CAD, CAM, CAE-системы: применение, классификация, использование

Плюсы технологии CAD/CAM

Технологии CAD/CAM получили очень широкое распространение в мировой практике благодаря своим неоспоримым преимуществам, самые значимые из которых выглядят так:

точность в изготовлении протеза: он идеально прилегает, не нарушает дикцию,
максимальный комфорт при ношении,
более продолжительный срок службы конструкции: поскольку зазор между стенками зуба и стенками протеза не превышает 5-10 микрон, то под него не проникают бактерии, и он не расшатывается под давлением,
возможность работы с наиболее прочными материалами: например, диоксидами циркония и алюминия, дисиликатом лития, лейцитной керамикой, титановыми сплавами,
автоматизация процесса изготовления, исключение «человеческих» ошибок,
быстрый процесс восстановления зубов: протезирование возможно провести за 1 день – утром пришли на прием, подготовили зубы и сделали слепки, а вечером вернулись за новой коронкой, вкладкой или виниром, изготовленным по технологии CAD/CAM.

Зачем это нужно?

Системы CAD используются в основном для того, чтобы максимизировать эффективность и производительность работы инженеров за счет полной автоматизации проектирования и дальнейшей подготовки производства. Таким образом, за счет их применения достигаются следующие преимущества:

существенно сокращается срок проектирования;
сокращается количество труда, необходимого для планировки и проектирования;
существенно снижается общая себестоимость изготовления и проектирования, что напрямую сказывается на эксплуатационных затратах;
увеличение технико-экономического уровня, а также качества результатов проведенных проектных работ;
сокращение затрат, необходимых для испытания и натурного моделирования.

В качестве входных данных современные CAD-системы используют различные технические знания экспертов, которые занимаются уточнением результатов, введением различных проектных требований, проверкой полученной конструкции, ее изменением и множеством других вещей.

Реализация системы автоматизированного проектирования осуществляется в качестве комплекса прикладных утилит, с помощью которых обеспечивается проектирование, а также дальнейшее черчение и трехмерное моделирование конструкций или же объемных и плоских деталей.

В преимущественном большинстве случаев CAD-системы включают в себя модули моделирования трехмерных конструкций, а также оформления чертежей и различной конструкторской текстовой документации.

Классифицируются же они в основном по нескольким параметрам:

разновидность и тип рассматриваемого объекта;
уровень автоматизации процедуры проектирования;
сложность создаваемого объекта;
комплексность процесса автоматизации;
количество используемых документов;
характер используемых документов;
общее количество уровней, которые будут присутствовать в структуре технического обеспечения.

Обслуживающие компоненты

Компоненты, являются частью общей структуры и составляющими подсистем, выполняя собственные задачи в их функциональности. Они замыкают иерархическую цепочку и не делятся на элементы, оставаясь однородными, при этом полностью автономными и независимыми от других структурных составляющих. Компоненты во многом похожи на приложения и расширения, их так же можно устанавливать самостоятельно. Они разнообразны по назначению, но объединяются в группы по конкретному типу, образуя расширенные средства обеспечения и обслуживания САПР:

технические – совокупность компонентов, связанных в технической сфере (средства связи, сетевые, периферийные, измерительные устройства и приборы);
математические – компоненты, объединенные математическими методами, представленные также моделями и алгоритмами для выполнения задач в проектировании;
программные – прикладные, с пакетами программ, решающих задачи внутри отдельных этапов и общесистемные, обеспечивающие их полноценное функционирование;
информационные – содержащие базу данных и архив с описанием стандартных процедур и решений, сведений о комплектациях, моделях и нормах;
лингвистические – языковая база, включающая терминологию и представляющая информацию об объектах, находящихся в проектировании и предоставляемых для этого средствах;
методические – содержат теорию процессов, методику для анализа и системного синтеза, с описанием функциональной технологии и методики выбора приемов;
организационные – состоят из системной документации, содержащей расписания для штата, инструкции для должностных лиц, определенные правила, приказы и положения.

