انواع نرم‌افزارهای CAD مورد استفاده توسط مهندسان عمران

مقدمه

نرم‌افزار طراحی به کمک کامپیوتر یا CAD برای ایجاد، تجزیه و تحلیل، اصلاح یا شبیه‌سازی در راستای بهینه‌سازی طراحی استفاده می‌شود. معماران، مهندسان و طراحان از این نرم افزار برای ایجاد یا اصلاح طرح‌های دوبعدی یا سه‌بعدی که نمایش آنها روی کاغذ غیرممکن است، استفاده می‌کنند. این نرم‌افزار طرح‌ها را به کدهایی تبدیل می‌کند که توسط کامپیوتر قابل فهم هستند و در نتیجه می‌توان یک شیء طراحی شده را از دیدگاه‌های مختلف مشاهده کرد.

شرکت‌های مختلف برای دستیابی به نتایج مطلوب مطابق با استانداردهای شرکت خود، از نسخه‌های مختلف نرم‌افزار  CAD  استفاده می‌کنند. این نرم افزار ویژگی‌های قابل توسعه‌ای را ارائه می‌دهد که می‌تواند توسط شرکت‌هایی که در زمینه‌های مختلف کار می‌کنند، مورد استفاده قرار گیرد. CAD تبدیل فرآیند طراحی به ساخت را تسهیل می‌کند و به دلیل توسعه کم‌هزینه و صرف زمان کمتر، محبوبیت این نرم‌افزار در حال افزایش است. در ادامه برخی از نرم‌افزارهای CAD که در صنایع مختلف استفاده می‌شوند، به تفصیل مورد بحث قرار خواهند گرفت.

انواع نرم‌افزار ‌CAD

با ظهور طراحی سازه‌های مختلف، نسخه‌های مختلفی از CAD در دنیای فناوری موجود شد که توسط شرکت های متعدد برای انجام کارهای مختلف استفاده می شود.برخی از این نرم افزارها عبارتند از :

 FreeCAD: این نرم افزار یک ابزار مدل‌سازی پارامتریک سه‌بعدی متن‌باز است که کاربر را قادر می‌سازد اشیاء با اهمیت در زندگی واقعی را ایجاد کند. این نرم‌افزار بر اساس یک هسته هندسی قدرتمند به نام OpenCasCade ساخته شده است. همچنین یک نرم‌افزار مدل‌سازی اطلاعات ساختمان است که از روش اجزای محدود یا FEM استفاده می‌کند. این نرم‌افزار می‌تواند توسط مهندسان عمران مورد استفاده قرار گیرد، اما به معماران و سایر رشته‌های مهندسی نیز کمک می‌کند. از آنجا که این نرم افزار متن‌باز است، می‌تواند قابلیت‌های خود برای کار را با برنامه‌نویسی پایتون گسترش دهد. جدا از این، شکل پارامتریک آن ویرایش آسان‌تر مدل‌ها را امکان‌پذیر می‌کند که این ویژگی استفاده از آن را برای مبتدیان بهتر می‌کند. اگرچه این نرم افزار برای استفاده حرفه‌ای نیست، اما بستر خوبی برای مهارت در طراحی ساختمانی فراهم می‌کند. از این رو، برای شرکت‌های کوچکی که در آستانه کشف فرصت‌های تجاری مختلف هستند، مناسب است.

 SolidWorks: نوعی نرم‌افزار CAD است که به طور گسترده توسط مهندسان عمران، مهندسان مکانیک، مهندسان صنایع، مهندسان تولید صنعتی، سازندگان محصول، طراحان و نقشه‌کش‌ها مورد استفاده قرار می گیرد. این نرم‌افزار برخلاف سایر نرم‌افزارهایی که با استفاده از سطوح شیب‌دار ملایم، منحنی‌ها را شبیه‌سازی می‌کنند، از سیستمی از *بی-اسپلاین‌های غیریکنواخت منطقی یا NURBS استفاده می‌کند که معمولاً در طراحی گرافیک برای نمایش منحنی‌ها و سطوح پیاده‌سازی می‌شود. همچنین دارای ویژگی‌های اضافی مانند مدل‌سازی سه‌بعدی اشیا، شبیه‌سازی طراحی محصولات، بررسی نقص‌های تولید، تخمین هزینه، مدیریت داده‌ها برای محصولات و موارد دیگر است. این نرم‌افزار در صنایعی مانند هوانوردی، تولید محصول، پزشکی، نفت و گاز و محصولات مصرفی کاربرد دارد. SolidWorks یک نرم‌افزار در سطح حرفه‌ای است، بنابراین برای استفاده از آن باید اشتراک خریداری شود.

