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Datenerfassung
digitale Kommunikation
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digitale Planung und Konstruktion
digitale Steuerung

Computer Aided Design (CAD) steht für die Computerunterstütze Konstruktion während Computer Aided Manufacturing (CAM) die rechnergestützte Fertigung beschreibt. Beim CAD werden konstruierende Aufgaben, wie das Erzeugen oder Ändern eines geometrischen Modells in 2D oder 3D zur Herstellung eines Produkts rechnergestützt gelöst. Darunter fallen alle Tätigkeiten, die im Konstruktionsprozess eines Produkts anfallen.

Durch CAM kann der NC-Code (Numerical Control-Code, zu Deutsch: numerische Steuerung) unabhängig von der CNC-Maschine mit einer Software erstellt werden. Dadurch wird das NC-Programm für die zu erstellenden Teile direkt aus den am Computer generierten CAD-Daten entnommen. Fehler bei der Übertragung werden vermieden und Arbeitsschritte und Zeit eingespart. CAM-Systeme setzen damit auf bestehende CAD Modelle auf.

Unter Building Information Modeling (BIM) versteht man den Vorgang zur Erschaffung, Änderung und Verwaltung eines digitalen Bauwerkmodells mit Hilfe von Softwarewerkzeugen.

Das digitale Bauwerkmodell ist ein Abbild des Bauwerks mit erweiterter Informationstiefe: Dreidimensionale Geometrien der Bauteile, Typinformationen, technische Eigenschaften oder Kosten sind darin enthalten. CAD-Modelle bilden einen wesentlichen Bestandteil von BIM-Modellen. Es ist zu beachten, dass BIM eine Reihe von Tätigkeiten und Funktionen umfasst und daher die Bezeichnung als Methode passender ist.

Ansprechpartner

Knuth Ensenmeier

Handwerkskammer für Schwaben

Der Vorteil der rechnerinternen Darstellung der Systeme liegt in der Rationalisierung des Konstruktionsprozesses: Dem Konstrukteur werden durch die Funktionalitäten der Software Routinetätigkeiten und wiederkehrende Arbeitsvorgänge abgenommen. Darüber hinaus können die Modelle auch in fortgeschrittenen Phasen des Konstruktionsprozesses noch geändert werden. Durch den Wegfall der manuellen Übertragung von Informationen zum Bauteil oder dem Bauobjekt wird Informationsverlusten und Fehlern vorgebeugt.

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CAD-Programm und CAD-Benutzeroberfläche

Außerdem besteht zusätzlich die Möglichkeit der Informationsgewinnung und Informationsbereitstellung durch die Software. Neben der geometrischen Modellierung ist bei entsprechenden Modellendie Durchführung von Simulationen der Funktionsweise bzw. des Montageablaufs ebenfalls möglich. Eventuelle Probleme beim Zusammenbau können somit frühzeitig in der Entstehung identifiziert werden. Die grafische Darstellung erlaubt zudem eine Kommunikationsgrundlage für alle an der Konstruktion beteiligten Personen. Durch die digitalisierten Prozesse können auch Unterstützungstätigkeiten oder Folgeprozesse angestoßen werden. Beispielsweise kann die Einkaufsliste automatisiert anhand der Konstruktion erstellt werden und an das Warenwirtschaftssystem übermittelt werden.

CAD- und CAM-Systeme sind ein sehr fortgeschrittener Technologiebereich und in vielen Branchen vertreten. Die Unternehmen, z.B. aus der Automobil- Flugzeug-, Investitionsgüter- und Konsumgüterindustrie verfügen über ein breites Wissen über CAD- und CAM-Anwendungen und haben die Systeme erfolgreich in das Alltagsgeschäft integriert. In ihren Anfängen wurde die Technologie einst nur zur Nachbildung von Objekten oder für das Methodische Konstruieren und Technische Zeichnen verwendet. Mittlerweile verfügt die Technologie über eine Vielzahl von neuen Funktionen und Werkzeugen, wie z. B. räumliches Modellieren, virtuelle Realitäten und vieles mehr. Die CAD-Technologie kennzeichnet sich durch immer leistungsfähiger werdende Systeme, eine einfache Bedienbarkeit und sinkende Preise.

Vielen handwerklichen Berufen bietet sowohl das CAD/CAM System als auch das BIM signifikante Vorteile. Beide Technologien haben den Grundgedanken das Objekt zunächst virtuell und fehlerfrei zu erstellen und es im Anschluss in der Realität umzusetzen. Die Kundenaufträge können in einem CAD-Programm individuell erfüllt und dem Kunden visuell präsentiert werden. Im Anschluss können Konstruktionszeichnungen automatisch erzeugt werden oder direkt über ein CAM-Programm in einen NC-Code für die Maschine zur Herstellung des Produkts überführt werden. Änderungen können hierbei ohne großen Aufwand umgesetzt und ein Produkt wiederholt abgerufen oder produziert werden. Dies hat zur Folge, dass sich die Prozesszeit verkürzt.

