Das Studium des Computer Aided Designs (CAD)

Am Anfang steht die technische Planung. Die hat nicht nur in Maschinenbau und Elektrotechnik im Vorfeld von Konstruktionen und Bauteilen einen extrem hohen Stellenwert, sondern in vielen anderen Ingenieurbereichen ebenso. Dieser wichtige Part im Engineeringprozess, den früher Technische Zeichner oder Bauzeichner am Reißbrett übernahmen, wird heute maßgeblich unterstützt durch Anwendungen und Methoden der Informatik. „Computer Aided Design“ lautet das Zauberwort, dessen Kürzel CAD schon als fester Begriff in unseren deutschen Sprachschatz eingegangen ist. Frei übersetzt ist damit „eine vom Rechner unterstützte Konstruktion“ gemeint.
Mit Konstruieren hat der Ingenieurberuf ja ohnehin immer etwas zu tun, und das setzt nun mal Planen und Zeichnen voraus. Waren das vor dem Computerzeitalter zweidimensionale Zeichnungen, Berechnungen auf dem Papier und Modelle aus Holz und Pappe, so vollzieht sich das Ganze heute komplett räumlich. Der wichtige Zusatz „3D“ ist nämlich auf den meisten CAD-Programmen zu finden. Mit Software dieser Art lassen sich nicht nur dreidimensionale Volumenmodelle und komplexe Zeichnungen ableiten, sondern diese Informatik-Tools sind so leistungsfähig, dass Objekte in kompletter Bewegung dargestellt werden können. Sehr aufschlussreich für die Ingenieure, denn Bauteile, die sie konstruieren, sind ja zumeist in Bewegung. Da hilft es ungemein und spart zudem Kosten, wenn man am Rechner von Anfang an über Simulationen verfügt, mit denen sich Eigenschaften wie Volumen, Gewicht, Schwerpunkt, Trägheitsmoment oder mechanische und thermische Belastungen exakt berechnen lassen. CAD macht’s möglich!

Vom Design über den Prototyp bis zur Serie
Der Nutzen und die Möglichkeiten des Computer Aided Design sind unbestritten – in allen Branchen, in denen Ingenieure tätig sind. Die Liste der CAD-Software ist dementsprechend lang. Für viele verschiedene Branchen gibt es speziell zugeschnittene Programme: „AutoCAD“ in Maschinenbau, Architektur und Tiefbau, „HiCAD“ in Blechbearbeitung, Stahl- und Metallbau, „Pro/ENGINEER“ in der Konsumgüterindustrie und im Anlagen- und Automobilbau oder „DDS-CAD“ in Bereichen wie Elektrotechnik, Heizung, Lüftung und Sanitär. Selbst zu Modedesign, Schaltplanerstellung, Zahnmedizin, Holztechnik oder für die Schmuck- und Uhrenindustrie haben die Programmierer elektronische CAD-Lösungen ersonnen.

Modernes CAD wird zudem immer mehr Bestandteil der computerintegrierten Produktion. Die Eingangsdaten, der im CAD erstellten Konstruktionen und Bauteile können direkt ins Fertigungsverfahren eingehen. Bei der CNC-Technik ist diese elektronische Methode zur Steuerung der Produktionswerkzeuge ja bereits in Maschinen die Fräsen, Gravieren oder Lasern im alltäglichen industriellen Einsatz. Neue, sogenannte generative Fertigungsverfahren gehen noch einen Schritt weiter, virtuelle Realität wird dabei ein Stück weit Wirklichkeit. Rechnerdaten formen aus Materialien wie Flüssigkeiten oder Pulver genau das Werkstück, das man zuvor nur auf dem PC-Bildschirm sehen konnte. Produktionswerkzeuge sind nicht nötig, alles basiert ausschließlich auf chemischen und physikalischen Prozessen.
Verfahren wie diese haben zwar sperrige Namen wie Stereolithografie, selektives Lasersintern (SLS) oder Fused Deposition Modeling, sie werden aber im Zusammenspiel mit CAD die zukünftige Herstellung von Mikrobauteilen, Prozessoren und Sensoren weiter revolutionieren.

