ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟ CADD COMPUTER-AIDED DESIGN DRAFTING ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΤΗΣ ΓΡΑΦΙΚΗΣ ΑΠΟΤΥΠΩΣΗΣ ΤΟΥ ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΥ ΜΕ ΤΗ ΒΟΗΘΕΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΟΥ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΗ
Το τεχνικό σχέδιο αποτελεί µία γλώσσα γραφικών συµβόλων που επιτρέπει τη συνεργασία µεταξύ ανθρώπων και ηλεκτρονικών υπολογιστών (Η/Υ). Ο υπολογιστής έχει επιφέρει σήµερα επαναστατικές αλλαγές στον τρόπο κατασκευής, αποθήκευσης και εκτύπωσης των τεχνικών σχεδίων. Η έµφαση στο σύγχρονο σχέδιο δίνεται στην αποτελεσµατική µεταφορά σχεδιαστικών λεπτοµερειών στα µέλη µιας σχεδιαστικής οµάδας που µπορεί να βρίσκονται σε τελείως ανεξάρτητες θέσεις. Η έκφραση «µια εικόνα αξίζει όσο χίλιες λέξεις» δεν είχε ποτέ µεγαλύτερη σηµασία από σήµερα. Οι υπολογιστές µπορούν να καταλαβαίνουν αριθµούς και είναι ικανοί να εκτυπώνουν πληροφορίες σε αριθµητική µορφή σειρές επί σειρών και σελίδες επί σελίδων αριθµών. Οι άνθρωποι, όµως, που καταλαβαίνουν ευκολότερα λέξεις και εικόνες, καλούν τον υπολογιστή να πάρει αυτούς τους αριθµούς από µια βάση δεδοµένων και να απεικονίσει το σχέδιο που αντιπροσωπεύουν (Σχήµα 1). Τα τεχνικά σχέδια που παράγονται µε τη βοήθεια του υπολογιστή λειτουργούν ως µέσο οπτικού ελέγχου της ορθότητας των αριθµών, µιας και είναι ευκολότερο να ελεγχθεί µια εικόνα από πενήντα σελίδες γεµάτες αριθµούς. Τα σχέδια που παράγονται µε τη βοήθεια υπολογιστών διακρίνονται σε δύο είδη: 1) σε αυτά που έχουν τη µορφή διαγράµµατος ή γραφικής παράστασης και 2) σε αυτά που έχουν τη µορφή εικόνας που δείχνει το σχήµα ή το µέγεθος κάποιου αντικειµένου. Σχήµα 1. Αριθµητική βάση δεδοµένων και η γραφική της παράσταση. Το σύνολο των αριθµών που ορίζει τη γεωµετρία ενός τεχνικού σχεδίου «διαβάζεται» από το πρόγραµµα CADD και εµφανίζεται στην οθόνη µε τη µορφή ενός τεχνικού σχεδίου. Και στις δύο περιπτώσεις, ο σχεδιαστής προσπαθεί να καθορίσει πότε το υπολογιστικό µοντέλο ικανοποιεί τα σχεδιαστικά του κριτήρια. Για γίνει αυτό, ο σχεδιαστής πρέπει να µπορεί να διαβάσει το σχέδιο και να καταλάβει το σχήµα, το µέγεθος και τις κατασκευαστικές λεπτοµέρειες, από τον τρόπο που παρουσιάζονται στον υπολογιστή. Οι αρχές των τεχνικών σχεδιάσεων, οι γενικά αποδεκτοί τρόποι συµβολικού σχεδιασµού τυποποιηµένων στοιχείων (όπως είναι τα σπειρώµατα και τα ελατήρια στο µηχανολογικό σχέδιο) και οι µέθοδοι παρουσίασης των διαστάσεων των αντικειµένων πρέπει να είναι απόλυτα γνωστές στο σχεδιαστή που χρησιµοποιεί τον Η/Υ ως εργαλείο σχεδίασης. 2
Με την ανάπτυξη ολοένα και ισχυρότερων συστηµάτων Σχεδιασµού µε τη βοήθεια Ηλεκτρονικού Υπολογιστή (Computer-Aided Design, CAD), τα σχέδια σε χαρτί είναι πιθανό σύντοµα να εξαφανιστούν. Αντί της χρήσης αυτών, τα σχέδια θα εµφανίζονται σε οθόνες υπολογιστών (monitors), όπου πολύ εύκολα µπορούν να διορθώνονται, να ανανεώνονται και να αξιολογούνται. 3
Αρχικά θα πρέπει να γίνει µία διάκριση µεταξύ των όρων CAD (Computer-Aided Design, Σχεδιασµός µε τη βοήθεια Ηλεκτρονικού Υπολογιστή) και CADD (Computer-Aided Design Drafting, Παραγωγή της Γραφικής Αποτύπωσης του Σχεδιασµού µε τη βοήθεια Ηλεκτρονικού Υπολογιστή). Με τον όρο CAD περιγράφεται µια τεχνική ανάλυσης, ένα είδος προτυποποίησης της λειτουργίας ενός προϊόντος πριν από την κατασκευή του. Τα σχέδια σε χαρτί πιθανόν να µην είναι απαραίτητα στη φάση του σχεδιασµού. Η πλέον ιδανική περίπτωση είναι αυτή όπου η εισαγωγή στις κατασκευαστικές ή παραγωγικές µηχανές των αριθµών που προέκυψαν από το σχεδιασµό οδηγεί σε παραγωγή αντικειµένων ή προϊόντων που έχουν την ίδια γεωµετρική µορφή ή άλλες ιδιότητες µε αυτές που είχαν προβλεφθεί από τον σχεδιασµό. Για το συντονισµό του εργατικού προσωπικού που θα κατασκευάσει το προϊόν είναι απαραίτητη η ύπαρξη των κατάλληλων τεχνικών σχεδίων. Κάθε σηµείο σε ένα αντικείµενο έχει τη δική του µοναδική θέση, ή «διεύθυνση» στο χώρο. Οι «διευθύνσεις» όλων των σηµείων ενός αντικειµένου σχηµατίζουν τη βάση δεδοµένων για το αντικείµενο αυτό. Θα λέγαµε, στηριζόµενοι στην ορολογία της µαθηµατικής επιστήµης της «Αναλυτικής Γεωµετρίας», ότι κάθε σηµείο ενός αντικειµένου έχει µοναδικές συντεταγµένες ορίζοντας ως αρχή κάποιων ορθοκανονικών καρτεσιανών αξόνων κάποιο συγκεκριµένο αρχικό σηµείο του αντικειµένου. Η βάση δεδοµένων του σχεδίου του αντικειµένου περιέχει πρωτίστως τις συντεταγµένες των σηµείων του ως προς τους άξονες αυτούς. Μετακίνηση ή περιστροφή των αξόνων αυτού του ορθοκανονικού συστήµατος µέσα σε ένα ορθοκανονικό σύστηµα σταθερών αξόνων που περιγράφει το