Schreiner-CAD heute – von der Idee zum Modell

CAD-Systeme haben sich im Laufe der Zeit in ihrer Leistungsfähigkeit immer weiter gesteigert. Daher sollte man CAD heute nicht mehr als „Computer unterstütztes Konstruieren“, geschweige denn „Computer unterstütztes Zeichnen“ definieren. Vielmehr müsste es „Computer unterstütztes Modellieren“ heißen. Denn sie können heute ein echtes Modell der Realität abbilden sowie alle relevanten technischen Daten für ein zu fertigendes Produkt liefern.

Ein Modell wird hierbei als eine Abbildung der Realität verstanden – mit der Genauigkeit und den Informationen, die gerade benötigt werden. Wenn ich also beispielsweise keine Bohrungsinformationen benötige, da ich mich noch in der Angebotsphase befinde, dann brauche ich das auch nicht zu modellieren. Dadurch muss ich nur so viel Zeit in das Modell investieren, dass es für die momentane Aufgabe ausreichend ist. Man spricht hierbei von der Skalierbarkeit von Daten. Natürlich sollte es auch immer möglich sein, das Modell mit solchen Informationen anzureichern, wenn der Auftrag schließlich unter Dach und Fach ist.

Aus diesem Grund ist der Einsatz von 2D-Systemen nicht mehr zeitgemäß und deshalb eigentlich unbrauchbar. Zwar ist eine Platte vermeintlich nur in ihrem Umriss interessant, denn die Stärke ist ja konstant. Doch muss diese ja auch z. B. zu einem Korpus zusammengebaut werden, der eine Raumausdehnung hat. Auch sind seitliche Bearbeitungen an einem Einzelteil oftmals recht komplex, wie z. B. bei einer Zimmertür.

Diese Informationen sind in 2D nicht sinnvoll abbildbar. Layer oder textuelle Beschreibungen als Ausweg können heutzutage nicht mehr als ernst gemeinte Alternative angesehen werden.

Die wichtigste Aufgabe der Konstruktion ist das Festlegen der Geometrie, z. B. die Form oder Position von Bohrungen. Mit modernen CAD-Systemen ist es auch möglich, während der Konstruktion gleich die Fertigungsinformationen festzulegen. Entscheidend ist hierbei, dass dies alles parametrisch erfolgt. Parametrik kann hier z. B. bedeuten, dass man fest vorgegebene Maße mit Werten füllen kann oder etwa die Anzahl der Bänder in Beziehung zur Türhöhe setzt, z. B. in Form von Gleichungen.

Moderne Parametrik kann noch weiter gehen: So können Beziehungen zwischen Geometrieelementen hergestellt werden, z. B. dass ein Kreisbogen immer tangentiell zu einer Linie beginnt oder endet. Ziel ist, möglichst viel Wissen in das Modell aufzunehmen. Vorteil: Das Modell kann einfach verändert werden. Hierin liegt letztendlich der Schlüssel zum effizienten Einsatz von 3D-Systemen: Im Aufbau eines parametrischen Baukastens.

Es gibt zwei prinzipielle Ansätze von Konstruktion. Zum einen die Prinzipkonstruktion, d. h. beispielsweise zuerst einmal den Raum einzurichten oder prinzipiell aufzubauen. Zum anderen die Detailkonstruktion, in der alle notwendigen Daten geometrisch festgelegt werden. Daraus resultieren erfahrungsgemäß diverse Varianten bis zur endgültigen Lösung. Auch hier bietet moderne Parametrik enorme Vorteile. So ist z. B. der Austausch eines Prinzip-Schrankes durch einen voll ausdetaillierten Schrank sehr einfach möglich.

Dies kann recht gut unterstützt durch so genannte Konfiguratoren erfolgen. Konfiguratoren erlauben es, parametrische Modelle (die meist vorgegeben sind) eben konkret zusammenzustellen. Jedoch ist deren Parametrik eben auch meist eingeschränkt. Was parametrisiert werden kann, ist das zugrunde liegende Modell. So kann, wenn keine Rahmenelemente vorgesehen sind, auch keine Rahmentüre parametrisiert werden.

Bei einem parametrischen Feature-Modellierer ist ein Modell frei definierbar und parametrisierbar. Die konkrete Parametrisierung kann dabei sehr einfach sein, wobei das Zusammenstellen eines neuen Korpusprinzips sicherlich erst einmal deutlich aufwändiger, aber automatisierbar ist.

