مقالات و مطالب آموزشی مهندسی مکانیک

محمد برزگري كارشناس ارشد مهندسي ساخت و توليد

در مقدمه اين مقاله سعي شده است با مروري بر تاريخچه تبادل اطلاعات CAD/CAM ، تلاش هاي صورت گرفته در سه دهه اخير براي انجام پروژه هاي جهاني بيان شوند. همچنين در اين مقدمه بعضي از استانداردهاي مهم معرفي شده است و در بخش هاي بعدي مقاله دو استاندارد مهم IGES  و STEP  مقايسه مي شوند.

مقدمه

امروزه توليد يك كار جهاني است. در يك مركز CAD در نقطه اي از جهان قطعه اي طراحي مي شود و سپس اطلاعات طرح از طريق اينترنت به مركز CAM در نقطه ديگري از جهان ارسال مي گردد و در آنجا ساخته مي شود. در فرآيند طراحي، ساخت و توليد خصوصاً در صنعت خودرو مرسوم است كه خيلي از اجزاء توسط خودروساز طراحي مي شود ولي ساخت قطعات بوسيله پيمانكارهاي بيرون صورت مي گيرد. تقاضاي بازار براي مدل هاي جديد منجر به ايجاد طر ح هاي متفاوت توسط سازندگان مي شود كه سازندگان طرح هاي جديد براي قطعات ارائه دهند و پيمانكاران نيز بايد خود را با طرح هاي جديد كارفرماها تطبيق دهند. به موازات اين فرآيند تبادل حجم وسيعي از اطلاعات CAD/CAM از جمله تعريف قطعه، طراحي اجزاء و روش ساخت بين شركت هاي مختلف صنعتي صورت مي گيرد. براي آنكه اين تبادل سريع و صحيح انجام گيرد سيستم هاي CAD/CAM بكار رفته بوسيله سازندگان مختلف بايد توانايي تبادل اطلاعات با يكديگر را داشته باشند.

راحترين روش براي دو شركتي كه تبادل اطلاعات دارند استفاده از يك نرم افزار CAD/CAM با يك نگارش يكسان است. اما پذيرش سيستم شركت كارفرما توسط پيمانكار كار راحتي نيست چون يك پيمانكار ممكن است با چندين كارفرما كار كند. براي درك بهتر اين مثال را فرض كنيد كه يك سازنده فارسي زبان براي كار با شركت فرانسوي، ژاپني، و آلماني مجبور باشد هر سه زبان را ياد بگيرد. بنابراين تلاش براي توسعه يك برنامه خاص كه اطلاعات را از يك سيتم خاص به فرمت قابل قبول براي سيستم ديگر تبديل كند از اواخر دهه 1970 در صنايع هوايي و خودروسازي آمريكا با پشتيباني بخش نظامي شروع شد. اين  كوشش بطور ويژه روي اطلاعات هندسي متمركز بود. شايد اولين كار مهمي كه در تبادل داده هاي CAD/CAM به طور اصولي صورت گرفت IGES بود كه توسط تيمي از بويينگ، جنرال الكتريك، نيروي هوايي آمريكا حمايت شد و عاقبت در سال 1981 پذيرفته شد. اين استاندارد توسطس فروشندگان CAD آمريكا توسعه داده شد. اين قالب استاندارد به صورت فايل ASGII  بود كه روي نوار 1/2 ذخيره مي شد.

     از آنجاييكه فايل هاي IGES به صورت ASCII انتخاب مي شوند آنها بزرگتر از فايل هاي CAD بودند. در اوايل، تكميل مترجم هاي IGES توسط فروشندگان سيستم هاي CAD منجر به غير قابل اعتماد شدن آنها شد. چون مشخصات مبهم بود و فروشندگان فقط بخشي از استاندارد را بكار مي بردند. اين مشكلات سبب شد كه شركت هوا فضا فرانسه استاندارد خودش را با نام SET معرفي كند و از اينرو بطور وسيع در Airbus مورد استفاده قرار گرفت.