επίπεδο ή το χώρο επιτρέπει τη µετακίνηση ή την περιστροφή του σχεδίου του αντικειµένου στο επίπεδο ή το χώρο, αντίστοιχα. Συµπεριλαµβάνονται συνεπώς στη βάση δεδοµένων του σχεδίου και οι συντεταγµένες δύο (για το επίπεδο) ή τριών (για το χώρο) συγκεκριµένων σηµείων του κινούµενου ορθοκανονικού συστήµατος µέσα στο σταθερό ορθοκανονικό σύστηµα. Σύµφωνα µε µία άλλη µέθοδο, η οποία είναι ισοδύναµη ως προς το αποτέλεσµα µε την προηγούµενη, αλλά διαφέρει ως προς το σκεπτικό, µπορούµε να θεωρήσουµε ότι οι καρτεσιανοί άξονες στους οποίους περιγράφεται το αντικείµενο είναι σταθεροί, ενώ οι καρτεσιανοί άξονες του χώρου µπορούν να περιστραφούν ή να µετακινηθούν ώστε να αλλάξει και ο τρόπος θέασης του αντικειµένου. Είναι, δηλαδή, η πρώτη µέθοδος µία µαθηµατική περιγραφή ενός συστήµατος ακίνητου παρατηρητή, ο οποίος βλέπει το αντικείµενο να περιστρέφεται ή να µετακινείται κατά τον επιθυµητό για αυτόν τρόπο, ενώ η δεύτερη είναι η µαθηµατική περιγραφή ενός συστήµατος κινούµενου παρατηρητή, ο οποίος µετακινείται ή στρέφεται ώστε να αλλάζει τη γωνία θέασης που έχει προς ένα σταθερό αντικείµενο κατά τον επιθυµητό για αυτόν τρόπο. 4
ιδιάστατα αντικείµενα έχουν διδιάστατες (2-D) βάσεις δεδοµένων. Αντίστοιχα, τρισδιάστατα αντικείµενα έχουν τρισδιάστατες (3-D) βάσεις δεδοµένων. Το µέγεθος του αρχείου αριθµών που ορίζει ένα ηλεκτρονικό σχέδιο εξαρτάται από το µέγεθος της βάσης δεδοµένων που συνδέεται µε αυτό (δηλ. από το πλήθος των αριθµών που ορίζουν το σχεδιαστικό αντικείµενο) και όχι από τις φυσικές διαστάσεις του χαρτιού στο οποίο πρόκειται να εκτυπωθεί το σχέδιο αυτό. Συγκεκριµένα, το µέγεθος ενός CADD σχεδίου προσδιορίζεται από τις ακόλουθες παραµέτρους. 1. ιαστατικότητα (οι τρισδιάστατες βάσεις δεδοµένων είναι µεγαλύτερες από τις διδιάστατες για το ίδιο αντικείµενο). 2. Το µέγεθος του αντικειµένου (µεγάλα αντικείµενα περιλαµβάνουν πιο πολλά σηµεία). 3. Η λεπτοµέρεια του αντικειµένου (περισσότερη λεπτοµέρεια οδηγεί σε περισσότερα σηµεία). Στη συνέχεια γίνεται µία σύντοµη ανασκόπηση των σηµαντικότερων αρχών του CADD. Με το CADD, ο υπολογιστής µπορεί εύκολα να παρουσιάσει ξεχωριστά τα µεµονωµένα τεµάχια τα οποία συνθέτουν µία συναρµογή µε τοποθέτησή τους σε διαφορετικά επίπεδα (layers). Τα επίπεδα αυτά µπορούν να επιλεγούν προς θέαση µε οποιονδήποτε συνδυασµό. Τα προγράµµατα CADD επιτρέπουν στο σχεδιαστή να επιλέξει τις µονάδες µέτρησης (όπως χιλιοστά ή ίντσες) για τη βάση δεδοµένων. Η εικόνα µπορεί να φαίνεται µεγαλύτερη ή µικρότερη, ανάλογα µε το βαθµό λεπτοµέρειας που είναι επιθυµητός. Αυτό δεν επηρεάζει το πραγµατικό µέγεθος του αντικειµένου, που καθορίζεται από τους αριθµούς στη βάση δεδοµένων. Αντίθετα, επιτρέπει τη θέαση του αντικειµένου από πολύ κοντά ή από πιο µακριά. Αν αλλάξει η ίδια η βάση δεδοµένων τότε αναφέρεται ότι το αντικείµενο άλλαξε κλίµακα (scale). Τα συστήµατα CADD µπορεί να είναι πολύ µεγάλης ακρίβειας, η οποία καθορίζεται από το συνολικό αριθµό των µεµονωµένων σηµείων, που ο υπολογιστής µπορεί να αποτυπώσει στιγµιαία. εν είναι ασυνήθιστο για ένα σύστηµα CADD το να επιτρέπει στο σχεδιαστή να εργάζεται σε λεπτοµέρειες αντικειµένων µε ακρίβεια µόλις µερικών δεκάδων µικροµέτρων (µm) και ταυτόχρονα να χειρίζεται διαστήµατα µήκους µερικών δεκάδων χιλιοµέτρων (km). Όµως, όσο µεγαλύτερη είναι η ακρίβεια τόσο µικρότερος είναι ο διαθέσιµος χώρος εργασίας (work space) που µπορεί να οριστεί και το αντίθετο. Βέβαια, ο πραγµατικά διαθέσιµος χώρος εργασίας εξαρτάται από τον Η/Υ στον οποίο είναι εγκατεστηµένο το πρόγραµµα CADD και συγκεκριµένα από τις αποθηκευτικές µνήµες δεδοµένων (προσωρινές και µόνιµες) που διαθέτει. Η ελαστικότητα αυτή επιτρέπει τον ταυτόχρονο σχεδιασµό θεµάτων µεγάλων και µικρών διαστάσεων στο ίδιο σύστηµα (Σχήµα 2). Είναι πιθανό να επεξεργάζεται κάποιος ταυτοχρόνως στην οθόνη του υπολογιστή του το πλήρες σχέδιο ενός πολύ µεγάλου διαστηµικού σταθµού και το σχέδιο ενός ολοκληρωµένου κυκλώµατος (chip) ενός computer που ανήκει στο ηλεκτρικό σύστηµα του σταθµού αυτού. Κάποτε χρειαζόντουσαν ώρες για την περιγραφή της γεωµετρίας ακόµα και ενός απλούστατου εξαρτήµατος. Σχήµα 2. Σύστηµα δια-δραστικών γραφικών σε υπολογιστή κλάσης Mini. 5