Stets stellt sich zunächst die Frage, welche Teile konstruiert werden sollen. Bei der Auswahl eines CAD-Systems muss man sich zuerst überlegen, welches Spektrum an Teilen und Aufgaben man abdecken will. Kann man sich auf z. B. Schränke beschränken, sind spezielle Schrankkonfiguratoren sicher eine sinnvolle Möglichkeit. Sie zeichnen sich in der Regel durch einfache und schnelle Handhabung aus. Wenn jedoch individuellere Konstruktionen notwendig werden, sollte es schon ein modernes 3D Schreiner-CAD sein, das die Branchenbedürfnisse berücksichtigt.

Wenn Konstruktionen sehr flexibel sein müssen, viele verschiedene Arten von Teilen benötigt werden (z. B. Stühle, Tische, Verkleidungen) oder viel z. B. mit Fremdteilen gearbeitet wird, braucht man auch ein entsprechendes System. Solche Systeme sind in den modernen Feature-Modellierern zu finden. Konfiguratoren können hier sicherlich immer nur ein Teil abdecken. Auch konventionelle 2D/3D-Systeme liefern hier nicht immer Erfolg versprechende Ergebnisse. Sie bieten keine Parametrik, die Konstruktionsidee und -absicht ist nicht immer dokumentiert oder muss mit Texten verwiesen werden („die Linie bedeutet …“). Weiterhin ist die Änderbarkeit teilweise eingeschränkt.

Neben der eigentlichen Konstruktionsaufgabe sollte man auch immer im Blickpunkt haben, was mit den erzeugten Daten weiter geschehen soll. Unumstritten wichtig ist die 2D-Zeichnung mit Ansichten und Schnitten. Auch fotorealistische Bilder sind inzwischen Standard. Auch die CNC-Fertigung und PPS-Anbindung sind heute fast schon unausweichlich und ebenso kann man das Kalkulationswesen mit Konstruktionsdaten versorgen.

Ein modernes CAD sollte in Form von Datei- und Programmschnittstellen offen nach außen sein. Hier hat die Informatik den Begriff des offenen integrierten Systems entwickelt. Alle Modell-relevanten Daten und Benutzeraktionen können dabei integriert im CAD ablaufen – ohne dabei das CAD in seiner Funktionalität zu beschneiden.

Gerade die Feature-Technik mit ihrem allgemeinen Ansatz und der Möglichkeit des Zusammenbaus eines neuen Features durch bestehende, bieten eine optimale Plattform für eben solch ein System. Weil die Feature-Technik nicht vorschreibt, was sie repräsentiert, kann man recht einfach alle notwendigen Informationen ablegen. Das Modell enthält dadurch das Wissen, das man benötigt. Änderungen an der Geometrie können dann z. B. direkt an ein Fertigungsfeature für die CNC-Bearbeitung durchgereicht werden, da die Daten direkt vom System verknüpft werden. Oder sie wirken sich direkt auf die 2D-Zeichnung aus. Im Übrigen lassen diese Systeme auch Änderungen in der 2D-Zeichnung zu und ändern damit direkt auch das 3D-Modell. Der Fachbegriff hierfür: Assoziativität.

Bei der Auswahl eines CAD-Systems sollte man sich, wie immer, nicht von Hochglanzprospekten und bunten Bildern beeindrucken lassen. Zum einen ist der Weg vom 3D-Modell zum fotorealistischen Bild in der Regel nicht mehr allzu weit. Es gibt natürlich Unterschiede in punkto Qualität und Handhabung der entsprechenden Software, wie z. B. Spiegeleffekte etc. Doch braucht man hierfür immer zuerst das 3D-Modell.

Zum anderen ist gerade dieses Erstellen des 3D-Modells das zentrale Thema. Wird nur in einer 2D-Ansicht konstruiert, verliert man viele Möglichkeiten der Parametrik. Fragen sollten Sie sich folgende Dinge: Wie viel und wie leicht kann man ein Modell im Nachhinein ändern? Ist das Ändern logisch, natürlich und intuitiv oder „muss man das mit der Software eben so machen“. Kann man Änderungen direkt in der Grafik machen oder in einer Tabelle? Wie direkt wirken sich Änderungen aus? Wie sieht es mit Kopplungen an CNC-Maschinen oder PPS-Systeme aus? Oder: Wird mit dem System der Verkauf aktiv unterstützt?

