Überwindung der Herausforderungen von traditionellem MCAD und ECAD

MCAD und ECAD haben sich in die tägliche Arbeit der meisten Konstrukteure integriert. Obwohl bekannt, haben beide Programme einen langen Weg zurückgelegt und entwickeln sich ständig weiter. In diesem Artikel erfahren Sie mehr über die Vergangenheit und Zukunft dieser Designtools.

Mechanic Computer-Aided Design (MCAD) und Electronic Computer-Aided Design (ECAD) werden in der modernen Designwelt von heute immer häufiger eingesetzt. Beide Konstruktions-CAD-Disziplinen gehen auf das Jahr 1957 zurück, als das PRONTO-System von Dr. Patrick Hanratty auf den Markt kam. Der im Volksmund als „Vater des CAD“ bezeichnete legte den Grundstein für die heutigen Anwendungen. Nur drei Jahre später trug Ivan Sutherland mit Sketchpad die Fackel – der offizielle Startschuss für die Ära der grafischen Benutzeroberfläche (GUI). Programmierer entwickelten schnell umfangreichere Funktionen, sobald diese visuelle Grundlage gelegt war.

Abbildung 1. MCAD- und ECAD-Programme können helfen, Konstruktionsworkflows zu rationalisieren und den Konstruktionsprozess zu beschleunigen.

MCAD und ECAD haben sich seitdem im Gleichschritt mit ihren computergestützten Leitungen weiterentwickelt. Die Anwendungen wurden komplexer und wurden schließlich aktualisiert, um mit 16- und 32-Bit-Computern zu arbeiten. Die frühesten CAD-Programme waren kommerzielle Produkte und trugen dementsprechend hohe Preisschilder. Sie waren auch maßgeschneidert für Großrechner. Anwendungen kamen auf den PC, als sie Anklang fanden, kamen bald auf den Mac und gewannen später auf dem Mainstream-Markt an Fahrt. SynthaVision, ADAM und AutoCAD überarbeiteten die MCAD/ECAD-Branche und leiteten das so bekannte moderne CAD-Zeitalter ein. Wie haben sich MCAD und ECAD seit ihrer Einführung entwickelt?

Warum benötigen Ingenieure MCAD- und ECAD-Programme?

Die Modernisierung von Konstruktions- und Herstellungsprozessen machte eines deutlich:Mit immer ambitionierteren Produktpipelines reichten altbewährte Konstruktionsmethoden nicht mehr aus. Ingenieure begannen, innovative Materialien (und Verbindungen) zu nutzen, die zuvor unbekannt oder relativ unerforscht waren. Auf diese Weise könnten sie eine erweiterte Bandbreite an Ergebnissen konzipieren, einschließlich verbesserter Elektronik oder mechanisierter Systeme.

Abbildung 2. MCAD und ECAD haben sich seit ihrer Einführung drastisch verändert. Computergestützte Programme sind ein Teil der modernen MCAD/ECAD-Welt.

Der Aufstieg von MCAD und ECAD erfolgte im Gleichschritt mit den Fortschritten in der Materialwissenschaft. Obwohl Halbleiter ein Jahrzehnt vor Hanrattys Beiträgen entdeckt wurden, hatte sich die Technologie stetig weiterentwickelt. Sie wurden leistungsfähiger, dichter und kompakter. Ab den 1960er Jahren rückten neue Materialien in den Vordergrund. Keramik, Polymere, Supraleiter, magnetische Materialien und Metalllegierungen waren maßgeblich am Design beteiligt – und sind es immer noch.

Vom Papier zum PC

Wenn Ingenieure effektiv Brainstorming betreiben wollten, mussten manuelle Schaltpläne computergestützten Anwendungen weichen. Handgezeichnete Designs waren besonders mühsam zu erstellen und mehrmals zu replizieren. PCB-Designer lebten für Tape und Mylar, die mit dem Fortschritt der Schaltungstechnologie schnell veraltet wurden. Dokumente können auch knifflig sein – sie werden leicht verlegt, beschädigt und können praktisch nicht von verteilten Mitarbeitern geteilt werden.

