Кто из нас не играл в солдатики, машинки и самолетики? Игрушки были и остаются одним из самых востребованных продуктов. Стоимость образца находится в диапазоне от копейки до миллиона долларов, размеры - от десятых долей миллиметра до десятков метров. Число комплектующих некоторых игрушек может превышать тысячу единиц.
Для разработки и производства игрушек применяют различные технологии, в том числе и самые современные и наукоемкие. Сегодня, например, трудно представить себе проектирование и производство игрушек без применения систем объемного моделирования и станков с ЧПУ.
Самым распространенным видом технических моделей являются модели копии. Это стационарные модели, повторяющие своим внешним видом образцы техники. Модели-копии, выпускаются как в готовом виде, так и в разобранном для последующей сборки и раскраски. Как происходит современный процесс их проектирования и изготовления ?
Начнем с исходных данных. Иногда изготовители моделей имеют возможность получать от производителя изделия прототипа некоторые исходные данные. Как правило, это внешний дизайн обводов самолета, автомобиля и т.п. в виде объемной модели. В этом случае, первая задача состоит в том, чтобы CAD/CAM система воспринимала на входе формат исходной модели и однозначно воспроизводила облик в своей базе данных.
Вторая задача состоит в том, чтобы пользователь мог производить все необходимые действия с моделью: масштабировать, расчленять на детали, модифицировать детали для создания необходимых технологических объектов, таких как штамповочные уклоны, замковые соединения и т.п. Более того, теоретические обводы изделия могут не нести в себе информации о реальной поверхности изделия (заклепочные и сварные швы, крепежные изделия и т.п.) Система должна позволять имитировать эту фактуру на поверхности модели.
Более сложный случай - когда исходными данными являются чертежи или эскизы прототипа. Этот вариант вынуждает пользователя восстанавливать трехмерную модель изделия по плоским контурам. Здесь уже требуется полная функциональность построения трехмерных объектов всеми существующими методами: смещением, движением, затягиванием по каркасу. Плюс еще и функциональность поверхностного моделирования типа склейки, выравнивания и т.п.
Ну а если нет ничего, кроме самого изделия или его фотографий? Изделие, конечно, можно сканировать объемным сканером, но где такой взять сканер, чтобы обработать самолет Ту-204 или хотя бы танк Т-90? Остается либо натурное эскизирование, либо художественно- техническая переработка визуальных данных в соответствии с известными численными параметрами (длина, размах, вес и т.п.). Если для натурного эскизирования CAD система вряд ли может чем-то помочь, то для художественно-технической переработки она может оказаться серьезным инструментом.
Художник в процессе работы над полотном после каждого мазка сверяет изображение с оригиналом. То же самое происходит и при техническом рисовании и при эскизировании. Но если эскизирование производить сразу в объеме, то пользователь получает удивительный аппарат, позволяющий ему рассматривать его произведение с различных ракурсов, сверяя его, например, с фотографиями реального изделия.
Итак, в зависимости от типа исходных данных, для обеспечения процесса создания виртуальной модели требуются системы с различным уровнем возможностей, но в целом они должны иметь современный и полный аппарат объемного моделирования, иногда даже превосходящий тот, который используется для создания прототипа. 
Рис. 1. Штамповка группы деталей модели-копии вертолета К-50 Завод "Звезда ", г. Лобня
Одним из самых распространенных видов массового производства игрушек является штамповка из пластмассы. Сам процесс штамповки недорогой, а вот подготовка этого процесса - вещь довольно сложная и трудоемкая. Наибольшие затраты идут на проектирование и изготовление прессформ, внутри которых и происходит формирование изделия из пластмассы. Кроме того, что эта оснастка должна точно повторять форму изделия, она должна обеспечивать равномерное заполнение жидкой пластмассой и извлечение штампуемой детали после затвердевания без повреждения.
Прессформы и их составляющие изготавливаются, как правило, методами механообработки резанием: фрезерованием, точением и др. на стаках с ЧПУ. Для формирования траектории движения режущего инструмента никак уж не обойтись без CAM систем, которые позволяют создавать программы для станков по исходной модели.
Нередко для производства прессформ применяют электроэрозионную технологию, когда форма изделия "выжигается" в матрице графитовым или медным электродом, также имеющим форму, подобную форме изделия. В этом случае CAD/CAM системы применяются для проектирования и производства этих сложных электродов.
Электроэрозия используется также для вырезания контурных окон в пластинах, из которых состоит прессформа. В этом случае CAD/CAM системы обеспечивают программирование траектории движения проволочного электрода.
В общем, без CAD/CAM систем качественную прессформу, а значит и платсмассовую игрушку сделать проблематично, а порой практически невозможно.
Есть и другой класс технических игрушек - действующие модели. Кстати, среди них также есть копии, но в отличие от обычных, они умеют ездить, плавать и летать.
Читатель, наверное, помнит свое детское разочарование, когда красивая и очень похожая на настоящую, модель корабля безнадежно тонула в ванной, а самолет вместо плавного полета кувыркался, как яблочный огрызок. Так вот действующую модель от просто копии отличает, кроме свойства быть похожей, наличие и других тактико-технических характеристик.
Для обеспечения этих свойств в действующих моделях присутствует внутренняя структура, очень похожая на структуру реальных изделий: двигатель с системой питания, система управления с рулевыми механизмами, корпус с силовым набором (стрингеры, лонжероны, шпангоуты, нервюры, обшивка) и, в ряде случаев, даже система ориентации модели в пространстве. 
