Patrick Hanratty, CAD/CAM’ın babası olarak kabul edilir ve 1957 yılında General Motors Araştırma Laboratuvarları’nda çalışırken “Pronto” olarak bilinen bilgisayar yazılımını geliştirmiş ve kullanıma sunmuştur. Şu anda mevcut CAD/CAM sistemlerinin yaklaşık %70’i, onun orijinal koduna doğrudan dayanmaktadır. 1962 yılında, Ivan Sutherland Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nde doktora tezi kapsamında “Sketchpad”i icat etmiştir. İnteraktif arayüzü sayesinde Sketchpad, genellikle ilk CAD yazılımı olarak kabul edilir.
O zamanlar çığır açan bir teknoloji olan CAD/CAM, bugün birçok endüstriyi hala etkilemekte ve gelişmektedir. Teknoloji o dönemde pahalıydı ve çoğunlukla büyük şirketlerde çalışan tasarımcılar ve mühendisler tarafından kullanılıyordu. Kişisel bilgisayarların uygun fiyatlı hale gelmesiyle birlikte, CAD çizim hizmetleri profesyoneller ve ev kullanıcıları arasında yaygınlaşmaya başladı. 2007 yılına gelindiğinde, Autodesk yaklaşık sekiz milyon kopya satmış ve sektör lideri konumunu sağlamlaştırmıştır.
1995, CAD’in özellikle ticari uçaklar alanında yaygınlaşması için bir dönüm noktası oldu. O yıl, tamamen bilgisayarla tasarlanmış ilk yolcu uçağı olan Boeing 777’nin piyasaya sürüldüğü bir dönüm noktasıdır. O zamana kadar, Boeing tasarım süreçlerine CAD’i dahil etmeye başlamış olsa da, uçak geliştirme sürecini tamamen bilgisayara dayalı hale getirmemişti; ancak her şey Triple Seven ile değişti. CAD, Boeing’in havacılık mühendislerinin daha önce hiç olmadığı kadar hızlı ve kesin hesaplamalar yapmasına olanak sağladı.
Otomatik sistemler aynı zamanda tasarım ve havacılık mühendisliği hizmetlerini tek bir süreçte birleştirme olasılığını da açtı, bu da daha büyük maliyet tasarrufları ve zaman verimliliği sağladı. Teknoloji, dijital modelleme ve simülasyon sayesinde uçak geliştirme sürecini temelinden değiştirdi. Erken tasarım aşamasında, birden fazla potansiyel tasarımın bilgisayar modellemesi, havacılık mühendislerinin çeşitli konfigürasyonları hızlı ve kapsamlı bir şekilde incelemesine imkan sağladı.
Üretim Süreci
Boeing 777, aynı zamanda bir şirketin müşterilerden herhangi bir dış girdi almadan bir yolcu uçağı geliştirdiği geleneksel bir endüstri uygulamasından da ayrılıyordu. Şirketin kendi içindeki geliştirme ve havacılık mühendislik ekibi, aracın şekli ve özellikleri de dahil olmak üzere neredeyse her yönünü kontrol ediyordu. Ancak 777 ile durum farklıydı. İlk kez United Airlines, Delta, American Airlines, British Airways, Qantas, Cathay Pacific, Japan Airlines ve All Nippon Airways gibi sekiz büyük havayolu şirketi, geliştirme sürecine katıldı. Bu, o dönemde benzeri görülmemiş küresel bir alt geliştirme girişimiydi.
Havayollarının yanı sıra diğer teknoloji şirketleri de üretimde önemli roller üstlendi. Örneğin, Mitsubishi Ağır Sanayi ve Kawasaki Ağır Sanayi gövde panellerini üretirken, Subaru Corporation (eskiden Fuji Ağır Sanayi) orta kanat bölümünü yaptı. Dümen işi Government Aircraft Factories (eskiden Aerospace Technologies of Australia) firmasına, irtifa dümeni ise Hawker de Havilland (Boeing’in yan kuruluşu olmadan önce) tarafından geliştirildi. General Electric, Rolls-Royce ve Pratt & Whitney motor seçeneklerini geliştirdi. İlk takılan motor PW4084 idi. Montaj işlemi Ocak 1993’te başladı. Uçağın büyüklüğü nedeniyle Boeing, Everett Fabrikası’nı Washington’da orijinal boyutunun iki katına çıkarmak için yaklaşık 1.5 milyar dolar harcadı ve yeni montaj hatları ekledi. Boeing ayrıca gövdeyi 180 derece döndürebilen bir döner makine yerleştirdi, böylece işçilerin kolayca erişim sağlaması sağlandı.
İlk Uçuş
Boeing 777’nin geliştirilme süreci, dört yılı aşkın bir sürenin ardından, son prototipi Nisan 1994’te montaj tesisinden çıktı. Uçak, ilk uçuşunu Haziran ayında gerçekleştirdi ve ilk ticari uçuşunu Haziran 1995’te United Airlines ile Heathrow’dan Dulles’a gerçekleştirdi. Yıllar içinde birçok varyasyonu ortaya çıktı. Ancak, orijinali hâlâ bugün havacılık endüstrisinde CAD’in gücü ve değerini kanıtlayan bir şekilde hizmet vermektedir. En son versiyonu olan Boeing 777X, şu anda dünyanın en büyük çift motorlu jetidir.
Hava ve Uzay Sanayi CAD Yazılımlarını Nasıl Kullanıyor?