Darüber hinaus wurde der Designprozess auf der ganzen Linie experimenteller und iterativer, und eine zunehmende Anzahl von Interessengruppen steckte ihre Hände in die Entwicklungs-Keksdose. Unternehmen gaben allmählich ihre isolierten Arbeitsweisen auf, da weitere Änderungen erforderlich waren, um eine Vielzahl von Anforderungen zu erfüllen. Teams brauchten ein System, das Anpassungsfähigkeit auf den Tisch brachte.

Auch komplizierte Designs erfordern vor der endgültigen Produktion viel Verfeinerung – eine sofortige Designoptimierung ist selbst nach heutigen Standards äußerst selten. Prototypen werden erstellt, Fehler werden aufgedeckt und Verbesserungen vorgenommen. Das Anwenden solcher Änderungen auf physische Diagramme kann eine ziemliche Herausforderung darstellen. Man muss entweder ein vorhandenes Design ändern – die Integrität einer früheren Version löschen – oder ein völlig neues Dokument erstellen. Die Effizienzsteigerungen und die Prozessdokumentation durch CAD waren schon sehr früh verlockend (wenn nicht sogar zwingend erforderlich).

Als MCAD und ECAD aufkamen, wurde ihr Potenzial sofort offensichtlich. Aber auch diese zeitgenössischen Ansätze mussten sich weiterentwickeln.

Die Entwicklung von MCAD und ECAD

Die Geschichte von CAD ist eine Geschichte der Demokratisierung, bei der Entwicklungen auf diesem Gebiet Anwendungen erschwinglicher, benutzerfreundlicher und für Besitzer verschiedener Maschinen zugänglich gemacht haben. Obwohl MCAD und ECAD viele Probleme gelöst haben, hat ihre Entwicklung einige Stellvertreter geschaffen.

Abbildung 3. Ein Screenshot, der das MCAD- und ECAD-Programm von Autodesk Fusion 360 darstellt.

Kosten

Frühe Programme waren unerschwinglich teuer, wie Digigraphics von Itek, das für 500.000 US-Dollar pro System verkauft wurde. Den Entwicklern ging es nicht gerade darum, die Eintrittsbarrieren zu senken; Stattdessen versuchten viele, ein eher gefangenes Publikum von Early Adopters anzulocken. Als die Zeit verstrich und der CAD-Markt expandierte, regulierte der Wettbewerb die Preise. Die Ingenieursmassen sprangen auf den Zug auf, und die wachsende Benutzerbasis trug maßgeblich zum Erfolg von CAD bei.

UI und UX

MCAD- und ECAD-Programme waren in ihren Anfängen fast ausschließlich für technische Anwender konzipiert. Externe Teams konnten die Software nicht sicher beherrschen, und für eine erfolgreiche Entwicklung war eine spezielle Schulung erforderlich. Aktionen waren oft in einem riesigen Meer von versteckten Konfigurationen verborgen, Operationen waren involviert und Kontrollen fühlten sich nicht intuitiv an. Diese lästigen Mängel trugen zur sofortigen Popularität von Sketchpad bei; es bot die interaktive, visuelle Erfahrung, die seinen Vorgängern fehlte.

CAD-Programme waren bis 1987, mit der Veröffentlichung von Pro/ENGINEER, ausschließlich 2D-Programme. Frühere Mitwirkende wie Autodesk führten AutoCAD ein, das nach seiner Einführung im Jahr 1982 jahrzehntelang Anerkennung fand – aber für diese erste Iteration war das Schreiben an der Wand. Designs wurden immer eleganter und neue Materialien führten in den 80er Jahren unter anderem zur additiven Fertigung (AKA 3D-Druck). Obwohl ältere Produkte linear waren und starre Linien aufwiesen, hatten neuere Produkte Kurven und einzigartige Ausschnitte waren reichlich vorhanden. Die Passung zwischen den Komponenten hatte sich weiterentwickelt.