Классификация

По ГОСТ

ГОСТ 23501.108-85 устанавливает следующие признаки классификации САПР:

тип/разновидность и сложность объекта проектирования
уровень и комплексность автоматизации проектирования
характер и количество выпускаемых документов
количество уровней в структуре технического обеспечения

Классификация с использованием английских терминов

В области классификации САПР используется ряд устоявшихся англоязычных терминов, применяемых для классификации программных приложений и средств автоматизации САПР по отраслевому и целевому назначению.

По отраслевому назначению

MCAD (англ. mechanical computer-aided design) — автоматизированное проектирование механических устройств. Это машиностроительные САПР, применяются в автомобилестроении, судостроении, авиакосмической промышленности, производстве товаров народного потребления, включают в себя разработку деталей и сборок (механизмов) с использованием параметрического проектирования на основе конструктивных элементов, технологий поверхностного и объемного моделирования (SolidWorks, Autodesk Inventor, КОМПАС, CATIA);
EDA (англ. electronic design automation) или ECAD (англ. electronic computer-aided design) — САПР , радиоэлектронных средств, интегральных схем, печатных плат и т. п., (Altium Designer, OrCAD);
AEC CAD (англ. architecture, engineering and construction computer-aided design) или CAAD (англ. computer-aided architectural design) — САПР в области архитектуры и строительства. Используются для проектирования зданий, промышленных объектов, дорог, мостов и проч. (Autodesk Architectural Desktop, AutoCAD Revit Architecture Suite, Bentley MicroStation, Bentley AECOsim Building Designer, Piranesi, ArchiCAD).

По целевому назначению

По целевому назначению различают САПР или подсистемы САПР, которые обеспечивают различные аспекты проектирования.

CAD (англ. computer-aided design/drafting) — средства автоматизированного проектирования, в контексте указанной классификации термин обозначает средства САПР, предназначенные для автоматизации двумерного и/или трехмерного геометрического проектирования, создания конструкторской и/или технологической документации, и САПР общего назначения.
- CADD (англ. computer-aided design and drafting) — проектирование и создание чертежей.
- CAGD (англ. computer-aided geometric design) — геометрическое моделирование.
CAE (англ. computer-aided engineering
CAA (англ. computer-aided analysis) — подкласс средств CAE, используемых для компьютерного анализа.
) — средства автоматизации инженерных расчётов, анализа и симуляции физических процессов, осуществляют динамическое моделирование, проверку и оптимизацию изделий.
CAM (англ. computer-aided manufacturing) — средства технологической подготовки производства изделий, обеспечивают автоматизацию программирования и управления оборудования с ЧПУ или ГАПС (Гибких автоматизированных производственных систем). Русским аналогом термина является АСТПП — автоматизированная система технологической подготовки производства.
CAPP (англ. computer-aided process planning) — средства автоматизации планирования технологических процессов, применяемые на стыке систем CAD и CAM.

Многие системы автоматизированного проектирования совмещают в себе решение задач, относящихся к различным аспектам проектирования CAD/CAM, CAD/CAE, CAD/CAE/CAM. Такие системы называют комплексными, или интегрированными.

С помощью CAD-средств создаётся геометрическая модель изделия, которая используется в качестве входных данных в системах CAM и на основе которой в системах CAE формируется требуемая для инженерного анализа модель исследуемого процесса.

Классификация CAD/CAM-технологий.

Все CAD/CAM-системы делятся на два типа:

«Закрытые системы»;
«Отрытые системы»

К «закрытым» системам относятся такое оборудование, которое может работать только с определенными расходными материалами, производимыми как правило одной компанией.

Открытые CAD/CAM-системы имеют ряд преимуществ для пользователей:

Выбор любых CAD/CAM материалов из спектра имеющихся на рынке для фрезерования готовой реставрации;
Сканер для оцифровки оттиска или оставшейся субстанции зуба, так и фрезеровальный аппарат, выбираются оператором. То есть полученные клиницистом снимки с помощью интраоральной сканирующей камеры одной открытой CAD/CAM-системы могут беспрепятственно использоваться для моделирования в программном обеспечении другой открытой системы и фрезероваться на станке третьей открытой системы другого производителя.

По второй основной классификации все CAD/CAM-технологии разделяют на:

врачебные;
лабораторные.