(*بی-اسپلاین: در بحث آنالیز عددی بی-اسپلاین یک تابع اسپلاین است که دارای کمترین تکیه‌گاه بر حسب یک درجه مفروض، همواری، و افراز ناحیه است.)

Revit: نرم‌افزاری برای مدل‌سازی اطلاعات ساختمان است که به طور گسترده در زمینه مهندسی عمران برای ساخت و ساز یا طراحی ساختمان‌ها استفاده می‌شود و توسط شرکت اتودسک تولید شده است. این نرم‌افزار توسط مهندسان سازه و معماران برای مدیریت پروژه و تجزیه و تحلیل ساختمان استفاده می‌شود زیرا ابزارهای پیشرفته‌ای را ارائه می‌دهد. علاوه بر این، امکان تبدیل نقشه‌ها به فایل استریولیتوگرافی یا STL را فراهم می‌کند که نقش مهمی در چاپ سه‌بعدی ایفا می‌کند. این نرم‌افزار دارای ویژگی‌هایی مانند تجسم سه‌بعدی، مدل‌سازی و جزئیات مکانیکی/برقی/لوله‌کشی، مدل‌سازی سازه‌های فولادی، پیش‌ساخت اجزای ساختمان و غیره است. این نرم‌افزار که توسط شرکت اتودسک تولید شده، نسخه رایگان را به مدت 30 روز ارائه می‌دهد و پس از آن نیاز به خرید اشتراک دارد.. دانشجویان می‌توانند این نرم‌افزار را به صورت رایگان تهیه کنند.

AutoCAD : این نرم‌افزار یکی از این نرم‌افزارهایی است که به طور گسترده در تمام زمینه‌های طراحی و مهندسی استفاده می‌شود. اتوکد متعلق به شرکت اتودسک است و به طور گسترده توسط متخصصانی که در مدل‌های برنامه‌نویسی مبتنی بر الگوریتم تجربه دارند، استفاده می‌شود. همچنین با استفاده از اتوکد می‌توان به راحتی مدل‌های سه‌بعدی را به فایل‌های استریولیتوگرافی تبدیل کرد، اما به طور کلی به دلیل محدودیت‌هایی مانند پیچیدگی در طراحی برای عناصر متحرک، ترجیح داده نمی‌شود. جدا از این، این نرم افزار ویژگی‌هایی مانند ایجاد طرح‌بندی برای خانه‌ها، ایجاد نمودارهای خطی برای قرار دادن خطوط تلفن و غیره را دارد و ویژگی‌هایی مانند طراحی و ترسیم دوبعدی، مدل‌سازی شبکه و سطح سه‌بعدی، جریان‌های کاری جامع و *بلاک‌های دینامیک را ارائه می‌دهد. اتوکد یک نرم‌افزار ضروری است که به عنوان یک ابزار پایه و پیشرفته برای متخصصان در نظر گرفته می‌شود. نسخه دانشجویی این نرم‌افزار به صورت رایگان در دسترس است، اما یک متخصص برای کار با آن باید اشتراک خریداری کند.

(*بلاک‌های دینامیک : در نرم‌افزارهایی مثل اتوکد، نوعی از بلاک های هوشمند هستند که می‌توانند بر اساس پارامترها و عملکردهایی که بر روی آنها اعمال می‌شود، شکل و اندازه خود را تغییر دهند.)