Was CAD allerdings heute schon quer durch alle industriellen Branchen leistet, ist enorm. So enorm, dass schnelle und kostengünstige Produktentwicklung ohne das Vorab-Design am Rechner überhaupt nicht mehr möglich wäre. Ob es gilt, einen neuen Turnschuh zu entwickeln und davon verschiedene lebendige, hochauflösende Farbmodelle zu präsentieren, ob ein neuer Sprit sparender Kleinwagen mit seiner komplexen Technik möglichst zeitnah und am Peak der Kundennachfrage auf den Markt kommen soll oder ob eine Kleinstadt ein neues Versorgungs- und Abwassersystem benötigt – mit den herkömmlichen Methoden aus Reißbrettzeichnung und Prototypenbau kommen Ingenieure in der heutigen hochtechnisierten und komplexen Welt nicht mehr weiter.

Computer Aided Design ist für sie eine Art Turbo-Werkzeug der digitalen Produktentwicklung. Entwürfe können konzipiert, modelliert und getestet werden, ohne sie tatsächlich vorab bauen zu müssen. Die Rechner-Hardware und die Software-Werkzeuge formen ein einziges digitales Modell, das immer weiter visualisiert und optimiert werden kann – solange, bis es reif ist für die Serienfertigung.

Unterschiedliche Studiengänge, unterschiedliche CAD-Software
Im Studium an der Hochschule kann man auf ganz unterschiedliche Weise auf CAD treffen. Klassische Ingenieurstudiengänge wie Maschinenbau, Verfahrens- und Elektrotechnik oder Bauingenieurwesen haben das „rechnerunterstützte Planen und Designen“ ohnehin in den weiterführenden Semestern fest in ihrem Lehrplan verankert. In all den Fachbereichen, in denen Planung, Konstruktion oder Forschung und Entwicklung im Vordergrund stehen, kommt man um das Erlernen der entsprechenden CAD-Programme nicht umhin – speziell dann, wenn man als Maschinenbauer Vertiefungsrichtungen wie Metall- und Kunststoffverarbeitung, Fertigungstechnik, Apparatebau, Feinwerk- oder Fahrzeugtechnik, Motorenbau oder Mechatronik wählt. Welche Software denn nun die Richtige ist und in welche man sich vertiefen sollte, da streiten sich die Geister. Unterschiedliche Unis nutzen unterschiedliche CAD-Programme und verschiedene Arbeitgeber haben ebenfalls verschiedene Software im Einsatz. Weiß man im Studium schon genau, wo man später einmal arbeiten will, dann kann man sich spezialisieren. Ob das nötig ist, ist allerdings die Frage. Oft bieten die Hochschulen einsemestrige Kurse an, in denen man die Grundlagen einer ganzen Bandbreite von CAD-Software erlernen kann. Solche Vorkenntnisse erleichtern natürlich den späteren Berufseinstieg. Letztlich gibt es aber auch nach dem erfolgreich absolvierten Studium noch viele Möglichkeiten an Akademien, Fortbildungsinstituten oder direkt beim Arbeitgeber, genau die Kenntnisse zu erwerben, die man zum digitalen Konstruieren braucht.

Vielleicht ist die große Anzahl der unterschiedlichen CAD-Software-Angebote, die es für alle möglichen Ingenieurbereiche gibt, ja auch ein Grund dafür, dass man Computer Aided Design nirgendwo im eigenständigen Studium studieren kann. Es sei denn, man wird Informatiker, dann zäumt man das Pferd von der anderen Seite auf und lernt – neben der Software-Anwendung – auch die nötigen Tricks und Kniffe, um eine solche zu programmieren. Dieser Neuentwicklung kann man dann sogar einen eigenen Namen geben.
Der große Rest der angehenden Ingenieure sollte sich allerdings Bezeichnungen wie AutoCAD, SolidWorks, ProE, Inventor oder CATIA schon einmal merken. Genauso wie Word und Excel wird eines dieser CAD-Programme dem eigenen Rechner im Studium bestimmt über den Weg laufen.