Лучшие компании производители CAD/CAM систем.

Dyamach — Современная конструкция от итальянского изготовителя. Ее отличает повышенная точность и возможность работать и комбинировать различные материалы. Фрезерный станок, обтачивающий изделия в непрерывном режиме, сокращает время выполнения операции. Минусом системы можно считать ее высокую цену в сравнении с аналоговыми версиями других производителей конкурирующих брендов.

Roland — Продукт японских разработчиков, основное преимущество которого – абсолютная бесшумность фрезерного аппарата в процессе обтачивания изделия. Также отмечается повышенная точность в обработке и придании необходимой формы протезам, сделанным из материалов повышенной твердости, например, коронки из циркония. Недостаток – высокая цена оборудования, что ограничивает его применение в отечественных стоматологических клиниках.

Sirona Dental Systems — Является представителем немецких производителей. Как и все, выполненное в Германии, отличается высоким качеством и соблюдением всех требований стандартов. Относится к оборудованию средней ценовой группы. Аппараты получили широкое распространение в российских стоматологических центрах. Идеальное решение для клиник с небольшой проходимостью и наличием современных лабораторий.

Zirkonzahn — Имеет самую высокую производительность – порядка 1000 единиц моделей ежемесячно. Совместим с внутриоральными сканирующими устройствами. Обрабатывает любые материалы. Относится к продукту среднего ценового сегмента. На европейском рынке с 2009 года. Продукт швейцарских производителей.

WIELAND — Фрезерная машина Wieland имеет массивное шасси и прочную гранитную рабочую поверхность. Предназначена для работы в больших лабораториях и фрезерных центрах. Основное преимущество — встроенный высококачественный жидкокристаллический экран, позволяющий моментальный вывод изображения в процессе обтачивания материала. Комплектуется автономным вытяжным механизмом.

Цели, возможности и применение

Разработки собственно САПР преследуют исключительно мирные цели, направленные на повышение эффективности труда работников технических отделов (инженеров, конструкторов, проектировщиков). Возможности для этого предоставляет сам человек, взаимодействующий с вычислительной электроникой, и эта связка способна решать поставленные задачи, на разных стадиях проектирования, с последующей подготовкой производства. Способствуют в достижении этого следующие сопутствующие факторы:

многократно облегченный и упрощенный производственный процесс планирования;
снижение конечных сроков готовых к реализации базовых проектов;
улучшение показателей качества проектирования на каждом отдельно взятом этапе;
сокращение статьи затрат на моделирование и тестирование ввиду отсутствия доработок;
существенное сокращение затрат за счет отсутствия эксплуатации большого числа сотрудников.

Подобные преимущества, это результат достоинств и эффективности элементов автоматизированной системы. В частности:

информационной базы данных, включенной в структуру программного обеспечения;
функции автоматического сбора и классификации сопутствующей документации;
системных возможностей для конструирования с одновременным моделированием;
режима тестирования конечного проекта с функцией математических вычислений;
функции сбора и классификации оптимального управления предприятием;
архива с оптимальными решениями моделирования при минимизации затратной части;
библиотек с примерами готовых решений, включенных в структуру программного обеспечения.

Как создать красивый календарь – лучшие программы и онлайн сервисы

NX

NX – флагманская система САПР производства компании Siemens PLM Software, которая используется для разработки сложных изделий, включающих элементы со сложной формой и плотной компоновкой большого количества составных частей.

Ключевые особенности NX:

Поддержка разных операционных систем, включая UNIX, Linux, Mac OS X и Windows
Одновременная работа большого числа пользователей в рамках одного проекта
Полнофункциональное решение для моделирования
Продвинутые инструменты промышленного дизайна (свободные формы, параметрические поверхности, динамический рендеринг)
Инструменты моделирования поведения мехатронных систем
Глубокая интеграция с PLM-системой Teamcenter.

Программы КАД в медицине

Отдельным семейством платформ являются CAD/CAM системы, ориентированные на анализ здоровья человека. Без них невозможно обойтись при создании искусственного органа или заполнения форм бланков регистрации пациента. Принцип работы такого софта следующий:

Создание трехмерной модели в электронном виде.
Проверка ошибок и общий анализ объекта.
Изготовление протеза на фрезерном блоке.