Рис. 2. Модель "Angel's Shadow" ярославской фирмы "Техно-Хобби" и сборная США по F3A пилотажу
Известно, что простое масштабирование геометрических пропорций реального изделия не может обеспечить соответствующими летными характеристиками модель (см. Курс Аэродинамики, критерии подобия). Поэтому создание действующей модели включает в себя практически все аспекты реального проектирования самолета: аэродинамические, масс-инерционныые, прочностные, энергетические и др.
Возросшие требования к характеристикам моделей заставляют разработчиков применять новые конструкции. Теперь обшивки моделей являются, как правило, элементами, несущими силовую нагрузку. Некоторые части изготавливаются многослойными с сотовым или пенистым заполнителем. Для крыльев используются "сэндвичи" из различных материалов. Получить массово-инерционные характеристики и центровку модели, состоящей из деталей различной формы и разной удельной плотности, без виртуального моделирования можно лишь приближенно. А любые погрешности - потеря времени или ухудшение характеристик изделия.
На заре моделирования для конструкции корпуса и крыльев применялись березовая фанера, бальза (вальса), липа, длинноволокнистая бумага и т.п. Для их обработки использовали столярные инструменты. Сегодня авиамоделисты используют углепластики, стеклоткань, пластмассы, алюминиевые сплавы и, соответственно, иные технологии изготовления, включающие механообработку, штамповку, намотку, литье под давлением и даже пэт-технологию.
Авиамоделизм стал профессиональным и наукоемким видом спорта. Конечно, каждая фирма производитель спортивных моделей держит свои технологии в секрете, но очевидно одно - для обеспечения качества корпусов изделий необходима довольно сложная технологическая оснастка, сродни той, что применяют на авиационных предприятиях. Нужны штампы и прессформы, стержни и матрицы для намотки и выклейки, контрольные шаблоны и еще многое другое, что довольно сложно спроектировать и изготовить без современных CAD/CAM технологий.
Первыми движителями авиационных моделей были "резиновые моторы" - резиновые жгуты, накапливающие в себе энергию за счет скручивания, и лееры - приспособления, разгоняющие планеры. Сегодня миниавиация стала моторной. В основном это поршневые двигатели (иногда даже с турбонаддувом) и более экзотичные пульсирующие воздушно- реактивные двигатели - аналог первых воздушно-реактивных устройств для беспилотной авиации. Ракетные твердотопливные ускорители тоже можно встретить на экспериментальных образцах авиационных моделей. 
Рис. 3 Поршневой двигатель для миниавиации разработка ХАИ, г. Харьков
Резко возросли требования по тяговооруженности и надежности двигателей. Для моделей пилотажных и воздушного боя двигательные системы должны обеспечивать бесперебойную работу при любых направлениях перегрузки, уже не говоря о быстром пуске и малом потреблении топлива. Но самое главное, производитель двигателя должен обеспечить широкий спектр изделий и быструю переналадку своего производства, чтобы иметь успех на рынке. А как здесь быть без сквозной автоматизации конструкторско-технологической подготовки производства?
Первоначально в качестве систем управления моделями применялось кордовое, когда "пилот" управлял с земли натяжением тонких тросов-корд, и таймерное, совершающее управляющее действие самостоятельно в определенные моменты времени. Кстати сказать, одним из первых таймерных устройств был кусок сахара, постепенно растворяющийся в воде.
В наши дни широко распространены системы радиоуправления. Они состоят из передатчика, находящегося на земле у "пилота", бортового приемника, управляющих приводов и систем передачи усилий на рули модели. Число команд управления может быть несколько: управление рулем высоты, рулем направления, элеронами, подачей топлива, выпуском шасси, сбросом вымпела и т.п.
Подобный класс моделей уже вплотную подходит к беспилотным военным аппаратам, применяемым для разведки и наведения. В настоящее время популярны многие виды спортивных соревнований по радиоуправляемым моделям: пилотаж, воздушный бой, на точность сброса вымпела, рекордные на высоту и время полета и т.п.
В целях экономии энергоресурса и повышения надежности - система механизмов управления должна быть спроектирована и изготовлена таким образом, чтобы исключить повышенное трение и заклинивание. Отсюда высокие требования по жесткости и качеству изготовления к миниатюрным шарнирам и кронштейнам крепления подвижных частей. При сложных обводах поверхностей, проектирование примыкающих к ним силовых элементов конструкции требует объемной провязки. Аэродинамические качества не позволяют портить форму, а прочностные требуют полного примыкания к оболочечным конструкциям. Все как на настоящих машинах.
Таких сложных деталей в действующих моделях становится все больше (см. рис.4). 
Рис. 4 Проектирование детали для модели или для реального изделия – различий практически нет
А как собственно их изготавливать? Даже в единичном экземпляре это проблематично сделать напильником. Заказывать на стороне при малой серии будет крайне не выгодно, упрощать конструкцию - лишняя масса или ненадежность. Выход есть - малогабаритные фрезерные станки с числовым программным управлением. Для миниавиации CAD/CAM системы и станки c ЧПУ играют такую же революционную роль, как и для большой авиации, решая ранее невозможные конструкторско-технологические задачи.
Итак, мы привели некоторые примеры, любезно предоставленные нам пользователями интегрированной CAD/CAM системы ADEM, которые показывают сложность и наукоемкость процесса проектирования и производства копий и действующих моделей. Независимо от того, мелкосерийное это или массовое производство, применение сквозного цикла, включающего плоское и объемное моделирование, и программирование станков с ЧПУ становится основой их качества.
автор статьи: А.В. Быков