CAD利用技術者基礎試験 (H20)

1. CADシステムの知識と利用

1-1. CADシステムの概要と機能

CADシステムとは

CAD…Computer Aided Design もしくは Computer Aided Drawing
CADシステム…CADソフト+ハートウェア+ネットワーク機器など

CADシステムの目的と効果

機械的作業の効率化
計算などの効率化,人為的ミスの軽減
繰り返し作業や単純作業の自動化
編集設計…標準形状を呼び出して具体的な寸法値を入力し新規画面を起こす
配置設計…CADソフトに登録した部品を呼び出して配置していく

画面品質の向上
初心者でも品質の高い画面の作成が可能
仕上がりがきれい
CADソフトの中には誤った図面のチェック機能がある

設計変更・修正の効率化
効率よくデータ管理できる
応用設計や流用設計、改造設計が可能

設計検討の効率化
数値データ化されるため、製造物の特性や性能などの各種解析を行う「CAE(Computer Aided Engineering)」にデータを流せる

製品製作工程の効率化
工程チェック,勘合具合などのチェックが可能
機械分野では、NC工作機械(NC=Nummerical Control:数値制御)を使って設計から製造工程までを自動化する「CAM(Computer Aided Manufacturing)」といったFAシステム(FA=Factory Automation:工場全体の統合的かつ柔軟な自動化)に利用できる。
製造に必要な部材の仕入れから、設計,製造,物流までを統合した「PDM(Product Data Management:製品データ管理)」と呼ばれる大がかりなシステムで効率化を図れる。

●電子データ化による保存とやり取りの向上効率

CADソフトの種類と特徴

汎用CAD…あらゆる分野での利用を想定して基本的な作図機能をようしているCADソフト

・機械系CAD
・建築系CAD
・土木系CAD
・電子系,電気系CAD

CADシステムの構成形態と運用

「入力(作成)」→「編集」→「出力」

・スタンドアローン形態
・ホストコンピュータによる集中管理形態
・分散型ネットワークシステム形態

1-2. CADシステムの基本機能

CADシステムの基本概念

●図形データの格納形式
図形データは入力図形の座標値をそのまま格納する「ベクトルデータ」
図形の種類に応じた属性情報も格納

●ベクトルデータとラスタデータ
ベクトルデータ(ドローデータ)
図形データを座標値でもつデータ形式
拡大・縮小しても画像の品質は落ちない
写真のようなデータは直接扱えない
ラスタデータ(イメージデータ)
図形データをドット(点)の集まりでもつデータ形式
図形の変更を行うと図形の品質が劣化する

レイヤ(画層)
複数枚の画像を重ね合わせて表示するために用いる層
図形や文字をレイヤによってグループ分けすることで効率の良い画面作成が可能

・レイヤと表示色
図形や文字の表示色は図形や文字の属性として指定されることが多い
→レイヤごとに表示色を変えられる

・レイヤと選択機能
図形や文字の選択を行う際、選択条件としてレイヤの有効・無効を切り替えることができる

●CADで使用するフォント
ビットマップフォント
文字のデザインをビットパターンで表すフォント
もっとも高速に表示および印刷が可能
フォント設計時以外のビット数では品質が劣化

ストロークフォント
文字のデザインを直線近似し、座標値で表すフォント
任意の文字を表現できるが大きすぎると劣化

アウトラインフォント
文字の輪郭線をデータとして持つフォント
表示および印刷は少し遅いが常に高品質

●図形に関する属性

図形の表示色を指定する属性

線種
図形の表示・印刷時の線種を指定する属性
実線,破線,一点鎖線など

線幅
印刷時の線幅は指定できるが、表示時には表現できないCADソフトや、その逆がある

●文字に関する属性

文字サイズ
高さを指定し、幅は自動、もしくは両方を指定する

配置角度
文字全体の傾きを指定する
一般に水平右方向を基準に左回りの角度で表す

傾斜角度
文字の垂直方向の基準線の傾斜を指定する属性
垂直方向を基準に右回りの角度で指定する
製図上の寸法値が15°傾斜文字を使用する規約があったため、傾斜角15°(=斜体)が多い

