CAD-Begriffe - eine Übersicht

Was steckt eigentlich hinter diesen gesamten Begriffen rund um die Konstruktion mit CAD? Wir haben eine Liste zusammengestellt, die wichtige Bezeichnungen kurz erklärt.

CAD Software

CAD – Computer Aided Design – ist die rechnergestützte Konstruktion. Mit einer entsprechenden Software werden Produkte neu erstellt, geändert oder angepasst und technische Dokumentationen dazu erstellt. CAD Programme werden von Ingenieuren, Bauzeichnern, Konstrukteuren und ähnlichen Anwendungsgruppen genutzt, um Entwicklungsprozesse und Dokumentationen zu vereinfachen und zu beschleunigen.

Anbieter von CAD Software gibt es viele – einteilen lassen sie sich nach Einsatzzweck und Gestaltung. So gibt es CAD Programme, die in 2D oder in 3D arbeiten und solche für mechanische Anwendungen (MCAD - mechanical CAD) ebenso wie elektrische (ECAD – electronic CAD) oder architektonische. Anbieterlisten finden sich zahlreich im Internet, beispielsweise für Maschinenbau, Elektronik oder Architektur.

CAD-Datei

CAD-Dateien sind alle Dateien, die von einer CAD-Software erzeugt werden. Je nach Software haben diese sehr unterschiedliche Bezeichnungen (Formate) und auch Funktionen. Es gibt 2D-Dateien, 3D-Dateien, Dateien, die direkt von Fertigungsmaschinen gelesen werden können etc.

CAD-Modell

Wird von einem CAD-Modell gesprochen, ist in der Regel das 3D-Modell gemeint. Objekte werden dreidimensional aufgebaut und dargestellt. Dadurch wird die Darstellung realitätsnäher und erlabt eine bessere Vorstellung des Produktes. Aus dem 3D-Modell können zahlreiche andere Dokumente entweder direkt oder mit Hilfe einer zusätzlichen Software abgeleitet werden. Für Anwendungen wie VR oder AR wird unbedingt ein 3D-Modell benötigt.

Bauteil

Das Bauteil ist die kleinste Einheit in der Konstruktion und ist ein Einzelteil eines größeren Gesamtkomplexes.

Baugruppe

Eine Baugruppe ist ein Element, das aus mehreren Bauteilen oder untergeordneten Baugruppen zusammengefügt wird. Im Maschinen- und Anlagenbau ist eine Baugruppe immer ein Teil eines anderen Produktes/einer Maschine. Die Baugruppe erfüllt dabei eine bestimmte Funktion innerhalb des fertigen Produktes.

Konstruktion

Die Konstruktion von Produkten umfasst die detaillierte Planung eines Produktes. Sie baut auf der Forschung und Entwicklung (F&E) auf, die zunächst die grundlegenden Funktionen untersucht und bestimmt. Das Ergebnis der Konstruktion sind Unterlagen, nach denen die Fertigung eines Produktes erfolgen kann. Neben der Neukonstruktion von Produkten, wie sie hier beschrieben ist, gibt es weitere Teil-Disziplinen der Konstruktion:

Variantenkonstruktion

Bei der Variantenkonstruktion werden unterschiedliche Ausführungen eines Produktes erstellt. Es gibt also ein vollständig konstruiertes Produkt, das sich in einigen – manchmal auch sehr vielen – Teilen oder Abmessungen den individuellen Kundenbedürfnissen anpasst. Auch für jede Variante werden vollständige Unterlagen benötigt und so wird jede Variante konstruiert. Meist geschieht dies durch Abwandlung der ursprünglichen Konstruktion oder einer ähnlichen Variante. Die Königsdisziplin ist allerdings die automatisierte Variantenkonstruktion, die durch geeignete Software-Lösungen erreicht wird.

Anpassungskonstruktion/Änderungskonstruktion

Auch die Anpassungskonstruktion baut auf der bestehenden Konstruktion eines Produktes auf. Hier wird aber – im Gegensatz zu der Variantenkonstruktion – grundsätzliche Änderungen am Produkt vorgenommen, sodass das angepasste Produkt das bisherige ersetzt. Die Anpassungskonstruktion erfolgt beispielsweise zur Beseitigung von Fehlern oder zur Anpassung an geänderte Rahmenbedingungen, aber auch zur Anpassung an geänderte Kundenwünsche.

