CADとは
CADとは、「Computer Aided Design (コンピュータ支援設計) 」の略で、もともと紙の上で手書きで行っていた設計や製図の作業を、コンピュータ上で行うことのできる設計手法またはそのソフトウェアのことです。
1960年代にアメリカの計算機科学者により開発され、はじめは航空機の設計に使われていました。その後、建築分野や自動車分野などの工業分野へ波及し、現在ではアパレル業界でも活用されています。
CADの種類には、図面を平面で表す2次元CADと立体で表す3次元CADがあります。また、使用分野を問わない汎用CADと、建築・自動車・電気など特定の分野に特化した機能を持つ専用CADという分類の仕方もあります。
CADとよく似たツールとして、CADの設計情報を元に、製造機械の制御プログラムを作成する機能を持つCAM（Computer Aided Manufacturing）と、CADで設計した製品が目標の性能・評価を満足するかシミュレーションする機能を持つCAE（Computer Aided Engineering）があります。どちらもCADと連携して使用されるものです。
CADの使用用途
CADは、業務として設計プロセスを持つさまざまな産業で使用されています。主な使用用途は、以下のとおりです。
1. 図面作成
CADの建築物や自動車部品など、寸法や形状、その範囲を指定する必要のなるあらゆる分野での図面作成に使われています。CADは手書きに比べ格段に速く製図をすることが可能で、修正も容易です。
また、データをクライアントや取引先と共有、編集しあうことで建築設計納期の短縮や部品開発のスピードアップにもつながります。
2. デザイン
CADは構造物の設計だけでなく、自動車や家具やインテリアのデザインに活用することも可能です。従来デザイナーがスケッチで行っていた作業を3D CADで行うことで、立体的にイメージを伝えることができます。
スケッチとは異なり、3D CAD画面上でいろいろな角度から見たり回転させたりすることで、よりコンセプトが伝わり易くなります。
3. 工作機械用データの作成
金属や木材、プラスチックの加工方法として、NC加工があります。NC加工では被加工物に回転した刃を当てて所望の形にするのですが、その加工を制御するのがCAMです。CAMにより、NCの加工プログラムを作成することができます。
4. 構造解析・シミュレーション
3D CADでは構造物の寸法やデザインを設計するだけでなく、力が加えられた時の挙動をシミュレーションすることができます。例えば、ある形状の椅子を設計した際、座る面に荷重がかかった場合、脚部にどの程度の力がかかるか、変形や破損しないかを解析により予測することができます。解析には、CAE (Computer Aided Engineering) というソフトを使用します。
CADの原理
CADを利用した設計は、紙の上に手書きで行う作業に比べてスピーディーに実施可能です。作業者によって誤差が生じがちな線の太さや手書き文字などを均一化することができます。また、図面修正も該当箇所のみをピンポイントに変更することで行えます。
設計データの履歴を保存することによって、以前のデータに戻って設計のやり直しも可能です。また、過去の図面データを読み込むことで、似たような設計の共通作業を減らせるため、効率の向上が期待できます。
また、紙ベースの設計図では破れやインクの退色などのリスクがありますがCADデータであれば、その心配はありません。管理が容易なので、メール等で物理的に離れた人への共有も瞬時に行うことができます。
CADの種類
CADには2次元CADと3次元CADがあります。
1. 2次元CAD
2次元CADは、三角法に基づいた正面図・平面図・側面図という従来の紙の図面に相当するものを、コンピュータを用いて作成します。図面自体は手書き時代のものと変わりませんが、コンピュータ上で設計することで作業効率は飛躍的に向上しています。
2. 3次元CAD
3次元CADは、立体そのもので設計・図面製作を行います。任意の視点からの立体的図面と見ることができ、複雑な設計でも形状を把握しやすいというメリットがあります。
3次元CADで設計する手法としては、立体の形状情報を直接変更していく直接モデリング法と、寸法・拘束条件などのパラメータを指定して立体モデルを構築していくパラメトリック法があります。
参考文献
https://www.saeilo.co.jp/cad_cam.html
https://www.keyence.co.jp/ss/products/3d-printers/agilista/knowledge/cad_differ.jsp
https://www.autodesk.co.jp/solutions/cad-software
http://www.mech.tohoku-gakuin.ac.jp/rde/contents/sendai/mechatro/archive/RMSeminar_No23.pdf