Σήµερα, µε την ύπαρξη όλο και πιο εξελιγµένων και πιο «φιλικών προς τον χρήστη» (user-friendly) προγραµµάτων CADD, µπορεί ένα σύνθετο σχέδιο να παραχθεί σε πολύ µικρό κλάσµα του χρόνου που απαιτείτο παλαιότερα. Ο ρόλος που παίζει το σχέδιο στην εργασία του σχεδιασµού αλλάζει µε την ολοένα αυξανόµενη χρήση µηχανών και διεργασιών που ελέγχονται από υπολογιστές (computer-aided machines and processes). Οι µελετητικές εταιρίες που συνεχίζουν να παράγουν τα τεχνικά σχέδιά τους χωρίς τη βοήθεια υπολογιστών τα προορίζουν µόνο για χρήση στην παραγωγή των επιµέρους εξαρτηµάτων ή γενικά των συστατικών στοιχείων του προϊόντος που µελετούν, καθώς και για τη συναρµολόγηση και τον έλεγχο του τελικού προϊόντος. Τα χειρόγραφα αυτά σχέδια αποτελούν τη βάση για όλα τα επόµενα έγγραφα, που αφορούν την κατασκευή, τη διανοµή και τον έλεγχο των προϊόντων αυτών. εν υπάρχει διαθέσιµο ένα αρχικό σύνολο αριθµών που να περιγράφει το µοντέλο του προϊόντος και συνεπώς στην περίπτωση αυτή η βάση δεδοµένων είναι τα ίδια τα χειρόγραφα σχέδια. Οι εταιρίες που δηµιουργούν µια βάση δεδοµένων για κάθε επιµέρους τµήµα του προϊόντος, χρησιµοποιούν αυτό το σύνολο των αριθµών για να παράγουν όλα τα τεχνικά έγγραφα που είναι απαραίτητα κατά τη διάρκεια ζωής της συγκεκριµένης µελέτης. Αυτά περιλαµβάνουν τεχνικά σχέδια και οδηγίες για: τις αριθµητικά ελεγχόµενες εργαλειοµηχανές παραγωγής των εξαρτηµάτων, τον έλεγχο ποιότητας, τη συναρµολόγηση, την εµπορία, τη συντήρηση, τον έλεγχο αποθεµάτων των αποθηκών, την εφοδιαστική και λογιστική διαχείριση. Υπάρχει µία θεµελιώδης διαφορά ανάµεσα στο χειρόγραφο σχέδιο και στο σχέδιο CADD. Στο δεύτερο όλα τα επακόλουθα έγγραφα συνδέονται µε την ίδια αριθµητική βάση δεδοµένων και συλλέγουν πληροφορίες, διασφαλίζοντας την ακρίβεια και την πληρότητα. Στη σχεδίαση στο χέρι, ένα σχέδιο µπορεί να γίνει από ένα προηγούµενο σχέδιο, το οποίο έχει γίνει από ένα προηγούµενο κ.ο.κ. Συνεπώς, η πιθανότητα εισαγωγής κάποιου λάθους είναι πολύ µεγαλύτερη στην περίπτωση αυτή. 6
Αν η βάση δεδοµένων περιέχει την αναπαράσταση της γεωµετρίας ενός εξαρτήµατος στη µνήµη του υπολογιστή, τότε κάθε όψη ξεχωριστά αλλά και όλες οι όψεις αυτής της γεωµετρίας είναι διαθέσιµες στο σχεδιαστή. Για τη διαµόρφωση ενός µηχανολογικού σχεδίου από τη βάση δεδοµένων, το σχήµα πρέπει να έχει τέτοια θέση, ώστε να φανερώνονται όλες οι επιθυµητές του όψεις (Σχήµα 3). Όταν χρησιµοποιείται ένα σύστηµα CADD οι όµοιες γραµµές θα είναι πάντοτε του ίδιου πάχους σε κάθε σχέδιο, τα γράµµατα θα είναι τα ίδια ανεξάρτητα από το σχεδιαστή και γενικά όλα τα σχεδιαστικά αντικείµενα που εξαρτιόνταν από τη γραφιστική ικανότητα του σχεδιαστή θα είναι οµοιόµορφα και συνεπή. Οι εκτυπώσεις απαιτούνται µόνο ως επαλήθευση της αριθµητικής βάσης δεδοµένων ή για χρήση των σχεδίων σε τοποθεσίες όπου δεν είναι διαθέσιµος Η/Υ. Σχήµα 3. Πολλαπλές όψεις από την ίδια βάση δεδοµένων. Αφού το αντικείµενο αποδοθεί για µία µόνο φορά σε µορφή αριθµητικής βάσης δεδοµένων, θα είναι άµεσα διαθέσιµη κάθε όψη της γεωµετρίας του. Αν και αυτή η διαφορά αποτελεί αντικείµενο διαµάχης µεταξύ των οπαδών του χειρόγραφου και του κατασκευασµένου σε υπολογιστή σχεδίου, η ίδια η χρήση των τεχνικών σχεδίων στην πράξη δεν επιτρέπει την αποκλειστική επιλογή του ενός ή του άλλου τρόπου. Οι βιοµηχανίες θα συνεχίσουν να χρησιµοποιούν από κοινού τόσο τα σχέδια σε χαρτί όσο και αυτά σε υπολογιστή. Εφόσον τα σχετικά εθνικά ή διεθνή πρότυπα σχεδίασης συνεχίσουν να παρέχουν τη σχετική δυνατότητα, µπορεί να εξασφαλιστεί η εναλλακτική χρήση και των δύο τρόπων σχεδίασης. Για παράδειγµα, η βιοµηχανία χαλύβων οικοδοµικών κατασκευών κάνει χρήση των βάσεων δεδοµένων CADD για το σχεδιασµό και την ανάλυση, αλλά θα συνεχίσει να χρησιµοποιεί εκτεταµένα τα χειρόγραφα σχέδια ή τα εκτυπωµένα αντίγραφα σχεδίων από υπολογιστή στο χώρο κατασκευής των οικοδοµηµάτων. Γιατί; ιότι είναι πολύ πιο εύκολο να µεταφέρεις µαζί σου ένα σχέδιο σε χαρτί από ότι έναν υπολογιστή (ακόµη και φορητό) την ώρα που σκαρφαλώνεις στις σκαλωσιές µιας γέφυρας. 7
Οι κατασκευαστικές εταιρίες ενδιαφέρονται όλο και περισσότερο για τη σύνδεση του σχεδιασµού και της κατασκευής, ώστε να µειωθεί ο χρόνος παραγωγής, να περικοπεί το κόστος για αίθουσες σχεδίασης, να απλοποιηθεί ο προγραµµατισµός της παραγωγής και να αυξηθεί η ακρίβεια των κατασκευών. Ένα ολοκληρωµένο σύστηµα CAD/CAM µοιράζεται τη βάση δεδοµένων που δηµιουργείται κατά τη φάση της σχεδίασης (Σχήµα 4). Σχήµα 4. Ροή της εργασίας σε ένα ολοκληρωµένο σύστηµα CAD/CAM. Οι Αριθµητικά Ελεγχόµενες Μηχανές µε τη χρήση Η/Υ (Computer Numerically Controlled (CNC) machines) είχαν αναπτυχθεί πριν το CAD και απαιτούσαν µια ξεχωριστή βάση δεδοµένων. Αν οι µηχανές µπορούσαν να αναγνωρίσουν αυτή τη βάση δεδοµένων, γιατί να µη δηµιουργηθεί η πρωτότυπη περιγραφή της γεωµετρίας του εξαρτήµατος στην ίδια µορφή, ώστε να αποφευχθεί η δαπανηρή διαδικασία της µετάφρασης χειρόγραφων σχεδίων σε βάση δεδοµένων CNC; Η σύζευξη των δύο αυτών ενεργειών δηµιούργησε το CAD/CAM, µε τη συνένωση δηλαδή του Computer-Aided Design (Σχεδιασµός