Ingenieure benötigten 3D-Funktionen, um diese Produkte während der Designphase besser visualisieren zu können. Manipulation ist für den Inspektionsprozess von entscheidender Bedeutung und ein wesentlicher Bestandteil der Abfallreduzierung. Digitales Design ermöglicht es Ingenieuren, virtuelle Prototypen zu entwerfen. Es ist viel einfacher (und billiger), Design-Inkonsistenzen im Programm zu erkennen, als physische Modelle mit unentdeckten Schönheitsfehlern auszuspucken. Dreidimensionale Werkzeuge helfen Produkten, auf dem Bildschirm lebendig zu werden – ein Effekt, der mit 2D-Modellierung meist unerreichbar ist. Diese Erkenntnis veranlasste Unternehmen wie Autodesk 1994, ihre Software zu überarbeiten, und andere Anbieter folgten bald darauf.

Integration und Flexibilität

Obwohl es nicht speziell für MCAD und ECAD gilt, wurden frühe Anwendungen im Allgemeinen abgeschottet. Integrierte Software-Ökosysteme waren nicht alltäglich. Dies bedeutete, dass in einem CAD-Programm erstellte Designs manuell in andere Apps übersetzt werden mussten – es gab keine API-Brücke oder digitale Verbindung zu kostenlosen Anwendungen. Dies war besonders problematisch für die Zusammenarbeit, da Fragmentierung die Produktivität beeinträchtigen und die Harmonie im gesamten Unternehmen stören kann.

Leider haben Unternehmen CAD-Programme bis vor kurzem auf die Nutzung vor Ort beschränkt. Vor diesem Jahr mussten Mitarbeiter in der Regel im Büro anwesend sein, um produktiv zu sein. Die Arbeitsplätze haben nun begonnen, sich aus kultureller Sicht zu modernisieren und zu verändern, sodass Menschen aus der Ferne arbeiten können. Diese neue Normalität erforderte eine browserbasierte Lösung. Die Herstellung ist seit jeher als traditionelle Industrie bekannt, in der physische Ressourcen die Hauptrolle spielen. Moderne ECAD- und MCAD-Produkte haben dazu beigetragen, diese Erzählung auf den Kopf zu stellen.

Nutzung der Cloud mit Fusion 360

Die heutige Software muss von überall zugänglich sein, und vernetzte Teams sind in der Regel am produktivsten. MCAD und ECAD in die Cloud zu bringen war der logische nächste Schritt.

Abbildung 4. Ein Screenshot des Fusion 360 MCAD- und ECAD-Programms von Autodesk.

Als Teil dieser Bemühungen wurden MCAD und ECAD in Fusion 360 vereinheitlicht. Dieses Programm ermöglichte Folgendes:

• Entwerfen Sie Anmerkungen und Kommentare an einem zentralen Ort, der für alle Teams zugänglich ist
• Zentralisierte Dateiverwaltung und Standardisierung von Dateiformaten
• Zusammenarbeit mit externen Stakeholdern
• Manipulation und Iteration aller Aspekte des Produktdesigns, einschließlich Simulation und Tests
• Elektronikdesign und Fertigungsdesign
• Einfache Dokumentation

Dieser Ansatz hat die Weichen für MCAD und ECAD insgesamt gestellt. Nach der benutzerzentrierten Programmierung ist Ethos eine weitere Notwendigkeit. Diese Programme werden kontextbezogener, funktionaler und benutzerfreundlicher. Anwendungen wie Fusion 360 lassen sich auch in die anderen Softwareprodukte von Autodesk integrieren, was weniger Springen zwischen Fenstern bedeutet.

Modernes ECAD und MCAD sind transformativ

Ingenieure werden sich wahrscheinlich freuen, dass MCAD und ECAD immer konvergenter werden. Diese beiden Designdisziplinen sind voneinander abhängig geworden, da neue Produkte elektronische Steuerungen mit mechanischen Funktionen kombiniert haben.

Abbildung 5. Cloud-Zusammenarbeit kann dazu beitragen, die Produktivität zu steigern, da immer mehr Ingenieure weiterhin von zu Hause aus entwerfen und arbeiten.

Moderne Anwendungen ermöglichen es Profis, effektiv zusammenzuarbeiten, ohne die Kopfschmerzen alter Programme. Die CAD-Welt ist viel umfassender als sie es einmal war, und erweiterte Funktionen haben die Tür für neue fortschrittliche Produkte in der Zukunft geöffnet.

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