CAD - Computer Aided Design

Inleiding

CAD staat voor Computer Aided Design. Dit betekent letterlijk ‘ontwerpen met de hulp van je computer’. De CAD-software neemt bijna alle stappen in het design proces uit handen. Technische tekeningen, 3D modellen, sterkteberekeningen, animaties en nog veel meer. CAD is al jaren het belangrijkste gereedschap voor ingenieurs en zal dit waarschijnlijk voorlopig de komende decennia blijven.

Geld verdienen?

Wordt lid van de LeerWiki community, schrijf artikelen en verdien veel geld. Meld je nu aan! Voor uitleg kan je mij altijd een bericht sturen.

Algemene informatie over CAD

Computer Aided Design wordt voor vele doeleinden gebruikt. CAD is een essentieel onderdeel in diverse vakgebieden zoals werktuigbouwkunde, industrieel ontwerpen, architectuur/bouwkunde, elektronica en ga zo maar door.

In al deze vakgebieden wordt CAD gebruikt om een idee of gedachte te visualiseren. Sinds mensenheugenis is deze behoefte er al. Al die tijd werden krijt en rots, inkt en papyrus of pen en papier gebruikt. Met de opkomst van de computers werd er een veel beter alternatief geboden: CAD. CAD stond in eerste instantie voor Computer Aided Drafting, maar dit is later aangepast naar Computer Aided Design.

Klassiek ontwerpen

Tegenwoordig is CAD niet meer weg te denken uit de diverse vakgebieden. Computer Aided Design wordt veelvuldig gebruikt in het ontwerpproces. Technisch tekeningen waren altijd de basis van te ontwerpen projecten. Uit het niets werden eerst schetsen gemaakt. Na een serie schetsen en brainstormsessies wordt het concept discreet gemaakt middels een technische tekening. Aan de hand van deze technische tekening werd meestal een prototype gebouwd. Hier kan dan aan getest worden voor input bij de verbetering van het ontwerp. Bij complete gebouwen zoals in de architectuur is een prototype om mee te testen vaak te duur. Architecten zijn dus helemaal afhankelijk van de juiste berekeningen. Een computer die je daarbij helpt is daarom wel handig.

Computer Aided Design

Zowel de technische tekeningen, als het prototype en het testen kunnen al tientallen jaren lang verzorgd worden door CAD software. Het ontwerp wordt na een serie brainstormsessies en schetsen eerst gemodelleerd in een CAD programma. Het gemaakte model is het nieuwe ‘prototype’. Klanten kunnen aan de hand van dit digitaal prototype al genoeg afleiden om hun oordeel te vellen. Toch komt het nog vaak genoeg voor dat er ook daadwerkelijk een prototype in elkaar wordt gezet. Dit biedt nog altijd meer garantie dan een digitaal prototype.

Het grote verschil tussen Computer Aided Design en de klassieke manier van ontwerpen is dat het model bij de klassieke manier uit de technische tekeningen voortkomt. Bij Computer Aided Design is dit echter andersom, hier wordt de technisch tekening afgeleid uit het gecreëerde model.

De laatste belangrijke functie die zit verweven in Computer Aided Design is het testen. Door het nieuwe product uitvoerig te testen kunnen ontwerpfouten ontdekt worden. Deze fouten moeten dan eerst verbeterd worden alvorens het nieuwe product op de markt komt. Er zijn echter bepaalde producten die veelvuldig getest en verbeterd moesten worden. Zeker als een bedrijf nog niet veel kennis heeft over een bepaalde soort producten. Met CAD software heeft men de mogelijkheid om prototypes digitaal aan allerlei testen te onderwerpen. Ontdekte ontwerpfouten kunnen in CAD software relatief snel verbeterd worden. Het testen en snel verbeteren is economisch gezien bijzonder gunstig.

Uiteraard zullen er altijd tastbare prototypes gebouwd moeten worden. Ondanks dat de CAD software steeds uitgebreider en vooral intelligenter wordt, blijft een digitaal prototype maar een benadering van de werkelijkheid. In de realiteit zullen er namelijk altijd nog meer factoren invloed uitoefen op het product. Zeker ook wanneer de veiligheidseisen hoog zijn blijft een tastbaar prototype dus onomstreden.

Doeleinden van CAD software

Ieder vakgebied wilt CAD software op zijn eigen manier gebruiken. Je kan je namelijk voorstellen dat een architect de voorkeur heeft voor een CAD programma met daarin een goed ontwikkelde en betrouwbare module voor sterkteberekeningen. Een binnenhuisarchitect zal echter de voorkeur hebben voor CAD software met uitmuntende grafische opties. Het spreekt dus voor zich dat een CAD programma gespecialiseerd wordt in een enkel aspect van het ontwerpen. Een CAD programma voor alle mogelijke doeleinden is namelijk niet draaibaar op een normale computer. Een CAD programma bevat echter meestal wel meerdere onderdelen die nodig zijn in het ontwerpproces. Er bestaan natuurlijk ook CAD programma’s die zich helemaal focussen op een enkel aspect van Computer Aided Design.

