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「2D CAD」と「3D CAD」の相違点とは

CADが大きく2D(2次元)と3D(3次元)の2種類に分けられるのはご存知だろう。しかし、業種によって2D CADで十分だったり、逆に入社当時から3D CADを使っていたりと、実際はどちらか一方しか使ったことのない場合も多い。また、3D CADへの移行需要もあると思うので、今回は2D CADと3D CADの相違点について見直してみよう。

2D/3Dの基本概念と特徴

2D CADは、従来からある手書き製図の手法をそのままコンピュータで支援する形式となっている。従って作図に関しても、機械用など一般的なCADでは主に投影法、中でも正面図/平面図/側面図で構成される「第三角法」が基本だ。これは、縦/横/奥行きという3軸のうち2軸を用いて、紙などの2次元上で立体を表現するためのもの。つまり、図面から全体像をイメージする際、閲覧者は頭の中で2次元から3次元へと変換しなければならないので、ある程度の熟練度が要求されるわけだ。斜投影や等角投影によって2D CADで立体図を描くことも可能だが、正確な形状の表現力には欠けるため、こちらはあくまでイメージを把握させる程度といえる。

これに対して3D CADは、コンピュータの利点を最大限に活かし仮想空間に3つの軸を用いた立体を描くという、まさにデジタル時代ならではの設計手法といえる。誰でも直感的に形状を把握できるだけでなく、近年増加する曲線を多く採り入れたデザインなど、従来の2次元図面では困難とされていた立体表現にも適したツールというわけだ。さらに、より具体的なイメージとして捉えることで加工方法の検討時間が短縮できるほか、個別のパーツをアセンブリ化した際に出る不具合の早期発見、駆動パーツの動作検証などにも実力を発揮する。

利用価値の高さが注目される3D CAD

3D CADによるモデリング手法は、大きく「ワイヤーフレーム」「サーフェス」「ソリッド」の3種類に分けられる。ワイヤーフレームは初期の3D CADに多く用いられた手法で、座標間を線で結んで形状を表現するもの。影や色は付かないが、情報量が少ないため高速に描画することができる。サーフェスは、ワイヤーフレームに厚みのない面の情報を加えることで、陰影をつけた複雑かつ立体的な形状表現が可能になっている。ただし、立体は中空状態となっているので体積や質量などを求めるのは困難だ。ソリッドは、立体の外観だけでなく質量など内面の情報も入力することができる。全体の体積や質量の算出に加え、断面図も表示可能なため、より実際の製品に近い状態でモデリングを行えるという特徴がある。現在の3D CADではサーフェスかソリッド、さらに両者を混在させたモデリング手法が主流となっている。

3D CADは保存形式を変えることで、データの流用性が高まるのもポイントといえる。例えば、精度を保ったままデータを軽量化できる「XVL(eXtensible Viertual reality description Language)」形式に変換してWebブラウザでの閲覧を可能にしたり、イメージ画像に変換して、パンフレットなどに使用したり、といった具合だ。そのほか、最近では物体をデータとして取り込める3Dスキャナや、データから手早く立体モデルを試作・確認できる3Dプリンタなど、各種周辺機器も普及してきている。もちろんCAM/CAEとの連携も行えるので、3D CADは設計分野だけでなく、プレゼンテーションや試作、加工といった幅広い分野で利用価値の高い存在だといえるだろう。

時代は2D/3Dの共存環境へ

以上のような機能面の特性から、近年の設計市場では2Dから3D CADへ環境移行を進める企業が増加傾向にある。しかし、2D CADが完全になくなるかといえばそうでもない。確かに3D CADの需要は高まっているが、現場レベルでは記入の容易さや携帯性の高さなどから、2D CADを使った紙図面の需要が根強く残っているからだ。また、コスト面から3D CADの導入に踏み切れないケースもある。電気用CADなど3次元で表現する必要のない分野では、今後も2D CADがメインとなるだろう。

3D CADへの環境移行を行う場合でも、このような2D CADの需要を十分に考慮することが求められる。提携企業が2D CADを使用している場合は、データの変換作業が必要になるからだ。この作業をアウトソースした場合はコストがかかるし、毎回手動で行っていたのでは業務効率の悪化や人的ミスを招いてしまう。つまり、2D/3Dの自動変換機能を標準装備し、なおかつ提携企業と互換性を持つシステムの選択が迫られるのである。

また、3D CADは幅広い分野で活用できるため、本来の製図とかけ離れたイメージを持たれやすいが、決して“製図法の知識が不要”というわけではない。モデリングにおいて設計の基礎が重要視されるのはもちろん、3D CADでは面粗さ/嵌め合い/公差/注記などを表現し難いため、内容によっては2D図面への部分的な落としこみ作業も必要となるのだ。このようなことから、CADを扱う設計者は2D/3Dに限らず、製図法に関するスキルの習得が大前提になるといえる。

時代の流れが3D CADに移行しているとはいえ、あくまでもCADは製品設計の支援を行うツールである。これからの企業は自社を取り巻く状況を十分に把握し、各業務内容に応じて最適な判断を下す必要があるといえる。個々の設計者やオペレータに関しては、企業の動向に留意しつつ、急激な変化に対応できるよう、知識の向上やスキルアップに努めることが重視されるだろう。

(掲載:2006年11月)

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