CAD, CAM, CAE

Konstruisanje mašinskih elemenata, podsklopova, sklopova, agregata, i mašina u celosti, u savremenoj mašinskoj praksi, vrši se uz pomoć programskih aplikacija namenjenih CAD-u[1]. Najčešće korišćeni aplikativni softveri, ove, ali i šire namene su Autodesk Inventor, Autodesk Mechanical Desktop, AutoCAD i AutoCAD Mechanical, SolidWorks, SolidEdge, CATIA, ProEngineer, Rhinoceros, Maya i drugi.

Prema principu konstruisanja, možemo prethodno navedene programe svrstati u dve osnovne grupe. U prvu, i po datumu nastanka, nešto stariju grupu CAD – aplikativnih softvera[2], možemo uvrstiti one koji su primarno orijentisani ka dvodimenzionalnom crtanju (AutoCAD), i uz čiju pomoć je uveliko olakšana razrada mašinske konstrukcijske dokumentacije[3] za delove i sklopove delova, koji se odlikuju veoma složenim strukturnim i geometrijskim konfiguracijama. Ova grupa programa je sekundarno orijentisana ka izradi i dizajnu trodimenzionih, aksonometrijskih slika mašinskih delova, ali se u ovoj nameni, oni ređe koriste. U svakodnevnoj mašinskoj praksi ova grupa programa omogućuje najefektivniji proces konstrukcije mašinskih tehničkih crteža u ortogonalnom rasklopu, a karakteriše ih i veliki broj korisnika, koji su ovladali osnovnim znanjima, potrebnim za rad u ovim aplikacijama.

Druga grupa CAD – aplikativnih softvera je novijeg datuma, namenjena je trodimenzionalnom modeliranju i sklapanju mašinskih delova, a sve više se približava CAE[4] – konceptu. Ova grupa programa se odlikuje potpunim okretanjem ka korisniku (u pogledu olakšanog i brzog učenja softverskog okruženja namenjene aplikacije), efikasnom realizacijom procesa dizajna i konstrukcije, kao i olakšanim načinom sagledavanja procesa montaže mašinskog proizvoda. U ovoj grupi programa možemo načelno definisati nekoliko naprednijih nosioca, programe SolidWorks, CATIA i ProEngineer.

Ova tri programa uvode CAE - princip, odnosno princip upotrebe računara u inžinjeringu. U svom programskom okruženju oni uključuju opcije analize parametara stanja datog konstruktivnog rešenja, uvažavajući razna inženjerska stanovišta. Konstruisanje u okruženju bilo kojeg od ova tri programa, svodi se na crtanje zatvorene dvodimenzionalne konture segmenta mašinskog dela u odgovarajućoj ravni, i samim tim kreiranja površi koja je omeđena tom konturom. Postupak konstruisanja, dalje, podrazumeva manipulaciju datom površinom, njenu rotaciju, translaciju i kretanje po zadatim, ili programski definisanim krivolinijskim i pravolinijskim putanjama, što ima za cilj dobijanje zapreminskog, parametarskog modela tela u prostoru. Ovi programi su prioritetno nastali u nameni modeliranja i sklapanja mašinskih delova, ali su njihove mogućnosti proširene, i danas se veoma efikasno koriste za izradu konstrukcijske dokumentacije, odnosno za izradu tehničkih crteža mašinskih delova u ortogonalnom rasklopu.

Iz prethodnih definicija i iskaza, može se sagledati kompleksnost pojma računarskog modeliranja, crtanja i dizajniranja uz pomoć računara. Ovaj pojam se mora razmatrati u svetlu potrebe savremene industrije da efikasno, ekonomično i kvalitetno realizuje svoj osnovni zadatak, proizvodnju društveno i tržišno potrebnog proizvoda, koji pre svega mora da zadovolji potrebe potencijalnog kupca. Naveden cilj nikako ne može biti ostvaren bez rapidnog povećavanja tehnološkog nivoa sredstava za rad, i sve većeg udela, i „asistencije“ računara u osnovnim segmentima ljudskog rada. Ako govorimo o mašinstvu, prva i osnovna faza u realizaciji svakog novog proizvoda je njegova konstrukcija.

Uvođenjem CAD sistema, racionalizuje se rad u početnoj fazi proizvodnog procesa, fazi konstruisanja proizvoda, i samim tim ostavlja dodatno raspoloživo vreme za ostale segmente u procesu, što direktno utiče na povećanje nivoa kvaliteta proizvoda, ali i procesa u celini.

