Raalprojekteerimine

Raalprojekteerimine (inglise "computer-aided design", CAD) on arvuti abil toodete, hoonete, masinate ja seadmete kujundamine.
Standardsete detailide mudeleid on võimalik saada ka internetist leitavatest andmebaasidest. Seejärel liidetakse detailid koostuks. Mõningad CAD tarkvarapaketid on ühendatavad tööpinkide programmeerimiseks kasutatava raalvalmistuse (CAM) tarkvaraga. Sel juhul tehakse CADi keskkonnas valmis detaili joonis, mis viiakse CAMi keskkonda, seejärel lisatakse CAMi keskkonnas töötlemise tehnoloogia (lõikekiirused, ettenihked, pöörlemissagedused, jms.). Seejärel laaditakse valminud programm pingi postprotsessorisse ning masin valmistab vastavalt joonisele ja tehnoloogiale detaili.
CADi tarkvara kasutatakse nii kahemõõtmeliste (2D) kavandite kui ka kolmemõõtmeliste (3D) objektide projekteerimiseks.
CAD on tähtis tööstuskunst, mida kasutatakse laialdaselt mitmesugustes valdkondades, sealhulgas autotööstuses, laevatööstuses, tööstuslikus ja arhitektuurilises disainis, jpm. CADi kasutatakse ka filmide eriefektide animeerimiseks. Majandusliku tähtsuse tõttu on CAD olnud suuremaks suunavaks jõuks arvutusgeomeetria, arvutigraafika (riistvaraline ja tarkvaraline) ja diskreetse diferentsiaalgeomeetria uurimisel.
Ülevaade.
Praegused CADi tarkvarapaketid ulatuvad 2D-vektoripõhistest joonestamissüsteemidest 3D-maht- ja pindmodelleerimiseni. Moodsad CADi paketid lubavad tavaliselt 3D-objekte vaadelda mis tahes nurga alt, isegi objekti seest väljapoole. Mõni CADi tarkvara võimaldab ka dünaamilist matemaatilist modelleerimist. Sel juhul nimetatakse seda CADD (inglise "computer-aided design and drafting") tarkvaraks.
CADi kasutatakse igasuguste tööriistade ja masinate projekteerimisel ning igasuguste hoonete kavandamisel ja projekteerimisel alates eramajadest lõpetades suurimate kaubanduslike ja tööstuslike ehitistega.
Peamiselt kasutatakse CADi füüsiliste komponentide detailsete 3D-mudelite ja 2D-jooniste loomiseks. Samas kasutatakse seda terve mingisuguse toote väljatöötamisprotsessi vältel, alates kontseptuaalsest projektsioonist lõpetades dünaamilise analüüsiga komponentide tootmismeetodite määramiseks.
CAD on kujunenud väga tähtsaks tehnoloogiaks raaltehnoloogia (inglise "computer-aided technologies") alal. Tema eelisteks on tootearenduse kulude vähenemine ja palju lühem disainitsükkel. CADi tarkvara lubab disaineritel oma tööd teha arvutiekraanil, töö välja printida ja salvestada selle hilisemaks muudatuste tegemiseks, säästes palju rohkem aega võrreldes käsitsi joonestamisega.
Tüübid.
Raalprojekteerimist on mitut tüüpi. Eri tüüpi CADi süsteeme kasutades peab nende kasutaja mõtlema, kuidas ta neid kasutab ning kas kõik virtuaalsed komponendid tuleb vastavalt süsteemile erinevalt projekteerida.
On palju madalama otsa 2D-süsteeme, sealhulgas mõni tasuta ja avatud lähtekoodiga. Need võimaldavad läheneda joonestamisele ilma mõõtkava ja joonestuslehele paigutusega vaeva nägemata, sest neid saab kohendada lõppkavandi tegemisel.
3D-sõrestikmudel on põhimõtteliselt 2D-konstrueerimise rakendus. Iga joon tuleb iseseisvalt kavandisse lisada, objekti kujutatakse teda piiritlevate joonte jadana. Lõpptootega pole seotud massiomadusi ja sellele ei saa otseselt lisada tunnuseid nagu näiteks augud. Kasutaja läheneb neile sarnaselt 2D-süsteemidega. Ka mõned 3D-süsteemid lubavad sõrestikmudeli kasutamist lõpliku joonestamise läbi viimiseks.
"Rumalad" 3D-mahtmudelid (seda tehnoloogiat kasutab ka AutoCAD) tehakse analoogselt reaalsete objektide loomisele. Peamistele kolmemõõtmelistele geomeetrilistele kujunditele (prismad, silindrid, kerad jne) lisatakse või eemaldatakse mahtosa nagu päris objektide kokkupanemisel või lahtivõtmisel.
Parameetriline 3D-mahtmodelleerimine nõuab kasutajalt disaini eesmärki. Objektid ja tunnused on seadistatavad. Tulevased modifikatsioonid on kas lihtsad, keerulised või lausa võimatud, olenevalt sellest, kuidas originaalosa tehti. Kasutaja peab mõtlema, kuidas see komponent "täiuslikus maailmas" välja näeks. Näiteks, kui mingi selle komponendi tunnus peab asuma objekti keskel, siis peab see seal ka asuma, mitte mugavamas punktis või ääres nagu võib teha "rumala" 3D-mahtmudeli puhul. Parameetriliste mahtmudelite puhul peab kasutaja arvestama iga liigutuse tagajärgi.
Tehnoloogia.
Algselt arendati raalprojekteerimise tarkvara programmeerimiskeeltes nagu Fortran, aga objektorienteeritud programmeerimise meetodite arenguga on see radikaalselt muutunud. Tüüpilised moodsad parameetrilised tunnusepõhised modelleerijad vabakäe pinna süsteemid on ehitatud kasutades erinevaid C-keele mooduleid nende oma rakendusliidestega. CADi süsteemi võib vaadelda kui interaktsiooni graafilise kasutajaliidese, mitteühtlase ratsionaalse B-splaini (inglise "Non-uniform rational B-spline", NURBS) ja/või kirjeldava mahtgeomeetria (inglise "boundary representation") andmete vahel geomeetrilise modelleerimise kerneli kaudu.
Nende seoste ootamatud võimed on loonud võimaluse digitaalseteks prototüüpideks, mis võimaldavad tootega täielikult tutvuda enne selle tootmisse saatmist.
Tänapäeval on CADi süsteemid olemas kõigile enamlevinud platvormidele (Windows, Linux, UNIX, Mac OS X).
Praegu ei nõua CADi tarkvara mingit spetsiaalset riistvara. Kuid mõnegi CAD-tarkvaraga saab teha graafiliselt ja arvutuslikult mahukaid toiminguid, nii et soovituslikud on hea graafikakaart, kiire või mitu protsessorit ja mahukas vahemälu.