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Ob Eigenheim, Supertanker oder kleine Fertigungseinrichtungen – ohne Computerunterstützung entsteht kaum eine Konstruktion. Mit modernen CAD-Systemen gelingt dies schneller und besser als auf dem Zeichenbrett und verfügbare Teile-Daten für Unterlegscheiben bis zu Badewannen erleichtern das Leben.

Das Computer-aided Design hilft bei der Konstruktion mechanischer Bauteile aller Art. Es ist ein weites Feld – derartige Programme lösen ganz unterschiedliche Aufgaben, von der Entwicklung eines Rohrleitungsschemas über die dreidimensionale Modellierung bis hin zum Erstellen von Fertigungszeichnungen. Dementsprechend umfangreich ist das Angebot an CAD-Software. Es umfasst Tools zur Zeichnungserstellung, allgemeine 3-D-Modellierungssysteme und auch Spezialanwendungen für den Rohrleitungsbau, für Architekten, Produktdesigner, Zahntechniker oder Schiffbauer.

Seit dem letzten Artikel zum Thema vor drei Jahren [1] hat sich einiges getan. Die damals vorgestellten Systeme Siemens PLM NX [2], Medusa [3] und Varicad [4] stehen nach wie vor unter Linux zur Verfügung und haben in der Zwischenzeit neue Features und Funktionen erhalten. Doch auch neue clevere Konstrukteure sind jetzt für Linux erhältlich. Vier aktuelle CAD-Systeme treten in diesem Test gegeneinander an: Bricscad als zeichnungsorientiertes System, Ares Commander Edition als einfaches 3-D-System, Arcad als Spezialanwendung für Architektur und Free CAD als freies 3-D-Modellierungssystem.

Bricscad

Jahrelang setzten die meisten Anwender den Begriff “CAD” gleich mit dem Namen Autocad – das Erfolgsprodukt von Autodesk ist mit über drei Millionen Lizenzen das weltweit am häufigsten verkaufte CAD-System, und Autocad war oder ist immer noch in vielen Bereichen einfach der Standard. Einerseits führt das dazu, dass es Tausende von Anwendern mit Autocad-Kenntnissen gibt, denn für den Einstieg existiert eine umfangreiche Sammlung an Lernmaterialien. Andererseits kann fast jeder die Formate DXF und DWG nutzen, denn etliche Kaufteile wie Schrauben, Kugellager, aber auch Fenster oder Badewannen stehen in diesem Format bereit.

Der Markt ist so groß, dass die Firma Bricsys ein CAD-System nach dem Vorbild des Platzhirschen entwickelt: Bricscad [5]. Das Unternehmen bewirbt sein Produkt ganz offen als Autocad-Alternative und verspricht eine möglichst große Kompatibilität bei Dateien, beim Benutzerinterface und den Programmierschnittstellen. Die aktuelle Linux-Version 10.6.9-1 läuft auf x86-Hardware. Die Produkthomepage bietet eine 30-Tage-Testversion als RPM- und Deb-Paket sowie als Tar-Archiv an.

Nach dem Programmstart gibt es (im positiven Sinne) keine großen Überraschungen, denn die Oberfläche ähnelt weitgehend der von Autocad 2008 (siehe Abbildung 1). CAD-Neulinge dürften sich allerdings ebenso schnell zurechtfinden, denn das Programm zeigt sich aufgeräumt. Wem die Voreinstellung nicht zusagt, der ordnet die Menüleisten nach eigenen Vorlieben an. Befehle startet der Anwender entweder per Mausklick oder über die am unteren Fensterrand platzierte Kommandozeile – ein Konzept, das vor allem Unix-Fans begeistern dürfte und im praktischen Alltag für echte Zeitersparnis sorgt.

Abbildung 1: Bricscad erinnert an Autocad 2008 und überzeugt mit dem gut strukturierten GUI nicht nur Umsteiger, sondern auch CAD-Neulinge.

Bricscad ist genau wie sein Vorbild vor allem ein System für technische Zeichnungen. Im 2-D-Bereich stehen umfangreiche Funktionen zum Anlegen und Ändern von Konstruktionen bereit. Das Programm bietet ebenfalls Routinen fürs Trimmen, Fasen, Runden und Erzeugen von konzentrischen Kreisen. Das für 2-D-Modelle wichtige Schraffieren von Flächen unterstützt Bricscad auch bei komplexen Formen – im Gegensatz zu Autocad sogar mit Farbgradienten. Bei der Gliederung der Arbeit hilft ein Layersystem, dem der Konstrukteur unterschiedliche Linienstärken und -farben zuordnen kann.