Technische Zeichnung

Wenn im Zusammenhang mit Produkten von Zeichnungen gesprochen wird, sind in der Regel technische Zeichnungen gemeint. Eine technische Zeichnung ist die grafische Darstellung eines Produktes, eines Bauteils oder einer Baugruppe, die vor allem im Maschinen- und Anlagenbau verwendet wird. Die DIN 199 sagt dazu: „Eine Technische Zeichnung ist eine Zeichnung in der für technische Zwecke erforderlichen Art und Vollständigkeit, z. B. durch Einhaltung von Darstellungsregeln und Maßeintragungen.“ Die technische Zeichnung ist also eine sehr detaillierte Darstellung, in der Konstruktionsinformationen zusammengefasst werden. Fachleute lesen daraus alle wesentlichen Informationen und erstellen darauf aufbauend die für den jeweiligen Zweck (Vertrieb, Fertigung, Montage, Wartung, Nutzung etc.) erforderlichen Unterlagen. Je nach Verwendungszweck wird in den Zeichnungen ein unterschiedlicher Detaillierungsgrad gewählt.

Zeichnungen unterliegen – wie so vieles in Deutschland – der Normierung, so dass genau beschrieben ist, was alles zu einer vollständigen Zeichnung gehört und wie diese aufgebaut sein sollte. Diese Standards dienen der Lesbarkeit einer Zeichnung, indem beispielsweise einheitliche Symbole verwendet werden.

Neben den verschiedenen grafischen Darstellungen gehören zu einer technischen Zeichnung unbedingt Koordinaten und das Schriftfeld.

Es werden unterschiedliche Typen von technischen Zeichnungen unterschieden, von denen im Folgenden die wichtigsten vorgestellt werden:

Konstruktionszeichnung / CAD-Zeichnung

In der Konstruktion wird in der Regel mit einem CAD-System gearbeitet. Die Zeichnungen, die in diesem System während des Konstruktionsprozesses entstehen, werden als Konstruktionszeichnungen oder auch CAD-Zeichnungen bezeichnet. Hier können die Ergebnisse des Konstruktionsprozesses grafisch abgelesen werden. Sie dienen als Grundlage für alle weiteren technischen Produktunterlagen.

Kundenzeichnung

Diese Zeichnung ist, wie der Name schon sagt, für den Kunden gedacht und daher weniger detailliert. Insbesondere das Innenleben von Produkten spielt hierbei keine Rolle bzw. soll dem Kunden auch nicht im Detail gezeigt werden. Bei Kundenzeichnungen geht es vorwiegend darum, dem Kunden sein Produkt optisch besser vorstellbar zu machen und äußere Abmessungen sowie Anschlüsse darzustellen.

Fertigungszeichnung

Die Fertigungszeichnung bildet die Grundlage für die Herstellung eines Produktes. Somit müssen dort alle für die Fertigung relevanten Informationen enthalten sein.

Wichtig sind neben der vollständig bemaßten grafischen Darstellung auch weitere Angaben, die für die Fertigung wesentlich sind wie Toleranzen, Oberflächenbeschaffenheit, Verbindungstechniken und Art der Kanten. Der Maßstab der Fertigungszeichnung sollte so gewählt werden, dass das Blatt optimal ausgenutzt wird.

Wesentlicher Bestandteil der Fertigungszeichnung ist neben den grafischen Darstellungen auch die Stückliste, die sämtliche Bauteile und Materialien mit Mengenangaben, Positions- und Artikelnummern auflistet.

Bemaßung

„Eine Bemaßung wird auf technischen Zeichnungen, in CAD-Programmen (2D und 3D) als Zahlenwerte auf einem Maß angegeben und beschreibt die Abmessungen von Einzelteilen oder Baugruppen.“ Es gelten die Normen für technische Zeichnungen. (Wikipedia) 

Schriftfeld

Unten rechts auf jeder Zeichnung befindet sich das Schriftfeld, in dem einige wichtige Informationen zum abgebildeten Bauteil enthalten sind. Dies können beispielsweise der Name des Konstrukteurs/Zeichners, das Datum der Erstellung, der verwendete Maßstab, zulässige Abweichungen, der Werkstoff oder eine Teilenummer sein. Bei der Gestaltung des Schriftfelds gilt die Norm EN ISO 7200.

Stücklisten

Stücklisten sind im Prinzip Auflistungen, in denen alle Bauteile eines Produktes mit Bezeichnung (Artikelnummer), Positionsnummern und Mengenangaben aufgeführt werden. Für unterschiedliche Verwendungszwecke sind die Stücklisten unterschiedlich aufgebaut.

Konstruktive Stückliste

Die konstruktive Stückliste ist das Dokument, das sich ohne größere Schwierigkeiten direkt aus dem CAD-System ableiten lässt. Dabei entspricht diese Liste der Denkweise in den Konstruktionsabteilungen. Es geht um den Aufbau von Baugruppen und Unterbaugruppen, Bauteile werden nach ihrer logischen Funktion zusammengefasst, auch wenn sie aus unterschiedlichen Materialen bestehen und an vollkommen unterschiedlichen Punkten im Produkt eingebaut werden.