フォント
表示・印刷時に使用する書体を指定する属性

文字の基準位置
文字を配置する場合の基準となる点
水平方向に左/中央/右、垂直方向に頂部/中央/底部の9点が主

●座標入力に関する機能
グリッド
画面上に表示された一定間隔の格子状の点で、座標入力時の目安となる
グリッドの間隔は任意で指定できるものが多い

スナップ
座標入力の際、カーソルの一定範囲内に、図形の端点や交点のような重要な点(スナップ候補点)がある場合、自動吸着させる機能
使用するスナップの種類は任意指定が可能

数値による座標入力
CADでは、正確な座標を入力するために、マウスではなく数値を用いて座標入力ができる
絶対座標や、直前に入力した点からの相対座標、任意の基準点からの相対値など

補助線による座標入力
補助線は作図のときだけ表示され、印刷時に出力されない線
作図の効率化を図る
補助線専用のレイヤを用いると効果的

●画面操作機能
・スクロールとズーム
スクロール…画面の表示範囲を上下左右に移動させる
ズーム…画面の表示倍率を変更し、拡大・縮小を行う

・指定範囲の拡大
画面上の任意の範囲を指定し、その部分を画面全体に表示させる機能

・全体表示
用紙全体や図面上のすべての図形を表示する機能

CADソフトの作図機能


大きさを持たない図形要素
図形を表現する目的よりも作図上の基準点などに使われることが多い

線分
位置を2ヵ所(始点と終点)を指定して描く方法
始点と角度・距離を指定して描く方法
始点とX・Y方向の距離を指定して描く方法

連続線
連続する複数本の直線を作図する機能
複数の線分図形からなる場合と、連続線という別の図形となる場合がある
直線上の点を順次指定し、最後の点を指定して作図終了となる
一度にオフセットできるなど編集上のメリットがある

平行線
・発生する平行線が基準の長さと等しくなる場合
基準の線分を選択し、そのどちら側のどの位置に発生させるのか(通過点)を指定する方法
基準の線分を選択し、線分間の距離と発生方向を指定する方法

・発生する平行線の長さを指定する場合
基準の線分を選択し、始点と終点を指定する方法
基準の線分を選択し、始点と終点からの距離を指定する方法
基準の線分を選択し、始点と終点・通過点を指定する方法
基準の線分を選択し、始点と終点・線分間の距離を指定する方法

水平線・垂直線
指定した位置(通過点)に水平,垂直な線分を作成する方法
通過点と始点・終点の位置を指定し、長さの決まった水平(垂直)な線分を作成する方法

直交線・垂線
・既存の直線に対して直交する線分を作成する場合
位置(発生点)を指示し、基準線に直交する線分を基準線まで作成する方法

・直交する線分の長さを指定する場合
基準線を指示し、始点を与えて距離を入力し、その発生方向を指示する方法
基準線を指示し、始点を与えて、終点位置を指示する方法

接線
指定位置から既存要素に対する、あるいは2つの既存の要素間に接する線分を作図する機能
接円を指示した方向に線分を発生させる方法
発生するすべての線分より目的の線分を選択し、確定する方法


中心と半径を指定する方法
中心と通過点を指定する方法
3つの通過点を指定する方法

楕円
中心および短軸と長軸の距離を指定する方法
中心および各軸方向までの距離を指定する方法
箱枠で指定する方法

円弧
中心と始点および終点を指定する方法
始点・終点・通過点を指定する方法
始点・終点・開き角度を指定する方法

接円・接円弧
・既存要点に接する円,円弧を作成する場合
要素(接線分)と作成する円の中心を指定する方法
2つの要素(接線分)と作成する円の半径(直径)および要素からの発生方向を指定する方法
3つの要素を指定する方法