Was 3-D betrifft, ist Autocad nicht gerade der Technologieführer. Konsequenterweise verzichtet Bricsys genau auf diesen Bereich und verweist auf vollwertige 3-D-Modellierungssysteme anderer Hersteller. Normale technische Zeichnungen unterstützt das Tool, Lücken gibt es nur – wie zu erwarten – bei den 3-D-Elementen. Das Programm zeigt einige von ihnen zwar an, erlaubt es dem Benutzer aber nicht, sie zu ändern.

Bricscad punktet vor allem, was die reibungslose Zusammenarbeit und den Austausch mit anderen Werkzeugen angeht. Die Software liest und schreibt die Dateiformate DXF und DWG. Fortgeschrittene Anwender und Autocad-Umsteiger finden in Bricscad sogar einen Teil der Autocad-Schnittstellen wieder, um beispielsweise mit Auto Lisp (einem Lisp-Dialekt und Bestandteil von Autocad) die Konstruktion zu vereinfachen. Auf typische Windows-APIs wie COM/DCOM oder Visual Basic muss der Nutzer freilich verzichten, ein Anschluss ans Dotnet-Framework ist für eine zukünftige Bricscad-Version geplant.

Insgesamt steht mit Bricscad eine preiswerte Lösung zum technischen Zeichnen bereit. Die Betonung liegt dabei deutlich auf dem Wort “Zeichnung” – wer in der dritten Dimension modellieren möchte oder muss, sollte auf ein anderes Werkzeug ausweichen. Positiv ist durchaus die Nähe zu Autocad, die einen einfachen Umstieg ermöglicht. In einem Punkt unterscheidet sich Bricscad allerdings deutlich vom Vorbild – die deutschsprachige Vollversion ist wesentlich günstiger als die Autocad-LT-Version und bereits ab 410 Euro (Nettopreis) zu haben.

Ares Commander Edition

Auch das Produkt der Berliner Firma Gräbert [6] hat Autocad als Vorbild genommen, allerdings ohne sich sklavisch an alle Details bis hin zu den APIs zu halten. Wichtiger sind den Entwicklern offenbar die funktionale Ähnlichkeit und die Kompatibilität mit aktuellen DXF- und DWG-Formaten. Befehle und Oberfläche sind weitgehend identisch mit der Vorlage. Im Hintergrund werkelt die plattformübergreifende Qt-Bibliothek. Linux-Anwender profitieren von dieser Wahl, passt sich die Ares Commander Edition doch gut in den Linux-Desktop ein und wirkt nicht wie ein Fremdkörper.

Als problematisch dürfte sich für Neueinsteiger die nicht übersetzte Anleitung erweisen. Auch wenn das CAD-Programm selbst eine deutsche Oberfläche bietet, liegt die (zugegeben umfangreiche) Hilfe nur auf Englisch vor. Für Menü-Einträge ist das zu verschmerzen, geht es jedoch um die integrierte Kommandozeile, ist guter Rat teuer. Diese Eingabe-Aufforderung erwartet in einer deutschen Umgebung auch deutsche Befehle, die das englische Handbuch aber verschweigt. Nutzer, die nicht auf die nächste Ares-Commander-Edition-Version warten möchten, helfen sich, indem sie das Programm einfach auf Englisch starten:

export LANG=C /opt/graebert/UARES-commander-edition/bin/ARES\ Commander\ Edition

Was die 2-D-Fähigkeiten betrifft, so liegt Ares Commander Edition gleichauf mit Bricscad. Es stehen nicht nur die gleichen Möglichkeiten, sondern sogar identische Befehle zur Verfügung. Interessanter ist der dreidimensionale Bereich, denn dort arbeitet ein echter 3-D-Geometriekernel im Hintergrund.

Ares setzt wie viele andere kommerzielle CAD-Systeme auf “3D Acis Modeler” von der Firma Spatial Corp. und realisiert darüber 3-D-Primitive wie Würfel, Kugel oder Zylinder. Außerdem erlaubt es die CAD-Anwendung, Volumenkörper aus 2-D-Skizzen zu extrudieren und zu rotieren. Mit booleschen Operationen fügt Ares die Volumenkörper dann zusammen, zieht sie voneinander ab oder ermittelt ihre Schnittmenge.

Bei Bedarf prüft die Software die entstandenen Modelle auf Kollisionen hin und berechnet Eigenschaften wie Volumen, Oberfläche und Trägheitsmomente. 3-D-Modelle dienen dann wieder dazu, Zeichnungen inklusive Schnitte abzuleiten (siehe Abbildung 2). Dank des Acis-Kernels stehen SAT-Dateien als zusätzliches Austauschformat bereit.

