Tietokoneavusteinen suunnittelu

Tietokoneavusteinen suunnittelu eli CAD[1] (engl. Computer-aided Design) on tietokoneen käyttöä apuvälineenä etenkin insinöörien ja arkkitehtien harjoittamassa suunnittelutyössä.

Esimerkki CAD-piirroksesta

HistoriaMuokkaa

 
SAGE-konsoli ja valopistooli.

CAD juontaa juurensa Yhdysvaltain ilmavoimien SAGE-tutkajärjestelmään 1950-luvulla, joka käytti kuvaputkinäyttöjä tietokoneen käsittelemän tutkatiedon ja muun tiedon näyttämiseen.[2] Valopistoolilla operaattori pystyi tunnistamaan kohteen ja valitsemaan sopivan puolustusaseen kuten lentokoneen tai ohjuksen.[2] Järjestelmän kehityksestä seurasi myös useita teknologiayrityksiä.[2]

Ivan Sutherlandin Sketchpad-ohjelma mainitaan usein ensimmäisenä interaktiivisena graafisena järjestelmänä suunnitteluun ja hahmotteluun.[2] Sketchpad oli aiheena Sutherlandin väitöstyössä MIT:ssä.[2]

IBM:n kehittämä DAC-1 (Design Automated by Computer) valmistui General Motorsille vuonna 1964.[3] DAC-1 käytti IBM 7090 -suurtietokonetta erikoistuneella grafiikkakonsolilla ja valokynää, jolla käyttäjät pystyivät piirtämään, pyörittämään ja manipuloimaan kuvia.[3]

Tietokonelaskennan ja -grafiikan tehokäyttöäMuokkaa

 
Yksinkertainen mallinnusprosessi.

Tietokoneavusteinen suunnittelu sisältää muun muassa numeerista laskentaa, teknistä piirtämistä, kolmiulotteista mallinnusta ja tietokonesimulointia:

  • Numeerinen laskenta liittyy matemaattisiin kaavoihin, esimerkiksi rakennuksen rakennusosia rasittavien voimasuureiden laskentaan. Saatua tulosta käytetään hyödyksi rakennesuunnitelmissa. Numeerista laskentaa on harrastettu koko tietokoneiden olemassaolon ajan.
  • 2D-piirtäminen oli vaihe jossa tarvittavat suunnitelmapiirustukset tuotettiin tietokoneella. Samalla saatiin piirustuksiin uusia ominaisuuksia, esimerkiksi symbolien nopea lisäys ja pinta-alan automaattinen laskenta. Ensimmäiset kaupalliset CAD-piirtämiseen soveltuvat graafisen näytön sisältävät tietokoneet ja ohjelmistot tulivat markkinoille 1960-luvun alkupuolella. Tietokoneavusteinen 2D-piirtäminen yleistyi 1980-luvulla ja 1990-luvulla se teollistuneissa maissa syrjäytti käsin tehtävät tekniset piirustukset. 2000-luvulla 2D-piirtäminen on syrjäytymässä kolmiulotteisten mallien avulla tapahtuvan suunnittelun yleistyessä. "CAD"-termi mielletään nykyisin usein nimenomaan 2D-piirtämiseen liittyväksi.lähde?
  • 3D-mallit kehitettiin CAD-suunnitteluun 1980-luvulla. Suunniteltavasta kappaleesta tai ilmiöstä valmistetaan ohjelmallinen malli, jota voidaan näytöllä tarkastella eri kuvakulmista.
  • Simulointi tapahtuu esimerkiksi 3D-mallien avulla. Simulointiin on 1990-luvulta lähtien kehitetty runsaasti erilaisia sovelluksia. Simuloimalla voidaan tarkastella esimerkiksi lentokoneen ohjaamon hallintalaitteiden toimintaa, molekyylibiologiaa ja kemiallisia reaktioita, ydinräjähdyksiä, rakennuksen ilmastointijärjestelmän ilmankiertoa tai tulipalon leviämistä suunnitellussa rakennuksessa. Simulointia voidaan tehdä myös numeerisesti, se ei aina vaadi 3D-mallia.

Tietokoneella tehtävän suunnittelutyön monimutkaistuessa, esimerkiksi simulointien yhteydessä puhutaan usein tietokoneavusteisesta tekniikasta (CAE, engl. Computer Aided Engineering) erotuksena vanhemmasta, piirtämiseen liitetystä CAD-termistä.

CNC-valmistus ja CAM-koneistusMuokkaa

Tietokoneavusteisen suunnittelun tuloksia on käytetty valmistustekniikan laitteiden numeeriseen ohjaukseen jo 1950-luvulta asti. Tällöin valmistustieto koneelle saadaan ilman välissä olevaa piirustusten tulkintavaihetta, suoraan tiedostoina. Esimerkiksi auton pellit saadaan leikattua teräsrullalta tarkasti oikean kokoisina tiedostojen perusteella. Menetelmästä käytetään lyhennettä CNC (engl. computerized numerical control), laitteesta nimitystä NC-kone.

Järjestelmän ohjausta varten on 1980-luvulta lähtien kehitetty erityisiä tietokoneavusteisen valmistuksen CAM-ohjelmia – (engl. Computer Aided Manufacturing). Ruiskupuristusmuoviosien, valuosien ja koneistettavien osien valmistuksessa CAD-CAM -tekniikka on yleinen menetelmä.

OhjelmistojaMuokkaa

 
QCAD, avoimen lähdekoodin kaksiulotteinen CAD-ohjelma.

SuunnitteluohjelmistojaMuokkaa

Suomessa kehitetytMuokkaa

Katso myösMuokkaa

LähteetMuokkaa

  1. Lyhenneluettelo, Kotus
  2. a b c d e David E. Weisberg: The First Commercial CAD System (PDF) cadhistory.net. 2006. Viitattu 6.9.2021. (englanniksi)
  3. a b Computerizing Car Design: The DAC-1 computerhistory.org. Viitattu 6.9.2021. (englanniksi)

Aiheesta muuallaMuokkaa