SET از يك مدل مشابه به IGES استفاده مي كند اما با فرمتي كه فشردگي خيلي بيشتري دارد. محدوديت هاي IGES همچنين صنايع خودروسازي آلماني را برانگيخت كه يك استاندارد براي خودشان توسعه دهند تا بر محدوديت هاي IGES كه فقط بر اساس مدل هاي سطحي درجه سه ارائه مي شد، غلبه كند. استاندارد VDA/FS به طور ويژه براي ارائه سطوح از درجه بالاتر توسعه داده شد و نگارش دوم آن شامل اطلاعات توپولوژي و هندسي بود. هنگامي كه اين استانداردها در اروپا جاي پايي پيدا كرده بودند كار روي IGES به سرعت دنبال مي شد. IGES نگارش دوم در سال 1983 ساخته شد و شامل موجوديت هايي از المان هاي محدود و كاربردهاي الكترونيكي بود. اگر چه هيچ وقت IGES2 يك استاندارد رسمي نشد بطور وسيع مورد قبول صنعت CAD واقع شد. در اين زمان كار روي استاندارد براي تبادل اطلاعات مدل هاي توپر آغاز شد. IGES در اين زمان تبادل داده اي سطوح محدود و مدل هاي سيمي را شروع كرده بود. يك نتيجه از اين كار(Experimental Boundary File)EBF بود كه عاقبت با نام ESP (Experimental Solid Proposal) يكي شد. در سال 1986 IGES  نگارش اول با 3IGES جايگزين شد كه بيش از 50 نوع موجوديت (Entity) بود. در سال 1989 نگارش 4 معرفي شد كه براي توصيف ساختمان مدل هاي هندسي توپر از IGES.ESP سرچشمه گرفته بود و انتقال مدل هاي توپر با ارائه از نوع Boundary در IGES از سال 1990 شروع شد. اگر چه IGES استاندارد حاكم در دنياي تبادل اطلاعات CAD است يك سري از استانداردهاي مختلف ابداع شدند تا معايب زير بنايي IGES را برطرف سازند. كوشش براي ايجاد يك استاندارد جهاني پذيرفته شده براي كامل ساختن كارهاي قبلي و تهيه يك اصول كلي براي استانداردهايي كه در  اين زمينه فعاليت مي كنند شروع شد. اين تلاش در سال 1984 بنام مشخصه تبادل اطلاعات محصول PDES آغاز شد همچنين جامعه اروپا براي يك پروژه بزرگ با نام CAD-I پشتوانه مالي فراهم ديده بود. اين پروژه هاي مختلف و كارهاي گروهي در اين زمينه توسط ISO با همديگر در يك استاندارد واحد به نام STEP جمع شد. در استاندارد STEP با يكي شده مدل فرمولي براي تبادل اطلاعات با كمك زبان مدل سازي اطلاعات به نام Express نسبت به IGES بهبود يافته است. STEP علاوه بر عرضه خصوصيات شكلي استاندارد محدوده وسيعي از اطلاعات غير هندسي نظير Feature، تلرانس ها، خواص مواد و خصوصيات سطح دارا است. مدل هندسي بايد خصوصيات جسم توپر براي هر دو نوع هندسه مرزي و ساختاري را داشته باشد. اين قابليت ها با اطلاعات غير هندسي جمع مي شود تا سيستم فرستنده قادر به ارسال اطلاعات يك مدل محصول كامل باشد. به عنوان مثال نرم افزار بخش عمليات حرارتي يك شركت بايد بتواند از اطلاعات نرم افزار بخش طراحي به راحتي استفاده كند و يا سيستم مالي بتواند خرو جي انبار و توليد را به راحتي به نرم افزار خود وارد كند.

