CAD
1. 개요
CAD(Computer Aided Design) / 컴퓨터 지원 설계
컴퓨터 그래픽 2D/3D CAD 툴을 이용하여 제도#s-3(Sketch/Draw/Draft) 및 설계(Design)하는 것, 컴퓨터로 도면 파일 또는 3D객체 파일을 생성하는 과정을 말한다. CAD가 과목으로 지정되어 있거나 CAD만 가르치는 학교도 있다.
2. 발전
1950년대초 공학계산용으로 펀치카드 머신을 사용하다 미국 자동차 회사 GM과 컴퓨터 회사 IBM이 1963년 세계 최초의 컴퓨터 그래픽 기반 CAD 프로그램인 DAC-1(Design Augmented by Computer) 출시 이후 빠르게 발전하여 현재에 이르러서는 수십가지의 상용 프로그램이 시장에 나와있다.
초창기에는 단순히 제도판 Drafter를 대체하기위해 컴퓨터로 그리고 플로터로 출력하는 수준에 그쳤지만 최근에는 프로그램 능력이 개선되어 이제는 2D 도면은 따로 존재하지 않고 3D Model 데이터만 있는 수준까지 이르렀다. 특히 IT 전자제품 등이 대표적으로 스마트폰이나 노트북 같은 제품들이 그러하다.
디자인 설계 시간을 줄이고, 설계 후 실물제작 단계를 거치지 않아도 프로그램상에서 설계 검증 및 수정을 거칠 수 있어 제작 효율을 극단적으로 높일 수 있다는 장점 때문에 현재에 이르러서는 거의 대부분의 설계 디자인을 컴퓨터에 의존하게 만들었다. 부가적 효과로서 여러 나라들이 대대적으로 제조업에 뛰어들 수 있도록 한 효과가 있다.
건축, 조경, 토목, 측량, 기계, 전기, 전자, 조각, 광고, 가구, 패션, 게임등 거의 모든 산업 분야에서 사용되고 있으며 각 산업 분야별로 특화된 다양한 CAD 소프트웨어들이 쏟아져 나오고 있다. 디자인 설계의 범주를 벗어나 자동화 가공/제작을 위한 CAM, 렌더링/에니메이션, 해석/시뮬레이션, PLM(Product Lifecycle Management) 영역까지 사용범위를 넓혀 제품에 관한 모든 것을 관리 가능한 단계까지 발전하고 있다.
캐드의 전 후를 비교해 보고 싶다면 같은 스텔스를 구현하기 위함인데도 엄청난 외향적 차이를 보이는 F-117과 F-22를 비교해보면 된다. F-117이 최대한 평면을 사용한데 반해 F-22는 유선형을 사용했는데 사람의 계산속도로 비행성능과 스텔스 기능까지 같이 계산하기 매우 어려웠기 때문이다.
3. Computer Aided Manufacture, CAM과의 관계
모델링/도면 파일을 가공업체에서 CAM 프로그램으로 작업, 자동화 기계에 필요한 NC데이터로 출력, 생산품을 만들기 위해 CAM을 사용.
특히 컴퓨터 수치제어 CNC(Computer Numerical Control) CAM 제작방법과 3D CAD 디자인으로 현재 우리가 사용하는 거의 대부분의 물건을 만들고 있다. 예를들어 전동드릴의 인체공학적 손잡이 부분을 예전 방법대로 만드려면 나무등을 깎아서 목형을 만든 뒤 여기에 주물사를 넣어 굳힌 뒤 다시 이 모래형을 이용하여 주물을 부어서 형상을 만들고 이렇게 나온 형상을 다시 사람이 일일이 깎고 연마하는 작업을 거쳐 만들어야 했다. 3D 설계 데이터와 컴퓨터 수치제어 제작법을 사용하면 이 모든 과정이 생략되고 바로 금형을가공할 수 있다. 더구나 완성되기 전에 형상을 보고 수정도 가능하고 데이터가 같으면 물건도 항상 똑같게 나오는 점도 대단한 것이다.[1] 동일 데이터로 다른 곳에서도 가공을 똑같이 할 수 있기 때문에 더욱 편리하다. CAD/CAM 시스템이 인류사회에 큰 영향을 끼친것이다.