µε τη βοήθεια Η/Υ) µε το Computer-Aided Manufacturing (Κατασκευή µε τη βοήθεια Η/Υ). Όπου οι υπολογιστές χρησιµοποιούνται για κατασκευές, συνηθίζεται η χρήση του όρου CAM. Το CAM εφαρµόζεται στις διεργασίες σχεδιασµού και παραγωγής, στον έλεγχο αποθεµάτων αποθήκηςl και στον προγραµµατισµό αριθµητικά ελεγχόµενων εργαλειοµηχανών. Το CAD/CAM µπορεί να θεωρηθεί ότι διαιρείται σε τέσσερις (4) γενικές περιοχές: 1. Τεχνικός Σχεδιασµός (engineering design) 2. Παραγωγή των Σχεδίων του Σχεδιασµού (design drawing) ή παραγωγή των γραφικών απεικονίσεων του Σχεδιασµού (design drafting) 3. Στρατηγικός Προγραµµατισµός (planning) ή Οργανωτικός-Χρονικός Προγραµµατισµός (scheduling) 4. Κατασκευή σε γραµµή παραγωγής (fabrication) ή Μηχανουργική Κατεργασία (machining). Το CAD/CAM αποτελεί µέρος ενός περισσότερο ολοκληρωµένου συστήµατος κατασκευής, το οποίο αναφέρεται ως Ολοκληρωµένη διαµέσου της χρήσης Ηλεκτρονικού Υπολογιστή Κατασκευή Computer-Integrated Manufacture (CIM). Η διεργασία CIM ολοκληρώνει σφαιρικά τη διαδικασία 8
κατασκευής από το σχεδιασµό του προϊόντος, το CADD, την παραγωγή, το χειρισµό των πρώτων υλών, την παρακολούθηση και τον έλεγχο της ποιότητας και τη συναρµολόγηση. Σήµερα, αλλά και ακόµη περισσότερο στο µέλλον, µικροί αλλά πανίσχυροι υπολογιστές είναι σε θέση να ελέγχουν µηχανές στη γραµµή παραγωγής. Αυτοί οι υπολογιστές ελέγχονται µε τη σειρά τους από άλλους µεγαλύτερους, οι οποίοι τους αναθέτουν συγκεκριµένες εργασίες, δροµολογούν και κατανέµουν τα υλικά στους διάφορους σταθµούς εργασίας και κρατούν αρχείο αποθήκης υλικών. Αυτοί οι ενδιάµεσοι υπολογιστές µπορούν να ελέγχονται από ακόµα µεγαλύτερους, οι οποίοι συντονίζουν τις δραστηριότητες µεταξύ των τµηµάτων της επιχείρησης. Ο Μηχανικός ως βασικός συντονιστής της παραγωγής πρέπει να είναι σε θέση να µπορεί να εγκαταστήσει, να ελέγξει, να παρακολουθήσει και να κατευθύνει σε συνεργασία µε άλλους επιµέρους ειδικούς όλα τα στάδια ενός συστήµατος CIM ή CAD/CAM. Ένα βασικό στάδιο των συστηµάτων αυτών είναι και η παραγωγή των γραφικών απεικονίσεων του σχεδιασµού (CADD), η οποία αποτελεί αντικείµενο του µαθήµατος των «Τεχνικών Σχεδιάσεων µε τη χρήση του Η/Υ». 9
Οι υπολογιστές έχουν γίνει ευρύτατα αποδεκτοί στις επιχειρήσεις, στη βιοµηχανία, στην επιστήµη και στην εκπαίδευση, σαν εργαλεία για την επίλυση προβληµάτων και για την επεξεργασία των πληροφοριών. Σήµερα υπάρχουν προσωπικοί υπολογιστές που µπορούν να δώσουν µεγάλη υπολογιστική δύναµη σε χρήστες, που στο παρελθόν δε θα µπορούσαν να έχουν κανένα είδος υπολογιστή. Ένας υπολογιστής που πριν λίγα χρόνια χρειαζόταν ένα ολόκληρο δωµάτιο, τώρα χωράει πάνω σε ένα γραφείο. Προκειµένου να γίνει συζήτηση για υπολογιστές θα πρέπει να χρησιµοποιηθούν κάποιες συγκεκριµένες συντοµογραφίες που αφορούν σε δύσκολους και µεγάλους όρους. Στο παρόν κείµενο, την πρώτη φορά που θα παρουσιάζεται ένας τέτοιος όρος, θα γράφεται ολογράφως µαζί µε τη συντοµογραφία του. Στις επόµενες αναφορές του όρου αυτού θα γίνεται χρήση µόνο της συντοµογραφίας του. Οι υπολογιστές CADD µπορούν να χωριστούν σε κατηγορίες βάσει του αριθµού των χρηστών που µπορούν να υποστηρίξουν. Οι Κεντρικοί Υπολογιστές CADD (Mainframe CADD Computers) µπορούν να υποστηρίξουν εκατοντάδες χρήστες. Οι Υπολογιστές Κλάσης Mίνι (Minicomputers) επιτρέπουν σε έως δώδεκα σχεδιαστές να ανταλλάσσουν πληροφορίες και να µοιράζουν το φόρτο εργασίας. Οι Μικροϋπολογιστές (Microcomputers) αποτελούν προσωπικά εργαλεία σχεδίασης και µπορεί να είναι συνδεδεµένοι µε άλλους υπολογιστές κλάσης Micro, Mini ή Main. Σήµερα οι συνήθεις υπολογιστές που διατίθενται στην αγορά για προσωπική χρήση έχουν δυνατότητες που αγγίζουν αυτές των κεντρικών (main) υπολογιστών, δεδοµένου ότι η σχετική ορολογία ξεπεράστηκε από την εκρηκτική ανάπτυξη των υπολογιστικών συστηµάτων µέσα στην προηγούµενη δεκαετία. Το σύστηµα που παρουσιάζεται στο Σχήµα 5 χρησιµοποιείτο για την υποστήριξη αρκετών σταθµών εργασίας CADD, µόλις µερικά χρόνια πριν. Σχήµα 5. Σύστηµα Σχεδιάσεων µε τη βοήθεια Ηλεκτρονικού Υπολογιστή. Η µονάδα που εµφανίζεται στο αριστερό προσκήνιο είναι ο γραφικός επεξεργαστής (processor). Πίσω από τον επεξεργαστή φαίνεται ένα υψηλής ταχύτητας καταγραφικό σχεδίων µε κεφαλή τύπου ακίδων (pen plotter). Τα τελευταία χρόνια οι µικροϋπολογιστές χρησιµοποιούνται ευρύτατα για CADD, CAD και CAM. Αυτές οι σχετικά χαµηλού κόστους µηχανές έγιναν προσιτές, µέσω της αλµατώδους ανάπτυξης της τεχνολογίας των ολοκληρωµένων κυκλωµάτων (Integrated Circuit ΙC, chip). Είναι δύσκολο να γίνει πιστευτό, αλλά είναι δυνατόν εκατοµµύρια ηλεκτρονικά εξαρτήµατα, όπως τρανζίστορ, αντιστάσεις και 10
