CADとは？基礎からご紹介

CADは（Computer Aided Design）の略で、これまで手作業だった製図などを、コンピュータを使って効率的に支援する技術です。
この記事では、CAD（キャド）の歴史から２D、３Dの違いや用途、無料で入手できるCADや「CAM」や「CAE」などの違いについてご紹介します。

CADとは

CADは「Computer Aided Design」が正式名称となります。
Aidedは「支援する」という意味「コンピューターが設計を支援したデザイン」という意味になります。

CADはあらゆる産業で利用されてきました。
近年では個人向でのCADの利用も増加しつつあります。
特に「3Dプリンター」が普及してきたことにより、CADは一般ユーザーが使用して、パーツやフィギュアなどのオリジナルグッズを作る例などが増加しています。

自宅を建てた方は施工業者さんが作成する「間取り図」を「CAD図」と呼んでいるのを聞いたことがあるかもしれません。
CADは皆さんが利用している工業製品、建築物などの設計には不可欠なシステムとなっています。

CADの基礎知識

CADが良く利用されるのは設計や作図をする場合に便利なためですが、具体的には以下の長所があるためとなります。

• 手書きよりも簡単に作図ができる
• 製図データの修正が簡単にできる
• データの管理や共有がしやすい

CADの基礎知識としてどのような長所があるのか紹介していきます。

CADは手書きよりも簡単に作図ができる

CADによる製図が行われる前は、設計や製図は手書きの図面でした。
複数の図面を手書きで作成することは、手間や時間が多くかかります。

図面の線の太さや線の均一性なども求められるため、ノウハウと技術が必要となります。
手書きで行う場合、大きな図面を作成するとなると、紙の面積も大きくなり、製図する場所や器材に関しての準備も必要となります。
CADでコンピュータによる作図が可能となれば、それらのハードルが大きく下がることになります。

CADは設計、製図データの修正が簡単にできる

CADでは図面の修正がしやすくなっています。
手書きで紙に書いている場合、状況によっては修正不可能なミスもありえるため、修正にかかる時間は膨大なものになる場合もありました。
CADでの製図の場合、修正したい箇所のみの修正が短時間で可能です。
大きなミスがあった場合でも、データを一度で修正することも可能なため、修正にかかる時間は大幅に短縮されます。
そのため、線の種類の間違いや太さの間違いなど、紙の作図の場合には修正が困難な修正も短時間で行うことができます。

CADはデータの保存、共有が簡単にできる

紙への製図の場合、破損や汚れの可能性もあります。
手書きの図面をコピーするにしても手間がかかります。
大きな面積の図面の場合、コピーと言っても対応できるコピー機も限られてきます。
複数の図面のコピーとなると、枚数に応じた手間がかかることになります。

コピーした図面を送付する方法に関しても、送付方法を検討する必要があります。
そして、郵送するにしても日数がかかることになります。

CADの場合はデータで保存されているため、データの送信方法が多数あります。
電子メールもありますし、セキュリティの高い送付方法も複数あります。
どの手段をとるにしても、紙を郵送するなどの方法よりも圧倒的に早く、手軽に共有することが可能です。
複数の場所への送付の場合の手間も1件を対応する場合の手間とほぼ変わらず可能です。

データの保存に関しても、紙で保管した場合は経年劣化や保管場所の確保、過去のデータの確認も手間がかかります。
CADであれば、データの保管のルールを確立し、セキュリティを確保すれば、保存や閲覧は素早く行えます。

CADの歴史

CADは今から約60年前、1960年代にアメリカの「アイバン・サザランド博士」が開発した「Sketchpad」が原型と言われています。
「Sketchpad」を元に「ロッキード社」が社内用に飛行機設計のために開発した「CADAM（キャダム）」が発表されました。
その後、社外にも販売されるようになったCADAMは「機械系CADソフト」として普及していきました。

航空機は部品点数が多く、1つ1つを図面作成すると効率が悪いためCADAMが開発されたと言われています。
CADAMはその後、機械系CADの標準ソフトとして普及していきます。
CADAMは汎用機や専用ワークステーション上でしか動作しないため、高価なものでした。

その後、MS-DOSやWindowsのパソコンが発売されたのをきっかけに、パソコン上で動作するCADが登場し、あらゆる業界で利用されるようになります。
現在、機械設計、土木建築向けのCADが登場し、多くの製造業や建築業で利用されるようになっています。

「２D CAD」と「３D CAD」について

CADは大きく2種類に分かれます。
いわゆる「2D CAD」と「3D CAD」です。

CADの事を知らない方でも、２Dと３Dの違いはどのようなものかは理解されているかと思います。
２Dは平面的で３Dは立体的との理解で間違いはありません。
もう一歩進めて「2D CAD」と「3D CAD」の具体的な違いに関して、次の章から詳しく紹介をしていきます。

「２D CAD」とは

2D CADは1960年代に開発された「Sketchpad」の流れをくむ2次元の製図用のCADです。
製図台で人が引いていた図面をコンピューター上で作図することを目的としたCADとなります。
製図が必要となる設計業務、例えば土木建築図面や機械加工に関する図面などは2D CADを使って製図します。