روش هاي تبادل ديتا - اطلاعات

دو روش مبادله داده ها كه در بين بقيه روش ها مشهورترند عبارتند از انتقال مستقيم و مبادله فايل خنثي و يا بي طرف (neutral file) و روش سوم اشتراك داده است كه در آينده نزديك رايج و متداول خواهد شد. در شكل يك اين سه روش نشان داده شده اند. براي درك بهتر اين سه روش اين مثال را فرض كنيد كه شما براي ارتباط با يك نفر آلماني مي توانيد از سه روش استفاده كنيد: شما مي توانيد آلماني ياد بگيريد و  نفر آلماني فارسي ياد بگيرد و با هم تبادل اطلاعات داشته باشيد. در اين حالت، انتقال مستقيم است و اطلاعات گنگ نيست و همه چيز قابل فهم است. حال اگر يك ژاپني به جمع شما اضافه شد آن وقت شما هم بايد آلماني و هم ژاپني را فرا بگيريد و هم آلماني بايد ژاپني را ياد بگيرد. حال فرض كنيد هر سه نفر شما بتوانيد انگليسي صحبت كنيد. در اين حالت انتقال اطلاعات به صورت neutral file خواهد بود. در اين حالت ممكن است بعضي از اصلاحات فارسي را نتوانيد به انگليسي ترجمه كنيد و يا ممكن است دوست آلماني شما معادل اصطلاح انگليسي را در فرهنگ و زبان خود نداشته باشد در اين حالت امكان گم شدن اطلاعات وجود دارد. حال اگر هر  سه شما با يك زبان مشترك استاندارد صحبت كنيد و اين زبان تمام اصطلاحات و فرهنگ ها را در برگيرد تبادل اطلاعات بدون نقص انجام شده و همه چيز مفهوم خواهد بود.

روش اول: انتقال مستقيم داده

در انتقال مستقيم داده از يك نرم افزار كه مستقيماً داده هاي مختص فايل اطلاعاتي سيستم فرستنده را مي خواند و آن ها را به شكل فرمت فايل اطلاعاتي سيستم گيرنده تبديل مي كند. تبادل مستقيم اغلب نتايج عالي و خوبي دارد ولي نقاط ضعفي نيز دارد. يكي از نقاط ضعف آن اينست كه براي هر نگارش جديد سيستم CAD/CAM، نياز به جايگزين دارند و ديگر آنكه با افزايش تعداد سيستم هاي CAD/CAM به طور نمايي به تعداد بيشتري از مترجم هاي مستقيم نياز خواهد بود. مترجم هاي مستقيم توسط فروشندگان و عرضه كنندگان سيستم CAD/CAM براي استفاده از محصولاتشان نوشته مي شوند.

روش دوم: انتقال داده از طريق فايل بي طرف

در انتقال از طريق فايل بي طرف يا خنثي از يك مترجم به نام پيش پردازنده (preprocessor) براي تبديل فرمت اختصاصي سيستم فرستنده به فرمت فايل بي طرف به منظور انتقال به سيستم دريافت كننده استفاده مي شود. وقتي كه اطلاعات دريافت شد فايل بي طرف توسط يك مترجم پس پردازنده (Postprocessor) خوانده مي شود و به فرمت اختصاصي سيستم دريافت كننده تبديل مي شود. مزيت فرمت بي طرف اين است كه فروشنده سيستم CAD/CAM تنها نياز به نوشتن و ضبط دو مترجم يكي پيش پردازنده و يكي پس پردازنده دارد. به عنوان مثال فارسي به انگليسي و انگليسي به آلماني است. اما ضعف  اين روش انتقال داده، ناشي از اين واقعيت است كه برخي از سيستم هاي CAD داراي موجوديت ها، ساختار و قابليت هايي هستند كه بدون فقدان يا كاهش اطلاعات قادر به تبديل فايل بي طرف نيستند. از اين گروه مي توان فرمت IGES نام برد.

روش سوم: مشاركت اطلاعاتي data sharing

استاندارد جديدي كه در بين استانداردها قد علم كرده است STEP (Standard for Exchange of Product Data)

از سازمان بين المللي استانداردها 10303 ISO است. نگرش SETP در جهت اشتراك اطلاعات است.

در STEP هر جسمي ابتدا توپر SOLID تعريف مي شود و هر جسم توپري كامل است لذا فقدان اطلاعاتي وجود ندارد. در شماره هاي آتي مجله در مورد STEP و IGES توضيحات بيشتري داده خواهد شد.

نتيجه گيري: نرم افزاري را براي سيستم CAD/CAM تان انتخاب كنيد كه قادر به دريافت و ارسال فايل هاي STEP باشد.