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Stand: 30.09.2019

CAD (computer added design) & CAE (computer added engineering)

Wie der englische Begriff aussagt, geht es dabei um Computer- bzw. Rechner unterstützte Konstruktion. In den Anfängen ging es dabei nur um die Zeichnungserstellung (computer added drafting). Heute umfasst CAD die Erstellung von 2D- und 3D-Konstruktionen/Zeichnungen und vor allem aber auch von Datensätzen, die direkt oder mit Umwandlung für weitergehende Fertigungsschritte zur Verfügung stehen (z.B. CAM-Daten (computer added manufacturing).

CAD wird in allen Technikbereichen genutzt, wie Maschinenbau, Elektrotechnik, Architektur oder Bauingenieurwesen und überall dort, wie Daten von Produkten und Köpern benötigt werden, z.B. auch in der Zahntechnik.

In unserem ->Konstruktions-Schülerlabor haben wir bisher das CAD-System der Fa. Siemens kennengelernt: ->NX

Damit haben wir die zentrale Abdeckung in der Mitte des Fidget-Spinners konstruiert, indem wir zunächst eine Skizze angelegt und diese dann mit den Maßen ergänzt haben. Trotz des komplexen Systems ging das in wenigen Minuten. Durch Rotation wurde aus dem 2-D-Schnitt ein 3-D-Modell. Gezeigt wurde auch, wie man schnell Varianten erzeugen kann, z.B. einen Spinner mit 2 oder mit 4 Armen.



CAE bedeutet das Rechner unterstützte Entwickeln von Bauteilen. Damit gemeint sind u.a. die Dimensionierung, um z.B. die geforderte Belastung auszuhalten aber auch komplexe strömungstechnische Berechnungen, um optimale Fließquerschnitte zu erhalten. Bisher werden dazu die 3-D-CAD-Daten umgewandelt in eine Netzstruktur (Finite Elemente, z.B. Dreiecke), für deren Knoten dann die einzelnen Berechnungsgrößen, wie Verformung, Temperatur, Schubspannung in Berechnungsschleifen ermittelt werden.


Während in der Vergangenheit der Entwickler nach den ersten Ergebnissen Optimierungen am Teil durchführen musste, die dann wiederum durch CAE zu analysieren waren, gibt es seit einigen Jahren sog. DOE-Systeme (DOE = Design of Experiments), die dies selbstständig in abgesteckten Grenzen erledigen.


Moderne CAD-Systeme haben auch KI-basierte Ansätze (generative design), die selbstständig ein optimales Teil konstruieren. Man gibt z.B. die Position von Aufnahmebuchsen an einem Trägerverbindungsteil vor und ergänzt dies durch auftretende Kräfte bzw. Belastungen. Ergänzt werden ggf. noch Räume in denen kein Material erzeugt werden darf. Das System fängt dann mit einer iterativen Konstruktion inkl. der notwendigen Festigkeitsberechnungen an und am Ende (ggf. nach wenigen Sekunden oder  Minuten) ist das Bauteil fertig konstruiert mit dem geringsten Gewicht bei maximaler Steifigkeit oder Belastbarkeit.

Konstruktionszeiten und damit auch Kosten können so drastisch gesenkt werden. Diese Vorgehensweise ist auch immer nachhaltig, da man kein unnötiges Material verschwendet - auch das spart zusätzlich Kosten. Dies kann man problemlos im nicht sichtbaren Bereich machen. Im Sichtbereich müssen sich die Anwender/Konsumenten aber besonders auch die Designer erst daran gewöhnen, wenn sie es später mal akzeptieren. ->Beispiele: Generative Design


Die 3-D-Konstruktionen sind nicht statisch sondern sie lassen sich mit entsprechend hinterlegter Kinematik auch für Kollisionsprüfungen verwenden.


Während also teilweise schon CAD und CAE in einem System zusammenfinden, so geht die Integration moderner Systeme noch weiter bis hin zu einem PLM-System (PLM = product liftime management). Die PLM-Software ermöglicht die effiziente und kostengünstige Verwaltung aller Informationen über den gesamten Lebenszyklus eines Produkts hinweg, von der Ideenfindung über die Konstruktion und Fertigung bis hin zu Marketing, Service und Entsorgung.


Da heute die Entwickler in größeren Firmen oder in Zusammenarbeit mit den verteilten Kunden an verschiedenen Standorten gemeinsam entwickeln, bieten sich cloud-basierte Systeme an, die, vorausgesetzt eine hoch performante Internetanbindung ist vorhanden, auch weniger Admin- und Konfigurationsaufwand am lokalen PC/System erfordern.


Nachfolgend findet ihr einige Links zu den CAD-Systemen. Im Internet / youtube(TM) gibt es nahezu für jede Teilaufgabe ein passendes und kostenfreies Videotraining.


Reinhold Berlin


Weitere Infos zu den Systemen:


  Kategorie: Koplette PLM-Systeme


->SIEMENS NX  |  ->Video: Zeigt eindrucksvoll erste Schritte mit NX



->CATIA  |  ->Beispiel das u.a. auch die Teamarbeit und die Bewegung zeigt



  Kategorie: CAD-Systeme, parametrische 3D-Software


->SOLID WORKS  |  ->SOLIDWORKS Apps for Kids  |  ->Video: Erster Einblick in SOLIDWORKS CAD



  Kategorie: Open-source-CAD


FreeCAD


Blender


OpenSCAD

2D, 3D, parametrisch, nicht Maus-/graphisch sondern eher befehlsoreintert, sehr genaue Modellierung für 3D-Druck)


Wings 3D

Gut für Textur- und Materialoberflächen, schwächer beim Rendern und für Animationen


OpenCascade Technology

Vollständiges Programm für Modellerstellung und Visualisierung


SolveSpace

2D, 3D, parametrisch, guter Export zum 3-D-Druck


Art of illusion

Animations orientiert, Texturen und Material, Rendern möglich


OpenJSCAD

Browser basiert, einfache Bedienung



Foto: Reinhold Berlin