De uitdagingen van traditionele MCAD en ECAD overwinnen

MCAD en ECAD hebben zich in het dagelijkse werk van de meeste ontwerpingenieurs gevoegd. Hoewel bekend, hebben beide programma's een lange weg afgelegd en blijven ze evolueren. Ontdek in dit artikel het verleden en de toekomst van deze ontwerptools.

Mechanic Computer-Aided Design (MCAD) en Electronic Computer-Aided Design (ECAD) komen steeds vaker voor in de moderne ontwerpwereld van vandaag. Beide CAD-ontwerpdisciplines dateren uit 1957, met de opkomst van het PRONTO-systeem van Dr. Patrick Hanratty. De in de volksmond 'Father of CAD' genoemd, legde de basis voor de toepassingen van vandaag. Ivan Sutherland droeg slechts drie jaar later de fakkel met Sketchpad - officieel het begin van het tijdperk van de grafische gebruikersinterface (GUI). Programmeurs ontwikkelden snel rijkere functionaliteit toen deze visuele basis was gelegd.

Figuur 1. MCAD- en ECAD-programma's kunnen helpen bij het stroomlijnen van ontwerpworkflows en het versnellen van het ontwerpproces.

MCAD en ECAD zijn sindsdien in lockstep geëvolueerd met hun geautomatiseerde leidingen. Applicaties werden complexer en werden uiteindelijk geüpdatet om te werken met 16- en 32-bits computers. De vroegste CAD-programma's waren commerciële producten en droegen enorme prijskaartjes die bij elkaar pasten. Ze waren ook op maat gemaakt voor mainframecomputers. Applicaties kwamen naar de pc toen ze grip vonden, kwamen al snel op de Mac en kwamen later op de reguliere markt. SynthaVision, ADAM en AutoCAD herwerkten de MCAD/ECAD-industrie en luidden het moderne CAD-tijdperk in dat zo vertrouwd is geworden. Dus, hoe hebben MCAD en ECAD zich ontwikkeld sinds hun oprichting?

Waarom hebben ingenieurs MCAD- en ECAD-programma's nodig?

De modernisering van ontwerp- en productieprocessen maakte één ding duidelijk:langdurige ontwerpmethoden zouden niet volstaan ​​omdat de productpijplijnen ambitieuzer werden. Ingenieurs begonnen innovatieve materialen (en verbindingen) te gebruiken die voorheen onbekend of relatief onontgonnen waren. Zo konden ze een breder scala aan outputs conceptualiseren, inclusief verbeterde elektronica of gemechaniseerde systemen.

Figuur 2. MCAD en ECAD zijn drastisch veranderd sinds ze voor het eerst werden geïntroduceerd. Geautomatiseerde programma's maken deel uit van de moderne MCAD/ECAD-wereld.

De opkomst van MCAD en ECAD vond plaats in gelijke tred met de vooruitgang op het gebied van materiaalwetenschap. Hoewel halfgeleiders tien jaar voor de bijdragen van Hanratty werden ontdekt, was de technologie gestaag aan het evolueren. Ze werden krachtiger, transistor-dichter en compacter om op te starten. Vanaf de jaren zestig kwamen nieuwe materialen op de voorgrond. Keramiek, polymeren, supergeleiders, magnetische materialen en metaallegeringen speelden een belangrijke rol bij het ontwerp - en zijn dat nog steeds.

Van papier naar pc

Als ingenieurs effectief wilden brainstormen, moesten handmatige schema's wijken voor geautomatiseerde toepassingen. Met de hand getekende ontwerpen waren vooral vervelend om meerdere keren te maken en te repliceren. PCB-ontwerpers leefden voor tape en mylar, die snel verouderd raakten toen de circuittechnologie een sprong voorwaarts maakte. Documenten kunnen ook kieskeurig zijn:ze raken gemakkelijk kwijt, raken beschadigd en zijn vrijwel onmogelijk te delen met verspreide medewerkers.