Fusion 3600 : یک نرم‌افزار طراحی به کمک کامپیوتر (CAD)، ساخت به کمک کامپیوتر (CAM)و نرم افزاری برای شبیه‌سازی و تحلیل طراحی‌های مهندسی(CAE) مبتنی بر فضای ذخیره سازی ابری است که توسط شرکت اتودسک توسعه داده شده است. این نرم‌افزار مونتاژ آسان از بالا به پایین عناصر مختلف را به عنوان یک کار واحد تسهیل می‌کند و یک ابزار مفید برای کارهای طراحی، طراحی پارامتری، دقت مبتنی بر صنعت و بسیاری موارد دیگر است. این نرم‌افزار دارای ویژگی‌های پیشرفته‌ای است و راه حلی مناسب برای استارتاپ‌هایی است که بودجه محدودی دارند. نرم‌افزار Fusion 3600 دارای ویژگی‌هایی مانند مدل‌سازی شبکه، مدل‌سازی اشیا، مدل سازی آزاد، پلتفرم‌های مختلف، دسترسی آسان به کاربران، رابط کاربری آسان و مقرون‌به‌صرفه است. این نرم‌افزار برای دانشجویان و دانشگاهی ها رایگان است و به دلیل انعطاف‌پذیری در اصلاح طرح‌ها و بررسی عناصر به صورت جداگانه، بیشتر از نرم افزار  SolidWorks  ترجیح داده می‌شود.

CATIA:  این نرم‌افزار امکان نظارت بر سازه را در یک نمای واقعی فراهم می‌کند و توسط یک شرکت فرانسوی به نام Dassault Systèmes توسعه داده شده است. این نرم‌افزار عمدتاً توسط معماران، مهندسان، طراحان و متخصصان ساخت و ساز استفاده می‌شو و به نوآوری در طراحی محصولات کمک می‌کند و در مراحل مختلف توسعه محصول از ابزارهای موجود بهره می‌برد. تولیدکنندگان قطعات اصلی این نرم افزار را برای طراحی و مدل‌سازی سطح ترجیح می‌دهند. این نرم‌افزار در صنایعی مانند ساخت و ساز، هوانوردی، هوافضا، خودروسازی و کشتی‌سازی محبوب است و برای طراحان نرم افزاری مفید است زیرا با ایجاد یک محیط سه‌بعدی برای ایجاد و به اشتراک‌گذاری طرح‌های محصول به صورت آنلاین ، تصمیم‌گیری در مورد مدل‌سازی محصول بدون دردسر زیاد را تسهیل کرده است. این نرم‌افزار کمی گران است زیرا امکانات بیشتری، به خصوص در چاپ سه‌بعدی، ارائه می‌دهد. از دیگر ویژگی‌های آن می‌توان به نمونه‌سازی دیجیتال، دقت در جزئیات برای دستکاری در شکل، تصاویر بهتر و غیره اشاره کرد. از این نرم‌افزار به طور گسترده در چاپ سه‌بعدی بتن که یک شیوه جدید در زمینه مهندسی عمران است، استفاده می‌شود. کشورهایی مانند چین، امارات متحده عربی، اردن و غیره از چاپ سه‌بعدی بتن استفاده می‌کنند.

 Rhino: این نرم‌افزار، سازگارترین مدل‌ساز سه‌بعدی و همچنین یک گرافیک کامپیوتری سه‌بعدی تجاری است که توسط شرکت Robert McNeel & Associates توسعه داده شده است و مانند نرم افزار SolidWorks، ازخط پایۀ غیر یکنواخت منطقی نیز برای مدیریت مدل‌ها، منحنی‌ها، مش‌ها، سطوح و جامدات استفاده می‌کند. این نرم‌افزار به طور گسترده توسط معماران و مهندسان در ساخت نمونه‌های اولیه، طرح‌های صنعتی، طراحی گرافیک و طراحی خودرو استفاده می‌شود. این نرم‌افزار امکان ساخت مدل‌های سه‌بعدی پیچیده را فراهم می‌کند زیرا گزینه‌های طراحی مختلفی را ارائه می‌دهد. با این حال، یادگیری این نرم‌افزار مهارت لازم دارد و پیاده‌سازی ویژگی‌های پیشرفته در طرح‌ها نیاز به تمرین دارد. همچنین، به دلیل نقص در جلب نظر کاربر، دقیق‌ترین نرم‌افزار نیست و قیمت آن در وب‌سایت‌های مختلف متفاوت است. این نرم‌افزار به مدت 90 روز به صورت رایگان در دسترس است و پس از آن افزونه‌ها و سایر پشتیبانی‌ها بدون خرید اشتراک، از کار می‌افتند.

