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CADとは?CAE、CAM、BIMとの違いや導入のメリットと選び方のポイント

CAD

「CAD」は、現在の設計や製図現場ではなくてはならないツールです。家電品や自動車、土木建築、服飾、精密機器など、設計が必要な現場にはあらゆる種類のCADが導入されています。CADは手描きで行ってきた設計や製図の作業を格段に効率化し、精度も高めました。今では単なる図面や設計の支援ツールの枠を越えて、仮想空間上でデザインやシミュレーションを行う機能を備えています。

本記事では、CADの種類から、導入によるメリット・デメリット、CADを選ぶポイントなどについて紹介します。

CADとは?

CADは「Computer Aided Design」の略語で、「キャド」と読みます。「コンピュータ支援設計」と訳されるとおり、設計図の作成を支援するソフトとして発展してきました。

最初のCADは1960年代にアメリカの計算機科学者であるアイバン・サザランド博士が開発した「Sketchpad(スケッチパッド)」をもとに、主に航空機の設計用に実用化された「CADAM(キャダム)」でした。しかし、CADAMを使うには、ほかの計算機システムとデータを共有できる自立型計算機のエンジニアリングワークステーションが必要でした。

その後、MS-DOS上で作動する廉価版のCADが登場し、機械系や建築系などの分野で普及し始めます。これらがWindowsなどに引き継がれ、現在では3次元処理が可能なシステムに発展しました。手描きで設計図を作成する際には、線の位置や太さに誤差が生じたり、間違った箇所を消そうとすると周辺も消してしまうことがありました。途中の段階まで戻ることができないので、初めから作成し直したりする手間が生じることもありました。しかも複製を重ねると質が劣化するため、流用が容易でないという欠点もありました。しかし、CADが普及するとそれらの欠点が補われ、設計や図面作成の効率と精度が格段に高まります。

2D CAD

CADは初めは2次元の図面の作成支援ツールとして誕生し、現在に至るまでに高機能化しました。通常、手描きの曲線や正確な角の接続、太さの使い分けなどは、経験を重ねなければ習得できない高いスキルでした。しかし、CADを使えばわずかなトレーニングにより簡単に描けるようになるため、短期間で人材を育成できるようになりました。同時に、作業者による品質の差も生じにくくなっています。ただし、2次元での表現にとどまるため、製品などの完成イメージを正確に認識するには、空間の把握力や想像力が必要になります。

3D CAD

3D CADは、立体の製図を行うツールです。3次元の情報を扱えるため、製品や建築物など、より実際の完成イメージを把握しやすくなります。さまざまな角度から形状や位置関係を確認することが可能なため、3D CADで製作された設計データは、プレゼンテーションやシミュレーションに活用することができます。ただし、3D CADを快適に動かすためには大量のメモリ領域や高い処理能力が必要なため、ハイスペックなコンピュータを用意しなければなりません。

汎用CADと専用CAD

CADには基本的な機能を備えてあらゆる分野で活用できる「汎用CAD」と、建築や機械など、使用する分野を特定した「専用CAD」があります。汎用CADにオプションをつけることで専用CADになる場合もあります。

汎用CADは専用CADに比べると安価でフリーソフトも多く流通しており、基本的な機能が一通り備わっています。しかし、特定のジャンルに特化した機能がついていないため、より専門的で高度な設計を行う場合には操作が複雑になってしまいます。

一方、専用CADは建築や機械など用途が専門的になるため、ジャンルごとに特化された便利な機能が搭載されています。たとえば建築専用CADであればドアや窓、壁などを簡単に追加できる機能があります。機械設計専用CADであれば、歯車やネジを簡単に作成できる機能が搭載されています。その反面、ほかのジャンルへの流用は難しくなります。

CADとCAE、CAMとの違い

CADとともに使われる似たシステムに「CAE」と「CAM」があります。両者とCADとの違いについて確認しておきましょう。

CAEとは?