Bei einer Präsentation sollte man sich daher sowohl die tägliche Arbeit als auch das Konfigurieren des Systems zeigen lassen – ruhig auch einmal einen Ausnahmefall. Man sieht dabei, wie sich das System auf seine eigene, spezifische Anforderungen einstellen kann. Auch sollte man beobachten, ob bei einer Präsentation verschiedene Teilespektren möglich sind. Hier erkennt man, ob beispielsweise nur Platten- oder Rahmenmaterialien verbaut werden können, oder aber das System ein weites Feld von Teilen abdecken kann. Noch ein Wort zu Beschlagsbibliotheken: Wenn ein Katalog des Wunschlieferanten vorhanden ist, ist das naürlich super. Wenn nicht, sollte man sich umgehend die Frage stellen, wie man das mit dem jeweiligen System bei Bedarf handhaben kann. Für viele ist es wichtig, eine erzeugte Konstruktion im Nachhinein auch zu ändern. Dies können einfache maßliche Änderungen sein, aber auch prinzipielle Konstruktionsvarianten. Es sollte dabei immer darauf geachtet werden, inwieweit durch eine Änderung andere Änderungen automatisiert nachgezogen werden können. Und inwieweit dieser Automatismus selber bestimmt werden kann. Es zeigt sich, dass Systeme mit hoher Konstruktionstransparenz hier Vorteile haben. An diesen Punkt schließt sich die Frage an, wie sich ein System verhält, wenn es z. B. neue Verbindungstechniken gibt. Muss man in solch einem Fall auf das nächste Update warten, oder kann man selber eingreifen. Und – wenn ja – wie einfach geht das?

Die Spanne ist enorm: CAD-Systeme kosten in der Anschaffung zwischen 50 und 10 000 Euro pro Arbeitsplatz. Hinzu kommen noch Schulungs-, Update- oder Softwarewartungskosten. Was bekommt man dafür? Als erstes sicherlich die Software mit ihrer Grundfunktionalität. Entscheidend, ist aber immer, neben der Schulung auf dem System, wie die Betreuung bei der Arbeit mit dem System ist, sprich der Support. Der Support sollte sich nicht auf das Bedienen der Software beschränken, dies sollte bei moderner Software klar sein oder mit einem Handbuch oder einer Onlinehilfe nach einer Schulung verständlich sein. Oft hat man aber auch ein Konstruktionsproblem, bei dem man nicht weiß, wie man es lösen soll oder was der beste Weg ist. Auch hier sollte ein Support Unterstützung bieten können. Es gilt selbstverständlich Kosten und Nutzen vernünftig, sachlich und selbstverständlich zielgerichtet abzuwägen. Ein recht gut kalkulierbarer Faktor auf der Nutzenseite ist die zu erwartende Zeitersparnis. Wenn man z. B. pro Woche 2 Stunden spart, und diese Zeitersparnis über ein Jahr mit dem eigenen Stundensatz multipliziert, kommt bereits eine beträchtliche Summe zusammen. Doch das ist im Vorfeld schwer zu bestimmen und individuell sehr unterschiedlich.

Moderne CAD-Systeme ermöglichen darüber hinaus erhebliche indirekte Ersparnisse, weil möglicherweise der Prototypenbau verringert oder gar unnötig wird. Oder, weil die CNC-Generierung automatisch und ohne Fehleingaben erfolgt. Hier kann sich für das gesamte Unternehmen teils ein enormes Einsparpotenzial eröffnen. Deutlich schwieriger ist es, die weichen Faktoren zu bestimmen. Diese sind sehr vielfältig: Z. B. der Einsatz von CAD zur Gewinnung von Aufträgen. Einen ordentlichen Auftrag mehr erhalten, und ein System kann sich bereits bezahlt machen. Weiterhin muss jeder Betrieb seine Produkte gegenüber der Konkurrenz abgrenzen. Das heißt, dass ein aktives Verkaufsinstrument immer wichtiger wird. Hier kann ein modernes CAD äußerst hilfreich sein. Einen Schrank beispielsweise kann man auf unterschiedlichste Art in Szene setzen. Wichtig: Das Anpassen an Kundenwünsche sollte immer und ohne großen zusätzlichen Aufwand möglich sein. Ein weiteres Argument für CAD ist natürlich auch die Fehlerreduzierung, insbesondere durch die vielfältigen Möglichkeiten der Vernetzung von Daten. Nicht zu vergessen: Die Form, in der man die Daten z. B. dem Kunden zur Verfügung stellen kann: als einfaches Bild, als 3D-Modell, internetfähig …