Abbildung 2: Ares Commander Edition ermöglicht erste 3-D-Operationen und Baugruppen. Das Loch in dem Körper entstand als echte Volumenoperation (links oben). Solche Bauteile fügt der Anwender über DWG-Referenzen zu Baugruppen zusammen (links unten).

Die 3-D-Fähikeiten sind definitiv der Pluspunkt von Ares, sie ermöglichen erste Schritte in der 3-D-Modellierung. Die Software ist allerdings bei Weitem noch nicht auf dem Niveau von Highend-Systemen wie Siemens PLM NX oder Catia. Fairerweise spiegelt sich das im Preis wider. Zum Ausprobieren steht auch von diesem CAD-Programm eine 30-Tage-Testversion kostenlos zur Verfügung. Die Vollversion schlägt danach mit rund 1000 Euro plus Mehrwertsteuer zu Buche.

Arcad

Dieses System unterscheidet sich von den beiden vorigen Testkandidaten gleich in mehrfacher Hinsicht. Zum einen ist Arcad [7] kein generisches CAD-Programm, es konzentriert sich stattdessen auf den Architekturbereich. Zum anderen ist Linux die Hauptplattform der gleichnamigen Firma Arcad, die außer der CAD-Anwendung auch Linux-Software für den kaufmännischen Bereich (so für Auftragsbearbeitung, Finanz- und Lohnbuchhaltung) entwickelt.

Die Installationsanleitung macht klar, wer die Zielgruppe ist, und zeigt Schritt für Schritt die Einrichtung unter Suse- und Debian-basierten Distributionen. Arcad liefert außerdem fertige Beispiele wie das Einfamilienhaus aus Abbildung 3 als Paket. Das CAD-System benötigt Sox und MySQL, wobei die Datenbank für den ersten Test nicht durch ein Passwort für den Root-Benutzer geschützt sein sollte. Die Anwendung selbst startet der folgende Befehl:

Abbildung 3: Arcad richtet sich vor allem an Architekten und konzentriert sich auf die Konstruktion von Häusern. Viele Beispielzeichnungen dienen als Anschauungsmaterial.

/opt/tuxbase/projects/arcad/start

Wie bei den meisten Branchenlösungen ist auch bei Arcad die Lernkurve ziemlich steil; als Belohnung gibt’s allerdings ein auf Architektur zugeschnittenes CAD-System. Statt einfacher Geometrie findet der Nutzer hier direkt Funktionen, um Wände, Fenster oder Dächer zu konstruieren. Je nach Bedarf schaltet er zwischen Draufsicht und Kabinett-Perspektive (Axonometrie) um (siehe Abbildung 3).

In Arcad entstehen keine einzelnen Volumenkörper, sondern gleich fertige Wände inklusive Verblender und Hohlräumen für die Isolierung. Diese Bauteile stehen dann nicht nur für die Zeichnungsableitung zur Verfügung, das CAD-Programm berechnet auch die zur Vergabe notwendigen Werte wie Wohnflächen nach DIN oder Wandlängen aus diesem Modell.

Dabei ist die Programmoberfläche aber nicht immer intuitiv zu bedienen; für die ersten Zeichenschritte ist das Tutorial deshalb Pflicht. Der Zugang zur Hilfe versteckt sich etwas und das Menü offenbart sich erst bei einem ausreichend großen Programmfenster. Die verschiedenen Anleitungen zeigt Arcad zudem erst nach einiger Wartezeit an.

Gerade in der Architektur ist Arcad definitiv eine interessante Alternative zu den generischen CAD-Werkzeugen. Mit Nettopreisen zwischen rund 90 Euro (Campus-Lizenz) bis 1900 Euro (High-Edge-Lizenz) liegt Ares Commander Edition absolut im Rahmen professioneller Spezialsoftware, doch Laien und Gelegenheitsnutzer sind mit dem Kauf schlecht beraten. Zu groß ist der Einarbeitungsaufwand, um mit der manchmal hakelig zu bedienenden Software flott arbeiten zu können.

Free CAD

Wer sich die bisher vorgestellten CAD-Programm ansieht, stellt sich die berechtigte Frage nach freier CAD-Software für Linux. Das Angebot ist leider recht überschaubar, denn die Entwicklung eines CAD-Systems ist extrem aufwändig. Zwar gibt es immer wieder neue Anläufe, Programme für diesen Bereich zu schreiben, die meisten Projekte bleiben jedoch vorzeitig stecken und verlaufen dann im Sande.

