی‌نظیر ایجاد کنند. این نوع مدل سازی به کمک کامپیوتر به طور گسترده در زمینه‌هایی از جمله مدل‌سازی شخصیت، طراحی صنعتی، و تجسم هنری استفاده می‌شود.

9. BIM (مدل‌سازی اطلاعات ساختمان)

نرم‌افزار BIM (مدل‌سازی اطلاعات ساختمان) با ادغام طراحی، مستندسازی، و همکاری در یک پلتفرم واحد، صنایع معماری و ساخت‌وساز را متحول می‌کند.نرم‌افزار BIM به معماران، مهندسان، و پیمانکاران اجازه می‌دهد تا نمایش‌های دیجیتالی از پروژه‌های ساختمانی را ایجاد و مدیریت کرده و اطلاعاتی مانند مواد، سازه‌ها، و روابط فضایی را در خود بگنجانند.

10. CAD هیبریدی دوبعدی/سه‌بعدی

نرم‌افزار CAD هیبریدی دوبعدی/سه‌بعدی با ترکیب نقاط قوت روش‌های مدل‌سازی دوبعدی و سه‌بعدی، انعطاف‌پذیری و تنوع گردش کار را ارائه می‌دهد. این نوع مدل سازی به کمک کامپیوتر برای کسب‌وکارهایی مانند معماری – که در آن هم نقشه‌های دوبعدی و هم مدل‌های سه‌بعدی برای ارتباط و تصمیم‌گیری موثر ضروری هستند – ایده‌آل است.

مقایسه انواع مدل‌سازی CAD و نرم‌افزارهای مرتبط

در جدول زیر، ده مدل CAD معرفی شده در مقاله را به همراه نرم‌افزارهای رایجی که از هر مدل پشتیبانی می‌کنند، مقایسه کرده‌ایم. لطفا توجه داشته باشید که این جدول یک نمای کلی است و ممکن است نرم‌افزارهای دیگری نیز از این مدل‌ها پشتیبانی کنند.

مدل CAD	توضیحات	نرم‌افزارهای رایج
CAD دوبعدی	ایجاد نمایش‌های دوبعدی از اشیاء	AutoCAD, DraftSight, BricsCAD
CAD سه‌بعدی	ایجاد مدل‌های سه‌بعدی با حجم و عمق	SolidWorks, CATIA, Fusion 360, Inventor
CAD پارامتریک	ایجاد مدل‌ها بر اساس پارامترهای تعریف شده	SolidWorks, Inventor, CATIA, Fusion 360
CAD مدل‌سازی مستقیم	دستکاری مستقیم هندسه بدون نیاز به پارامترها	Rhino, Blender, ZBrush
CAD مدل‌سازی سطحی	ایجاد مدل‌ها با تعریف و دستکاری سطوح	Alias, CATIA, SolidWorks
CAD سه‌بعدی وایرفریم	نمایش اشیاء با خطوط و منحنی‌ها	AutoCAD, SolidWorks, CATIA
CAD مدل‌سازی جامد	ایجاد مدل‌های جامد با حجم تعریف شده	SolidWorks, Inventor, CATIA, Fusion 360
CAD آزاد یا مجسمه‌سازی	ایجاد اشکال ارگانیک و پیچیده	ZBrush, Mudbox, Blender
BIM (مدل‌سازی اطلاعات ساختمان)	ادغام طراحی، مستندسازی و همکاری در پروژه‌های ساختمانی	Revit, ArchiCAD, Tekla Structures
CAD هیبریدی دوبعدی/سه‌بعدی	ترکیب قابلیت‌های دوبعدی و سه‌بعدی	AutoCAD, Revit, Fusion 360

نکات مهم:

• تداخل مدل‌ها: بسیاری از نرم‌افزارهای CAD از ترکیبی از این مدل‌ها پشتیبانی می‌کنند. به عنوان مثال، SolidWorks هم مدل‌سازی پارامتریک و هم مدل‌سازی مستقیم را ارائه می‌دهد.
• انتخاب نرم‌افزار: انتخاب نرم‌افزار مناسب به عوامل مختلفی مانند نوع پروژه، پیچیدگی طراحی، بودجه و ترجیحات شخصی بستگی دارد.
• ویژگی‌های اضافی: نرم‌افزارهای CAD اغلب ویژگی‌های اضافی مانند شبیه‌سازی، تحلیل، و رندرینگ را ارائه می‌دهند.

چه کسانی از CAD استفاده می‌کنند؟

CAD توسط طیف گسترده‌ای از متخصصان در صنایع مختلف از جمله مهندسان، معماران، طراحان محصول، طراحان داخلی، و تولیدکنندگان استفاده می‌شود. این افراد از نرم‌افزار CAD برای ایجاد نقشه‌ها، مدل‌ها، و شبیه‌سازی‌های دقیق طراحی استفاده می‌کنند. CAD در ساده‌سازی فرآیند طراحی و اطمینان از دقت و کارایی در تحقق ایده ها، بسیار مهم است.

