Ordenagailuz lagundutako diseinu

Ordenagailuz lagundutako diseinua, CAD (computer-aided design) ingelezko siglen bidez ezagunagoa dena, ikerketa-bulegoetan ingeniariei, arkitektoei eta diseinatzaileei produktu berri baten diseinuan laguntzen dien teknika informatikoen multzoa da. CAD softwarea diseinatzaileen produkzioa hobetzeko, diseinuaren kalitatea hobetzeko, dokumentazioaren bidezko komunikazioak hobetzeko, eta fabrikazio datu base bat sortzeko erabiltzen da.

Sarrera 
CAD, produktu jakin baten ezaugarri gehienak, edota guztiak, jasotzen dituen ereduak sortzeko erabil daitezke. Ezaugarri horiek osagai bakoitzaren neurria, ingurua eta forma izan daitezke, adibidez, eta bi eta hiru dimentsioko marrazkietan gorde daitezke.Neurriari dagozkion datuak sistema informatikoan sartu eta gorde ondoren, diseinatzaileak erraztasun handiagoz erabil eta alda ditzake diseinuaren ideiak, produktuaren garapenean aurrera egiteko. Horrez gain, zenbait diseinatzaileren ideiak erabil eta txerta daitezke, datu horiek sare informatikoetan barrena bidal baitaitezke, eta beraz elkarrengandik urrun dauden diseinatzaile eta ingeniariek taldean lan egin dezakete. CAD sistemek produktu baten funtzionamendua simulatzeko aukera ematen dute. Proposatutako zirkuitu elektroniko batek aurreikusita bezala funtzionatuko ote duen egiaztatzea ahalbidetzen dute, edota zubi bat aurreikusitako zama jasateko gai izango den eta baita ontzi diseinatu berri batetik tomate-saltsa behar bezala isuriko den.

CAD softwarearen bidez egindako diseinuak lagungarriak dira patenteak eskatzeko orduan produktuak eta asmakizunak babesteko. CAD irteerak normalean fitxategi elektroniko moduan erabiltzen dira inprimatzeko, mekanizatzeko, edo beste fabrikazio operazio batzuetarako. CADD (computer aided design and drafting) terminoa ere erabil daiteke.

Sorrera eta bilakaera

1940ko eta 1950ko hamarkadak 
1940ko hamarkadaren eta 1950eko hamarkadaren erdialdean, hainbat garapen egin ziren software informatikoan. Garapen horietako batzuk honako hauek dira: sortutako pultsuaren bidez kontrolatutako servo-motorrak (1949), ordenagailu digitala, radarrekin erlazionatutako bektoreak kalkulatzeko transformatuak automatikoki koordinatzeko eragiketekin (1951), eta makina digitalarekin forma bat osatzeko prozesu matematikorako tresna grafikoa (1952).

1953an, Douglas T. Ross MITeko ikertzaileak radar operadoreek "pantaila interaktiboetarako ekipoak" erabiltzen ari zirela ikusi zuen, bere SAGE-rekin lotutako datuak murrizteko taldeak behar zuena izango zela uste baitzuen. Ross eta Massachusetts Institute of Technology Lincoln Laborategiko beste ikertzaileak SAGE aurreko Cape Cod sistemarako instalatutako pantaila sistema konplexuen erabiltzaile bakarrak izan ziren.

1960ko hamarkada 
3D CAD/CAM asmakizuna Pierre Bézier ingeniari frantziarrari egozten zaio (Arts et Métiers ParisTech, Renault). 1966 eta 1968 artean, gainazalen inguruko matematikako lanaren ondoren, UNISURF garatu zuen automobilgintzako piezen eta tresnen diseinua errazteko. UNISURF ondorengo CAD softwarearen belaunaldien lan oinarria bihurtu zen.