Creo: این نرم‌افزار به دلیل توانایی‌ اش در تولید طرح‌های پیچیده محصول، طرح‌های تولیدی و طرح‌های از بالا به پایین، همانند نرم افزار Fusion 3600 سهم زیادی در بازار صنعت دارد و شرکت‌های مختلفی، از جمله کوکاکولا، به طور گسترده از این نرم‌افزار استفاده می‌کنند. این نرم‌افزار دارای ویژگی‌هایی مانند سطح‌بندی پارامتریک، مدل‌سازی سه‌بعدی، طراحی پلاستیک عناصر مختلف، تولید سطوح آزاد، پرسپکتیو حرارتی و ساختاری و غیره است. این نرم‌افزار همچنین امکان انجام محاسبات ابعادی را در حین ادامه فرآیند مدل‌سازی فراهم می‌کند. این نرم‌افزار بیشتر توسط مهندسان مکانیک، توسعه‌دهندگان محصول، تولیدکنندگان، طراحان، طراحان ابزارها و طراحان صنعتی استفاده می‌شود. این نرم‌افزار در صنایعی مانند مواد غذایی، نوشیدنی‌ها، توسعه محصول، تولید محصول، طراحی پلاستیک و خودروسازی استفاده می‌شود. یک نسخه آزمایشی 30 روزه از این نرم افزار در دسترس است که پس از آن باید برای استفاده اشتراک خریداری شود.

MicroStation: یک نرم‌افزار CAD است که برای مدل‌سازی دوبعدی و سه‌بعدی استفاده می‌شود. این نرم‌افزار توسط شرکت Bentley systems  که توسعه‌دهنده نرم‌افزار StaadPro نیز هست، توسعه داده شده است. این نرم‌افزار اشیاء برداری گرافیکی دوبعدی و سه‌بعدی تولید می‌کند و شامل ویژگی‌هایی مانند مدل سازی اطلاعات ساختمان است. صنعت حمل و نقل اغلب از این نرم افزار برای پروژه‌های وزارت مخابراتی یا پروژه های ارز دیجیتال شهر و ایالت استفاده می‌کند. علاوه بر این، ویژگی‌هایی مانند مدل‌سازی پارامتری، تجزیه و تحلیل و تجسم مدل‌ها، گردش‌های کاری مربوط به مدل سازی طالاعات ساختمان، تولید انیمیشن و غیره را ارائه می‌دهد. این نرم‌افزار توسط طراحان داخلی، معماری، مهندسان حمل و نقل، طراحان و نقشه‌کش‌ها در سطح حرفه‌ای استفاده می‌شود و بیشتر در مهندسی آب و فاضلاب، معماری و برنامه‌ریزی، کارهای ساختمانی، کارهای الکتریکی، نفت و گاز و فرآیندهای تولید کاربرد دارد.

 Inventor: این نرم‌افزار با SolidWorks رقابت می‌کند تا به یک نرم‌افزار مدل‌سازی سه‌بعدی برای طراحی، تولید و کارهای مهندسی درخشان با دقت تبدیل شود. این نرم‌افزار امکان ادغام داده‌های دوبعدی و سه‌بعدی را در محیطی فراهم می‌کند که شکلی بصری از محصول در حال ساخت ایجاد می‌کند. این نرم‌افزار دارای دو نسخه جدید، یعنی Autodesk Inventor LT 2021  و Autodesk Inventor Professional 2021 است و ویژگی‌هایی مانند مدل‌سازی پارامتریک و مدل‌سازی اشیاء برای اشیاء سه‌بعدی، شبیه‌سازی و تجسم برای محصولات و مدیریت داده‌های محصول را ارائه می‌دهد. همچنین این نرم‌افزار به‌طور گسترده توسط توسعه‌دهندگان محصول، مهندسان مکانیک، مهندسان صنایع، طراحان و نقشه کش ها استفاده می‌شود و در صنایعی مانند تولید کالاهای مصرفی، تجهیزات نفت و گاز و تجهیزات پزشکی کاربرد دارد. این نرم‌افزار امکان مدل‌سازی آزاد و قابلیت‌های تبدیل اطلاعات طراحی از یک سیستم CAD به سیستم دیگر را در نقشه‌های با پسوند DWG  فراهم می‌کند.