多角形
作成する多角形の角数と、その多角形に内接または外接する半径と中心を指定する方法
多角形の1辺の長さと1つの頂点の位置を指定する方法

自由曲線
連続した点を順次入力することで、指定した複数の通過点を通る、開いた曲線または閉じた曲線を作図する
入力した点群から全体が滑らかな曲線に見えるように一定の計算式で中間の座標を計算
計算式にBスプラインを使用することが多かったため、「スプライン曲線」と呼ばれることもある

文字
配置点,文字高,配置方向などを指定する
CADソフトによっては文字の用途によって専用機能を用意している

寸法線
描かれた図形の寸法値を自動的に計算して寸法線とともに作図する機能がある
寸法を記入するには、基準とする位置や図形を指定し、寸法線の位置や形状を指定するためのいくつかの点を入力する
機械系CADでは、寸法線の後ろに公差や公差記号を付加できるようになっている

・水平,垂直,平行間の寸法記入
寸法を記入する始点と終点,寸法の表示位置を指示する

・直径,半径の寸法記入
寸法を記入する円や円弧を選択し表示する位置を指示する

・角度の寸法記入
寸法を記入する2本の直線を選択し、発生方向および表示位置を指示する

・基準寸法
起点となる位置を指示し、その位置から寸法を表示したい位置(記入点)を支持する

部品登録・呼び出し(シンボル)
複数の図形は、ひとかたまりの図形(「部品」)として扱える
ひとかたまりの図形を一時的にグループ化する機能もある

ハッチング・塗りつぶし
ハッチングを入れたい領域が円の場合は、円要素を選択することによって作成できる
線分や円弧,自由曲線,補助線などで区切られている領域にハッチングを入れたい場合は、領域の縁の要素を順次指定して閉じた図形領域を指示することで作成できる

CADソフトの編集機能

図形の選択
矩形で指定した範囲に完全に含まれる図形を選択
矩形で指定した範囲に一部が含まれる図形を選択
任意の多角形に完全に含まれる図形を選択

移動
図形を選択して、図形の移動先を指定すると、選択した図形の基準点が指定した位置に移動する

回転移動(回転)
ある点(中心点)を中心として回転させてほかの場所に移す
中心点と回転角を指定する

対称移動(反転・ミラー)
図形を選択し、対称軸を指定すると、その軸を中心に線対称移動を行う
水平や垂直な対称軸を使用して、それぞれ水平対称移動や垂直対称移動を行う