Die Struktur einer konstruktiven Stückliste ist komplex, was ihre Verwendung für andere Zwecke in der Regel sehr schwierig macht.

Fertigungsstückliste

Die Fertigungsstückliste ist so aufgebaut, dass damit die Produktion des Unternehmens direkt arbeiten kann. Das bedeutet also, dass Bauteile nach ihrer Artikelnummer statt nach ihrer Funktion zusammengefasst werden. Außerdem müssen in einer Fertigungsstückliste auch die Materialien aufgeführt sein, die für die Montage benötigt werden, etwa Werkzeuge oder Schmierfette. Fertigungsstücklisten auf Basis der in CAD erzeugten Stücklisten zu erstellen, stellt die Unternehmen immer wieder vor echte Probleme.

Variantenstückliste

Variantenstücklisten werden häufig genutzt, wenn Produkte in unterschiedlichen Ausführungen – Varianten – angeboten und hergestellt werden. Teile, die in allen Varianten des Produktes verwendet werden, fasst die Basisstückliste zusammen. Diese wird für jede Variante durch eine Ergänzungsstückliste erweitert. Beide zusammen ergeben dann die Variantenstückliste.

Je größer dabei die Anzahl der möglichen Varianten, desto unübersichtlicher wird die Erstellung von Stücklisten. Für variantenreiche Produkte gilt es also andere Vorgehensweisen und automatisierte Lösungen zu finden.

Produktkonfigurator

Ein Produktkonfigurator (auch Konfigurator oder Variantenkonfigurator) ist eine Software, die es ermöglicht, Produkte an Kundenwünsche anzupassen. Damit unterstützt diese Software den Vertrieb, kann aber – je nach Art des Konfigurators – auch viel weiter in den Prozess durchdringen.

Die Ausgestaltung von Produktkonfiguratoren ist dabei sehr unterschiedlich und reicht vom einfachen Baukastensystem, in dem einige vorgegebene Teile zusammengefügt werden können (z.B. Auto) bis zur kompletten Automatisierung der Variantenkonstruktion, bei der die Grenzen der Varianten nur durch das technisch machbare gesetzt werden.

iLogic

iLogic ist ein Add-in von Autodesk Inventor, das laut Website eine regelgesteuerte Konstruktion ermöglicht. Empfohlen wird iLogic zur Standardisierung und Automatisierung von Konstruktionsprozessen und zur Konfiguration virtueller Produkte. iLogic ist allerdings kompliziert im Aufbau und auch in der Bedienung; bei komplexen Produkten stößt diese Software schnell an ihre Grenzen, ist aber im Konstruktionsbereich, insbesondere bei varianten Produkten, sehr verbreitet im Einsatz.

CAD Automatisierung

Bei der  CAD-Automatisierung (auch Engineering Automation) geht es darum, Unterlagen automatisch von der CAD-Software erstellen zu lassen. Dabei werden repetitive Tätigkeiten automatisch von der Maschine übernommen und die Menschen dadurch entlastet. Für die CAD-Automatisierung ist eine zusätzliche Software notwendig.

Extended Reality (XR)

Extended Reality ist der Oberbegriff für Technologien zur Darstellung der erweiterten Realität. Technische Hilfsmittel sind dafür unabdingbar.

Augmented Reality (AR)

Bei der Augmented Reality bleibt grundsätzlich die reale Umgebung erhalten und wird durch zusätzliche virtuelle Inhalte ergänzt. Dies kann man sich ähnlich einer Folie vorstellen, die über reale Umgebungen gelegt wird. Sehen kann man dies auf einem Display. Die AR wird genutzt, um Dinge oder Situationen besser zu veranschaulichen.

Mixed Reality

Bei MR erfolgt wie bei der AR ebenfalls die Kombination einer virtuellen Darstellung mit der realen Welt. Der Unterschied besteht in der Möglichkeit der Interaktion und der Darstellungsweise. Es werden spezielle Geräte benötigt (z.B. eine spezielle Brille), die Interaktion geschieht durch Bewegungen in der realen Welt, nicht am Bildschirm wie bei der AR.

Virtual Reality (VR)

Bei der Virtual Reality verschwindet die reale Welt komplett. Es wird eine komplett virtuelle Umgebung geschaffen, in der sich der Betrachter bewegen und mit Objekten und virtuellen Personen interagieren kann. Häufig wird dafür ein spezielles Gerät benutzt.