CAE(シーエーイー)は「Computer Aided Engineering」の略で、「コンピュータ支援エンジニアリング」と訳されます。実際の製品を試作する代わりに、コンピュータ上で製品の性能や形状をシミュレーションします。これまで、実際に試作品を製作して動作テストを行ったり、形状の不具合を確認したりしていました。これがコンピュータ上でシミュレーションすることで、試作コストと時間を削減することができます。CADで本設計を行う前にCAEで不具合を見つけて改善しておくことで、設計の精度を高めることができます。

CAMとは

CAM(キャム)は「Computer Aided Manufacturing」の略で、「コンピュータ支援製造」と訳されます。実際の製品を製作するために使用する工作機械のプログラムを、CADのデータを基に作成するシステムです。CADのデータが利用されているため、製品の精度や製作の稼働率を高めることができます。

CADとCAE、CAMとの違い

それではCADとCAE、CAMの関係はどのようなものでしょうか。実際の使われ方や順序は設計の現場ごとに異なりますが、基本的には以下のように考えることができます。

まず、CAEでシミュレーションを行います。可動部分がぶつかるなど形状の不具合はないか。力の伝わり方に不具合はないか。熱の伝わり方に不具合はないかなどを確認し、問題があれば改善します。

その結果を反映して、実際に製品を製造するための設計をCADで行います。CADで正確な設計ができたら、そのデータを基にCAMで工作機械を制御するためのNCプログラムを作成します。

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3DCADとBIMとの違い

BIMとは?

近年、CADの発展系としてBIMが活用されるようになりました。BIMは「ビム」と読み、「Building Information Modeling」の略で、建築に特化した設計ソフトです。BIMでは建築物を2次元の図面から設計するのではなく、初めから3次元でモデリングし、そのデータから2次元の図面を作成します。

その際、建築専用のBIMでは、形状だけでなく各部の材料や材質まで指定することができます。その際、材料には強度やコストの属性を与えることもできます。このことから、建築物の完成に必要な材料やコストを算出(積算)することもできます。

このように、BIMは単に3次元のパースを作成するのではなく、建築に必要な設計からコスト、施工、仕上げまでの情報を管理するソフトです。

3DCADとBIMの違い

従来、建築物の設計は、2次元で設計図を起こしてから3次元のデータを作成し、CGでシミュレーションしていました。そのため、CGのシミュレーションで問題が発覚すると、再び2次元の図面から修正、もしくは作り直しを行っており、工数が膨らみがちでした。しかしBIMを導入することで、先に3次元で設計してシミュレーションし、問題がなくなった段階で2次元の図面を作成するため、工数の削減による効率化が実現できます。

CADの基本機能

CADの基本的な機能について紹介します。

設計図面の描画と視覚化

CADには設計図を作成するための支援機能が搭載されています。「描画・編集機能」としては、線や円、ポリゴンなどの基本的な描画機能が搭載されており、設計図面を効率よく作成・編集できます。多くのCADには「3Dツール」もあります。パラメトリック編集ツールやフリーフォーム編集ツール、対称編集プロセスなどのツールです。また、「モデリングの作成機能」もあるので、平面図に高さの情報を入力することで、3Dモデルを作成できます。作成した3Dモデルにテクスチャなどのマテリアル要素を追加し、照明を設定してレンダリングすることで、ラスター画像を出力することもできます。

設計支援

CADには設計を支援する機能が搭載されています。たとえば「衝突検出機能」により、製品や建築物の内側の配線や配管の不具合を検出します。「3Dナビゲーション」は、作成した図面のオブジェクトをさまざまな距離や角度から確認できる機能です。また、3Dモデルの「2D図面変換機能」は、3Dモデルから平面図や立面図などを生成することができます。

ファイルの互換性、入出力

CADは、作成した設計データを出力したり外部のデータを取り込んだりすることができます。そのために、さまざまなCADのデータ形式との互換性をサポートしています。同様に以前のバージョンで保存されたファイル形式に対しても互換性をもっています。幅広い互換性をもってインポート・エクスポートを可能にするために、大容量のファイルサイズをサポートしています。

コラボレーション機能

CADには、チームによる作業を可能にするための機能も搭載されています。「マルチユーザー編集機能」では、複数のユーザーが同一ファイルの編集や保存を行うなど、作業を共有できます。また、直接設計データに手を加えることがないためCADソフトをインストールしていない関係者でも、図面内容をプレビューしてマーキングしたりコメントを入力することができたりする「コラボレーション機能」もあります。さらに、モバイル端末からも図面を確認でき、作成・編集・コメント入力ができる「モバイルデバイス対応機能」もあります。

CAD導入のメリットとデメリット

今や設計作業にCADは必須ツールとなっていますが、導入にあたってのメリットとデメリットについても確認しておきましょう。

CAD導入のメリット

CADの導入による代表的なメリットをご紹介します。

1.設計作業の大幅な効率化

CADは設計作業を格段に効率化します。直線や曲線、線のつなぎや角度の追加など、トレーニングや経験を積まなければ描けない形状を、CADの作図支援機能を使うことで誰でも迅速に作図できるようになります。また、ミスした箇所の削除や、一度描いた線の位置や角度、太さを変更するなど、手描きでは困難な修正処理を容易に行えます。

