CADとは？今さら聞けない基礎知識から、「CAM」「CAE」との違いまで
CADと聞くと、コンピュータ上で設計を行うツールというイメージを持つ人も多いでしょう。
CADは自動車や住宅、建築、服飾などの設計や製図を支援するシステムソフトです。
厚生労働省が認定する「CADトレース技能審査」をはじめ、資格も数多くあり、製造業務の現場で幅広く利用されています。
今回は、CADの基礎知識やメリット、「2D CAD」と「3D CAD」という種類の違い、混同されやすい「CAM」「CAE」との違いなど、CADの特徴についてご紹介します。
目次
CADの基礎知識
CADとは「Computer Aided Design」の略で、「キャド」と読みます。これまで手作業だった設計や製図をコンピュータで行うため、日本語では「コンピュータ設計支援」と訳されています。自動車やスマートフォン、冷蔵庫など身の回りにある数多くの製品は、すべて図面を基に作られており、CADはその図面の設計、作図をするのに欠かせないツールです。
1960年代に飛行機を設計するため、大手航空機メーカーのロッキード社によって、「CADAM」という2次元CADが開発されました。その後、自動車など機械系の製造にも用いられるようになり、CADシステムが一般に普及したといわれています。
建築用や建築設備用、配管用など特定の分野に特化したものを「専用CAD」、分野を問わず幅広く活用できるような機能を備えているものを「汎用CAD」といいます。汎用CADソフトで有名なのが「AutoCAD（オートキャド）」です。2D CADから3D CADまで対応可能で、高い機能性から幅広く使われています。
ほかにも、電気用、土木用、服飾デザイン用など、利用する分野ごとにさまざまな種類があり、専門的な機能が備わったものもあります。
CADの特徴
CADが幅広い業種で活用される理由は、製品の設計や作図を行う上で有効な3つの特徴があるからです。
●手書きによる製図よりも簡単
CADが使用される以前、製品の設計や作図は紙に手書きで行われていました。図面に製品の形状や必要な情報などをすべて書き込んでいく作業が、コンピュータで表現できるようになったことで、作業の時間が短縮されました。
また、図面は線の太さによって仕様が変わるため、均一な線の太さに調整する技術が求められます。しかし、CADならコンピュータで太さを設定して作図するため、誰でも簡単に同じ太さの線を引くことが可能です。
●製図データの修正がしやすい
図面の修正がしやすい点もCADの特徴です。手書きで紙に書いていたときは、修正時にほかの箇所を消さないように注意しなければなりません。また、紙が破れるなどの予期せぬトラブルが発生する恐れもありました。
CADの場合は、コンピュータ上で修正したい箇所のみを削除・修正できます。特定の線を消したいときも、新たな要素を追加するときも、コンピュータ上であれば修正箇所以外に影響することなく、正確に設計や作図修正を行えます。
●データで管理や共有が可能
紙の図面は修正だけでなく、保管や複製にも手間がかかります。また、必要になったときに郵送する必要があり、共有までに数日かかる場合もあります。
一方、CADで作成した図面は、コンピュータ上やサーバー上に保存できるので、コピーや共有が簡単です。手書きの製図では複数人で1つの図面を共同で作業することは困難ですが、CADであれば複数人で同時に図面作成を行うこともできます。修正前のデータを残しておくこともできるので、原本を紛失することもなく、修正前の過去データを参考・履歴として保存しておける点も大きなメリットでしょう。
「2D CAD」と「3D CAD」は何が違う？
CADはデータの表現方法によって「2D CAD」「3D CAD」の2つに分けることができます。
●2D CAD（2次元CAD）
2D CADは、2次元で立体を表現する方法で、製品の断面図を作成して製図に応用します。手書きで製図していたやり方をそのままコンピュータ上で行うため、実際の製図操作を覚えやすいというメリットがあります。
しかし、作図するのは断面図のため、断面以外の別角度から見ることができません。そのため、製品全体の形状を正確に把握するには、想像力や空間の把握能力が必要です。
●3D CAD（3次元CAD）
3D CADは、立体の製図を行う表現方法です。コンピュータの利点を活かして、手書きでは表現できない立体を描くことができます。曲線が多いデザインなど2Dでは表現が難しい製図を、視覚的にわかりやすく表現可能です。3D CADで作成した図面は、立体で具体的なイメージを捉え、全角度から確認できるため、設計や検討、プレゼンテーションの時間が短縮できるでしょう。
しかし、3D CADツールを動かすには、大量のメモリ領域や高い処理能力などハイスペックなコンピュータが必要です。2D CADとは異なり、無料で公開されているシステムがあまりないため、導入するには高いコストがかかります。
●2D CADと3D CADの使い分け
3D CADの需要は高まっていますが、従来の紙図面や同様の操作感で製図できる2D CADの需要も根強く残っています。
2D CADと3D CADの両方を比較して、一概に3D CADのほうが優れているというわけではありません。どちらかが性能が良いというわけではなく、用途によって使い分けられています。例えば、電気用CADは3Dで表現する必要がないため、2D CADを使用して製図を行います。
「CAM」と「CAE」の違い
CADと混同されるツールに「CAM」と「CAE」があります。CADは製図、CAMは製造、CAEは解析を行います。似ているようですが、それぞれ異なった目的があります。
●製造工程
製造においてはCAEでシミュレーションを行い、CADで製図します。その製図を基にCAMでプログラミングを行い、工作機械によって製品が作られます。
●CAM
CAMとは「Computer Aided Manufacturing」の略で、日本語では「コンピュータ支援製造」と訳されます。コンピュータで製品の製造をすることを指し、CADで設計・製図した図面を基に、工作機械のプログラムを作成するシステムです。出力されたプログラムは、工作機械に送られて実際に加工が行われます。
一般的にCADシステムで作成した設計データは、CAMシステムへ出力されて加工を行うため、CADとCAMの工程をひとつでカバーできるツールが多くあります。ひとつの製品で2つの工程を行えるため、データの整合性が高いというメリットがあります。
●CAE
CAEとは「Computer Aided Engineering」の略で、日本語では「コンピュータ支援エンジニアリング」と訳されます。コンピュータで、製作する機械や部品の性能が適切かどうかをシミュレーションし、製品が目的とする機能を発揮できるかどうかを事前に計算するツールです。
CAEは適切な設計のために、CADで製図に取りかかる前に行われます。これまでは、実際に製品を設計して作った試作品を基に動作試験を行い、不具合を修正しながら再度設計・製作を繰り返していました。しかし、CAEで製図前に動きや特性を計算できるため、試作のサイクルを大幅に削減できます。
活躍の場がさらに広がるCAD
CADは製造業における重要なシステムです。
自動車や航空機の設計、橋や道路・ビルなど構造物の設計、アパレル業界でのパターンメイキング、ジュエリーのデザインなど、ものづくりには不可欠なツールといえます。
近年、CAD関連の仕事はさらに多様化しており、設計図を基に3次元アニメーションを制作したり、カタログやパンフレット、プレゼンテーション資料用の設計図や立面図を2次元加工したりと、設計以外にもさまざまなシチュエーションで活用されています。
3次元CAD・2次元CADともに、活躍の場はさらに広がっていくでしょう。