Bovendien werd het ontwerpproces over de hele linie experimenteler en iteratief, en een groter aantal belanghebbenden stak hun handen in de ontwikkelingskoektrommel. Organisaties verlieten geleidelijk hun silo-benaderingen om te werken, omdat er meer veranderingen nodig waren om aan een groot aantal vereisten te voldoen. Teams hadden een systeem nodig dat aanpasbaarheid naar de tafel bracht.

Ingewikkelde ontwerpen vereisen ook veel verfijning voordat ze definitief worden geproduceerd - het bereiken van onmiddellijke ontwerpoptimalisatie is buitengewoon zeldzaam, zelfs volgens de huidige normen. Prototypes worden gemaakt, fouten worden ontdekt en verbeteringen worden aangebracht. Het toepassen van dergelijke wijzigingen op fysieke diagrammen kan behoorlijk uitdagend zijn. Men moet ofwel een bestaand ontwerp wijzigen - de integriteit van een eerdere versie wissen - of een geheel nieuw document maken. CAD's verbeteringen aan efficiëntie en procesdocumentatie waren al heel vroeg aanlokkelijk (zo niet essentieel).

Toen MCAD en ECAD eenmaal opkwamen, werd hun potentieel onmiddellijk duidelijk. Maar zelfs deze hedendaagse benaderingen moesten evolueren.

De evolutie van MCAD en ECAD

Het verhaal van CAD is er een van democratisering, waarbij ontwikkelingen in het veld toepassingen betaalbaarder, gebruiksvriendelijker en toegankelijker hebben gemaakt voor eigenaren van verschillende machines. Hoewel MCAD en ECAD veel problemen hebben opgelost, zorgde hun ontwikkeling voor enkele stand-ins.

Figuur 3. Een screenshot van het Fusion 360 MCAD- en ECAD-programma van Autodesk.

Kosten

Vroege programma's waren onbetaalbaar, zoals Itek's Digigraphics, dat voor $ 500.000 per systeem werd verkocht. Ontwikkelaars waren niet bepaald bezig met het verlagen van de toegangsdrempels; in plaats daarvan probeerden velen een enigszins gevangen publiek van early adopters te verleiden. Naarmate de tijd verstreek en de CAD-markt zich uitbreidde, reguleerde de concurrentie de prijzen. De technische massa sprong op de kar en een groeiend gebruikersbestand was essentieel voor het succes van CAD.

UI en UX

In de beginfase werden MCAD- en ECAD-programma's bijna uitsluitend ontworpen voor technische gebruikers. Externe teams konden de software niet goed onder controle krijgen en er was gespecialiseerde training nodig om succesvol te ontwerpen. Acties werden vaak begraven in een enorme zee van verborgen configuraties, operaties waren erbij betrokken en de bediening voelde niet intuïtief aan. Deze vervelende tekortkomingen droegen bij aan de onmiddellijke populariteit van Sketchpad; het bood de interactieve, visuele ervaring die zijn voorgangers misten.

CAD-programma's waren tot 1987 uitsluitend 2D, met de release van Pro/ENGINEER. Eerdere bijdragers zoals Autodesk introduceerden AutoCAD, dat na de lancering in 1982 tien jaar lang werd geprezen, maar het schrijven was op de muur voor deze eerste iteratie. Ontwerpen werden steeds eleganter en nieuwe materialen leidden in de jaren 80 onder andere tot additive manufacturing (AKA 3D-printen). Hoewel oudere producten lineair waren en strakke lijnen hadden, hadden nieuwere producten rondingen en waren er unieke uitsparingen in overvloed. De montage tussen componenten was geëvolueerd.

Ingenieurs hadden 3D-mogelijkheden nodig om deze producten tijdens de ontwerpfase beter te visualiseren. Manipulatie is cruciaal voor het inspectieproces en een integraal onderdeel van het verminderen van afval. Digitaal ontwerp stelt ingenieurs in staat om virtuele prototypes op te stellen. Het is veel gemakkelijker (en goedkoper) om inconsistenties in het ontwerp op te sporen in het programma, in plaats van fysieke modellen met onontdekte onvolkomenheden uit te spugen. Driedimensionale tools helpen producten tot leven te komen op het scherm - een effect dat meestal onbereikbaar is met 2D-modellering. Dit besef dwong bedrijven als Autodesk om hun software in 1994 te vernieuwen, en andere leveranciers volgden al snel.