土木建築の標準CAD「AutoCAD（オートキャド）」

土木建築では「Autodesk」社の「AutoCAD（オートキャド）」が有名で、土木建築の標準的なCADとなっています。

土木建築の業務としては、土木（土地や道路など）と建築（ビルや家などの建物）は別の企業が受け持つことも多い傾向があります。
土地と建物は関連しながら進むため、それぞれ別の企業同士が連携する必要があります。

同じ「AutoCAD（オートキャド）」を使った形式のファイルならで土木から建築の図面までを共有することが可能となります。
そのため、大規模な土木建築の開発プロジェクトでは「AutoCAD（オートキャド）」が使用されます。

その他のCADで「互換形式」での保存も可能ではあるのですが、データのずれが発生する可能性があるため、同じ「AutoCAD（オートキャド）」を使うことが基本となっています。

一般の発注者側からみた２D CAD

２D CADで製図した場合でも、実際に作る製品や建築物は3次元となります。

3次元を表現するには三角法と呼ばれる方法を用いてCADで「平面図」「正面図」「側面図」などの図面を作ることになります。

専門家にとっては3面などの図面が足りていれば製造や建築は可能とはなります。
ただし、発注者の側との意思疎通の面では２Dの図面だけでは足りない可能性があります。

専門家は２Dの図面から実際に作成される物や建築物が想像可能な例は多くあります。
ただし、自宅の建築などの場合は発注者は一般の方が多いと思われます。

一般の方には図面を読むことが困難なため、実際に注文する前に、完成したイメージの分かりやすい画像や説明が必要になる可能性があります。
その場合、３D CADの図面でしたら、一般の方でも理解しやすい図面として表示することが可能となります。

「3D CAD」とは

3D CADは1970年代初頭に開発されたCADとなります。
主な３D CADのソフトとしては機械系CADの「CATIA」「SOLIDWORKS」「NX」「Fusion360」、土木建築系の「AutoCAD（オートキャド）」などのソフトがあります。
メジャーなCADメーカーが参入しており、３D CADはCADの主流となりつつあります。

3D CADの最大の特長は図面を3次元の立体で表現できることです。
3次元で表現できるため、作成したモデルは一般の方も含めだれもが理解できる形で表示されます。

見る方向にあわせて何枚もの図面を作成する必要がある2D CADと違い、3D CADは１つのモデルを作成するだけで済みます。
また、３Dの断面を2D図面にできるなど、作業時間を大幅に短縮することも可能です。

ただし、3D CADは2D CADと比べライセンス費用が高額となる傾向があります。
3D CADは自動車設計や航空機の設計などにも使われるため、光の反射、風の流れなどを計測できる機能を有していることも多く、処理する計算項目が桁違いとなっています。
３D CADを使用するパソコンにも、高い処理能力やスペックが求められることから2Dと比較して導入時の費用の負担が大きい傾向があります。

「２D CAD」と「３D CAD」の違い

2D CADと3D CADの違いはいくつかあります。
具体的な違いについて紹介をしていきます。

視点の違い

2D CADは三角法を用いて、対象の面を2次元で表現します。
それに対し3D CADは立体を表現するため、回転させることですべての視点を1つのモデルで表現できます。
2D CADは三角法と呼ばれる専門的な知識や経験がなければ立体をイメージできませんが、3D CADならイメージが理解しやすい傾向があります。

機能面の違い

3D CADは3次元で表現できることから、いろいろな用途で利用が可能となっています。
体積・表面積・質量・重心などあらゆるデータを投入した上でシミュレーションが可能です。
3D CADがあらゆる製造現場で利用されるのはこのシミュレーション機能が充実しているためともいえます。

図面管理

2D CADは3次元構造物を表現するために、視点ごとに図面作成が必要となるため、1つの構造物に対し多くの図面管理が必要となります。
3D CADは3次元で表現できるため、基本的に1つのファイルで管理することが可能で、図面管理を少なくできるメリットがあります。

以上のように2D CADと3D CADで比べると圧倒的に3D CADの方が性能が高いといえます。
ならば「３D CADだけ普及すれば良いのではないか？」ということになるのですが、要求するパソコンスペックが高い点と、ソフトの価格が高額である点がデメリットとなっています。
そのため、利用目的に合わせ2D CADと3D CADが使い分けられているのが現状です。

CADソフトの価格帯や無料のCADについて

CADの価格帯は製品にもよりますが、大手のメーカーが発売しているCADでは数万円から数百万円のものまであります。
CADは個人で購入するには高価と言える価格帯のものが多いといえます。

高価であるということは、CADを試してみたい、これから学習して業界を目指したい人にとってはハードルが高い状況ではあります。
ですが、無料のCADと言うものも存在していますし、条件を満たせば無償で使用できるCADなどもあります。

具体的なCADソフトの価格の例や無料で利用でるCADなどを紹介します。

AutoCAD（オートキャド）の価格

土木建築で有名なCADでは「Autodesk」社の「AutoCAD（オートキャド）」があります。
年単位の契約で使用するサブスクリプションでの契約となります。
標準的な製品「AUTOCAD」は1年間で「71,500円（税込）」となっています。（※2021年8月現在）