Стоматологи пользуются программой чаще и продуктивнее. Неудовлетворительное состояние зубов может привести к инфекционным заболеваниям полости рта или всего организма, поэтому необходимо как можно скорее воздействовать на источник проблемы. Быстрая работа автоматизированного оборудования позволяет сократить сроки обслуживания клиента. Экономия времени больного является частью заботы о нем со стороны медицинского учреждения. Иногда результаты анализов и слепки появляются в день обращения в поликлинику, то есть он сразу идет с ними к своему врачу и проблема решается в течение нескольких часов.

Преимущества использования дантистами CAD следующие:

Быстрое и безошибочное создание слепка. Поскольку работа механизирована, исключается человеческий фактор и ошибки по невнимательности персонала.
Сохранение каркаса в базе данных в электронном виде. Функция позволяет в дальнейшем создать отчет по объекту.
Возможность внесения доктором корректировок. При необходимости, зубной врач может поправить деталь слепка по желанию клиента. Например, если делается каркас для создания брекетов, а у пациента есть дополнительные пожелания.

Разработаны специальные станки, оборудованные числовым программным управлением, что реализует возможность создания слепков и коронок за считанные минуты. ЧПУ получает информацию от КАД и отливает объект по чертежу с учетом всех внесенных правок. Благодаря CAD была усовершенствован принцип создания коронок. Макет может быть изготовлен из оксида циркония. Этот материал не вызывает аллергических реакций и отличается высокой биосовместимостью. Импланты выглядят более естественными, ведь специалист может выбрать подходящий оттенок. Цвет будет учитываться при покрытии искусственного зуба керамической массой. Софт может предложить использование других материалов, например, хром, пластмассу, воск, титан. С медицинской и практической точек зрения наиболее подходящим по всем параметрам является оксид циркония.

Достоинства систем автоматизированного проектирования

Использование САПР в первую очередь значительно упрощает труд инженера-проектировщика. Если раньше специалисты разрабатывали чертежи и документацию от руки, сегодня это выполняется в автоматизированном режиме. Другие преимущества:

ускорение процесса проектирования и конструирования деталей в 1,5-2 раза;
уменьшение затрат на изготовление изделий вплоть до 20%;
удешевление процесса разработки и расходов на эксплуатацию;
меньшие расходы на формирование моделей и проведение тестов;
значительный рост качества и технического уровня результатов работы.

В совокупности перечисленные преимущества делают предприятие более конкурентоспособным за счет увеличения качества выпускаемой продукции вместе с уменьшением себестоимости.

Пример работы САПР программы SolidWorks

Этапы протезирования

Алгоритм действий специалиста при проведении протезирования с применением систем CAD CAM выглядит следующим образом:

предварительная подготовка – одну или фрагмент зубной единицы избавляют от каменистых отложений, проводят профессиональную чистку и сушку, после чего сканируют специальной оптической объемной камерой рабочую площадь и прикус. Так получается компьютерная 3D панорамная версия. Аналогичным образом проводится сканирование стандартных слепков;
получившаяся картинка проходит обработку специальной компьютерной программой, которая самостоятельно подберет оптимальную форму планируемой реставрации с учетом анатомического строения и физического состояния соседних органов. Доктор при этом может вносить коррективы и поправки с помощью мышки. Сколько на это уйдет времени – зависит от клинической ситуации и сложности течения патологически процессов. В среднем это период длится от 5 минут до получаса;
по факту завершения процедуры моделирования, документ с готовой конструкцией копируется, и информация поступает в системный блок фрезерного аппарата, имеющего электронную систему программирования операций. Из фрагмента цельного материала специалист изготовит аналоговую версию, в точности копирующую электронную панорамную модель. На весь процесс отводится не более 10 минут.
Для придания конструкции более высоких эстетических характеристик, на нее носят тонкий керамический слой, обеспечивающий светоотражение и полупрозрачность изделия;
если в качестве базового компонента применяются оксиды циркония, готовую модель необходимо выдержать в высокотемпературной печи – это нужно для спекания материала. После такой обработки устройство приобретет необходимые размеры, твердость, станет прочнее и сформирует конечный цветовой оттенок;
после проведения обжига модель шлифуют и выполняют финишную полировку поверхности. После этого конструкцию можно устанавливать в ротовую полость.