BlocksCAD: این یک نرم افزارCAD  رایگان و متن‌باز مبتنی بر وب است که بیشتر برای اهداف آموزشی استفاده می‌شود، زیرا دیدی از عناصر را در آجرهای رنگارنگ لگو فراهم می‌کند. می‌توان خروجی این نرم افزار را با استفاده از  OpenSCAD، که یک نرم‌افزار CAD حرفه‌ای‌تر است، توسعه داد و نقشه‌های ساخته شده در این نرم‌افزار را  با استفاده از OpenSCAD یا STL خروجی گرفت. این نرم‌افزار عمدتاً برای افراد مبتدی که می‌خواهند درک خوبی از مدل‌سازی ساختمان داشته باشند، مناسب است.

TinkerCAD:  یک ابزار آنلاین رایگان با مجموعه‌ای از ابزارهای نرم‌افزاری برای توسعه مدل‌ها با مجموعه‌ای از اشکال پایه داخلی است. این ابزار بر اساس مفهوم بلوک‌های ساختمانی ساخته شده و دارای کتابخانه‌ای عظیم از اشکال مختلف است که کاربران می‌توانند طبق میل خود از بین آنها انتخاب کرده و بسازند. *سرویس‌های چاپ سوم به این نرم‌افزار دسترسی دارند، بنابراین طرح یا نقاشی نهایی را می‌توان از طریق این سرویس‌ها چاپ کرد. این نرم افزار یک مقدمه اولیه برای اتوکد است که در طراحی سه‌بعدی و نرم‌افزارهای مهندسی سهم بسزایی دارد. استفاده از آن آسان است و برای مبتدیان بهترین گزینه است. با این حال، محدودیت‌هایی در شکل‌ها دارد و برای کاربران باتجربه مدل‌سازی سه‌بعدی مناسب نیست.

(*سرویس‌های چاپ سوم: در دنیای چاپ سه‌بعدی، این اصطلاح به معنای خدمات چاپ سه بعدی از طریق یک شرکت خارجی است.)

 OpenSCAD: یک نرم‌افزار رایگان برای ساخت سه‌بعدی اشیاء است. یک مدل‌ساز *مبتنی بر اسکریپت که از زبان توصیفی تشکیل شده است. این نرم‌افزار برای کاربران باتجربه‌ای که به دنبال کار بر روی پروژه‌های مهم‌تر و پیشرفته‌تر در مدل‌سازی سه‌بعدی هستند، بهترین گزینه است. وقتی مدلی با استفاده از این نرم‌افزار ساخته می‌شود، می‌توان قطعات مدل را پیش‌نمایش کرد، اما نمی‌توان آن را با ماوس تغییر داد زیرا فاقد برخی از ویژگی‌های پیشرفته ای است که مثلا در نرم افزار  Fusion 3600 وجود دارد. این نرم‌افزار علاوه بر مدل‌های طراحی، کُد تولید می‌کند و از این رو برای برنامه‌نویسان مناسب‌ترین گزینه است. با این نرم‌افزار، می‌توان اشکال ساده را تغییر داد زیرا به صورت پارامتری تعریف شده‌اند. این نرم‌افزار محیط کاری مناسبی برای مبتدیان نیست و برای کسانی که در مدل‌سازی سه‌بعدی و کدنویسی مهارت دارند توصیه می‌شود.

(*مبتنی بر اسکریپت : این اصطلاح به سیستم‌ها یا برنامه‌هایی اشاره می‌کند که برای انجام وظایف خود از اسکریپت (یک سری دستورالعمل‌ها یا کدها) استفاده می‌کنند.)