「Autodesk」社の定める利用条件を満たした学生や教育関係者向けには、AutoCAD（オートキャド）などCADの「学生向け無償ソフトウェア」などもあるので、一度確認してみると良いでしょう。

Autodesk公式ページ

Jw_cadは無料

日本独自に開発された2次元汎用CADアプリケーションソフトウェアの２D CADとしては「Jw_cad」があります。
主には土木建築向けの2D CADで、高機能ではあるのですが、普及率や互換性の面では「AutoCAD（オートキャド）」には劣ります。
そのため「Jw_cad」は大規模なプロジェクトよりは「電気設備」「建具」「内装」などの小規模な設計に使われる例が多い傾向があります。

「Jw_cad」は無料でダウンロードできるCADなので、CADを試してみるのに良いでしょう。

Jw_cad公式ページ

CADの価格について紹介をしてきました。
メジャーなCADは個人での購入が難しい高額なソフトが多いといえます。
３Dプリンターなどの特定の用途向けのCADでは無料で使用できるものも増えていますので、用途に合わせて調べてみるのも良いでしょう。

CADは今後どのように活用されていくのか

CADは現在単なる設計だけではなく、シミュレーションの世界でも利用されています。
今後はデジタルトランスフォーメーション（DX）でのCAD利用が注目されています。

デジタルトランスフォーメーション（DX）でのCAD利用

デジタルトランスフォーメーション（DX）が最近広く普及しています。
デジタルトランスフォーメーション（DX）とは「工程の一部をデジタルツールを導入することで効率化する」という意味となります。
CADはすでに製図の工程をデジタル化しているので、デジタルトランスフォーメーション（DX）を実現しているといえますが、今後はもっと活用の幅がひろがります。

3Dデータに質量を加え、重量バランスを確認する、部品同士を組み合わせ、設備内での干渉がないか確認するなど、3D CADデータであるメリットを活用した工程が導入されています。

「デジタルツイン」と呼ばれるコンピューター上で現実世界の動作すべてをシミュレーションする世界においても3D CADデータが用いられます。

例えば工場内のラインレイアウトを考える際、建物CADデータと設備CADデータを用いてバーチャルな工場モデルを形成します。
また、実際のロボットの動きを再現し壁面や横のロボットとの干渉などがないかなどを事前にシミュレーションします。

これにより静止図面ではわからなかった動作も含めた干渉を確認できるため、手戻りや開発費用、開発時間を大幅に削減できるようになります。
現代では単なる設計や開発利用だけでなく、デジタルトランスフォーメーション（DX化）によりCADは広く活用されるようになっています。

「CAD」と「CAM」と「CAE」の違い

「CAD」と同時に良く出てくる用語に「CAM」という言葉と「CAE」という用語があります。
似たような用語に見えますが、実際は製造で使われるシステムやツールとなり、違いがあります。
CADとCAMとCAEを説明すると以下のようになります。

• CAD「Computer Aided Design」：コンピューター支援製図
• CAM「Computer Aided Manufacturing」：コンピュータ支援製造
• CAE「Computer Aided Engineering」：コンピュータに支援された設計・製造や工程設計の事前検討

それぞれの違いについて紹介をします。

CAD

「Computer Aided Design」を略すると「CAD」です。
日本語で説明すると「コンピューター支援製図」となります。

２Dや３Dの製図をパソコンなどを使って行うソフトとなります。
手書きで行っていた製図をパソコン上で行うことで効率化することができます。

CAM

「Computer Aided Manufacturing」を略すると「CAM」です。
日本語で説明すると「コンピュータ支援製造」となります。

CADで設計した図面のデータをもとに、実際の機械で工作を行うシステムとなります。
CADとCAMが一体化してる例も多く、CADで製図した後は自動で製造まで行うことで効率的な製造が行えます。

CAE

「Computer Aided Engineering」を略すると「CAE」です。
日本語で説明すると「コンピュータに支援された設計・製造や工程設計の事前検討」となります。

CAEは実際に製造物を作る前に設計の妥当性、性能試験、最適形状や最適条件を検討して、分析を行うためのシステムとなります。
パソコンなどを使って解析や計算上でシミレーションを行う事が可能で、試作品を作らずにCAEの分析のみで生産の判断を行う場合もあります。

以上のようにコンピューターを使った製図だけでなく、製造や製品の妥当性や問題点の事前分析までが行えるようになっています。
これらの導入は、コスト削減だけでなく、製造時間の短縮にもつながるため、ますます「CAD」「CAM」「CAE」のソフトやシステム利用が加速して行くでしょう。

まとめ

CADとはどのようなものか？から、CADの歴史、２D CADと３D CADの違いや無料で使えるCAD、CAMやCAEとの違いなどについて紹介をしてきました。
CADは現在ではほとんどすべての設計図を必要とする業務では使用されているといえます。

CADは今後高性能化していくことは確実ですが、CADを使用するためのパソコンも同じように高性能化が必用となってきます。

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