2.図面のデジタル管理・活用

紙に描かれた設計図は管理のために物理的な保管スペースが必要です。また、図面を共有することは難しく、複製を続けるたびに劣化します。一方、CADのデータは物理的な保管スペースは必要なく、検索性にも優れています。ネットワークによりデータの共有を行え、複製しても劣化しないため流用も容易です。

3.複数人でのデータ共有

紙の図面は遠隔地と共有することが困難です。共有する場合は複写機で複製した図面を物理的に運ばなければなりません。しかも、共有者のうちの誰かが編集を加えても、ほかの共有者の図面には反映させることができません。一方、CADのデータはネットワークを通じて遠隔地でも容易に共有でき、追加された編集やコメントはリアルタイムで共有されます。また、CADをインストールしていない端末でも、ビューアーがあれば確認やコメントの入力が可能です。

4.修正・改訂の効率化

手描きの図面だった時代、修正は簡単ではありませんでした。削除したい箇所を消しゴムで消そうとすると、周辺の線や交差している線も消えてしまったり、描き直す際もほかの線と正確に接続させたりすることに手間取ったりしました。また、一部の修正がほかの部分にも影響する際は、さらに修正作業が面倒になります。しかしCADのデータは、必要な箇所だけを選択して修正することが容易です。ほかの部分に影響する箇所の変更も簡単で、作業を遡ることもできます。

5.後工程への正確な情報伝達

紙の図面では、後工程で数値を描き写したり計算し直したりする際に、ミスが生じる可能性があります。また、図面上の計算ミスなどがあった場合には、再び設計部門に修正を依頼しなければならず、余分な工数と時間が発生してしまいます。しかしCADデータを引き渡すことができれば、設計の段階での計算ミスはなくなり、後工程でもデータから必要な情報を取得可能になるので、人的ミスの発生を防げます。

6.品質の安定(スキルの標準化)

手描きで設計図を起こす場合は、設計者の作図スキルの差により品質や速度に大きな差が生じてしまいます。しかしCADで設計図を起こす場合には、品質や速度を標準化することができます。このように設計スキルの属人性を下げることができるため、設計ノウハウを社内に蓄積することが容易になります。

CAD導入のデメリット

一方、CADを導入することで起こり得るデメリットは以下の通りです。

1.ハードの定期的な更新が必要

古いコンピュータを使い続けると、CADソフトのアップデートやデータサイズの肥大化に伴い、処理速度が落ちてきます。

2.手描きのほうが早い場合がある

クライアントや建築現場、あるいは製造現場で軽微な修正が必要になった際、紙の図面であればその場ですぐに手を入れることができますが、CADデータの場合は一旦端末上の操作画面に戻りデータを呼び出す手間がかかります。ただし、ここで手間をかけてデータに反映させておけば、その後の流用時に反映漏れを防ぐことができますので、長期的に見ればデメリットとはいえません。

3.習得にはある程度学習が必要

手描きほどではありませんが、CADの操作にも学習やトレーニングが必要です。ただし、その期間は手描きよりも短縮することができます。また、デジタル技術に対するリテラシーが低かったり、デジタル技術に対する抵抗感があったりする人に対しては、CAD化の合理性に納得してもらえるよう説明し、全員がCAD化に対応できるような教育プログラムを検討する必要があります。

CAD導入時の補助金の活用

IT導入補助金は経済産業省が実施している補助金制度で、CADソフトもIT導入補助金の対象となっています。中小企業のITツール導入を促し、業務効率化や生産性向上を目的とした制度で、さまざまなITツール導入時の費用を一部補助してくれます。

補助金の活用

CADはハイエンドになるほど価格も高くなるため、コスト面で導入に踏み切れずにいる企業もあります。このような場合は、経済産業省が毎年実施している「IT導入補助金」の制度を検討されることをおすすめします。CADソフトは補助金の対象となっています。具体的には「A類型」という分類で、購入費の1/2の補助率で150万円未満の補助を受けられます。新規購入だけでなく、CADソフトのグレードアップも対象となる可能性があります。2020年度も約2万8000社が採択されています。