1970ko hamarkada 
1960ko eta 1970eko hamarkadetako beste gertaera aipagarrien artean, United Computing, Intergraph, IBM eta Intergraph IGDS CAD sistemak sortu ziren 1974an (1984an Bentley Systems MicroStation sortu zen), baita 1969an Applicon eta Japoniako CAD sistema komertzialak Seiko eta Zuken fabrikatzaileengandik 1970eko hamarkadan ere.

CAD inplementazioek bilakaera izugarria izan dute garapen goiztiar honetatik. Hasiera batean, 1970eko hamarkadan 3Drekin, CAD normalean eskuz egindako marrazkien antzeko marrazkiak ekoiztera mugatzen zen.

1980ko hamarkada 
CAD inplementazioek bilakaera izugarria izan dute garapen goiztiar honetatik. Hasiera batean, 1970eko hamarkadan 3Drekin, CAD normalean eskuz egindako marrazkien antzeko marrazkiak ekoiztera mugatzen zen. Programazioaren eta ordenagailuaren hardwarearen aurrerapenei esker, batez ere 1980ko hamarkadan eredu sendoak, ordenagailuen aplikazio polifazetikoagoak ahalbidetu dituzte diseinu jardueretan.

1990ko hamarkada 
CADaren garapenean ere garrantzitsua izan zen 1980ko hamarkadaren amaieran eta 1990eko hamarkadaren hasieran B-rep modelatze solidoaren nukleoak (geometriko eta topologikoki koherenteak diren 3D objektuak manipulatzeko motorrak), Parasolid (ShapeData) eta ACIS (Spatial Technology Inc.) garatzea. Garapen horiek Ian Braiden obran inspiratu ziren. Honek, gerora, gama ertaineko paketeak kaleratu zituen, hala nola SolidWorks eta TriSpective (gero IRONCAD izenarekin ezaguna) 1995ean, Solid Edge (orduan Intergraph) 1996an eta Autodesk Inventor 1999an. Modelatze geometriko independente bat Errusian garatzen joan da 1990eko hamarkadaz geroztik.

2000ko hamarkada 
Doako eta kode irekiko CAD softwarearen erabilgarritasunak eta 3D CAD aurreratuen eta 3Dren kostu handiek CAD software merkatuaren hazkundea galarazi dezakete.

Doako eta kode irekiko CAD software paketeen artean, AEBetako Armadarako garatutako BRL-CAD daude, LibreCAD, FreeCAD, eta bestelakoak.

CAD softwarearen ikuspegi orokorra 
1960ko hamarkadaren erdialdetik aurrera, IBM Drafting System-ekin, ordenagailuz lagundutako diseinu sistemek eskuzko zirriborroa zirriborro elektronikoarekin erreproduzitzeko gaitasuna baino gaitasun gehiago ematen hasi ziren, konpainiek CADera aldatzeko kostu-onura agerian geratu zen. CAD sistemek abantailak eskuz idaztean baino, gaur egun ordenagailu sistemek askotan ematen dituzten gaitasunak dira; materialen fakturen sortze automatikoa, zirkuitu integratuetan automatikoki diseinatzea, interferentzien egiaztapena eta beste hainbat. Azkenean, CADek ingeniaritza kalkuluak egiteko gaitasuna eman zion diseinatzaileari. Trantsizio horretan, kalkuluak eskuz edo ordenagailu programak exekutatu ahal zituzten partikularrek egiten zituzten. CAD ingeniaritzaren industrian aldaketa iraultzailea izan zen, non marrazkilari, diseinatzaile eta ingeniaritza rolak batzen hasten diren. Ez zituen sailak guztiz ezabatu baina sailak bateratu eta marrazkilari, diseinatzaile eta ingeniariak ahaldundu zituen. CAD da ordenagailuak industrian izaten ari ziren efektu zabala erakusten duen adibidea. Ordenagailuz lagundutako uneko diseinurako software paketeak 2D bektorean oinarritutako erredakzio sistemetatik hasi eta 3D solido eta gainazaleko modelatzaileetaraino doaz. CAD pakete modernoek maiz hiru dimentsiotako birak ere baimendu ditzakete, diseinatutako objektu bat nahi den edozein angelutatik ikustea ahalbidetuz, baita barrutik begira ere. CAD software batzuk modelizazio matematiko dinamikoa egiteko gai dira.

