Definition

Computer-Aided Design (CAD)

von

Was ist Computer-Aided Design (CAD)?

Computer-Aided Design (CAD), auf Deutsch computergestütztes oder rechnerunterstütztes Design, ist die Verwendung von Software zur Unterstützung von Designprozessen und zur Erstellung von Simulationen realer Objekte. CAD-Software wird häufig von verschiedenen Arten von Ingenieuren, Designern, Architekten, Entwicklern und Zeichnern verwendet, um zweidimensionale (2D) Zeichnungen oder dreidimensionale (3D) Modelle zu erstellen. Diese Modelle unterstützen die Konstruktionsprozesse des Benutzers.

3D versus 2D
Abbildung 1: CAD-Software erstellt 2D- und 3D-Formen, die bei Konstruktionsprozessen unterstützen.

Wofür wird CAD hauptsächlich verwendet?

CAD-Softwareprodukte werden hauptsächlich zum digitalen Entwerfen von 2D-Zeichnungen oder 3D-Modellen verwendet, um reale Objekte zu visualisieren, bevor sie physisch hergestellt werden. Die Zeichnungen und Modelle werden auch verwendet, um das Design eines Produkts zu überprüfen, anzupassen und zu ändern, bevor Ressourcen, Zeit, Aufwand und Geld für die Erstellung einer physischen Version aufgewendet werden.

Neben der Erstellung realistischer Konzeptentwürfe für Produkte und detaillierter Layoutdarstellungen von Komponenten oder ganzen Systemen kann CAD auch für folgende Zwecke eingesetzt werden:

  • Darstellung von Ansichten in einer bebauten Umgebung.
  • Veranschaulichung der Zusammenarbeit verschiedener Komponenten eines Systems.
  • Aufzeigen, wo zusätzliche Inspektionen oder Anstrengungen erforderlich sein können.
  • Unterstützung der Festigkeits- und Dynamikanalyse einer Baugruppe.
  • Definition oder Optimierung der Fertigungsmethoden einer Komponente.
  • Erstellung einer Stückliste (Bill of Materials, BOM).
  • Vereinfachung der Teilefertigung durch rechnergestützte numerische Steuerung (Computer Numerical Control, CNC).

Vorteile von CAD

CAD ersetzt die Notwendigkeit für Ingenieure, Architekten und andere Konstrukteure, Entwürfe und Designs mit Stift und Papier zu erstellen. Dadurch wird der Arbeitsablauf der Konstrukteure optimiert und rationalisiert und ihre Produktivität gesteigert. Der Einsatz von Computern und Software verbessert auch die Qualität und Detailgenauigkeit der Konstruktion und simuliert oft die reale Leistung eines Produkts besser als dies mit von Hand gezeichneten Entwürfen möglich ist.

Ein weiterer Vorteil von CAD ist die Verbesserung der Dokumentation und der projektbezogenen Kommunikation. Die Software liefert kommentierte Informationen über die für die Herstellung eines bestimmten Produkts erforderlichen Materialien und Verfahren sowie über dessen spezifische Maße und Toleranzen. Sie kann auch verschiedene Aufgaben, die Bedeutung jeder Aufgabe und die Schnittstellen zwischen den Beteiligten und den Materialien dokumentieren – all dies trägt zur Verbesserung der Zusammenarbeit und des endgültigen Entwurfs bei.

Schließlich trägt CAD häufig zum Aufbau einer Fertigungsdesigndatenbank bei, die eine entscheidende Rolle bei der Erstellung präziserer Designs und innovativer Produkte, der Senkung der Produktionskosten, der Verkürzung der Markteinführungszeit und der Verbesserung der Produktqualität spielt.

Der Einsatz von CAD-Tools kann gegenüber herkömmlichen technischen Skizzen und manuellen Entwürfen erhebliche Vorteile bieten:

  • Geringere Produktionskosten für Designs.
  • Schnellere Projektabwicklung durch effiziente Arbeitsabläufe und Designprozesse.
  • Änderungen können unabhängig von anderen Designdetails vorgenommen werden, ohne dass eine Skizze komplett neu erstellt werden muss.
  • Höhere Qualität der Entwürfe durch in die Datei integrierte Dokumentation wie Winkel, Maße und Voreinstellungen.
  • Übersichtlichere Entwürfe, bessere Lesbarkeit und leichtere Interpretation durch Mitarbeiter, da handgefertigte Zeichnungen nicht so klar und detailliert sind.
  • Verwendung digitaler Dateien, die die Zusammenarbeit mit Kollegen und Beteiligten vereinfachen können.
  • Softwarefunktionen, die generatives Design, Volumenmodellierung und andere technische Funktionen unterstützen können.

Ausgaben der CAD-Software

CAD-Software-Ausgaben liegen in Form von elektronischen Dateien vor, die dann für verschiedene Fertigungsprozesse verwendet werden. Das Format jeder CAD-Datei ist entweder nativ oder neutral. Beide Formate haben ihre Vor- und Nachteile.

Beispiele für native Dateien sind DWG von Autodesk, SLDPRT von SolidWorks, CATPart von CATIA V5 und SchDoc von Altium.

Das Hauptproblem bei nativen CAD-Dateien besteht darin, dass sie nur mit dem Programm angezeigt werden können, mit dem sie erstellt wurden. Wenn ein Benutzer also eine Datei anzeigen möchte, aber nicht über das Originalprogramm verfügt, muss er dieses zunächst installieren. Positiv ist jedoch, dass native Dateien auf dem Originalprogramm gut funktionieren, sodass der Benutzer alle Funktionen und Merkmale der Software nutzen kann, um die Informationen nach Bedarf zu interpretieren und zu verwenden.