複写(コピー)
図形を選択して、図形の移動先を指定すると選択した図形の基準点が指定した位置になるように図形を複写する

回転複写(回転コピー)
選択した図形をある点(中心点)を中心として回転させてほかの場所に必要数複写する

対称複写(鏡映・ミラーコピー)
センタk吹田図形を反転させて複写することにより対称図形を描く
図形を選択し、対称軸を指定すると、その対称軸を中心に線対称複写する

拡大・縮小(スケール・尺度変更)
図形を選択し、指定した点を基準にして拡大または縮小させる

要素延長・短縮(要素伸縮・長さ変更)
指定した単独の要素を指定位置まで伸び縮みさせる

変形・ストレッチ(図形伸縮)
図形の一部を伸び縮みさせる

オフセット(差分)
選択した図形や図形の一部から、指定した方向に指定した間隔(オフセット間隔)だけ離れて、選択要素と等しい、あるいは相似の図形を描く

直前取消・キャンセル
最後に描いた図形を消去する

要素消去(削除)
選択した要素だけを削除する

枠内・部分・範囲消去(削除)
矩形で指定した範囲に完全に含まれる図形を削除する

枠内(クロス)・一括消去(削除)
矩形で指定した範囲に完全に含まれる図形および範囲に交差したすべての図面を削除する

全・図面消去(削除)
すべての図面を削除する

トリム(切断)
単独の要素を指定の位置で切断する
指定した位置からもっとも近い交点・端点で図形を切断し、その間の図形の一部を削除する

2点間切断(部分削除)
単独の要素を指定した2点間を削除する

分割
単独の要素に指定した分割数で分割する

分割点
単独の要素に指定した数の分割数で点を作図する

フィレット(角まるめ)
図形の角部に自動的に接円弧を発生させて、不要な部分をトリムする機能
角部の2つの図形の指示と、発生させる円弧の半径の指示により作図する

チャンファー(面取り)
図形の角を自動的にカットする機能
角部の2つの図形の指示と、カットする距離を指示し作図する

その他の機能と利用上の注意

出力機能
図面印刷
図面をプリンタやプロッタなどの出力機器に出力する

ファイル出力
他のCADソフト,ワープロソフトなどのアプリケーションソフトウェアへ渡すためのデータを作成する
・ベクトルデータ
DXF, WMF(Windowsメタファイル), EPS(PostScript)など
・ラスタデータ
TIFF, JPEG, BMPなど

●その他
ユーザ座標
一般にCADソフトは画面の左下あるいは中央を原点とした座標系(絶対座標)をもつ。これに対し、ユーザが任意の原点位置,X,Y(,X)軸を設定できる機能。

異縮尺
図面内に異なるスケールの図形を描く機能
機械設計などではCADソフトによる作図は実寸で描くことが基本だが、最終的に図面を仕上げる場合に縮尺を混在させる場合がある

パラメトリック
CADの図形情報の一部であるパラメータ(寸法など)を変更し、結果として変形させる技術(パラメトリック技術)を応用した機能
パラメトリック図形の規格品や標準部品などのファイルを用いれば、変数を入力するだけで異なった図形を新規に作図できる

●カスタマイズ
GUI(Graphical User Interface)
メニューの位置や画面の色などを変更できる

コマンドのカスタマイズ
マクロやプログラム言語によって、新しいコマンドを作成できるCADソフトが多い
マクロは、一般には一連の操作手順を記憶しておき、同じ手順を自動的に実行する機能

●利用上の注意
・製作時に不具合を起こさない製図
CAD利用技術者は作図の際に便宜上必要な線(補助線)やメモと、出図したときに図面に描かれている線や注記などとを、明確に区別しなければらない。
寸法線は図面を見る人の立場にたったわかりやすい表記を心がける
CAD利用技術者は、CADソフトを用いた製図作業のみを効率的に実行すればよいというわけではなく、製図の前後の作業内容に気を配り、総合的に生産活動が効率的に進められるように配慮する必要がある。

・過度のカスタマイズ
ほかの関連作業に気配りをして、図面中に様々な工夫を盛り込むことは大切であるが、過度のカスタマイズは思わぬところで問題が生じることがある。
CAD利用技術者は、自身が使用しているCADシステムをよく知り、的確に使いこなさなければならない。

1-3 CADの作図データ

データの表現方法

IGES(Initial Graphics Exchange Specification)
CAD/CAMシステム相互間におけるデータ交換のための製品定義データの数値表現として作成されたANSI規格
世界標準ともいえるファイル形式で、3次元形状も定義されている

DXF(Drawing eXchange File)
もともとAutodesk社が、同社の汎用CAD「AutoCAD」において異なるバージョン間で2次元あるいは3次元のデータを交換する目的で定義したフォーマット
現在、日本のCADソフトのほとんどがこのファイル形式をサポートしている

BMI(Batch Model Interface)
キャダムシステム社の「MICRO CADAM」のアプリケーションソフトウェア開発用に作成したファイル形式

STEP(STandard for the Exchange of Product model data)
製品モデルとそのデータ交換に関するISO(国際標準化機構)の国際規格(ISO10303)の通称
正式名は「ISO10303 Product Data Representation and Exchange」

SXF(Scadec data eXchange Format)
オープンCADフォーマット評議会(OCF)が推進する、異なるCADソフト間でデータ交換を実現するフォーマット

BMP(Bit Map)
Microsoft社のWindows環境における標準画像フォーマット
デファクトスタンダード(業界標準)の規格
非圧縮形式のためファイルサイズは大きい

GIF(Graphics Interchange Format)
デファクトスタンダードの規格で、256色まで

TIFF(Tagged Image File Format)
デファクトスタンダードの規格で、OSに依存しない
タグを利用することで、色数や解像度が異なる複数の画像を一緒に保存できる