کاربرد CAD در چاپ سه‌بعدی

CAD نقشی حیاتی در فرآیند چاپ سه‌بعدی با ارائه فایل‌های طراحی دیجیتال لازم برای چاپ لایه به لایه اشیاء ایفا می‌کند. طراحان با استفاده از نرم‌افزار CAD مدل‌های سه‌بعدی با ابعاد، اشکال و ویژگی‌های دقیق تولید می‌کنند. سپس این طرح‌های دیجیتال به فرمت‌های فایلی که با چاپگرهای سه‌بعدی سازگار هستند، مانند OBJ یا STL صادر می‌شوند. به دلیل ساخت دقیق و انعطاف‌پذیر CAD، تولید و نمونه‌سازی سریع امکان‌پذیر می‌شود.

نمونه‌هایی از نرم‌افزار CAD

• Tinkercad®: ابزاری برای مدل‌سازی سه‌بعدی مبتنی بر مرورگر که به دلیل سادگی و مناسب بودن برای ساخت مدل‌های چاپ سه‌بعدی شناخته شده است.
• SolidWorks®: یک مدل‌ساز پارامتریک از Dassault Systèmes که در زمینه‌های مهندسی مکانیک و طراحی محبوب است و ابزارهایی برای اعتبارسنجی طراحی و مهندسی معکوس ارائه می‌دهد.
• FreeCAD: یک مدل‌ساز پارامتریک منبع باز که برای طراحی محصول، مهندسی مکانیک و معماری مناسب است و ویژگی‌های شخصی‌سازی و پشتیبانی چند سکویی را ارائه می‌دهد.
• Inventor®: نرم‌افزار CAD از Autodesk® که به طور خاص برای طراحی مکانیکی طراحی شده است و ابزارهایی برای طراحی سه‌بعدی، مستندسازی و شبیه‌سازی محصول ارائه می‌دهد.
• AutoCAD®: نرم‌افزار CAD پرکاربرد از Autodesk® برای ترسیم و طراحی دو و سه بعدی که ابزارهایی برای ایجاد طرح‌ها، چیدمان تجهیزات، مستندسازی مدل و موارد دیگر ارائه می‌دهد.

مزایای مدل‌سازی CAD

• دقت: مدل‌سازی CAD نمایش دقیق و کاملی از طرح ارائه می‌دهد و تضمین می‌کند که ابعاد و خواص در طول فرآیند طراحی به طور دقیق ثبت و حفظ می‌شوند.
• کارایی: مدل‌سازی CAD به طور قابل‌توجهی زمان و تلاش لازم برای ایجاد و اصلاح طرح‌ها را در مقایسه با روش‌های سنتی ترسیم دستی کاهش می‌دهد.
• تجسم: مدل‌های CAD نمایش‌های بصری واقع‌گرایانه‌ای از طرح‌ها را در دو و سه بعد ارائه می‌دهند که به طراحان و ذینفعان اجازه می‌دهد تا محصول نهایی را قبل از تولید مشاهده کنند.
• همکاری: مدل سازی به کمک کامپیوتر امکان همکاری بین طراحان، مهندسان و سایر ذینفعان را با ارائه پلتفرمی برای اشتراک‌گذاری و بررسی طرح‌ها در زمان واقعی فراهم می‌کند که به بهبود ارتباط و تصمیم‌گیری منجر می‌شود.
• شبیه‌سازی: نرم‌افزار CAD اغلب شامل ابزارهای شبیه‌سازی است که به طراحان اجازه می‌دهد عملکرد و رفتار طرح‌ها را تحت شرایط مختلف آزمایش کنند و به شناسایی مشکلات احتمالی و بهینه‌سازی طرح‌ها قبل از تولید کمک می‌کند.

معایب مدل‌سازی CAD

• هزینه اولیه: پیاده‌سازی نرم‌افزار CAD و آموزش پرسنل می‌تواند به ویژه برای مشاغل کوچک یا افراد، شامل هزینه‌های اولیه قابل توجهی باشد.
• پیچیدگی: نرم‌افزار CAD می‌تواند پیچیده باشد و برای استفاده موثر به آموزش تخصصی نیاز دارد که ممکن است منجر به منحنی یادگیری با شیب تند برای کاربران جدید شود.
• وابستگی به فناوری: مدل سازی به کمک کامپیوتر به شدت به سخت‌افزار و نرم‌افزار کامپیوتر متکی است و آن را در برابر مشکلاتی مانند خرابی سیستم، اشکالات نرم‌افزاری و مشکلات سازگاری آسیب‌پذیر می‌کند.
• اتکا بیش از حد به اتوماسیون: ویژگی‌های اتوماسیون نرم‌افزار CAD ممکن است منجر به از دست رفتن مهارت‌های ترسیم دستی و تفکر انتقادی در بین طراحان شود و توانایی آن‌ها را در حل مشکلات پیچیده طراحی کاهش دهد.
• تعامل فیزیکی محدود: برخلاف روش‌های سنتی ترسیم دستی، مدل‌سازی CAD تعامل فیزیکی با مواد طراحی را فراهم نمی‌کند، که ارزیابی کیفیت‌های لمسی مانند بافت و وزن را دشوار می‌کند.