 Siemens NX: این نرم افزار با نام Unigraphics نیزشناخته می‌شود و یک نرم‌افزار طراحی به کمک کامپیوتر (CAD)، ساخت به کمک  کامپیوتر (CAM)و نرم افزاری برای شبیه‌سازی و تحلیل طراحی‌های مهندسی(CAE) پیشرفته و نسل بالا است. این نرم‌افزار برای طراحی، شبیه‌سازی و مدل‌سازی سه‌بعدی استفاده می‌شود و ویژگی‌های دیگری مانند هندسه پیشرفته، مدل‌سازی همگرا، مهندسی مولد، مدل‌سازی پارامتریک و ترسیم را ارائه می‌دهد. مهندسان عمران در بخش هوانوردی، مهندسان مکانیک، مهندسان تولید و تولیدکنندگان از این نرم‌افزار برای طراحی بهتر و درک عناصر مختلفِ درگیر در مدل‌سازی استفاده می‌کنند. این نرم‌افزار از سال ۲۰۰۷ متعلق به شرکت نرم‌افزاری Siemens PLM بوده است. صنایعی که از این نرم‌افزار استفاده می‌کنند عبارتند از صنعت خودرو، هوافضا، کاهای مصرفی و بخش هوانوردی. این نرم‌افزار برای شرکت‌های کوچک تا متوسط ​​مناسب است؛ از این رو، قیمت آن ممکن است به امکانات آن بستگی داشته باشد.

جمع بندی

نرم‌افزار CAD در میان متخصصان مهندسی سهم بسزایی دارد زیرا امکان تبدیل، تجسم و تجزیه و تحلیل مدل‌های سه‌بعدی مجازی به مدل‌های واقعی را فراهم می‌کند. این نرم‌افزار جنبه‌هایی از طراحی را پوشش می‌دهد که با سایر نرم‌افزارها امکان‌پذیر نیست. برخی از نرم‌افزارهای CAD دارای پشتیبانی‌ها یا افزونه‌های داخلی هستند که طراحی راحت‌تر اشیاء را تسهیل می‌کنند. CAD انواع مختلفی از نرم‌افزارها را در زیر مجموعه خود دارد که ویژگی‌های اضافی آنها طبق استانداردهای مختلف صنعت انتخاب شده است. همه این انواع نرم‌افزار CAD که به طور گسترده توسط شرکت‌های پیشرو استفاده می‌شوند، در این مقاله مورد بحث قرار گرفته‌اند. این نرم‌افزار در مهندسی عمران، تغییرات انقلابی ایجاد کرده است، به ویژه با معرفی چاپ سه‌بعدی بتن با نمونه‌های اولیه جدیدی که با استفاده از این نرم‌افزارها طراحی می‌شوند.

همه این نرم‌افزارهای CAD به طور گسترده توسط مهندسان، معماران، طراحان و توسعه‌دهندگان محصول برای ارائه دیدگاهی سه بعدی و به عنوان ابزاری برای تبدیل تخیل آنها به واقعیت استفاده می‌شوند. این نرم‌افزارها صنعتی هستند و به طور گسترده در شرکت‌های مختلف از طراحی گرفته تا چاپ اشیاء سه‌بعدی مورد استفاده قرار می‌گیرند. نرم‌افزار طراحی به کمک رایانه، تکنیک‌های جدیدی را در زمینه‌های مختلف مهندسی مانند چاپ سه‌بعدی بتن، تجسم و شبیه‌سازی اشیاء واقعی، تجزیه و تحلیل نتایج نیروهای مختلف در طراحی ساختمان و بسیاری موارد دیگر امکان‌پذیر کرده است. تحول در دنیای مدرن تنها از طریق ظهور چنین نرم‌افزارهایی امکان‌پذیر بوده است. از این رو، می‌توان پیش‌بینی کرد که دنیای فناوری آینده دگرگون کننده خواهد بود.

 منابع

• - کتاب آپولو تکنیکال، «۹ نوع نرم‌افزار CAD که شرکت‌ها از آن استفاده می‌کنند (۲۰۲۰)
• https://www.apollotechnical.com/cad-software-companies-use
•  
• - متخصصان سه‌بعدی، «۱۰ نرم‌افزار برتر CAD برای همه سطوح»
• https://www.3dnatives.com/en/top10-cad-software-180320194/#!
•  
• - داسو سیستمز، «CATIA»

https://www.3ds.com/products-services/catia/

نویسنده : کانوارجوت سینگ