Razrada tehnologije obrade mašinskih delova uz pomoć računara, i sve veća „asistencija“ računara u proizvodnji CAM[5], se u okruženju savremene mašinske industrije ne može zamisliti bez korelacije sa odgovarajućim CAD programom, odnosno sa odgovarajućim CAD sistemom.
U materijalnim tehnološkim sistemima nižeg stepena razvijenosti, tehnološke informacije direktno proističu iz geometrijskih informacija i konstrukcionih zahteva propisanih konstrukcionom dokumentacijom.

Tehnološka razrada za materijalne tehnološke sisteme ovog tipa, sastoji se iz razrade tehnološkog postupka na njegove sastavne, elementarne, i hijerarhijski prostije delove, odnosno na postupke obrade, operacije, zahvate i prolaze, njihovo slikovito predstavljanje, ali i iz proračuna režima obrade, proračuna ekonomije obrade, i definisanja ostalih tehno-ekonomskih pokazatelja, koji opredeljuju proces obrade, a samim tim i kompletan tehnološki i proizvodni proces.

U savremenim proizvodnim i tehnološkim sistemima, nepobitno je zadržan isti princip, uz povećanje racionalizacije rada u fazi izrade proizvoda, uvođenjem savremenih sistema upravljanja, ali i savremenih merno-kontrolnih sistema. Savremene mašine alatke su numerički upravljane, velike snage i proizvodnosti, optimalne krutosti, i sa velikim stepenom fleksibilnosti, u pogledu širine asortimana proizvoda različitih geometrijskih konfiguracija, koji se mogu izraditi na njima.

Numerički upravljane mašine koriste program koji je sastavljen od niza alfa-numeričkih simbola. Ovaj program upravljačka jedinica prosleđuje u pogodnom obliku pogonskom sistemu mašine alatke, i na taj način zadaje komande kretanja izvršnim organima prenosnika kretanja date mašine.

U konceptu razvoja numerički upravljanih mašina (NC[6] –mašina), i programa za automatsko generisanje upravljačkog programa, sve više se teži integraciji CAD i CAM koncepta u jednom programskom rešenju. To praktično znači da jedan program služi i za konstruisanje, i za tehnološku razradu datog konstrukcijskog rešenja. Programi CATIA i ProEngineer imaju ove osobine, jer u svom programskom okruženju ne objedinjuju samo CAD, CAM i CAE koncept, već se slobodno može reći da objedinjuju sve ove koncepte i na taj način definišu i integrišu CIM koncept, koji predstavlja najvišu lestvicu u stupnju razvoja procesa implementacije računara u osnovne segmente inženjerskog delovanja na proizvodne procese, uz pomoć računara.

U sadašnjoj mašinskoj praksi se za tehnološku razradu geometrijskih informacija dobijenih iz odgovarajućih CAD programa i sistema, i za izradu NC - koda[7] koriste programi MasterCAM, EdgeCAM, FeatureCAM, SprutCAM, VX-CAD/CAM, ArtCAM, I-Deas, CATIA, ProEngineer, SolidCAM, i drugi. Ovi programi iziskuju uvoz geometrijskih informacija o modelu mašinskog dela iz odgovarajućeg CAD programa, u odgovarajućem formatu dokumenta. Najčešće korišćeni formati dokumenata za razmenu informacija o geometriji dela između odgovarajućih CAD i CAM programa jesu IGES, STL, DXF, STEP, Parasolid i drugi.

[1]CAD - Računarom podržano konstruisanje (modeliranje, dizajniranje, crtanje u pravouglom rasklopu).
[2]Softver (engl. Software) – Program određene namene
[3]Mašinska, konstrukcijska dokumentacija – Veoma važan segment mašinske, tehničke dokumentacije, a definiše se kao sredstvo prenošenja informacija o geometriji dela i ostalim konstrukcionim i kvalitativnim parametrima, u okviru mašinskih proizvodnih i tehnoloških sistema.
[4]CAE – Upotreba računara u inžinjeringu. Analiza konstrukcijskog rešenja sa više različitih inženjerskih stanovišta, kao što su provera raspodele radnih napona, analiza strujanja fluida i sl.
[5]CAM - Računarom podržana razrada tehnologije i proces upravljanja obradnim sistemima.
[6]NC (engl.numerical control) – Numeričko upravljanje.
[7]NC program (NC kod) – Program namenjen upravljanju radnih organa mašine, sastavljen od niza alfa-numeričkih simbola.