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Computer Aided Design


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QCad mit der Darstellung einer Schraube

CAD (von engl. c omputer- a ided d esign) heißt soviel wie computergestützter Entwurf . Es stellt somit eine Art "elektronisches dar.

Mit CAD Programmen erstellt man nicht technische Zeichnungen . Mit den aufwendigeren Programmen werden zunächst dreidimensionale Volumenmodelle erstellt aus welchen danach die Zeichnungen werden.

Die Volumenmodelle kann man jedoch noch viele andere Dinge wie Festigkeitsberechnungen Stereolithografie Crashsimulationen und natürlich auch in der CNC - Fertigung mit Maschinen verwenden. CAD ist auch der computerintegrierten Produktion ( CIM ) bei der sich dem Entwurf die anschließt.

Inhaltsverzeichnis

CAD-Programme

CAD-Programme gibt es für zahlreiche verschiedene und Betriebssysteme .

2D und 3D Konstruktionsanwendungen

CAD Lösungen finden sich vor allem den folgenden Bereichen:

CATIA V5 mit einem Lautsprecher

Bekannte kommerzielle CAD-Programme sind:

Als Spezialfall der CAD-Entwicklung sind Programme Simulationen nach der Finite Elemente Methode zu bezeichnen zum Beispiel MSC Patran und Nastran.

Für Linux gibt es unter anderem das Open-Source -Programm QCad ProEngineer und VariCAD . Für das 3D-Modellierungsprogramm Blender ist Anfang 2004 die erste Pre-Alpha-Version von BlenderCAD einem Script veröffentlicht worden das CAD-Funktionen bereitstellen soll.

Elektronische Schaltungen

Ein weiteres Anwendungsgebiet ist der Entwurf elektronischen Schaltungen. Diese Programme heißen ECAD. Programme ECAD sind zum Beispiel:

  • AutoEngineer
  • Autotrax EDA
  • DBRCad
  • Eagle (ECAD)
  • Easy-PC
  • EDWinXP
  • PCB-Elegance
  • Pads PowerPCB
  • Sprint Layout
  • Target 3001
  • TopCAD und
  • UltiBoard/MultiSim.

Die genannten Programmen laufen alle unter Betriebssystem Windows. Von Eagle und AutoEngineer gibt auch Versionen für Linux. Für Benutzer von mit Mac OS X gibt es die Shareware PCB-Warrior und Osmond X.

Im Prozessverlauf einer solchen elektrotechnischen Entwicklung im Mittelpunkt:

  • der Entwurf der Schaltung in Form eines Schaltplans
  • die Verifizierung der Funktion
  • die Simulation unter verschiedenen Toleranz -Bedingungen z.B. mit der Software SPICE
  • die Erstellung von Gehäuse und Bauteilbibliotheken
  • die Überführung des Schaltplans in ein Layout
  • die Erstellung von Belichtungsmasken für die
  • die Ableitung von produktionswichtigen Daten wie Stücklisten und Prüfplänen.

Hierzu verwandt ist das Design von Bausteinen wie Gate Arrays GALs und anderen Typen programmierbarer Logik ( PLDs ). Beispielhaft sei das HP-UX basierte Design-System von Mentor-Apollo genannt. Als ähnlich kann man das computerbasierte Design von entworfenen Logikschaltkreisen den so genannten ASICs bezeichnen.

Auch in der klassischen Installationstechnik finden zahlreiche Anwendungsbereiche für Computersoftware. Ob große Hausinstallationen Industrie oder öffentliche Gebäude oder der Entwurf die Umsetzung von SPS basierten Steuerungsanlagen für jeweiligen Zwecke - selbst in diesem Sektor heute das individuelle Design der jeweiligen Anlage vom Computer unterstützt.

Technik

2D

Einfache 2D CAD-Systeme sind vektororientierte Zeichenprogramme. Zeichnungselemente sind Punkte Linien Linienzüge Kreisbögen Splines. Werkzeuge ermöglichen das Positionieren Ändern und Löschen von Zeichnungselementen. Die unterscheidet sich wenig von der klassischen Arbeit Zeichenbrett. Wesentliche Fortschritte werden durch die Verwendung Ebenen (Layertechnik) und die Arbeit mit vordefinierten (etwa für Norm- und Wiederholteile) erreicht. Weiter CAD-Systeme unterstützen die semi- oder vollautomatische Erzeugung Bemaßungen und Schraffuren . Ein weiteres Leistungsmerkmal moderner 2D CAD ist die Verwendung von Assoziativität zwischen Zeichnungselementen Beispiel zwischen Linien und Bemaßungen. Leistungsfähige CAD-Systeme Programmierschnittstellen zur Erweiterung der Funktionalität oder zur Anpassung bereit.

2 1/2 D

dies ist kein 'echtes' 3 D das bedeutet dass mit Flächen und Geraden Raum gearbeitet wird. Diese Methode ist weniger als 3D und wird oft von Architekten- genutzt weil scheinbar ähnliche Ergebnisse möglich sind bei Volumenmodellen.

