CAD – Computer-Aided Design in der Fertigung

CAD-Software im Überblick: Grundlagen des Computer-Aided Design, CAD-Kernel im Vergleich, Hersteller und Produkte sowie Kriterien für die Anschaffung.

Prozess

Das CAD steht am Anfang der computergestützten Fertigung: Hier entsteht das digitale Modell, das anschliessend im CAM programmiert und auf der CNC-Maschine gefertigt wird.

Computer-Aided Design

Eine CAD-Software (Computer-Aided Design) ist eine spezielle Software, mit der digitale Modelle und Zeichnungen von Objekten, Bauteilen oder Produkten erstellt werden. Sie ermöglicht es, präzise 2D- und 3D-Modelle zu entwerfen und zu konstruieren.

CAD-Software bietet eine Vielzahl von Werkzeugen, die den Konstruktionsprozess unterstützen: geometrische Formen erstellen, Abmessungen festlegen, Materialien zuweisen, Baugruppen zusammenfügen, Oberflächenstrukturen hinzufügen, Animationen erstellen und vieles mehr. So lassen sich komplexe Konstruktionen virtuell erstellen, überprüfen und optimieren, bevor sie in die physische Produktion gehen.

Technik

Software kann man sich wie eine Maschine mit Baugruppen und Unterbaugruppen vorstellen. Wie bei einer Maschine ergibt es keinen Sinn, Bauteile oder ganze Baugruppen selbst herzustellen, wenn diese zugekauft werden können. Bietet z. B. FESTO einen passenden Pneumatikzylinder an, entwickelt und baut man keinen eigenen.

Dasselbe gilt für Software. Ein CAD ist sehr komplex, viele Funktionalitäten sind jedoch produktübergreifend gleich: Extrudieren, Rotationsformen, Bohrungen usw. sind in den meisten CAD-Systemen vorhanden. Für Hersteller ergibt es daher wenig Sinn, all dies neu zu entwickeln, sofern es auf dem Markt Anbieter gibt, die Softwarekomponenten und Module mit diesen Funktionen anbieten.

Hier kommt der sogenannte CAD-Kernel ins Spiel. Ein CAD-Kernel ist die zentrale Softwarekomponente eines CAD-Systems, die die grundlegenden Funktionen zum Erstellen, Bearbeiten und Verwalten von CAD-Daten bereitstellt. Er ist oft in mehrere Module unterteilt: Ein Geometriekernel ist beispielsweise für die Modellierung von 2D- und 3D-Geometrien zuständig und bietet Funktionen zur Erzeugung, Manipulation und Analyse geometrischer Elemente wie Punkten, Linien, Flächen und Volumenkörpern. Weitere Module decken unter anderem Baugruppenmodellierung, Konstruktionsverlauf, Zeichnungserstellung, Kollisionsprüfung und Toleranzanalyse ab.

CAD-Kernel

Die folgende Tabelle listet verschiedene CAD-Kernel und ihre Hersteller. Nicht alle CAD-Kernel sind als Softwarekomponente auf dem Markt verfügbar: Der ShapeManager von Autodesk lässt sich beispielsweise nicht für ein eigenes Produkt lizenzieren. Der am weitesten verbreitete Kernel dürfte Parasolid von Siemens sein – er steckt in Produkten wie Solid Edge, SolidWorks, Siemens NX, PowerSHAPE und Alibre Design.

Hersteller

CAD-Hersteller gibt es viele, vor allem im Bereich der Speziallösungen existieren etliche Nischenprodukte. Die Tabelle umfasst nicht alle CAD-Hersteller, hilft aber dabei, sich einen Überblick über die auf dem Markt angebotenen Produkte zu verschaffen.

Anschaffung

Die Anschaffung eines CAD-Systems sollte gut überlegt sein. Je nach Situation sind gewisse Kriterien wichtiger als andere: Bei einer grossen Firma ist der finanzielle Aspekt möglicherweise weniger wichtig als die Integration des Produkts in bestehende Prozesse. Bei einer kleinen Firma mit fünf Mitarbeitenden ist der finanzielle Faktor dagegen oft entscheidender, da die Prozesse flexibler sind.

Auf folgende Punkte sollte besonders geachtet werden:

Kosten

Die Kosten setzen sich aus verschiedenen Positionen zusammen:

• Anschaffungskosten
• Wartungskosten (oft ein prozentualer Anteil der Anschaffungskosten)
• Dienstleistungen (z. B. Installation)
• Eventuelle Anschaffung neuer Hardware
• Schulungen

Interoperabilität

• Wie ist die Kompatibilität zu anderen CAD-Systemen?
• Welche Dateiformate werden unterstützt?

Benutzerfreundlichkeit

• Wie zugänglich sind oft verwendete Funktionen?
• Wie oft muss die Maus von A nach B, um einen Arbeitsschritt abzuschliessen?

Zukunftssicherheit

• Wie ist das Produkt für die Zukunft aufgestellt?
• Können die CAD-Dateien bei einem späteren Produktwechsel von einem anderen System geöffnet werden?
• Wie stark machen Sie sich vom Hersteller abhängig?

Schulung

Wie zugänglich ist das nötige Wissen, um mit dem Produkt umzugehen? Lässt es sich nur über zugekaufte Schulungen aneignen, oder gibt es frei verfügbare Anleitungen und Tutorials im Web? Eine Suche in einer Suchmaschine oder auf YouTube (z. B. nach «SolidWorks Tutorial») liefert hier schnell Antworten.

Lock-in-Effekt

Der Lock-in-Effekt bezeichnet eine Situation, in der ein Unternehmen oder ein Anwender aus technischen, wirtschaftlichen oder organisatorischen Gründen an ein bestimmtes CAD-System gebunden ist und ein Wechsel zu einem anderen System schwierig wird. Die Folgen: hohe Wechselkosten, eingeschränkte Flexibilität und begrenzte Interoperabilität.

Der Lock-in-Effekt tritt auf, wenn ein Unternehmen eine beträchtliche Menge an CAD-Daten, Modellen und Zeichnungen in einem spezifischen Format erstellt hat, das mit anderen CAD-Systemen nicht gut kompatibel ist. Der Umstieg auf ein anderes System kann dann hohe Konvertierungskosten und potenzielle Datenverluste mit sich bringen – Investitionen in Zeit und Ressourcen, die viele Unternehmen vom Wechsel abhalten.

Aus Sicht des Software-Anbieters ist der Lock-in-Effekt etwas Gutes, da er die Wahrscheinlichkeit verringert, dass bestehende Kunden zu einem Mitbewerber wechseln (Verlust der Wartungseinnahmen). Daher werden teilweise gezielt Funktionen umgesetzt, die den Lock-in-Effekt verstärken – z. B. ein im Produkt integriertes PDM (Product Data Management), das anderen Herstellern den Zugriff verweigert oder massiv erschwert.

Der Lock-in-Effekt sollte bei der Auswahl eines CAD-Systems berücksichtigt werden, und es lohnt sich, Strategien zu entwickeln, um seine Auswirkungen zu minimieren: CAD-Systeme mit offenen Standards und interoperablen Schnittstellen wählen, neutrale Dateiformate verwenden und deren Zugänglichkeit sicherstellen, Flexibilität für zukünftige Erweiterungen einplanen sowie CAD-Daten regelmässig sichern und dokumentieren. Mit sorgfältiger Evaluierung und Planung lässt sich der Lock-in-Effekt reduzieren und die langfristige Flexibilität des CAD-Einsatzes verbessern.