Плюсы и минусы восстановления зуба керамической вкладкой, суть методики.

В этой публикации предлагаем подробное описание вкладки Onlay.

Общая информация

Для начала давайте рассмотрим, что такое САПР. Под этим понимают автоматизированные системы, которые берут на себя реализацию информационной технологии выполнения функции проектирования. Они являются организационно-техническим инструментом. С помощью САПР проектирование превращается в автоматизированный процесс, которые позволяет получить выигрыш в качестве работы и времени её выполнения. Следует отметить, что зависимо от целей и масштабов могут выдвигаться различные требования для осуществления деятельности. Так, проектирование и строительство математических расчетов отличается при создании от архитектурных документов в вопросах персонала, технических и программных средств и иных особенностей реализации

Тут необходимо остановить внимание на определённых технических особенностях. Следует понимать, что, несмотря на своё название, ни одна САПР не является в полном смысле автоматической системой. Наличие такого понятия подразумевает, что всё исполняется непосредственно техникой

Но в реальных условиях часть функций приходится выполнять человеку. Поэтому в общем же плане автоматизированы только отдельные процедуры и проектные операции

Наличие такого понятия подразумевает, что всё исполняется непосредственно техникой. Но в реальных условиях часть функций приходится выполнять человеку. Поэтому в общем же плане автоматизированы только отдельные процедуры и проектные операции.

Преимущества CAD/CAM технологий в стоматологии

В зуботехнической отрасли большой популярностью пользоваться зуботехнические конструкции из циркония. Они не имеют металлического основания, выглядят натурально. Изготовить подобные изделия способны только CAD/CAM-системы. Это не единственное преимущество технологии, есть и другие важные, достойные внимания плюсы:

высочайшая точность изготовления;
короткие сроки производства;
учет особенностей и потребностей пациента;
автоматизированный процесс, исключающий ошибки человеческого фактора.

Разные CAD/CAM-системы, используемые в стоматологии, имеют свои преимущества. На данный момент выделяют закрытые и открытые типы. Последние работают только с конкретными материалами — диски, блоки и.т.д. Открытые ценятся за возможность обновлять программное обеспечение, например, для работы с другим оборудованием.

С технической стороны тоже можно выделить несколько преимуществ.

Материал не деформируется, что позволяет получать качественное изделие, соответствующее заданным параметрам.
Визуализация не только конечного, но и промежуточных результатов, возможность обсудить и согласовать все с пациентом.
Использование разных материалов для ортопедических конструкций.

Плюсы и минусы данной технологии

CAD/CAM в стоматологической практике и протезировании зубов являются очень востребованными в современных клиниках, так как обладают следующими преимуществами:

анатомическая точность;
возможность изготовления из материалов высокой прочности (к примеру, титана или упомянутого диоксида циркония);
можно использовать в работе с наиболее запущенными случаями;
возможность врачебной ошибки минимизирована;
следовательно, практически исключен человеческий фактор;
высокий комфорт ношения, коронка садится идеально;
нулевой уровень травматичности.

У таких технологий есть немало преимуществ

Врач может продемонстрировать цифровую модель пациенту, и тот будет сразу проинформирован о том, как проходит процесс изготовления и имплантации и как будет выглядеть результат.

Протезы, изготовленные таким методом, практически не деформируются и не меняют местоположения. Высокая точность изготовления – около 25 мкм (сравним с ручным литьем – у него точность обычно 100 и более мкм).

К сожалению, главным недостатком использования этой технологии можно назвать высокую стоимость. Однако это отличная инвестиция в собственное здоровье, учитывая повышенную надежность и отсутствие вреда для организма.

Главный недостаток изготовления протезов таким способом – высокая стоимость

CAD, CAM, CAE-системы

Плюсы технологии CAD/CAM

Зачем это нужно?

Обслуживающие компоненты