πυκνωτές, να συναρµολογηθούν σε ένα ολοκληρωµένο κύκλωµα και να καταλαµβάνουν µέγεθος µικρότερο από το µισό του νυχιού του ανθρώπινου αντίχειρα. Επειδή οι µικροϋπολογιστές αποτελούν τη βάση των περισσότερων τεχνικών σταθµών εργασίας, είναι σηµαντικό στο σηµείο αυτό να αναφερθούν τα κύρια εξαρτήµατα των µονάδων αυτών. Οι µικροϋπολογιστές απαρτίζονται από τα ακόλουθα κύρια εξαρτήµατα. Μικροεπεξεργαστής ή CPU (microprocessor, Central Processing Unit CPU) Αρκετά ειδικευµένα ολοκληρωµένα κυκλώµατα που παρέχουν µνήµη, έλεγχο, ήχο και γραφικά. Συσκευές που επιτρέπουν την αλληλεπίδραση του ανθρώπου και υπολογιστή (εισόδου και εξόδου δεδοµένων, τα οποία ονοµάζεται Ι/Ο (Input/Output)). Οι λειτουργίες της CPU περιλαµβάνουν την επεξεργασία των δεδοµένων, την κλήση αυτών από µονάδες µνήµης, την εκτέλεση των εντολών ενός προγράµµατος και τη µεταφορά των πληροφοριών µεταξύ µονάδων µνήµης και συσκευών Ι/Ο. Εκτός από τις συσκευές άµεσης αλληλεπίδρασης του χρήστη µε τον υπολογιστή, συσκευές I/O µπορούν να είναι και οι µονάδες µόνιµης αποθήκευσης πληροφοριών (σκληρός δίσκος Hard Disk (HD), οπτικός δίσκος Compact Disk (CD-ROM) Digital Video Disk (DVD-ROM), δισκέτα Floppy Disk (FD), δισκέτα συµπιεσµένων πληροφοριών ZIP Disk, µαγνητική ταινία, κ.ά.), καθώς και διατάξεις επικοινωνίας µε άλλους υπολογιστές (συσκευή τηλεφωνικής αναµετάδοσης σηµάτων MODEM (Modulator-DEModulator), κάρτα τοπικού δικτύου Local Area Network Card (LAN Card), θύρα επικοινωνίας µέσω υπερύθρων Infra-Red (IR) communication port, κ.ά). Επιπρόσθετα, η CPU ελέγχει το λογικό τµήµα που εκτελούνται οι µαθηµατικές πράξεις (µαθηµατικός συνεπεξεργαστής - mathematical coprocessor, ο οποίος στα σύγχρονα συστήµατα είναι ενσωµατωµένος στο ολοκληρωµένο κύκλωµα του επεξεργαστή), παίρνει αποφάσεις, επιλέγει και µετατρέπει δεδοµένα. Η CPU είναι το «έξυπνο» τµήµα του υπολογιστή. Ο µικροϋπολογιστής διαθέτει τα ακόλουθα δύο γενικά είδη ηλεκτρονικής µνήµης. Μνήµη Τυχαίας Προσπέλασης Random-Access Memory (RAM) Μνήµη Μόνο για Ανάγνωση Read-Only Memory (ROM) Οι πληροφορίες που αποθηκεύονται στη µνήµη RAM µπορούν να µεταβληθούν. Χάνονται όταν αποθηκεύονται νέες πληροφορίες στην ίδια θέση, ή όταν διακοπεί η ηλεκτρική τροφοδοσία. Οι πληροφορίες στη µνήµη ROM παραµένουν µόνιµα αποθηκευµένες. Αυτού του είδους οι πληροφορίες δεν µπορούν να µεταβληθούν ούτε να διαγραφούν. Οι εντολές που αποθηκεύονται στη ROM ονοµάζονται firmware. Τα προγράµµατα που αποθηκεύονται στη RΑM ονοµάζονται software. Υπάρχουν ειδικοί τύποι µνήµης ROM που µπορούν να προγραµµατιστούν (Programmed-ROM, PROM), ή να σβηστούν και να επαναπρογραµµατιστούν (Erased and Programmed ROM, EPROM). Στα σύγχρονα συστήµατα οι βασικές εντολές λειτουργίας του υπολογιστή ως ηλεκτρονική συσκευή (Basic Instructions Operating System - BIOS) είναι ενταγµένες σε συγκεκριµένο ολοκληρωµένο κύκλωµα µνήµης (BIOS chip) τύπου EPROM. 11
Η χρήση ενός υπολογιστή παραγωγής γραφικών περιλαµβάνει τις ακόλουθες τρεις διεργασίες: 1. Είσοδος (Input) των εντολών και των γεωµετρικών δεδοµένων. 2. Επεξεργασία (Processing) των δεδοµένων. 3. Έξοδος (Output) σε µια ορατή µορφή που να είναι κατανοητή από τους ανθρώπους. Στην περίπτωση των συστηµάτων CADD τα δεδοµένα εισόδου περιγράφουν το σχήµα του προς σχεδίαση εξαρτήµατος, που σηµαίνει τη χωρική συσχέτιση των επιπέδων, των οπών και των άλλων χαρακτηριστικών του. Τις εντολές (instructions) τις δίνει ο χειριστής στον υπολογιστή ώστε να δει τη γεωµετρία από διαφορετικές πλεονεκτικές θέσεις, ή να κάνει συνδυασµούς, να διαγράψει, να τροποποιήσει ή να µετακινήσει µια εικόνα. Όταν γίνει η είσοδος των δεδοµένων και δοθούν οι εντολές, ο υπολογιστής δρα σύµφωνα µε αυτές τις εντολές, µεταβάλλοντας την περιγραφή του αντικειµένου στη µνήµη του. Όσο πιο λεπτοµερές και µη γραµµικό είναι το σύστηµα, τόσο περισσότερο χρόνο χρειάζεται ο υπολογιστής για να το επεξεργαστεί. Όπως έχει ήδη αναφερθεί, η γεωµετρία ενός εξαρτήµατος φυλάσσεται στη µνήµη του υπολογιστή ως σύνολο αριθµών. Για να µεταβληθεί το σχέδιο, ο υπολογιστής αλλάζει τους αριθµούς και τη µεταξύ τους συσχέτιση. Όταν ολοκληρωθεί αυτή η διαδικασία, ο χειριστής χρειάζεται µια οπτική ένδειξη των αλλαγών που έγιναν. Θα ήταν πολύ δύσκολο (έως αδύνατον) να επανεξεταστεί η αριθµητική βάση δεδοµένων ακόµη και για την πιο απλή γεωµετρία. Για το λόγο ο υπολογιστής παραγωγής γραφικών εκθέτει την εικόνα που καθορίζεται από τη βάση δεδοµένων σε µια συσκευή έκθεσης που λέγεται οθόνη. Αν χρειάζεται να κρατηθεί ένα µόνιµο έγγραφο (hard copy) των δεδοµένων αυτών σε κάποιο συµβατικό αρχείο (µη ηλεκτρονικό), τότε γίνεται εκτύπωση της εικόνας σε χαρτί. Αυτή η διαδικασία ανταλλαγής πληροφοριών µε τον υπολογιστή καλείται διαδικασία Ι/Ο (διαδικασία Εισόδου / Εξόδου). 12
