CAD steht für Computer-Aided Design, also rechnergestütztes Design. Es bezeichnet die Methode, mit spezieller Software virtuelle Modelle geplanter Produkte zu erstellen. Es gibt eine Vielzahl an CAD-Programmen, die jeweils über besondere verfügen und sich so für bestimmte Anwendungen besonders eignen.
Das Design eines Produkts muss bis ins kleinste Detail fertiggestellt sein, bevor es in die Produktion geht. Dies stellt sicher, dass nachträgliche Änderungen am Produkt nicht zu Verzögerungen führen.
Traditionell erforderte dies mühsame Handzeichnungen mit Papier und Bleistift. Heute reduziert der Einsatz von CAD-Systemen den Arbeitsaufwand erheblich. Die Erstellung von 3D-Modellen und 2D-Zeichnungen ist schneller und einfacher als je zuvor.
Obwohl Projekte sehr unterschiedlich sein können, werden dennoch häufig zahlreiche Standardteile verwendet. Zum Beispiel gehören Schrauben, Muttern, Unterlegscheiben und andere Befestigungselemente zur Standardausstattung jeder Maschinenkonstruktion.
In solchen Fällen greifen Ingenieure einfach auf Teilebibliotheken zurück, wählen die passende Größe aus und fügen sie in die Baugruppe ein. Das spart Zeit bei der Erstellung kleiner Komponenten und minimiert Fehler, die entstehen können, wenn diese Teile im Modell gar nicht dargestellt werden.
Rendering-Bild
Bauteile und Baugruppen können in CAD erstellt, analysiert, verbessert und mit anderen geteilt werden. Man kann Farben zuweisen, verschiedene Blickwinkel einnehmen und gerenderte Bilder für ein realitätsnahes Erlebnis erzeugen. Besonders für die Visualisierung zukünftiger Produkte ist das unverzichtbar.
Große Baugruppen lassen sich in Einzelteile zerlegen oder schichtweise darstellen. Viele CAD-Programme verfügen über grundlegende Werkzeuge der Finite-Elemente-Analyse, um Bauteile auf Tragfähigkeit und dynamische Belastungen zu prüfen.
Somit ist ein CAD-System weit mehr als ein Ersatz für Handzeichnungen. Es eröffnet völlig neue Möglichkeiten, die Ingenieure nutzen können, um bessere Produkte schneller und mit weniger Fehlern zu entwickeln.
Diese Werte passen zudem hervorragend zu den Prinzipien schlanker Fertigungsmethoden, die Verschwendung minimieren und Produktivität maximieren.
CAD bietet im Vergleich zu handgefertigten Zeichnungen zahlreiche Vorteile, die es heute unverzichtbar im Entwicklungsprozess machen. Schauen wir uns an, wie sie dem modernen Ingenieur oder Produktdesigner helfen.
Die heutige Produktentwicklung ist von intensivem Wettbewerb geprägt. Die Zeit bis zur Markteinführung kann entscheidend für den Erfolg sein.
Mit CAD-Software ist Zeit unser größter Gewinn. Sie entlastet den Ingenieur von viel Arbeit, sodass er seine Ressourcen in andere Projekte oder die Perfektionierung des aktuellen Designs investieren kann. Ideen aus der Phase der Produktkonzeptentwicklung lassen sich schnell visualisieren.
Einfache Formen und Teile sind in Sekunden erstellt. Den größten Vorteil bieten CAD-Systeme jedoch bei komplexen Bauteilen. So kann beispielsweise ein komplex gebogenes Blechbauteil per Mausklick als Flachmuster dargestellt werden – ganz ohne Grübeln über die richtige Präsentation.
Auch Änderungen sind denkbar einfach. Oder das Erstellen neuer Modelle auf Grundlage bestehender Entwürfe. Ein 3D-Modell kann wiederverwendet und mit den nötigen Funktionen ergänzt werden, um in viel kürzerer Zeit ein ähnliches, aber einzigartiges Teil zu schaffen.
Gesparte Zeit führt direkt zu gesteigerter Produktivität. Im gleichen Zeitraum können mehr Projekte abgeschlossen werden.
Designs lassen sich problemlos wiederverwenden und modifizieren, um unendlich viele Varianten eines Endprodukts zu erstellen.
Im Durchschnitt wird eine dreifache Steigerung der Mitarbeiterproduktivität beobachtet, mit der Zeit kann diese sogar das Zehnfache erreichen. Ein wesentlicher Grund hierfür ist die Möglichkeit, Simulationen in CAD durchzuführen, anstatt manuell zu rechnen.