Ein Problem ist sicherlich, die notwendige kritische Masse an Entwicklern und Anwendern zu finden. Anders als etwa Programme für die Bildbearbeitung gehören CAD-Systeme nicht zur Grundausstattung und haben einen begrenzten Nutzerkreis. Mit Free CAD [8] scheint nun Bewegung in die Sache zu kommen. Eine Alphaversion steht für mehrere Linux-Systeme, für Windows und Mac OS X sowie als Quellcode auf der Sourceforge-Projektseite zum Testen bereit.

Ihre Ziele haben die Macher hoch gesteckt. So befindet sich auf dem Wunschzettel ein CAD-System mit Modulen für die 3-D-Modellierung mit Parametrik und Feature-Unterstützung, Baugruppenverwaltung, Zeichnungsableitung und Robotik. Sinnvollerweise erfinden die Free-CAD-Entwickler das Rad nicht neu, sondern setzen auf bewährte Bibliotheken wie Open Cascade (Geometrie), Coin 3D (Scene Graph) und Qt. Die Anwendung ist nicht nur selbst in Python geschrieben, sondern nutzt diese Sprache auch gleich für die Makros.

Die Herausforderung besteht vor allem darin, die einzelnen Bausteine zu einem funktionsfähigen Ganzen zu verbinden. Free CAD unterstützt in der ersten Version bereits 3-D-Ansichten, Makro-Aufzeichnungen sowie den Im- und Export in zahlreichen Formate. Das freie CAD-Programm liest unter anderem 3-D-Modelle aus STEP-, DXF, STL- und OBJ-Dateien ein und speichert neben diesen auch in den Formaten Povray und 3D PDF (via IDTF).

Die ersten Modellierfunktionen sind für Einzelteile implementiert. Damit erzeugt der Anwender Volumenprimitive wie Würfel und Zylinder, platziert diese und verknüpft sie miteinander. Auch erste Ausrundungs- und Extrusion-Features sind bereits implementiert, weitere wie Fasen oder Löcher sind noch nicht vorhanden, aber für die Zukunft geplant. Wie von den großen CAD-Systemen her bekannt, zeigt Free CAD die jeweiligen Konstruktionsschritte für Einzelteile in einem Baum an (siehe Abbildung 4). Die Volumenprimitive sind parametrisch, der Nutzer kann sie bei Bedarf auch nachträglich ändern.

Abbildung 4: Obwohl Free CAD bisher nur als Alphaversion vorliegt, macht das Werkzeug doch schon einen recht guten Eindruck und überzeugt auch mit seiner aufgeräumten Oberfläche.

Umfang und Stabilität von Free CAD reichen derzeit noch nicht aus, um mit dem Programm produktiv zu arbeiten. Für eine Alphaversion wäre das auch zu viel gewollt. Falls es das Projekt aber schafft, fehlende Funktionen und Features nachzulegen, könnte sich das Werkzeug zu einer interessanten Alternative zu den kommerziellen Pendants mausern. Erste Schritte in diese richtige Richtung sind bereits gemacht. Das zeigen auch die von der Projekthomepage verlinkten Youtube-Videos.

Draufsicht

Verglichen mit der Situation vor drei Jahren ist der CAD-Markt unter Linux eindeutig bunter geworden. Wer bereits Erfahrungen mit Autocad gesammelt hat, kann mit Bricscad und Ares Commander Edition schnell weiterarbeiten, ohne groß umlernen zu müssen. Neueinsteiger machen ihre Entscheidung für ein CAD-Programm heutzutage meist von der 3-D-Unterstützung abhängig. Hier kommt nur Ares Commander Edition in Frage. Alternativ sollten CAD-Anfänger einen Blick auf Varicad [4] werfen.

Als allgemeines CAD-Programm ist Arcad sicher nicht geeignet, zu spezialisiert ist die Software. Architekten mit Linux-Affinität finden hier allerdings ein praktisches und funktionsreiches Programm, das hinter der etwas spröden Oberfläche viele interessante Features offenbart. Die Anwendung überzeugt vor allem durch die DIN-gerechte Berechnung und die Integration in die Auftragsverwaltung desselben Herstellers.

Im Open-Source-Umfeld hebt sich Free CAD positiv von anderen Projekten aus dem Bereich ab und setzt bereits in der frühen Testversion viele Ideen der großen modernen CAD-Systeme um. Halten die Macher ihr derzeitiges Entwicklungstempo bei, könnte Free CAD bald ein Konkurrent werden.

Wer unter Linux DXF-Daten lediglich anschauen und nicht weiterverarbeiten möchte, kommt übrigens ganz ohne CAD-System aus. Das Projekt Kabeja [9] entwickelt ein Konvertierungstool, das DXF in gängigere Formate wie PDF oder SVG umwandelt.