Η οθόνη είναι η πιο κρίσιµη συσκευή Ι/Ο σε ένα υπολογιστή παραγωγής γραφικών. Εκθέτοντας το κείµενο και την αναπαράσταση των σχηµάτων και σχεδίων, ο υπολογιστής επικοινωνεί µε τον ανθρώπινο συνεργάτη του. Κατά τον ίδιο τρόπο, και ο χειριστής µπορεί να επικοινωνεί µε τον υπολογιστή δίνοντας εντολές, επαληθεύοντας δεδοµένα ή προσθέτοντας καινούργια χαρακτηριστικά στο σχεδιασµό. Οι υψηλής ποιότητας οθόνες παρουσιάζουν την εικόνα όπως ακριβώς θα εµφανιζόταν στο τελειωµένο σχέδιο. Η σαφήνεια της οθόνης µετριέται µε βάση την ανάλυσή της (resolution), τον αριθµό δηλαδή των οριζόντιων και κάθετων κουκκίδων που την συνθέτουν (για παράδειγµα 1024 κουκκίδες οριζόντια µε 768 κουκκίδες κάθετα). Μεγαλύτερης σηµασίας είναι ο αριθµός των σηµείων ανά ίντσα (dots per inch - dpi). Όσο µεγαλύτερος είναι ο αριθµός αυτός, τόσο καλύτερη είναι η ανάλυση. Υπάρχουν οι ακόλουθοι γενικοί τύποι οθονών, στηριζόµενοι σε διαφορετικές τεχνολογίες προβολής της ηλεκτρονικής εικόνας: 1. Οθόνες Σωλήνα Καθοδικής Ακτίνας Cathode-Ray Tube (CRT). Οθόνες συµβατικής τεχνολογίας που χρησιµοποιείται εδώ και πολλά χρόνια τόσο στις τηλεοράσεις, όσο και στους υπολογιστές. 1.α. Οθόνες Σωλήνα Άµεσης Θέασης Αποθηκευµένων εδοµένων (Direct View Storage Tube (DVST)). Οι οθόνες αυτές είναι ιδιαίτερα υψηλής ανάλυσης µε αποτέλεσµα την υψηλή οξύτητα της θέασης, αλλά έχουν µεγάλους χρόνους επανεµφάνισης της εικόνας. 1.β. Οθόνες συνόλου κουκίδων (τύπου Raster), οι οποίες είναι σαν τηλεοράσεις και λειτουργούν µε σταθερά µεταβαλλόµενες γραµµές σάρωσης και µε διάφορους τύπους φωσφορισµού των κουκίδων (µονόχρωµος, απλός έγχρωµος, έγχρωµος τριπλού καθοδικού σωλήνα (trinitron), κ.ά). Εδώ διευκρινίζεται ότι τα γραφικά στον υπολογιστή διακρίνονται: (i) Σε γραφικά τύπου raster όπου γίνεται ανάλυσή τους σε συγκεκριµένο πλήθος κουκίδων και στη βάση δεδοµένων τους περιέχονται οι συντεταγµένες όλων των κουκίδων που τα συνθέτουν, καθώς και το χρώµα των κουκίδων αυτών. Η τεχνολογία των γραφικών αυτών προσοµοιάζει στον τρόπο λειτουργίας της οθόνης της τηλεοράσεως. Τα γραφικά του τύπου αυτού καταλαµβάνουν µεγάλο όγκο αποθήκευσης της βάσης δεδοµένων τους και δεν επιτρέπουν την αποσαφήνιση πληροφοριών λεπτοµέρειας, αφού η µεγέθυνσή τους οδηγεί σε θολή εικόνα. (ii) Σε γραφικά τύπου vector όπου η βάση δεδοµένων τους περιέχει πληροφορίες συντεταγµένων για διακριτά σηµεία του περιγραφόµενου αντικειµένου τα οποία καθορίζουν ως διανύσµατα τα χαρακτηριστικά του αντικειµένου (π.χ. για µία ευθύγραµµη ακµή αρκούν οι συντεταγµένες της αρχής και του τέλους του ευθυγράµµου τµήµατος που την ορίζει). Τα γραφικά CADD είναι τύπου vector, αλλά προκειµένου να αποδοθεί η εικόνα τους σε κάποια οθόνη γίνονται από το πρόγραµµα CADD αυτόµατες και συνεχείς µεταφράσεις των τρεχουσών όψεων σε γραφικό σηµείων τύπου raster. Στη βάση δεδοµένων των γραφικών vector αποθηκεύονται όλες οι πληροφορίες που συνδέονται µε τα διανύσµατα (χρώµα, πάχος και τύπος γραµµής, επίπεδο (layer) σχεδίασης, κ.ά.). Τα γραφικά του τύπου αυτού καταλαµβάνουν πολύ 13
µικρό όγκο αποθήκευσης της βάσης δεδοµένων τους και επιτρέπουν την αποσαφήνιση πληροφοριών λεπτοµέρειας, αφού η µεγέθυνσή τους οδηγεί σε επαναδηµιουργία της εικόνας κουκίδων (raster) του µεγεθυνόµενου τµήµατος µε βάση τις πληροφορίες που είναι αποθηκευµένες στη βάση δεδοµένων. 2. Οθόνες τύπου Υγρού Κρυστάλλου Liquid Crystal Display (LCD). Οθόνες νέας τεχνολογίας, ιδιαίτερα µικρού όγκου και βάρους που επιτρέπουν την ευχερή µεταφορά τους. 2.α. Οθόνες DSTN (Dual-Scan Twisted Nematic). Είναι σχετικά φτηνές οθόνες του τύπου υγρού κρυστάλλου, που όµως υστερούν στη φωτεινότητα των κουκίδων και στην ταχύτητα ανανέωσης τους. 2.β. Οθόνες TFT (Thin Film Transistor). Οθόνες υψηλής ποιότητας εικόνας που στην έγχρωµη έκδοσή τους (ιδιαίτερα διαδεδοµένη) διαθέτουν τέσσερα τρανζίστορ ανά κουκίδα. 14
