Thiết kế với sự trợ giúp của máy tính (tiếng Anh Computer Aided Design - CAD) là việc sử dụng máy tính để trợ giúp tạo, sửa đổi, phân tích hoặc tối ưu hóa thiết kế.

CAD được sử dụng để tăng năng suất của nhà thiết kế, cải thiện chất lượng thiết kế, cải thiện thông tin liên lạc thông qua tài liệu và tạo cơ sở dữ liệu cho sản xuất. Đầu ra CAD thường ở dạng tệp điện tử để in, gia công hoặc các hoạt động sản xuất khác. Việc sử dụng nó trong việc thiết kế các hệ thống điện tử được gọi là tự động hóa thiết kế điện tử EDA (Electronic Design Automation). Trong thiết kế cơ khí, nó được gọi là tự động hóa thiết kế cơ khí MDA (Mechanical Design Automation), bao gồm quá trình tạo một bản vẽ kỹ thuật với việc sử dụng phần mềm máy tính. Phần mềm CAD cho thiết kế cơ khí sử dụng đồ họa dựa trên vectơ để mô tả các đối tượng của phác thảo truyền thống hoặc cũng có thể tạo ra đồ họa raster thể hiện diện mạo tổng thể của các đối tượng được thiết kế. Tuy nhiên, nó không chỉ liên quan đến hình dạng. Giống như trong việc soạn thảo thủ công các bản vẽ kỹ thuật và kỹ thuật, đầu ra của CAD phải truyền tải thông tin, chẳng hạn như vật liệu, quy trình, kích thước và dung sai, theo các quy ước dành riêng cho ứng dụng. CAD có thể được sử dụng để thiết kế các đường cong và hình trong không gian hai chiều 2D; hoặc đường cong, bề mặt và chất rắn trong không gian ba chiều 3D.

Ứng dụng

(i) Công nghệ CAD được sử dụng trong thiết kế các công cụ và máy móc cũng như trong việc phác thảo và thiết kế tất cả các loại công trình, từ các loại hình dân cư nhỏ đến các công trình thương mại và công nghiệp lớn; (ii) CAD chủ yếu được sử dụng để thiết kế chi tiết mô hình 3D hoặc bản vẽ 2D của các thành phần vật lý, nhưng nó cũng được sử dụng trong suốt quá trình kỹ thuật từ thiết kế ý tưởng và bố trí sản phẩm, thông qua phân tích sức mạnh và động lực của các cụm lắp ráp để xác định phương pháp sản xuất các thành phần. Nó cũng có thể được sử dụng để thiết kế các đối tượng như đồ trang sức, đồ nội thất, đồ gia dụng… Hơn nữa, nhiều ứng dụng CAD hiện cung cấp khả năng kết xuất và hoạt ảnh nâng cao để các kỹ sư có thể hình dung rõ hơn về thiết kế sản phẩm của họ; (iii) CAD đã trở thành một công nghệ đặc biệt quan trọng trong phạm vi công nghệ có sự trợ giúp của máy tính, với những lợi ích như chi phí phát triển sản phẩm thấp hơn và chu kỳ thiết kế được rút ngắn đáng kể. CAD cho phép các nhà thiết kế bố trí và phát triển tác phẩm trên màn hình, in ra và lưu lại để chỉnh sửa trong tương lai, tiết kiệm thời gian trên bản vẽ của họ; (iv) Thiết kế có trợ giúp của máy tính là một trong những công cụ được các kỹ sư và nhà thiết kế sử dụng nhiều và được sử dụng theo nhiều cách tùy thuộc vào nghề nghiệp của người dùng và loại phần mềm; (v) CAD là một phần của toàn bộ hoạt động phát triển sản phẩm kỹ thuật số DPD (Digital Product Development) trong quy trình quản lý vòng đời sản phẩm PLM (Product Lifecycle Management) và như vậy được sử dụng cùng với các công cụ khác, là mô đun tích hợp hoặc các sản phẩm độc lập, chẳng hạn như công nghệ với trợ giúp của máy tính CAE (Computer, Aided Engineering); phân tích phần tử hữu hạn FEA (Finite Element Analysis); sản xuất có sự trợ giúp của máy tính CAM (Computer, Aided Manufacturing); dựng hình ảnh thực và mô phỏng chuyển động; quản lý tài liệu và kiểm soát sửa đổi bằng quản lý dữ liệu sản phẩm PDM (Product Data Management).

Lịch sử phát triển

Ban đầu phần mềm cho các hệ thống CAD được phát triển với các ngôn ngữ máy tính như Fortran, ALGOL nhưng với sự tiến bộ của phương pháp lập trình hướng đối tượng, điều này đã thay đổi hoàn toàn. Ngày nay, các hệ thống CAD tồn tại cho tất cả các nền tảng chính (Windows, Linux, UNIX và Mac OS X); một số gói trợ giúp nhiều nền tảng. Hiện tại, hầu hết các phần mềm CAD đều không cần phần cứng đặc biệt. Tuy nhiên, một số hệ thống CAD có thể thực hiện các tác vụ chuyên sâu về đồ họa và tính toán, vì vậy có thể khuyến nghị sử dụng cạc đồ họa hiện đại, CPU tốc độ cao và dung lượng RAM lớn.

Dựa trên thống kê thị trường, phần mềm thương mại từ Autodesk, Dassault Systems, Siemens PLM Software và phòng trò chuyện đang thống trị ngành công nghiệp CAD.

Tài liệu tham khảo

1. Britannica, Britannica Concise Encyclopedia, Ed. Encyclopedia Britannica, 2006
2. Jonathon Allen, Paul Kouppas, Computer Aided Design: Past, Present, Future, Design and Designing: A Critical Introduction (pp.97-111), Ed. Berg, 2012
3. Alexander Kolbasin, Oksana Husu, Computer-aided design and Computer-aided engineering, MATEC Web of Conferences 170:01115, DOI: 0.1051/ matecconf/ 2018 17001115, 2018