Der BIM Ansatz beinhaltet nicht nur die rein optische Darstellung, sondern umfasst auch Informationen und Daten über das zu bauende Objekt. Dabei ist wichtig, dass alle Informationen miteinander verknüpft sind. Demzufolge können alle Änderungen, welche in der Planungsphase entstehen, und deren Auswirkungen sofort aufgezeigt werden. Allen Akteuren die an dem Projekt beteiligt sind stehen immer alle aktuellen Informationen zur Verfügung.

Kommunikation/Dokumentation/Datenerfassung

Durch die Digitalisierung schreitet die Planung, der Umbau oder der Rückbau von Gebäuden im Baugewerk immer schneller voran. Deswegen ist es wichtig, dass die 3D-Gebäudedaten jederzeit abrufbar sind und ständig aktualisiert werden können. Mit Hilfe des BIM können Baugewerke effektiver arbeiten. Denn es können direkt auf der Baustelle alle Planinformationen eingesehen und alle Informationen der Baustelle, wie z.B. Mängel, Abnahmeprotokolle, Aufgaben, Baujournals und Bilder erfasst werden. Außerdem wird dadurch eine verbesserte Wertschöpfung über den gesamten Lebenszyklus eines Gebäudes garantiert. So können beispielsweise Maurer oder Zimmerer relevante Informationen aus dem Modell entnehmen und ein Angebot aufsetzen. Auch im weiteren Prozess können die aktualisierten Daten immer wieder aus dem Modell entnommen und für nachfolgende Tätigkeiten verwendet werden.

Von CAD-Anwendungen profitieren neben Gold- und Silberschmieden sämtliche Berufsgruppen, die mit dem Schmuckdesign und der Juwelierkunst in Verbindung stehen. Nicht nur den erheblichen Zeitgewinn wissen die Gestalter zu schätzen, auch die schnelle Änderungsmöglichkeit von Modellen ist ein wesentlicher Vorteil. So können bereits vorhandene Modelle schnell auf Kundenwunsch spezifisch abgeändert werden. Dadurch sparen sich die Schmuckdesigner viel Zeit und Arbeit.

Planung/Konstruktion

Dachdecker und Betonbauer die BIM verwenden profitieren vor allem von einer effizienteren Planung der Baustellenabläufe. Jeder einzelne Handwerker kann aus dem Modell entnehmen wann, wo und wie viel Material benötigt wird. Dies hat zur Folge das die Produktivität jedes einzelnen Arbeiters gesteigert wird.

In der Holzverarbeitung finden CAD- und CAM-Systeme bereits heute Anwendung. Ein Kundenauftrag kann in einem CAD-Programm visuell dargestellt und dem Kunden als virtuelles 3D-Modell präsentiert werden. Sind die Anforderungen des Auftraggebers erfüllt, können die entsprechenden Konstruktionszeichnungen automatisch generiert werden. Außerdem besteht die Möglichkeit direkt einen NC-Code über die Maschine zu erzeugen um im Anschluss das entsprechende Produkt zu produzieren. Sobald das Modell einmal existiert, können Änderungen in der Vorlage ohne großen Aufwand vorgenommen werden. Bei erneuter Bestellung kann auf das bestehende Exemplar zurückgegriffen werden und dieses auf Wunsch aktualisiert werden.

Die CAD- oder auch CAM-Technologie wird in der Zahntechnik zur Herstellung von Zahnersätzen verwendet. Mittels einer Kamera wird ein Gebissabdruck erstellt und alle relevanten Daten werden über eine Software an eine Fräsmaschine geschickt. Im Anschluss fertigt die Maschine aus einem Rohling den passgenauen Zahnersatz. Die Zeit für die  Herstellung von Zahnbrücken, -kronen oder Prothesen wird dadurch deutlich verkürzt, weshalb  der Zahnersatz in nur einer Sitzung entstehen und eingesetzt werden kann. Somit bleiben dem Patienten Folgetermine und nachträgliche Anpassungen erspart.

Steuerung

Die durch das BIM generierten und gesammelten Informationen können im Anschluss im Büro des Baustellenmanagements strukturiert ausgewertet und mit dem digitalen Modell verglichen werden. Das moderne Baustellen- und Mängelmanagement steht über alle Gewerke hinweg zur Verfügung, was die Transparenz und Zusammenarbeit verbessert. Durch Berichte, Analysen und Übergabedokumente, die aus den digitalen Informationen generiert werden, erhöht sich die Qualität und die Sicherheit auf der Baustelle.