3D

Ein 3D CAD-System verarbeitet ein Volumenmodell des Konstruktionsobjektes. Dabei sind die folgenden verbreitet

  • Kantenmodell - dabei werden die Körperkanten eine mathematische Beschreibung abgebildet. Eine exakte Beschreibung zwischen den Kanten liegenden Flächen ist in Fall jedoch nur bei planaren Flächen gegeben.
  • Flächenmodell - dabei werden die den begrenzenden Flächen durch eine mathematische Beschreibung zum durch NURBS-Flächen beschrieben. Zusätzlich wird in der noch die Topologie der Flächen das heißt Fläche grenzt an welche andere Fläche mit
  • Konstruktionshistorie - Das Konstruktionsobjekt wird durch Reihe von Konstruktionsschritten (wie zum Beispiel Vereinen aus Grundgeometrien wie Quader Zylinder Kegel hergeleitet. Die Reihenfolge der Konstruktionsschritte sowie geometrischen Parameter der Grundkörper werden gespeichert. Ein Vorteil des history-basierten Modellierens ist die hohe Durch Änderungen an den einzelnen Konstruktionsschritten kann Geometrie auch im Nachhinein vielfältig geändert werden.

Moderne 3D CAD-Systeme unterstützen alle 3

Ein weiteres Merkmal moderner CAD-Systeme ist weitgehende Assoziativität zwischen verschiedenen Geometrieelementen und besonders dem 3D-Objekt und der davon abgeleiteten Zeichnung. kann durch Änderung des Durchmessermaßes an der einer Bohrung das 3D-Modell des Teiles der in der das Teil verbaut ist modifiziert - darüber hinaus gleichzeitig aber auch das die Fertigung erforderliche Werkzeug.

Datenformate

So gut wie jedes Programm setzt ein eigenes Dateiformat . Dadurch ist der Datenaustausch zwischen verschiedenen CAD-Programmen alles andere als Es gibt Ansätze zur Standardisierung . Im 2D-Bereich hat sich das DXF -Format als Standard weitgehend etabliert. Die überwiegende der CAD-Systeme kann DXF-Files lesen und schreiben gehen dabei häufig CAD-Systemspezifische Besonderheiten verloren. Im ist zwischen CAD-Systemneutralen und Systemspezifischen Datenformaten zu Wesentliche CAD-Systemneutrale Datenformate sind IGES und STEP . Mit diesen Formaten gelingt in der nur die Übertragung von Kanten- und Flächenmodellen. Konstruktionshistorie geht in der Regel verloren damit die übertragenen Daten in der Regel für Weiterverarbeitung nur bedingt geeignet. CAD-Systemspezifische Datenformate ermöglichen Übertragung der vollständigen CAD-Modelle sie sind jedoch für wenige Systeme verfügbar.

Für die Weitergabe von PCB -Daten zur Erstellung von Belichtungs filmen und Leiterplatten hat das so genannte große Bedeutung.

Geschichte

Die Anfänge der CAD-Programme liegen am der 1960er Jahre. Der französische Flugzeughersteller Avions Marcel Dassault (heute Dassault Aviation) ein Grafikprogramm zur Erstellung von Zeichnungen zu Daraus entstand das Programm CATIA . Die Mirage war das erste Flugzeug das damit entwickelt wurde. Damals benötigte ein Programm noch die Leistung eines Großrechners .

Anfang der 1980er Jahre kamen nachdem die ersten Heimcomputer in Firmen und Haushalten standen auch dafür auf den Markt. 1982 kam AutoCAD für das Betriebssystem DOS . Das Vorgehen bei der Konstruktion blieb beinahe gleich wie davor am Papier. Das brachte jedoch als Vorteil sehr saubere Zeichnungen sehr einfach wieder geändert werden konnten. Es schneller möglich verschiedene Versionen eines Bauteils zu

Der Schritt zur dritten Dimension wurde die immer höhere Leistungsfähigkeit der Hardware dann Ende der 1980er Jahre auch für kleinere Firmen erschwinglich. konnte man den virtuellen Körper auch von Seiten begutachten. Es wurde mit diesen Daten möglich Belastungen zu simulieren und Fertigungsprogramme für Werkzeugmaschinen ( CNC ) abzuleiten.

Die Weiterentwicklung der Programme erlaubte Bewegungssimulationen zum Beispiel das Auffahren einer Laderaumschiebetür am um beispielsweise Kollisionsuntersuchungen durchzuführen.

Gegen Anfang der 2000er Jahre gibt es erste Ansätze die dahin immer noch zwingend nötige Zeichnung verschwinden lassen. In die immer öfter vorhandenen 3D-Modelle von der Bemaßung über Farbe und Werkstoff notwendigen Angaben für die Fertigung eingebracht.

Weblinks



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