Η δραστηριότητα του CADD είναι συγκεντρωµένη γύρω από ένα σταθµό εργασίας CADD (workstation). Αυτός µπορεί να είναι τµήµα µιας οµάδας οθονών, που µοιράζονται τον ίδιο υπολογιστή παραγωγής γραφικών (Σχήµα 6), ή να είναι µια µεµονωµένη µονάδα φιλοξενούµενη µέσω σύνδεσης σε έναν κεντρικό υπολογιστή γραφικών (host computer) που βρίσκεται σε κάποια απόσταση µακριά. Ως επί το πλείστον οι σύγχρονοι σταθµοί εργασίας CADD αποτελούνται από έναν σταθερό µικροϋπολογιστή συνδεδεµένο µέσω δικτύου µε έναν µεγαλύτερο υπολογιστή CADD. Το γεγονός αυτό παρέχει τη δυνατότητα στο µηχανικό ή στον τεχνολόγο να έχει ταυτόχρονα ένα προσωπικό παραγωγικό εργαλείο και ένα σηµείο πρόσβασης (κόµβο - node) σε ένα µεγαλύτερο υπολογιστικό περιβάλλον. Σχήµα 6. Τερµατική οθόνη τύπου CRT. Το κλειδί σε αυτό το κατανεµηµένο γραφικό σύστηµα είναι το µοίρασµα των Ι/Ο περιφερειακών συσκευών (peripherals). Οι εκτυπωτές (printers), τα καταγραφικά σχεδίων (plotters), οι ψηφιοποιητές (digitizers) και οι σαρωτές (scanners) δε βρίσκονται στο σταθµό εργασίας αλλά στο δίκτυο CADD και είναι διαθέσιµοι όποτε χρειαστούν. Ένας τυπικός σταθµός εργασίας CADD αποτελείται από τα εξής: 1. Iσχυρό µικροϋπολογιστή. 2. Λογισµικό γραφικών και λογισµικό εφαρµογών. 3. Συσκευή εισόδου δεδοµένων, όπως είναι το ποντίκι (mouse) ή το πινάκιο ψηφιοποίησης (digitizing pad) µαζί µε την ειδική πένα του. 4. Συσκευή και λογισµικό επικοινωνίας µέσω δικτύου. 15
Ο εκτυπωτής (printer) δίνει στον υπολογιστή τη δυνατότητα να δηµιουργεί αντίγραφα σε χαρτί υλικού που έχει τη µορφή του κειµένου, όπως είναι οι λογαριασµοί υλικών, οι κατάλογοι εξαρτηµάτων και τα χρονοδιαγράµµατα. Οι απλούστεροι εκτυπωτές είναι τύπου πίνακα κουκίδων (dot matrix), οι οποίοι δηµιουργούν χαρακτήρες µε κατάλληλη διάταξη µικρών κουκκίδων ώστε να σχηµατίζονται τα γράµµατα ή οι αριθµοί. Οι κουκίδες δηµιουργούνται από περιστρεφόµενη κεφαλή ακίδων, γι αυτό αναφέρονται και ως εκτυπωτές κεφαλής ακίδων. Πολλοί dot matrix εκτυπωτές µπορούν επίσης να τυπώνουν και σχέδια αλλά σε χαµηλή ανάλυση, 60-240 dpi. Ενδιάµεση ποιότητα παραγόµενων εκτυπώσεων παρέχεται από εκτυπωτές ψεκασµού µελάνης (Ink-Jet ή Bubble-Jet), οι οποίοι παράγουν εκτυπώσεις κειµένων και σχεδίων µε ανάλυση που ρυθµίζεται µεταξύ των 300 και 720 dpi. Ανώτερη ποιότητα εκτυπώσεων παράγεται από εκτυπωτές laser, οι οποίοι χρησιµοποιούν πιο σύγχρονη τεχνολογία, ώστε να τυπώνουν σχέδια και κείµενα σε ανάλυση 300-2400 dpi. Ορισµένοι υπολογιστές παραγωγής γραφικών έχουν µονάδες εκτύπωσης συνδεδεµένες απευθείας µε την οθόνη, έτσι ώστε να λαµβάνονται άµεσα αντίγραφα για επανεξέταση. Στο χώρο τεχνικού σχεδιασµού µπορεί να ζητηθεί από ένα σχεδιαστή ένα αντίγραφο σε χαρτί, ώστε να ελέγξει τις διαστάσεις και τα στοιχεία του υποµνήµατος σε ένα σχέδιο που µόλις εκπονήθηκε από το αρχικό του σκαρίφηµα. Ένας εκτυπωτής µπορεί να χρησιµοποιηθεί από την οµάδα σχεδίασης κατά τα πρώτα στάδια της µελέτης. Αντίγραφα µπορεί να απαιτούνται συνεχώς, ακόµα και στα τελευταία στάδια µελέτης, ώστε να τεκµηριώνεται η πρόοδος του έργου. Μερικές από αυτές τις εκτυπώσεις µπορεί να περιλαµβάνονται τόσο στην προκαταρκτική όσο και στην τελική έκθεση του έργου. Όταν απαιτούνται υψηλής ποιότητας εκτυπώσεις σχεδίων σε µεγέθη χαρτιού µεγαλύτερα από αυτά που µπορεί να τυπώσει ένας εκτυπωτής laser, τότε χρησιµοποιούνται τα ψηφιακά καταγραφικά σχεδίων (plotters). Οι plotters χρησιµοποιούν υγρό µελάνι και ακίδες µε µύτες συµπιεσµένου πανιού ή τύπου µπίλιας ώστε να σχεδιάζουν πάνω σε χαρτί ή σε πολυεστερική µεµβράνη. Οι εµπορικοί plotters είναι εφοδιασµένοι µε πολλαπλές ακίδες, ώστε να είναι εφικτή η εκτύπωση γραµµών µε διαφορετικά χρώµατα. Οι plotters διακρίνονται κυρίως σε τρεις κατηγορίες: Τυµπάνου (Drum plotters) (Σχήµα 7) Κλίνης Ιµάντα (Beltbed plotters) (Σχήµα 8) Επίπεδης Κλίνης (Flatbed plotters) (Σχήµα 9) Ο πιο φτηνός είναι ο plotter τύπου τυµπάνου, ο οποίος έχει έναν κύλινδρο (τύµπανο) πάνω στον οποίο τοποθετείται το χαρτί (Σχήµα 7). Το χαρτί µπορεί να είναι µηχανογραφικού τύπου, οπότε έχοντας από µια σειρά από µικρές τρύπες στις πλευρές του συµπλέκεται µε κατάλληλης µορφής οδοντωτούς τροχούς (sprockets) που είναι τοποθετηµένοι από στα δύο άκρα του κυλίνδρου και έτσι προωθείται. Το χαρτί, όµως, µπορεί να είναι και απλό φύλλο (χωρίς τρύπες στα άκρα) οπότε προωθείται δια της τριβής µεταξύ του κυλίνδρου και κατάλληλων ελαστικών οδηγών. Ένας µεγάλος plotter τυµπάνου µπορεί να πάρει χαρτί πλάτους έως και 36 ιντσών. O plotter κλίνης ιµάντα καθιστά δυνατή τη χρήση ρολού χαρτιού το οποίο κόβεται σε επιθυµητά µεγέθη ή πολυεστερικής µεµβράνης, ενώ ταυτόχρονα διαθέτει τη συµπαγή µορφή του plotter τύπου τυµπάνου. Έχει τη δυνατότητα να χρησιµοποιεί ταυτόχρονα 4 ή περισσότερες ακίδες, ενώ ο χρήστης 16