Diese Verbesserung zeigt sich in mehreren Bereichen wie Qualität, Zeit und Kostensenkung in der Fertigung.
Handgezeichnete Skizzen kommen nicht an die Präzision von CAD-Zeichnungen heran. Die Genauigkeit von CAD-Designs ist nahezu fehlerfrei und verschafft einen enormen Vorteil gegenüber manuellen Zeichnungen.
Natürlich muss der Konstrukteur weiterhin auf das Ergebnis achten. Die Funktion „Maße abrufen“ ersetzt keinen Ingenieur – sie erkennt beispielsweise nicht selbstständig die Bezugsflächen für Messungen, was bei Teilen wie Wellen entscheidend sein kann.
Komplexe Oberflächen und Formen lassen sich in CAD vergleichsweise einfach erstellen. Solche Geometrien wären per Hand kaum korrekt zu zeichnen, doch mit den Werkzeugen der CAD-Systeme sind perfekte Ergebnisse möglich.
Funktionen wie die Kollisionsprüfung (ebenfalls auf unserer Liste der Ingenieurstipps) für 3D-Modelle bieten Vorteile, die einzigartig für CAD-Systeme sind. Damit erkennt der Konstrukteur Kollisionen zwischen Bauteilen frühzeitig.
Das Ergebnis? Deutlich weniger Fehler im Endprodukt.
Ein einfacher Weg, Fehler zu reduzieren
Es ist leicht, die Größe eines Bolzens zu ändern, einen Kaffee zu trinken und anschließend zu vergessen, das Loch entsprechend anzupassen. Dank dieser CAD-Funktion lässt sich sicherstellen, dass der Bolzen zumindest ins Loch passt.
Je nach CAD-Programm können diese Anpassungen sogar automatisch erfolgen. Ändert sich die Größe des Bolzens, passt sich das Loch automatisch an, und die korrekten Maße erscheinen auch in den 2D-Zeichnungen.
Es versteht sich von selbst, dass Designsoftware nicht nur funktionsreiche, sondern auch ästhetisch ansprechende Zeichnungen erzeugen kann. Dem Anwender steht eine Vielzahl von Werkzeugen zur Verfügung, um die Zeichnung exakt nach Wunsch zu gestalten.
Maße schnell abrufen
Selbst die anspruchsvollsten Produkte können mit dem richtigen Know-how und den benötigten mathematischen Gleichungen realisiert werden. Diese Vielseitigkeit erlaubt es dem Designer, über den Tellerrand hinauszudenken und innovative Lösungen zu entwickeln, ohne Angst zu haben, die Idee nicht aufs Papier bringen zu können.
Bessere Lesbarkeit und weniger Fehler in Zeichnungen führen auch zu höherer Qualität und präziseren Endprodukten.
Die Verfügbarkeit von 3D-Modellen zu den Zeichnungen macht selbst die schwierigsten Konstruktionen leicht verständlich. Dies ist bei Handskizzen nicht möglich, da mindestens drei Ansichten (Grund-, Auf- und Seitenansicht) nötig wären, um einen Gesamteindruck zu erhalten. Weitere Ansichten wie isometrisch oder Schnittdarstellungen können ebenfalls erforderlich sein.
Während CAD all diese Ansichten eines Produkts problemlos anzeigen kann, gibt es nichts Besseres, als im virtuellen Raum mit dem Produkt zu interagieren, um dessen genaue Konfiguration zu verstehen. Viele Werkstätten nutzen diese Möglichkeit bereits, indem sie Maschinenbedienern und Monteuren Tablets zur Verfügung stellen.
CAD-Modelle erleichtern es Designern, ihre Produkte sowohl Kollegen als auch Laien ohne technischen Hintergrund zu präsentieren. Diese digitalen Darstellungen eignen sich hervorragend für Marketing und Vertrieb, da sie im Simultaneous Engineering Prozess genutzt werden können – Abteilungen am Ende des Entwicklungsprozesses können starten, während die ersten Schritte noch laufen.
CAD-Zeichnungen sind als digitale Dateien leicht zwischen Teammitgliedern auszutauschen, die am selben Produkt arbeiten. Sperrige Papierzeichnungen entfallen, das Teilen erfolgt sofort. So bleiben auch entfernte Mitarbeiter stets auf dem neuesten Stand der Projektentwicklungen.
Mit dem Siegeszug des schnellen Internets werden CAD-Programme zunehmend in der Cloud eingesetzt. Die Skizze bleibt so jederzeit für berechtigte Teammitglieder zugänglich und kann leicht überprüft oder bearbeitet werden. Dies ist ein großer Vorteil für Unternehmen mit mehreren Standorten weltweit.