De soorten CAD software kan je ruwweg in vier doeleinden indelen:

Esthetisch aspect

De meest voorkomende CAD software is die het accent bij het esthetische aspect leggen. “Als het er maar mooi uitziet!” is het motto. Vanuit verkoop oogpunt is dit een bijzonder belangrijk aspect.

De klant wilt namelijk graag weten hoe het ontwerp eruit komt te zien voordat deze beslist tot een definitieve doorgang van een project. Met gelikte plaatjes ben je bovendien attractiever voor potentiële klanten.

Dit onderdeel is bijvoorbeeld heel belangrijk voor architecten. Deze moeten namelijk geregeld een klant binnenhalen door middel van een goed ontwerp. Dit ontwerp wordt dan gemaakt met CAD software. Hierin is het dan nog lang niet belangrijk wat de precieze afmetingen van alle onderdelen in het ontwerp zijn. Het gaat namelijk alleen om het ruwe concept dat de architect bedacht heeft. De architect heeft tevens de mogelijkheid om de omgeving te modelleren. Zo kan een klant helemaal goed beoordelen of het ontwerp wel echt is wat hij wilt hebben.

Voor de mooiste plaatjes gebruiken architecten CAD software met daarin de mogelijkheid om te renderen. Bij renderen moeten er materiaaleigenschappen aan de verschillende onderdelen van een model toegewezen worden. De computer creëert met deze informatie een plaatje. Deze kunnen zo realistisch zijn dat het lijkt alsof er een foto van genomen is.

Sterkteberekeningen

Zoals eerder genoemd zijn de mogelijkheden om je ontwerp op allerlei manier te testen een essentieel onderdeel. Door sterkteberekeningen uit te voeren op je model kan je ontdekken of deze voldoet aan de eisen. Eventuele zwakke plakken kun je op deze manier snel ontdekken en veranderen.

Sterkteberekeningen eisen over het algemeen veel rekenkracht. Er zijn genoeg CAD programma’s die zijn ontworpen om te kunnen rekenen aan een model. Hiervoor wordt eigenlijk altijd de theorie van de Eindige Elementen Methode voor gebruikt. Andere programma’s zijn echter weer gericht op thermische of vloeistof stromen in combinatie met een model. Aan bijna ieder aspect waar een ontwerp op afgerekend kan worden, zijn sterkteberekeningen uit te voeren.

CAM en CNC

Robots zijn al een tijdje bezig om het mensenwerk in de fabriek over te nemen. CAM (Computer Aided Manufacturing) is daar een onderdeel van. Bij het door de ‘computer geholpen fabriceren’ moet je denken aan boor-, frees- en draai-acties. Een speciale robot begint bij CAM met een blokje materiaal. In het CAD programma is dan al aangegeven welk materiaal met wat voor gereedschappen verwijderd moeten worden. Aan het eind houdt je als het goed is het model over wat is ingevoerd.

CNC (Computer Numerical Control) is de voorganger van CAM. Met CNC machines ben is het mogelijk om zonder tussenkomst van mensenhanden verschillende bewerkingen op een product uit te laten voeren. De commando’s die een CNC machine nodig heeft voor de bewerkingen, kunnen afkomen van een CAD programma. CNC machines zijn in staat om grotere grotere te bewerken dan CAM machines. De bewerkingsgereedschappen kunnen ook breder gekozen worden. Denk dan bijvoorbeeld aan CNC laser. Zowel CAM als CNC zijn zo nuttig omdat de computer ervoor zorgt dat de bewerkingen uiterst nauwkeurig uitgevoerd kunnen worden.

Beheringssoftware

De laatste soort CAD programma’s is er een die ervoor zorgt dat het gehele ontwerpproces soepel en overzichtelijk verloopt. Deze CAD software kan gezien worden als een database. Een product dat hierin wordt gemodelleerd of geïmporteerd kan gemakkelijk beheerd worden. Alle mogelijke informatie over een product kan je in deze database vinden. Je moet dan denken aan alle versies die de ingenieur heeft gemaakt voordat het definitieve product er uit is voort gevloeid.

Een enkel product behoeft nog geen database. Grote bedrijven met ontelbaar veel producten zijn echter genoodzaakt om een database aan te leggen. Zo kan een ontwerp bijvoorbeeld makkelijk opgedoken worden wanneer een klant vraagt om een oudere versie van het product. Of wanneer er toch een ontwerpfout blijkt te zitten na het in gebruik nemen van een product. Een database zorgt er ook voor dat het ontwerpproces gerevised kan worden zodat er een volgende keer meer aandacht aan kan besteed worden.

Toekomst

De industrie kan al tientallen jaren niet meer zonder Computer Aided Design. Nieuwe ontwikkelingen zorgen echter voor steeds nieuwere CAD software. Deze worden steeds uitgebreider, nauwkeuriger en mooier. Er komt echter een moment dat een nieuwe technologie het overneemt van Computer Aided Design. Dit kan echter nog wel een tijdje duren.