Im Gegensatz zu nativen CAD-Dateien sind neutrale Dateien universell einsetzbar, da sie Daten auf Basis des STEP-Formats (Standard for the Exchange of Product model data) modellieren. Dadurch können Benutzer die Dateien in verschiedenen CAD-Softwareprodukten anzeigen und verwenden. Ein potenzieller Nachteil der Universalität besteht darin, dass das Verhalten der Dateien je nach verwendeter Software variieren kann; beispielsweise werden möglicherweise nicht dieselben Informationen angezeigt. Oder die Import-/Exportmethoden können variieren, was zu unnötigen Verzögerungen aufgrund von Lern- oder Anpassungsaufwand seitens des Benutzers führen kann.

Beispiele für neutrale CAD-Dateiformate sind .stp oder STEP, .stl oder Stereolithografie, .igs oder Initial Graphics Exchange Specification, .pdf oder 3D Portable Document Format und .dxf oder Drawing Interchange Format.

Wer verwendet CAD?

CAD-Anwendungsfälle sind spezifisch für die jeweilige Branche und die jeweiligen Aufgabenbereiche. Zu den Fachleuten, die CAD-Tools verwenden, gehören unter anderem:

  • Architekten
  • Ingenieure, zum Beispiel Luft- und Raumfahrt, Transportwesen und Bauwesen
  • Stadtplaner
  • Grafikdesigner
  • Animationsillustratoren
  • Zeichner
  • Modedesigner
  • Innenarchitekten
  • Außenarchitekten
  • Spieledesigner
  • Produktdesigner
  • Industriedesigner
  • Hersteller
CAD versus Rendering
Abbildung 2: Computergestützte Designmodelle, wie das Bild rechts, und realistischere Darstellungen, wie links, sind verschiedene Werkzeuge, die Designern helfen, ihre Ideen in 3D zu visualisieren.

CAD-Software und -Tools

Es gibt eine Reihe von CAD-Tools, die Designer und Ingenieure bei der Produktentwicklung und -simulation unterstützen. Diese Tools lassen sich hauptsächlich in drei Kategorien einteilen:

  1. 2D CAD. Die Software erstellt 2D-Geometrieformen wie zum Beispiel Linien, Rechtecke und Quadrate, um Entwürfe darzustellen. Die meisten 2D-CAD-Produkte enthalten eine Bibliothek mit Formen und Schraffurmuster und können automatisch eine Stückliste erstellen.
  2. 2,5D CAD. Diese Produkte werden hauptsächlich zur Unterstützung der CNC-Bearbeitung eingesetzt. Sie vereinfachen die Teilefertigung, indem sie Konturkarten erstellen und die Tiefe von Objekten darstellen – zwei Dinge, die mit 2D-CAD-Software nicht möglich sind.
  3. 3D CAD. Diese Anwendungen eignen sich ideal für Projekte, bei denen realistische Modelle erstellt werden müssen, um ein fertiges Produkt genau darzustellen und potenzielle Probleme frühzeitig im Produktionszyklus zu erkennen.

Viele CAD-Tools sind auf bestimmte Anwendungsfälle und Branchen zugeschnitten, zum Beispiel Industriedesign oder Architektur. Andere unterstützen eine Vielzahl von Branchen und Projektarten. Zu den beliebtesten CAD-Tools gehören die folgenden:

Bei der Auswahl einer CAD-Software sollte die Anwenderorganisation ihre spezifischen Anforderungen und Ziele definieren und dann überprüfen, ob die in Frage kommenden Produkte diese Anforderungen erfüllen. Es ist auch wichtig, die Dateiformate der Software zu überprüfen und sicherzustellen, dass sie mit anderer Software kompatibel sind, die im Konstruktionsablauf verwendet wird. Schließlich ist es ratsam, mit einem Anbieter zusammenzuarbeiten, der maßgeschneiderten Support, Schulungen und Produktdokumentation anbietet.

CAD und CAM

CAD wird häufig in Verbindung mit computergestützter oder rechnerunterstützter Fertigung (Computer-Aided Manufacturing, CAM) in digitalisierten Fertigungsprozessen eingesetzt. CAD- und CAM-Software wird zur Konstruktion von Produkten wie elektronischen Leiterplatten in Computern und anderen Geräten verwendet. Dennoch sind CAD und CAM zwei unterschiedliche Konzepte.

Bei CAD geht es um die Erstellung von 2D- oder 3D-Digitalmodellen realer Produkte. Konstrukteure, Zeichner und andere verwenden CAD-Software, um Renderings und vektorbasierte Zeichnungen zu erstellen, aus denen das endgültige Modell eines fertigen Produkts entsteht.

CAM-Software verwendet diese Modelle, um ein Programm für die Herstellung des Produkts zu erstellen. Das Fertigungsprogramm besteht aus G-Code, der das mit CAD erstellte digitale Modell in detaillierte Fertigungsanweisungen übersetzt, die eine Maschine verstehen kann, um Fertigungsprozesse wie Schneiden, Fräsen, Drehen und Schleifen auszuführen.

Diese Definition wurde zuletzt im April 2025 aktualisiert

Erfahren Sie mehr über Business-Software