CAD teknologia tresneria eta makineria diseinatzeko eta eraikin mota guztiak diseinatzeko eta diseinatzeko erabiltzen da, egoitza mota txikietatik (etxeak) hasi eta merkataritza eta industria egiturarik handienetara (ospitaleak eta fabrikak).

Erabilerak 
Ordenagailuz lagundutako diseinua ingeniariek eta diseinatzaileek erabiltzen duten tresnetako bat da eta modu askotan erabiltzen da erabiltzailearen lanbidearen eta kasuan kasuko software motaren arabera.

CAD produktuaren garapen digitalaren (DPD) jarduera guztiaren zati bat da produktuaren bizitza zikloaren kudeaketa (PLM) prozesuen barruan, eta, hala, modulu integratuak edo produktu autonomoak diren beste tresna batzuekin batera erabiltzen da, hala nola:

 Ordenagailuz lagundutako ingeniaritza (CAE) eta elementu finituen analisia (FEA, FEM)
 Ordenagailuz lagundutako fabrikazioa (CAM) ordenagailuko zenbakizko kontroleko (CNC) makinei buruzko argibideak barne
 Errendatze fotorrealista eta mugimenduaren simulazioa.
 Dokumentuen kudeaketa eta berrikuspenaren kontrola produktuaren datuen kudeaketa (PDM) erabiliz.

CAD ere erabiltzen da ingurumenaren gaineko inpaktuaren txostenak egiteko askotan egin behar diren argazki simulazioak zehatz sortzeko; horietan, ordenagailu bidezko eraikinen diseinuak lehendik dauden inguruneetako argazkietan gainjartzen dira, lokal hori nolakoa izango den adierazteko. Ikuspegi korridoreen blokeo potentziala eta itzal azterketak ere maiz aztertzen dira CAD erabileraren bidez.

Motak 

CAD mota desberdinak daude, mota bakoitzak operatzaile bat behar du modu desberdinean erabiltzeko eta osagai birtualak diseina ditzan.

Beheko amaierako 2D sistemen ekoizle asko daude, doako eta kode irekiko programa ugari barne. Hauek marrazketa-prozesurako hurbilketa eskaintzen dute eskuz egindako zirriborroarekin batera marrazki-orriko eta kokapenaren zalapartarik gabe, azken zirriborroa sortzerakoan egokitu baitaitezke.

3D wireframe funtsean 2D zirriborroen luzapena da (gaur egun maiz erabiltzen ez dena). Lerro bakoitza eskuz sartu behar da marrazkian. Azken produktuak ez du masa-propietaterik lotuta eta ezin ditu zuzenean gehitu egin zaizkion ezaugarriak, hala nola zuloak. Operadorea 2D sistemen antzera hurbiltzen da hauetara, nahiz eta 3D sistema askok wireframe modeloa erabiltzea baimentzen duten ingeniaritzako azken marrazkiak ikusteko.

3D solido "tentelak" mundu errealeko objektuen manipulazioen antzera sortzen dira (gaur egun maiz erabiltzen ez direnak). Oinarrizko hiru dimentsioko forma geometrikoek (prismak, zilindroak, esferak eta abar) bolumen sendoak gehitu edo kentzen dizkiete mundu errealeko objektuak muntatu edo moztuko balituzte bezala. Bi dimentsiotako proiektatutako bistak erraz sor daitezke modeloetatik. Oinarrizko 3D solidoek normalean ez dituzte tresnak osagaien mugimendua errazteko, mugimenduari mugak ezartzeko edo osagaien arteko interferentziak identifikatzeko tresnak.