Gerçek hayatta yapılan tasarımı test etmek, (simülasyon yerine) bir test pilotu tarafından yapılan değerlendirmeler için hâlâ vazgeçilmezdir. Aerodinamik, yolcu kapasitesi, güç ve yakıt verimliliği gibi faktörler, doğru sonuçlar elde etmek için sonlu elemanlar analizi hizmetlerini kullanarak simülasyon üzerinde test edilebilir. Ancak, uçaktaki sistemler ve manevra kabiliyeti, test pilotunun değerlendirmesine tabidir. Bir kez daha, Boeing 777, ticari uçakların geliştirilmesinde CAD tasarımını kullanma öncülüğünü yaptı. Havacılık endüstrisinde genel olarak geliştirme adımları aynı kalır. Hemen hemen tüm senaryolarda, havacılık mühendisliği birkaç ön tasarım koşuluna sahiptir. Bir iyileştirme ve seçim aşamasını takiben, daha fazla geliştirme için en teknik açıdan uygulanabilir model üzerinde odaklanılır.
Çizim Aşaması
Taslak çizimin amacı, uçağın nasıl olacağının sanal bir temsilini oluşturmaktır. Havacılık mühendisleri, araç veri setlerine dayanarak üç boyutlu bir model oluşturmak için CAD yazılımını kullanır. Bu süreç, fiziksel modeller veya prototiplere olan ihtiyacı ortadan kaldırır. Havacılık mühendisleri daha sonra tasarım düzenlemelerini sanal model üzerinde geliştirir ve doğrular. Bu geliştirme aşamasında, model elektrik alt sistemleri ve motor şematikleri gibi daha fazla ayrıntıya ihtiyaç duyar. Havacılık endüstrisi, Dassault Systèmes tarafından sunulan CATIA, Parametric Technology Corporation tarafından sunulan CADDS ve Pro/Engineer, Siemens Digital Industries tarafından sunulan NX gibi CAD/CAM paketlerini kullanır. Boeing 777, CATIA paketi kullanılarak geliştirildi.
Model Süreci
Gerçek çalışma, bir uçağın modellemesiyle başlar. Birçok 3D modelleme tasarım şirketi, aracın parçalarını ve alt sistemlerini çizmek için parametrik modelleme kullanır. Küçük bir mekanik sistem bu boylardaki araçta basit görünebilir, ancak bir uçak inanılmaz bir karmaşık bir yapı sunar. Boeing 777 örneğinde, yaklaşık üç milyon ayrı parça ve yerleşik bilgisayar sistemi için kilometrelerce kablo kullanılmıştır. Parametrik modelleme, parçaları sadece fiziksel şekillerine benzeten değil, onlara gerçek dünya özellikleri kazandıran bir yöntemdir. Parçaların boyutlarından başka, ağırlık, malzeme özellikleri ve çekme dayanımını da içerir. Yüzey ve katı modelleme teknikleri, parçalara özelliklerini kazandırmak için kullanılır. Model, gerçek bir uçağın inşa edileceği temel olduğundan, neredeyse imkansız gözüken bir doğruluk seviyesini korumak kaçınılmazdır. En küçük ayrıntılara kadar doğruluk, her adımda kesin tasarım değişikliklerini ve iyileştirmelerini sağlar. Doğruluk, ar-ge ve havacılık mühendis ekiplerinin farklı konumlarda çalışan çok sayıda şirketten oluşması durumunda iletişimi ve iş birliğini geliştirir. Tasarım döngüsü kısaltılabilir ve ekip bir sonraki büyük adıma güvenle ilerleyebilir. Tamamlanan model, performans, kararlılık ve manevra kabiliyetini değerlendirmek için sayısız simülasyon prosedüründen geçirilir. Havacılık mühendisleri, yapılan analiz türüne bağlı olarak yük kapasitesi ve hız gibi farklı simülasyon parametreleri kullanır.
Prototip Aşaması
Havacılık endüstrisinde, bir prototip neredeyse her zaman tamamen çalışan bir ürün anlamına gelir. Bir uçağın geliştirilmesi maliyetlidir, bu yüzden birden fazla test modeli oluşturmak mali açıdan mantıklı değildir. CAD sayesinde fiziksel maketler ve pahalı prototipler isteğe bağlı hale gelmiştir. Bununla birlikte, bir uçağın bazı parçaları, bir prototip tasarım mühendisinden yardım istenmesini gerektirebilir.
Eklemeli imalat, CAD gibi, havacılık endüstrisinde uçuş araçlarının geliştirilmesinde önemli bir rol oynamıştır. Havacılık endüstrisinde eklemeli imalat veya 3D baskının talebi, 2024 yılında 3 milyar dolarlık bir büyümeye ulaşması beklenmektedir. Hafif motor parçalarına olan talepteki artış büyümenin büyük bir kısmını tetiklemektedir. Havacılık endüstrisi yalnızca ticari uçaklar veya devasa jet uçaklarından ibaret değildir, aynı zamanda daha küçük jetler ve insansız hava araçları gibi her türlü hava aracını da içermektedir. Drone’lar geliştiren ve satan daha küçük şirketler, prototip aşamasında maliyet tasarrufu sağlayan 3D baskı ekipmanları kullanmaktadır. Teorik olarak, sadece bir 3D yazıcı kullanarak tamamen çalışan bir İHA’nın bir versiyonunu oluşturabilirler.
Diğer endüstrilerde olduğu gibi, karmaşık parçaların prototiplemesi için bir 3D baskı tasarım şirketi kullanılır. Eklemeli imalat yalnızca plastik malzemelerden nesneler oluşturabilir, bu nedenle prototip muhtemelen işlevsel olmayacaktır. Bununla birlikte, basılan nesne, imalat şirketlerinin karmaşık detayları ve boyutları doğru bir şekilde incelemesini sağlar. 3D baskı parçaları, çeşitli özel araç gereçler kullanılmadan üretilen maket parçalardır.