 

Für die Vernetzung aller am Bau beteiligten Akteure ist ein gutes Netzwerk sowie eine herausragende Kooperation eine Grundvoraussetzung. Dabei stellt gerade das Bau- und Ausbaugewerbe mit seinen vielen Schnittstellen eine große Herausforderung dar. Mit dem Einsatz der BIM-Technologie vereinfacht sich jedoch auch der Prozess, was für viele Handwerksbetriebe eine Effizienzsteigerung verspricht. Diese Professionalität beeinflusst einen entscheidenden Wettbewerbsfaktor positiv, indem Bauwerke innerhalb des Termin- und Kostenplans entstehen können. Auch im Bereich der Qualifizierung hat das Thema an Bedeutung gewonnen. Es lässt sich feststellen, dass nicht mehr nur große Bauunternehmen vom Building Information Modeling profitieren. Auch kleineren und mittleren Handwerksbetrieben wird dadurch eine höhere Informations-, Planungs- und Kommunikationsqualität gewährt. Wissenschaftler sind sich einig, dass sich BIM in den folgenden Jahren als Standardverfahren in der Baubranche etablieren wird.

Auch die CAD-Technologie wird in Zukunft weiter an Bedeutung gewinnen. Die Handwerksbetriebe werden sich in den nächsten Jahren immer mehr auf Kundenwünsche spezialisieren müssen. Durch CAD-Produktentwicklungen kann auf diese Wünsche schnell und effizient eingegangen werden.

CAD-Modelle sind die Grundlage oder ein wichtiger Bestandteil für viele Technologien, die zur Digitalisierung im Unternehmen und im Handwerk beitragen. So werden die Modelle für 3D-gedruckte Bauteile zunächst mit einem CAD-Programm erstellt, bevor sie an den 3D-Drucker übermittelt werden. Die virtuellen Welten und Objekte, die in der Augmented-Reality-Technologie bzw. der Virtual-Reality-Technologie dargestellt sind, werden u.a. mit Hilfe von CAD-Programmen erzeugt.

[Bormann et al., 2015] Bormann, A.; König, M.; Koch, C.; Beetz, J.: Building Information Modeling. Technologische Grundlagen und industrielle Praxis. Springer Vieweg, Wiesbaden 2015

[Haasis, 1995]: Haasis, S.: Integrierte CAD-Anwendungen. Rationalisierungspotenziale und zukünftige Einsatzgebiete. Springer-Verlag, Berlin/ Heidelberg 1995

[IAV, 2013]: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr (Hrsg.): Virtuelle Produktentwicklung. Vogel, Würzburg 2013

[Pahl, 1990]: Pahl, G.: Konstruieren mit 3D-CAD Systemen. Grundlagen, Arbeitstechnik, Anwendungen Springer, Berlin/ Heidelberg 1990

[Spur, Krause, 1997]: Spur, G.; Krause, F.: Das virtuelle Produkt. Management der CAD-Technik. Hanser-Verlag, München/ Wien 1997

[Spur, Krause, 1984]: Spur, G. Krause, F.: CAD-Technik. Lehr- u. Arbeitsbuch für die Rechnerunterstützung in Konstruktion und Arbeitsplanung. Hanser-Verlag, München/ Wien 1984,

[Vajan et al., 2009]: Vajan, S.; Weber, C.; Bley, H.; Zeman, K.: CAx für Ingenieure. Eine Praxisbezogene Einführung. 2. Auflage. Springer Verlag. Berlin/ Heidelberg. 2009

[wmb, 2019]: Mensch und Maschine Deutschland Gmbh: BIM für die Baustelle. Modernes Baustellen- und Mängelmanagement, Homepageinformation. https://www.wirmachenbim.com/de/industrien/baustelle/ abgerufen am 24.01.2019

Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur; Umsetzung des Stufenplans Digitales Planen und Bauen: Erster Forschrittsbericht. 2017. Online verfügbar: https://www.bmvi.de/SharedDocs/DE/Publikationen/DG/bim-umsetzung-stufenplan-erster-fortschrittsbe.html, 22.06.2018.

Deutsches Architektenblatt; CAD für BIM; 29.06.2015. Online verfügbar: https://dabonline.de/2015/06/29/cad-fur-bim-3d-4d-5d-aec-ar-augmented-reality-bim-building-information-modeling-caad-computer-aided-architectural-design-computer-aided-design-laserscanning-software-virtual-reality-vr/.

https://www.handwerk-magazin.de/planung-mit-bim-wird-standard/150/3/367597

https://www.jameda.de/gesundheit/zaehne-mund/cad-cam-zahntechnikwas-ist-das-zahnersatz-aus-keramik/

https://de.type3.com/branchen-und-anwendungen/branchen/cad-software-fuer-schmuckdesign-und-juwelierkunst