CAD-Modelle verfügen zudem über standardisierte Formate. Dies schafft Einheitlichkeit bei Werkzeugen und Symbolen und ermöglicht es verschiedenen Nutzern, ohne Probleme am selben Projekt zu arbeiten.
Das Erstellen von CAD- oder CAE-Modellen (Computer-Aided Engineering) unterstützt auch die schnellere Produktion von Bauteilen. Mit CAD-CAM-Software lassen sich Werkzeugwege für CNC-Bearbeitung einfach prüfen und die Dateien direkt an Maschinen weitergeben. Die Kalkulation von CNC-Preisen berücksichtigt Bearbeitungszeiten und der Einsatz von CAM-Systemen erleichtert und beschleunigt den Prozess deutlich.
Diese Software generiert den notwendigen Maschinen-Code direkt aus dem Modell. Der größte Vorteil zeigt sich beim CNC-Bearbeitungsservice, wo der gesamte, sonst komplexe Prozess weitgehend automatisiert werden kann – einschließlich Werkzeugwechsel.
Durch die Nutzung von CAD/CAM können Ingenieure die Dateien auch in ein ERP-System (Enterprise Resource Planning) einbinden.
In der Fertigung dient ERP dazu, die Effizienz sämtlicher Prozesse zu steigern. ERP-Software integriert und steuert verschiedene Aspekte eines Projekts, sodass weniger Zeit vom Rohmaterial bis zum fertigen Produkt benötigt wird.
Die Lösung zur Verkürzung der Projektlaufzeit besteht darin, alle wiederkehrenden Prozesse in der Entwurfsphase zu automatisieren. Der Einsatz von CAD reduziert die monotone Arbeit der Handskizzen erheblich, ohne die Qualität zu beeinträchtigen.
Gerade Unternehmen mit kundenspezifischen Produkten stehen unter Druck, Angebotsunterlagen und Zeichnungen schnell zu erstellen. Für ungesicherte Aufträge werden Kostenschätzungen erwartet. Ressourcen von Engineering- und Einkaufsabteilungen werden für Aufgaben verschwendet, die automatisiert werden können. Durch Automatisierung der Beschaffungsprozesse bleibt mehr Zeit für Innovation und Wertschöpfung.
Ein Beispiel ist die automatisierte Angebotskalkulation durch Cloud-Manufacturing Anbieter. Das reduziert den Zeitaufwand für Beschaffungsprozesse erheblich und liefert sofort Preise auf Basis der CAD-Modelle. So können Ingenieure selbst direkt Angebote für ihre Kunden erstellen – oft ist diese Geschwindigkeit entscheidend für den Zuschlag.
Mit CAD-Software lassen sich verschiedene Teile eines Produkts separat konstruieren und im Endstadium zusammensetzen. Diese Einzelteile werden gespeichert und stehen für spätere Projekte zur Wiederverwendung bereit. Zudem können detaillierte Zeichnungen und Stücklisten (BOM) automatisch für den Hersteller erstellt werden.
Diese Funktionen erhöhen den Durchsatz, reduzieren Fehler und verbessern die Qualität, sodass Sie jederzeit mehr Aufträge übernehmen können.
Solidworks – ein gängiges Werkzeug für Ingenieure
Es gibt viele Arten von CAD-Programmen. Das bekannteste ist wohl SolidWorks, gefolgt von Inventor und Solid Edge.
Der Preis pro Arbeitsplatz kann jedoch recht hoch sein. Alle genannten Programme haben eine lange Entwicklungsgeschichte, in die unzählige Stunden Produktentwicklung geflossen sind – was sich im Preis widerspiegelt. Gleichzeitig bieten sie eine Vielzahl an Werkzeugen, die professionelle Ingenieure bei allen Projektaspekten unterstützen.
Wer gerade erst einsteigt, sollte sich kostenlose CAD-Programme ansehen. Diese sind zwar weniger flexibel, bieten aber genügend Funktionen, um die Grundlagen zu erlernen.
Handskizzen haben immer noch ihren Platz in der Konstruktions- und Fertigungsindustrie. Viele Designer beginnen mit einer groben Skizze, bevor sie auf CAD umsteigen. Doch bei der modernen Produktmodellierung reicht das Skizzieren allein nicht mehr aus.
Computer-Aided Design hat eine neue Ära des professionellen Designs eingeläutet, die so flexibel, schnell und umfassend ist, dass sie nicht mehr ignoriert werden kann. Wer heute auf den Einsatz von CAD-Software verzichtet, schwimmt gegen den Strom – ein gewinnorientiertes Unternehmen kann es sich nicht leisten, auf die Vorteile von CAD zu verzichten.