چالش‌های رایج مدل‌سازان CAD

• آموزش: مدل‌سازان CAD به دلیل نیاز به پیمایش در نرم‌افزارهای پیچیده، به آموزش زیادی نیاز دارند.
• سازگاری: به دلیل مشکلات سازگاری، ممکن است در حین انتقال مدل‌ها بین نسخه‌ها یا سیستم‌های نرم‌افزاری، از دست رفتن داده‌ها رخ دهد.
• عملکرد: محدودیت‌های سخت‌افزاری مانند سرعت پردازش کند بر عملکرد نرم‌افزار CAD تاثیر می‌گذارد.

راهکارهای چالش‌های مدل‌سازان CAD

• آموزش مداوم: برای ارتقای مهارت‌ها و به روز ماندن با آخرین فناوری‌ها، آموزش مداوم برای مدل‌سازان CAD ضروری است.
• به روز رسانی نرم افزار: ارتقا به جدیدترین نسخه های نرم افزار CAD می تواند مشکلات سازگاری را حل کند و عملکرد را بهبود بخشد.
• سرمایه گذاری در سخت افزار: ارتقای سخت افزار کامپیوتر می تواند سرعت پردازش و عملکرد کلی را افزایش دهد.

کاربردهای برتر CAD

• طراحی و توسعه محصول: نرم‌افزار CAD به طور گسترده در طراحی و توسعه محصولات مختلف در صنایعی مانند خودروسازی، هوافضا، کالاهای مصرفی و الکترونیک استفاده می‌شود.
• طراحی معماری: CAD طراحان را قادر می‌سازد تا نقشه‌ها و مدل‌های دقیقی از ساختمان‌ها ایجاد کنند و به تجسم و ارتباط بهتر با مشتریان و تیم‌های ساختمانی کمک می‌کند.
• تحلیل و شبیه‌سازی مهندسی: CAD به مهندسان اجازه می‌دهد تا عملکرد و رفتار محصولات و سیستم‌ها را تحت شرایط مختلف تجزیه و تحلیل و شبیه‌سازی کنند و بهینه‌سازی طرح‌ها و شناسایی مشکلات احتمالی قبل از تولید کمک می‌کند.
• پروژه‌های عمرانی و زیرساختی: CAD در طراحی و برنامه‌ریزی پروژه‌های زیرساختی مانند جاده‌ها، پل‌ها، تونل‌ها و سدها استفاده می‌شود و محاسبات دقیق و استفاده کارآمد از منابع را امکان‌پذیر می‌کند.

تفاوت بین CAD و Sketchup چیست؟

نرم‌افزار CAD (مانند AutoCAD® و غیره) بیشتر برای نقشه‌های فنی دقیق و مدل‌سازی سه‌بعدی استفاده می‌شود که اغلب در زمینه‌های مهندسی، ساخت‌وساز و معماری کاربرد دارد. این ابزارهای پیشرفته‌ای را برای وظایف چالش‌برانگیز و نیازهای خاص یک صنعت خاص ارائه می‌دهد. از سوی دیگر، SketchUp بصری‌تر و انعطاف‌پذیرتر است و آن را برای مبتدیان و علاقه‌مندان ایده‌آل می‌کند. علاوه بر تمرکز بر طراحی معماری، از قابلیت‌هایی مانند رندرینگ و انیمیشن ساده برای پشتیبانی از طیف وسیعی از پروژه‌های مدل‌سازی سه‌بعدی پشتیبانی می‌کند.

خلاصه

این مقاله به معرفی مدل سازی به کمک کامپیوتر، شرح آن و بررسی انواع و نمونه‌های مختلف آن پرداخت.این مقاله برای اولین بار در سایت بازارگاه الکترونیکی ساخت و تولید ایران به نشانی Digimfg.ir منتشر شده است.

منابع

xometry.com/resources/3d-printing/cad-modeling

سلب مسئولیت

محتوای ارائه شده در این صفحه وب صرفا جنبه اطلاع رسانی دارد. DIGIMFG هیچگونه ضمانت یا مسئولیتی، چه به صورت صریح یا ضمنی، در خصوص صحت، کامل بودن یا اعتبار اطلاعات بر عهده نمی گیرد. پارامترهای عملکرد، تلرانس های هندسی، ویژگی‌های طراحی خاص، کیفیت یا نوع مواد، یا فرایندها را نباید نمایانگر آنچه توسط تأمین کنندگان یا تولیدکنندگان شخص ثالث در شبکه DIGIMFG ارائه می‌شود، دانست. خریدارانی که به دنبال دریافت قیمت هستند موظفند تا الزامات فنی ویژه موردنیاز برای قطعات را تعریف کنند. برای کسب اطلاعات بیشتر، لطفاً به شرایط و ضوابط ما مراجعه کنید.