Gerade für mittelständische und industrielle Anwender ist die Kopplung mit der kaufmännischen Software wie z. B. einem PPS/ERP-System unabdingbar. Diese Kopplung sollte heutzutage in einem Format mit hoher Transparenz erfolgen. Selbstsprechende, standardisierte Textdateien wie XML oder abgreifbare Programmierschnittstellen wie COM sind quasi ein Muss.

Da ein CAD-System geometrische Daten beinhaltet, liegt es nahe, diese Daten für die Kalkulation zu verwenden. Jedoch sollte man diesen Gesichtspunkt mit einer gewissen Vorsicht betrachten. Im CAD wird immer mit Fertiggeometrie gearbeitet. Zahlreiche Fertigteilkomponenten werden gar nicht erst modelliert, da sie für die Konstruktion irrelevant sind.

Deshalb ist die Implementierung eines Kalkulationsmoduls ins CAD eine problematische Angelegenheit. Dafür ist ein CAD eigentlich viel zu konkret und die generierte Geometrie kann durchaus viel zu komplex sein, als dass man die Daten so in der Kalkulation verwenden könnte. Furniert man beispielsweise ein Türblatt mit Lichtausschnitt auf Rahmen ist eine andere Mengenermittlung notwendig, als wenn man das gleiche Türblatt nur auf Bild furniert. Für die Konstruktion ist diese Information aber nicht sehr relevant.

Moderne CAD-Systeme bieten viele Möglichkeiten, wie die erzeugten Daten weiterverwendet werden können. Feature-Modellierer können z. B. die Reihenfolge der Features, was der Entstehungsgeschichte des Modells entspricht, über XML-Dateien ausgeben. Alle Maße können als XML oder als Excel-Tabellen ausgegeben werden. Die Darstellung kann als PDF-Datei oder über einen Export in andere Geometrieformate oder Bildformate ausgegeben werden.

Die speziellen Schrank- und Korpusgeneratoren mit ihrer einfachen Bedienung werden sicher zunächst ihre Stellung behaupten können. Schnelle Eingaben mit guten Ergebnissen bei gleichzeitig sehr niedrigen Investitionskosten sprechen hier eine klare Sprache. Natürlich – wie bereits ausführlich beschrieben – mit der Einschränkung, dass die Möglichkeiten der Produktkonfiguration recht eingeschränkt sein kann. Man kann eben meist nur das Bestehende konfigurieren und kaum selber neue Konstruktionsprinzipien erstellen.

Tischler- und Schreinerbetriebe, die auf maximale Individualität im Hinblick auf Produkte, Design und Fertigung setzen, kommen eigentlich nicht um ein ihren Bedürfnissen entsprechendes 3D Schreiner-CAD herum. Die Komplexität der Software kann dabei sehr unterschiedlich sein und sollte äußerst sorgsam auf die wahren Bedürfnisse des Anwenders abgestimmt sein. Hier ist seriöse und sehr intensive Beratung ein unbedingtes Muss.

Der Anschaffungspreis sollte immer relativ zum Nutzen betrachtet werden. Auch für einen kleinen Betrieb kann sich eine teuere Software rechnen, während der eine oder andere Industriebetrieb mit einer kostengünstigen Software auskommen kann. Es kann sich durchaus die Frage stellen, ob man ohne 3D-CAD überhaupt dauerhaft überleben kann.

Schaut man einmal über den Tellerrand der Holzverarbeitung – beispielsweise in den Bereich der Metallverarbeitung – hinaus, dann sieht man, dass bei den allgemeinen 3D CAD-Systemen die Feature-Modellierer den Markt dominieren. Sie vereinen derzeit modernste Bedienungsweisen, offenste Schnittstellen und höchste Parametrik bei gleichzeitig größter Änderbarkeit. Weiterhin können diese Systeme die Erzeugung von CNC-Daten vereinfachen, automatisieren und vor allem auch transparent machen. ■