なお、CADソフトはA類型で申請されることが一般的ですが、クラウド対応のCADソフトの場合は、目的が「テレワーク環境の整備に資するクラウド環境に対応し、複数プロセスの非対面化を可能とするもの」※と考えられることからD類型で申請できる可能性もあります。D類型は購入費の2/3の頬所率で30万~150万円と、A類型より補助率が高くなります。

IT導入補助金制度の対象者は、日本国内で事業を営んでいる個人もしくは法人で、上限資本金や従業員数は業種ごとに異なりますので、「事業概要 | IT導入補助金」などを確認してください。

「IT導入補助金について | IT導入補助金」より引用。

CADの活用事例

CADを導入したことで得られるメリットについて、ITreviewに集まったレビューをもとに活用事例を紹介します。

専門知識が無くても操作性が複雑ではなく使いやすい

「建築関係の仕事をしているためCADデータを閲覧する機会が多くあり、無料でCADデータを閲覧できるサービスとしてJWを導入しました。専門知識が無くても操作性が複雑ではなく使いやすい点が建築素人でも安心できる点です」
▼利用サービス:Jw_cad
▼企業名:株式会社西粟倉・森の学校 ▼従業員規模:20-50人未満 ▼業種:その他製造業

https://www.itreview.jp/products/jw-cad/reviews/15210

説得感のあるプレゼンでリアリティが増す

「CADを使いたいならまずこのソフトから。というくらい王道なソフトです。全体的に使い勝手が良く、初心者でも問題なく使えます。設計には欠かせないソフトで、説得感のあるプレゼンをしようと思ったら、CADでデータを作ってあげると、リアリティが増します」
▼利用サービス:AutoCAD
▼企業名:株式会社トヨタエンタプライズ ▼従業員規模:1000人以上 ▼業種:プログラミング・テスト

https://www.itreview.jp/products/autocad-lt/reviews/8523

新人の教育において先生役になれる

「あたりまえかもしれませんが動作がたいへん軽いのでストレスがないです。汎用性が高いのでデータの受け渡しで困ることがありません。客先や仕入先のデータが問題なく閲覧できる。操作が簡単で、かつ社内では誰もが使っているので新人の教育において先生役になれる人が多い。操作は簡単です。できることに制限がありますが、2DCADのとっかかりには良いと思います」
▼利用サービス:AutoCAD
▼企業名:株式会社コジマ ▼従業員規模:300-1000人未満 ▼業種:自動車・自転車

https://www.itreview.jp/products/autocad-lt/reviews/8640

CAD化により、作図の作業効率化が出来た。

「建築業界の標準CADなので、このCADを導入していないと業務に支障がでるので、大変役立っています。またカスタマイズすることで、操作性もとても良くなります。ドラフターで図面を描いていた時代は、同じ様な図面も毎回作図していたが、CAD化により、作図の作業効率化が出来た。また、以前使用していたCADの時は、相手方とのデータやり取りはDXFファイルに変換必要で、文字化けや図形化け等が発せし、そのまま使用出来なかったが、建築業界標準のCAD導入により、その問題も無くなった」
▼利用サービス:AutoCAD Plus
▼企業名:株式会社ナガオカサッシ工業 ▼従業員規模:100-300人未満 ▼業種:その他専門職

https://www.itreview.jp/products/autocad/reviews/34030

 CADを選ぶ際のポイント

CADを選ぶ際のポイントを紹介します。

必要な機能が備わっているか

CADを価格の低さや操作の簡単さだけで選んでしまうと、実際に使い始めてから機能が足りず、オプションや別のソフトの追加購入で追加コストが発生してしまったり、思ったほど効率化できなかったりといった課題が残ります。CADを導入する際には、現在の業務の効率化に必要な機能が備わっていることを確認する必要があります。

CADのタイプは自社の業務に適しているか

高機能が謳われているCADを導入しても、企業の業務内容によっては汎用性が必要だったのに専門CADで使い勝手が悪かったり、専門CADではあっても特化された分野が異なっていたりなど、不要な機能に投資してしまうことになります。CADを導入する際には、自社の業務に適しているかどうかを見極めることが大切です。

OSに対応しているか

CADソフトを選ぶ際、自社で使用しているパソコンがWindowsかMacかを確認するだけでなく、OSのバージョンも確認する必要があります。最新のCADソフトを古いバージョンのOS上で作動させると、動作の不具合が生じたり、データの破損や消失が発生したりするリスクがあります。また、パソコンのハード面のスペックも確認しておきましょう。メモリサイズやCPUのグレードなどが、最新のCADソフトに対応できていない場合があります。