3D  modelatze solidoen 2 mota daude:

 Modelatze parametrikoa.
 Modelatze zuzena edo esplizitua.

Goi-mailako sistemek ezaugarri organiko, estetiko eta ergonomikoagoak txertatzeko gaitasunak eskaintzen dituzte diseinuetan.

Teknologia 

Jatorriz CAD sistemetarako softwarea Fortran, ALGOL bezalako lengoaia informatikoekin garatu zen, baina objektuetara bideratutako programazio metodoen aurrerapenarekin hau goitik behera aldatu da. Ezaugarri parametriko modernoetan oinarritutako modelatzaile eta forma libreko gainazala duten sistemak funtsezko C modulu batzuen inguruan eraikitzen dira beren APIekin. CAD sistema erabiltzaile interfaze grafiko (GUI) bat bezala ikus daiteke, NURBS geometriarekin edo mugen irudikapeneko (B-rep) datuekin elkarrekintzatik sortutako moduan, modelizazio geometrikoaren nukleo baten bidez. Geometria murriztapen motor bat ere erabil daiteke geometriaren arteko erlazio asoziatiboak kudeatzeko, esate baterako, alanbre-markoen geometria zirriborro batean edo muntaia bateko osagaiak.

Gaur egun, CAD sistemak plataforma nagusi guztietarako daude (Windows, Linux, UNIX eta Mac OS X); pakete batzuek plataforma anitz onartzen dituzte.

Gizakia-makina interfazea ordenagailuaren saguaren bidez izaten da, baina boligrafoaren eta grafikoak prozesatzeko unitate digitalizatzailearen bidez ere egin daiteke. Pantailako modeloaren ikuspegia manipulatzea ere batzuetan Spacemouse / SpaceBall erabilita egiten da. Sistema batzuek betaurreko estereoskopikoak ere onartzen dituzte 3D modeloa ikusteko. Iraganean instalazio handiagoetara edo aplikazio espezializatuetara mugatzen ziren teknologiak erabiltzaile talde zabal baten eskura jarri dira. Besteak beste, CAVE edo HMDak eta mugimendua hautemateko teknologia bezalako gailu interaktiboak

Softwareak 
CAD softwarearen bidez, ingeniariek eta arkitektoek ingeniaritza-proiektuak diseina, ikuska eta kudea ditzakete, sistema informatiko pertsonal batean integratutako erabiltzaile-interfaze grafiko (GUI) baten barruan. Aplikazio gehienek onartzen dute modelatze solidoa, mugak (B-Rep) eta NURBS geometria, eta gauza bera hainbat formatutan argitaratzeko aukera ematen dute. Modelatze geometrikoko nukleo bat CAD aplikazioei modelatze solidoko eta gainazalen modelazioko ezaugarriak ematen dizkien software-osagai bat da. Hemen CAD aplikazio nagusi batzuk (zerrenda guztia):

Libreak, kode irekikoak 

 BRL-CAD
 FreeCAD
 LeoCAD
 LibreCAD
 QCAD
 Salome
 Sweet Home 3D

Komertzialak 

 ArchiCAD (Graphisoft)
 AutoCAD (Autodesk)
 BricsCAD
 SolidWorks
 Vectorworks (Nemetschek)

Lineakoak 

 Tinkercad (Autodesk 123D-en oinordekoa)

CAD kernelak 

 ACIS by Spatial
 C3D Toolkit by C3D Labs

Erreferentziak

Ikus, gainera 
 CAD/CAM
 Ordenagailuz lagundutako fabrikazio

Kanpo estekak 
 MIT 1982 CAD lab
Ordenagailuz lagundutako diseinua (Wikiversity)
Ordenagailuz lagundutako diseinu geometrikoa
Ordenagailuz lagundutako diseinua (Wikimedia Commons)
Ordenagailuz lagundutako diseinua (Wiktionary)

Ordenagailuz lagundutako diseinua
1966 zientzian
Frantziako asmakizunak