JPEG(Joint Photographic Expert Group)
ISOよって制定された国際標準規格
カラー静止画像の符号化標準化方式に従った圧縮形式の規格でフルカラーを扱える

データ変換

●同じソフトウェアの異なるバージョンの場合
基本的に上位バージョンは下位バージョンのデータ形式をサポートしている
下位バージョンでは上位バージョンのデータ形式を読み込めないことが多い
この場合、バージョン互換「ダウン」を用いるが、新バージョンで新しくサポートされた機能などが欠落する場合がある

●異なるソフトウェア間の場合
異なるCADソフト間では一般的に互換性が無い
CADソフトによっては、異なるCADソフトの専用データ形式に変換するツール(ダイレクトインタフェース)が用意されている場合がある
これは正確にデータを変換できる長所があるが、変換先でしか使えない短所もある

一般的にIGES,DXF,BMI,STEP,SXFなどの中間ファイルに変換して用いることが多い

DXFは、ほとんどのCADソフトがサポートしているもので最も多く使用される
ただし、レイヤなどの属性が正確に変換されないといった変換誤差が生じる

IGESは、詳細なデータ交換があるものの、データサイズが大きく変換に要する時間も長い
CADソフトによっては正確に形状が変換されないことがある

BMIは、現在はMICRO CADAMとのCADデータ交換用の中間ファイルとして使用されることが多い

STEPは、次世代のデータ交換規格として注目されている

データ取り扱いに関する注意点

データのバックアップ
コンピュータで作成したデータはバックアップしておくことが重要
バックアップをとる場合は、上位互換・下位互換の問題から、そのCADソフトの専用データ形式のほかに、中間ファイルも一緒に保存しておくとよい

データの互換性
前述のとおり、互換性には注意しなければならない

2. CADシステムのプラットフォーム

1. CADシステムとハードウェア

省略

2. CADシステムとソフトウェア

省略

3. ネットワークの知識

省略

4. 情報セキュリティと知的財産

省略

3. CADシステムの関連知識

2級の内容のため、省略

4. 製図の知識

1. 製図一般

●製図規格
JIS (Japanese Industrial Standards)
日本工業規格

ISO (International Organization for Standarzation)
国際標準化機構

●図面の基本要件
「図面は、製図の目的を達成するために、次のような要件を満たしていなければならない」(JIS Z 8310)

①対象物の図形とともに、必要とする大きさ・形状・姿勢・位置の情報を含むこと。必要に応じ、さらに、表面形状・材料・加工法などの情報を含むこと。

②①の情報を、明確かつ理解しやすい方法で表現していること。

③あいまいな解釈が生じないように、表現上の一義性をもつこと。

④技術の各分野の交流の立場から、できるだけ広い分野にわたる整合性・普遍性をもつこと。

⑤貿易および技術の国際交流の立場から、国際性を保持すること。

⑥マイクロフィルム撮影などを含む複写および図面の保存・検索・利用が確実にできる内容と様式を備えること。

●図面の大きさ
図面の大きさは、対象物の大きさや図形の複雑さなどを考え、図の明瞭さを保つことができる範囲で、なるべく小さいものを選ぶ必要がある。

●図面の様式
表題欄
図面の管理上必要な事項、図面内容に関する定型的な事項などをまとめて記入する欄
図面を描く領域内(輪郭線内)の右下隅が適

輪郭線
図面の縁からの損傷で、図面ンお内容が損なわれないように設ける余白の部分を「輪郭」
図を描く領域と輪郭との境界線のこと
A0,A1については最少20mm、A2,A3,A4につちえは最少10mm

中心マーク
複写、またはマイクロフィルムの撮影の際、図面の位置決めに便利なように、図面の上下左右の各辺の中央に、中心マークを付けなければならない
用紙の隅から輪郭線の内側約5mm、最少0.5mmの太さの直線を用いる
中心マークの位置の許容差は±0.5mm

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