Integratie en flexibiliteit

Hoewel niet bijzonder uniek voor MCAD en ECAD, waren vroege toepassingen over het algemeen ommuurd. Geïntegreerde software-ecosystemen waren niet alledaags. Dit betekende dat ontwerpen die in een CAD-programma waren gemaakt, handmatig moesten worden vertaald in andere apps - er was geen API-brug of digitale link naar complementaire applicaties. Dit was vooral lastig voor samenwerking, omdat fragmentatie de productiviteit kan schaden en de harmonie tussen hele organisaties kan verstoren.

Helaas beperkten bedrijven CAD-programma's tot voor kort tot on-site gebruik. Vóór dit jaar moesten werknemers doorgaans op kantoor aanwezig zijn om productief te zijn. Werkplekken zijn nu begonnen te moderniseren en verschuiven vanuit cultureel oogpunt, waardoor mensen op afstand kunnen werken. Dit nieuwe normaal vroeg om een ​​browsergebaseerde oplossing. Productie staat altijd bekend als een traditionele industrie, een industrie waarin fysieke hulpbronnen de boventoon voeren. Moderne ECAD- en MCAD-producten hebben geholpen dat verhaal op zijn kop te zetten.

De cloud gebruiken met Fusion 360

De software van vandaag moet overal toegankelijk zijn, en verbonden teams zijn meestal het meest productief. MCAD en ECAD naar de cloud brengen was de logische volgende stap.

Figuur 4. Een screenshot van het Fusion 360 MCAD- en ECAD-programma van Autodesk.

Als onderdeel van deze inspanning werden MCAD en ECAD verenigd binnen Fusion 360. Dit programma maakte het volgende mogelijk:

• Ontwerp annotaties en opmerkingen op een centrale locatie, toegankelijk voor alle teams
• Gecentraliseerd bestandsbeheer en standaardisatie van bestandsindelingen
• Samenwerking met externe belanghebbenden
• Manipulatie en iteratie van alle productontwerpaspecten, inclusief simulatie en testen
• Ontwerp van elektronica en fabricage
• Eenvoudige documentatie

Deze aanpak heeft de weg geëffend voor MCAD en ECAD als geheel. Na gebruikersgerichte programmering is ethos een andere noodzaak. Deze programma's worden contextueel beter, functioneler en gebruiksvriendelijker. Toepassingen zoals Fusion 360 kunnen ook worden geïntegreerd met de andere softwareproducten van Autodesk, wat betekent dat er minder tussen vensters hoeft te worden gesprongen.

Moderne ECAD en MCAD zijn transformatief

Ingenieurs zullen waarschijnlijk blij zijn te weten dat MCAD en ECAD meer convergeren. Deze twee ontwerpdisciplines zijn onderling afhankelijk geworden, aangezien nieuwe producten elektronische bedieningselementen hebben gemengd met mechanische functies.

Figuur 5. Cloudsamenwerking kan de productiviteit helpen verhogen naarmate meer technici vanuit huis blijven ontwerpen en werken.

Moderne applicaties stellen professionals in staat effectief samen te werken, zonder de kopzorgen van oude programma's. De CAD-wereld is veel inclusiever dan het ooit was, en uitgebreide functionaliteit heeft de deur geopend voor nieuwe geavanceerde producten in de toekomst.

Industrieartikelen zijn een vorm van inhoud waarmee branchepartners nuttig nieuws, berichten en technologie kunnen delen met lezers van All About Circuits op een manier waarop redactionele inhoud niet goed geschikt is. Alle brancheartikelen zijn onderworpen aan strikte redactionele richtlijnen met de bedoeling de lezers nuttig nieuws, technische expertise of verhalen te bieden. De standpunten en meningen in brancheartikelen zijn die van de partner en niet noodzakelijk die van All About Circuits of zijn schrijvers.