µπορεί να επιλέξει ανάµεσα σε 16 διαφορετικά πλάτη κίνησης των ακίδων. Το µόνο που έχει να κάνει ο χειριστής είναι να επιλέξει το χρώµα και το εύρος κίνησης των ακίδων που θα εγκατασταθούν στο µεταφορέα τους (κεφαλή). Τα µικρότερα µοντέλα µπορούν να χειριστούν χαρτί µέχρι µεγέθους D κατά το πρότυπο ANSI ή Α1 κατά το πρότυπο ISO, ενώ τα µεγαλύτερα µοντέλα, που είναι για µεγάλα σχέδια, χρησιµοποιούν χαρτί µέχρι µεγέθους Ε κατά το πρότυπο ANSI ή Α0 κατά το πρότυπο ISO (Σχήµα 8). * Πρότυπα µεγέθη χαρτιού American Standard in inches International Standard in millimeters A 8.5 x 11.0 A4 210 x 297 B 11.0 x 17.0 A3 297 x 420 C 17.0 x 22.0 A2 420 x 594 D 22.0 x 34.0 A1 594 x 841 E 34.0 x 44.0 A0 841 x 1189 Σχήµα 8. Καταγραφικά σχεδίων τύπου κλίνης ιµάντα (beltbed plotters). Σχήµα 7. Καταγραφικό σχεδίων τύπου τυµπάνου (drum plotter). Σχήµα 9. Καταγραφικό σχεδίων τύπου επίπεδου ιµάντα (flatbed plotter). Υπάρχει ένα πλήθος µικρών και φθηνών plotters επίπεδης κλίνης που είναι διαθέσιµοι για συστήµατα CADD. Οι πιο ακριβοί plotters επίπεδης κλίνης φέρουν µεταφορέα ακίδων µε ικανότητα κίνησης σε δύο 17
κατευθύνσεις (Σχήµα 9). Ανάλογα µε το µοντέλο, φέρει οριζόντιο, κάθετο ή ανατρεπόµενο τραπέζι. Παρά το γεγονός ότι το οριζόντιο τραπέζι απαιτεί περισσότερη διαθέσιµη επιφάνεια εγκατάστασης από ένα κάθετο, διαθέτει κάποια κρυφά πλεονεκτήµατα ώστε να προτιµάται όταν η εργασία απαιτεί µεγάλη ακρίβεια. Το ανατρεπόµενο τραπέζι µπορεί να ρυθµιστεί από οριζόντια έως περίπου κάθετα. Οι εµπορικοί plotters έχουν συνήθως έναν οδηγό µεταφορέα των ακίδων, ο οποίος περιστρέφεται ώσπου να έρθει το κατάλληλο σύνολο ακίδων στην κατάλληλη θέση. Σε κάθε σύνολο ακίδων µπορούν να προσαρµοστούν οι τύποι των γραφίδων που προαναφέρθηκαν, ή να τοποθετηθούν διατάξεις που φέρουν µύτες µηχανικών µολυβιών ή γραφοκόπτες για την κοπή της µεµβράνης σχεδίασης. Οι plotters που παρουσιάζονται στο Σχήµα 10 συνδυάζουν την αυτόµατη ψηφιοποίηση (δηλ. τη διαδικασία αναγνώρισης των Χ και Y σηµείων πάνω σε ένα υπάρχον σχέδιο) και την υψηλή ταχύτητα εκτύπωσης σε ένα ενιαίο πλήρες σύστηµα. Οι δυνατότητές του περιλαµβάνουν τη διαχείριση δεδοµένων και σχεδίων, την εµφάνιση σε οθόνη, τη σύνταξη νέων σχεδίων, την Ι/Ο επικοινωνία και την παραγωγή ταινίας για απευθείας χρήση σε αριθµητικά ελεγχόµενες µηχανές κατεργασιών (Numerically Controlled NC). Οι δυνατότητες αυτές κάνουν το σύστηµα ιδανικό για την παραγωγή ποσοτήτων σχεδίων µεγάλου µεγέθους και ταινιών εργαλειοµηχανών NC. Τα ηλεκτροµηχανικά εξαρτήµατα (υλισµικό hardware) αυτού του είδους plotter digitizer (καταγραφικού σχεδίων ψηφιοποιητή) είναι τα εξής: Μία CPU που ελέγχει τη µονάδα κατά τη σχεδίαση ή ψηφιοποίηση. ιάταξη ανάγνωσης διάτρητων ταινιών ήδη υπαρχόντων ταινιών NC. ιατρητικό παραγωγής νέων ταινιών για κατεργασίες NC. Πληκτρολόγιο για εισαγωγή δεδοµένων και εντολών. Χειριστήριο ελέγχου λειτουργίας. Τραπέζι εκτύπωσης νέων σχεδίων ή ψηφιοποίησης υπαρχόντων. Οπτική γραµµή παρακολούθησης. Σχήµα 10. Σύστηµα αυτόµατης σχεδίασης γραφικών και ψηφιοποίησης. 18
Ο ηλεκτροστατικός εκτυπωτής / plotter που φαίνεται στο Σχήµα 11 σχεδιάζει πολύ γρηγορότερα από έναν συµβατικό plotter ακίδων. Χρησιµοποιώντας έναν ηλεκτρονικό πίνακα, ο ηλεκτροστατικός plotter τυπώνει κουκίδες σε χαρτί ευαίσθητο στην ηλεκτρική φόρτιση. Για τη διεργασία αυτή απαιτείται ειδικό χαρτί και χηµικά. Παράγει εκτυπώσεις πλάτους µέχρι 72 ιντσών και λειτουργεί σαν εκτυπωτής laser µεγάλου µεγέθους. Σχήµα 11. Ηλεκτροστατικός εκτυπωτής και plotter. Χρησιµοποιώντας ένα MODEM, ο υπολογιστής παραγωγής γραφικών µπορεί να συνδεθεί µε άλλους υπολογιστές µέσω τηλεφωνικών γραµµών, µέσω καλωδιακών γραµµών δικτύου ή µέσω µικροκυµάτων. Με τη βοήθεια του modem µπορεί ένας µικρός υπολογιστής να αποκτήσει πρόσβαση σε µια µεγάλη ηλεκτρονική τράπεζα σχεδίων που βρίσκεται σε ένα άλλο υπολογιστικό σύστηµα. 19
Αν η σχεδίαση είναι µία µέθοδος µετατροπής ψηφιακών ή αριθµητικών δεδοµένων σε σχέδιο, η ψηφιοποίηση είναι η µέθοδος µετατροπής ενός σχεδίου σε ψηφιακή βάση δεδοµένων ή αρχείο (file). Σε κάθε οργανωµένο σύστηµα CADD υπάρχουν πάντα µερικά σχέδια που υπάρχουν σε χαρτί (σκαριφήµατα, ή τεχνικά σχέδια που έγιναν πριν την εφαρµογή µηχανογράφησης, ή που παρελήφθησαν από µη µηχανογραφηµένους προµηθευτές). Τα γραφικά δεδοµένα που είναι απαραίτητα για τις γραµµές, τα σηµεία, τα επίπεδα, τα τόξα, τους κύκλους και τις ειδικές καµπύλες πρέπει να εισαχθούν στον υπολογιστή. Η διαδικασία εισαγωγής των συντεταγµένων Χ (πλάτος), Y (ύψος) και Z (βάθος) ενός σχεδίου είναι γνωστή ως ψηφιοποίηση (digitizing). Η διεργασία ψηφιοποίησης απαιτεί τη χρήση ενός ψηφιοποιητή (digitizer), ο οποίος αποτελείται είτε από µια ταµπλέτα ψηφιοποίησης, είτε από µία πινακίδα παρόµοιο µε αυτή της σχεδίασης (Σχήµα 12 και 13). Η ψηφιοποίηση µοιάζει κατά κάποιον τρόπο µε ιχνογραφία µε χρήση κάποιου ανιχνευτή. Ο ανιχνευτής στην περίπτωση αυτή είναι µια συσκευή εισόδου που καλείται ποντίκι (mouse), µπίλια (puck), ή πένα (stylus) και η οποία όταν ιχνογραφεί ένα σχέδιο τροφοδοτεί τις συντεταγµένες της εικόνας κατευθείαν στον υπολογιστή. Σχήµα 12. Ταµπλέτα ψηφιοποίησης. Σχήµα 13. Ψηφιοποίηση. 20