拡張性はあるか

今後業務で必要になることが予想される機能について、プラグインの購入やアップグレードで対応できるかどうかも確認が必要です。まだ必要性が流動的な機能については、あとから対応可能なCADソフトを導入しておけば、後日CADソフト自体を買い換えなければならないという追加費用を抑えることができます。

サポート体制はあるか

CADソフトを使用する際に、機能上や操作上で不明点が生じたときや、予期せぬ動作が起きてしまうなどの問題が発生したときに、すぐに電話によるサポートが受けられるかどうかは重要です。メールのみのサポート体制では、メールの返信が届くまで業務が停止してしまうので、すぐに解決策が講じられる電話サポートがあることを確認します。

保守費用は別途必要か

CADソフトを購入した後で、「メンテナンス費」や「追加データ費用」などの追加請求をされることがあります。この場合、初期費用以外の費用が発生し続けることになります。CADソフトを購入する際には、後から追加費用が発生しないことを確認する必要があります。

パソコンの移行に対応しているか

リース切れや減価償却処理の終了、あるいは不具合が生じ始めたなどでパソコンを買い替えたとき、CADソフトはそのまま使えるか、無料アップデートで対応できるかを確認しておく必要があります。パソコンの買い替えに伴い、CADソフトも買い替えなければならいと、CADソフトの購入代が二重に発生してしまいます。

CADツール業界マップ

CADツールのユーザーからの評価を知るには、ITreview Gridが便利です。ITreview Gridは、ITreviewに集まったユーザーのレビューをもとに生成された4象限の満足度マップで、顧客満足度と市場での認知度を掛け合わせた結果が、4象限上でのポジショニングとして確認できます。

 CADツール5選

実際に、 CADツールを活用されている企業の方々のレビューが多い製品を中心におすすめの CADツールを紹介します。

(2021年12月11日時点のレビューが多い順に紹介しています)

Jw_cad

設計現場で最も広く活用されている2次元汎用CADソフトです。特に間取り図などの作成で活用されています。無料でありながら建築分野に特化した高機能を備えていますが、名刺やチラシなどの印刷物の作成にも応用可能です。ほかのCADソフトよりも手描き感覚に近い使い勝手のため、初心者向けでもあります。

Jw_cadの製品情報・レビューを見る

AutoCAD

「Jw_cad」と並ぶ知名度とシェアを獲得しており、建築や製造業界で最も広く導入されているCADです。同じAutodesk社の「AutoCAD Plus」に比べて、AutoCADは高品質な2D CADを低価格で利用できるコストパフォーマンスの高さが特徴です。2次元図面やドキュメント作成などの機能のみが必要であれば、AutoCADがおすすめです。

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AutoCAD Plus

あらゆる設計に必要な機能を搭載したCADソフトウェアです。設計者から施工担当者、デザイナー、エンジニアなど幅広く活用できる汎用性と機能性の高さが特徴です。同社の「AutoCAD」が2D作図に特化しているのに対し、「AutoCAD Plus」は3Dモデリング機能やカスタマイズ、外部データベースとの連携など、高度な機能を搭載しています。

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DraftSight

「Draftsight」は建築や土木、機械設計などの設計に利用されるプロフェッショナル向けの2次元&3次元CADで、2Dのドラフティングと3Dのモデリングを簡単に行き来できます。インターフェースと操作性は主要な2次元CADと共通なため乗り換えることも容易です。

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SketchUP

「SketchUP」は汎用3D作成ツールです。3Dモデリングに特化した機能性が、建築設計士やインテリアデザイナー、ゲームクリエイターなどの幅広い支持を得ています。直感的なインターフェースとなっているため、習得が比較的容易です。

SketchUPの製品情報・レビューを見る

ITreviewではその他のCADも紹介しており、紹介ページでは製品ごとで比較をしながら導入ツールを検討することができます。

CADの導入の比較・ランキング・おすすめ製品一覧

まとめ

今や設計の現場では必須のツールともいえるCADは、基本的な機能である設計・作図支援だけでなく、デザインやシミュレーションのツールとして、今後もさらに高機能で多目的なツールに進化することでしょう。そのため、導入する際には、コストパフォーマンスや機能の多さだけを確認するのでなく、自社に必要な機能や適した専用性もしくは汎用性を備えているかどうかがの見極めが、ますます重要になってきます。

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