자동화 CNC 기술은 현대인의 생활상을 바꾼 절대적 기술 혁신 중의 하나이다. 마우스, 스마트폰 처럼 일상 생활에서 늘 쓰는 별 것 아닌 기구들 역시 CNC 기술의 결과물인 것이다. 현대인은 벗어날 수 없다. 그런데 이런 CNC 자동화 가공은 CAD와 연관되어 있다. .DXF, .DWG, .STEP, .IGES, .OBJ, .STL등등 CAD로 출력한 자료를 바탕으로 CAM 툴로 편집 NC 코드로 출력하여 자동 가공된다. 디자인설계뿐아니라 절삭가공, 프레스나 플라스틱 몰드를 위한 틀(금형)을 만들기 위해서도 CAD/CAM이 사용된다. CAD가 활용되기 이전인 1990년대만 해도 손으로 직접 도면 그리고 직접 캠 프로그램을 수작업으로 하여 만들었다. 당시에만 해도 CNC 작업자는 꽤 고급 인력이었다. 워낙 수치제어 공학적 계산을 많이 필요로 했기 때문이다.
CAD가 주류가 되면서 설계(디자인)은 인-하우스에서 하고 가공/제조/조립은 중국에서 한다는 현재의 상황을 만들기도 했다. 실제로 CAD가 발전할수록 대부분 나라들의 설계업은 주류가 되는 반면 제조 및 가공은 아웃소싱에 의존하고 있다. [2]
4. CAD 소프트웨어 목록
4.1. 2D CAD 소프트웨어
- AutoCAD - Autodesk 제품.
- ZWCAD
- 아키디자인 - 국산, 무료버전 없어짐.
- CMS 인텔리캐드(CMS IntelliCAD)
- GstarCAD
- progeCAD
- BricsCAD
- CADRA
- CADian - 국산, 가정용 무료 구버전 [3] 존재
- DraftSight - 무료버전 없어짐.
- NanoCAD(나노캐드) - 교육/평가용 무료버전[4] 존재 / 상업용 무료버전 [5] 존재 - 한국총판에서 한글판을 개발하여 유료 판매중이므로 무료영문판을 한글로 패치해 달라고 하지 말것. 한국총판에서는 상업용 무료버전 링크의 제공을 2021년 1월부터 중지. 상업용 무료버전은 개발사에 가서 받을 것
- ExpertCAD
- UniMECH
- LibreCAD (자유소프트웨어)
4.2. 3D CAD (제품디자인, M-CAD 소프트웨어)
- NX(Unigraphics): 1978년부터 시작. 2007년 독일 지멘스로 인수되어 NX로 리브랜딩. .
- CATIA: 프랑스 다쏘. 1981년부터시작. 1996년까지 메인프레임 UNIX서버에서만 실행되었음. 1998년부터 Windows버전도 출시. 항공기, 자동차, 금형설계 쪽에서 활용됨.
- CREO: 미국 PTC. 1988년부터시작. 2009년까지 Pro-E(Pro/ENGINEER)로 불림. 2011년부터 Creo로 리브랜딩. 정수기, 전기부품, 휴대폰 쪽에서 활용됨.
- SolidWorks: 프랑스 다쏘, 1995년부터 시작
- Solid Edge: 독일 지멘스, 1995년부터 시작
- Inventor : 미국 오토데스크, 1999년부터 시작
- ZW3D - 중국의 ZWSOFT사가 미국 VX CAD/CAM사를 2010년에 인수하여 ZW3D로 리브랜딩한것임. 미국과 중국 개발진이 함께 참여하고 있는 미중합작 3D CAD (영구 라이선스 가격이 솔리드웍스의 1/2가격, 인터내셔널 글로벌 판매를 지원하는 ZWSOFT 공인 미국 온라인 다이렉트 판매가 기준)
- FreeCAD (자유소프트웨어)
- OnShape - 클라우드 컴퓨팅 기반의 캐드 프로그램. 웹브라우저에서 작업하는 True 클라우드 프로그램. PTC가 2019년10월 인수함.
- Fusion 360 - 작업 파일만 오토데스크사의 클라우드 서버에 보관되는 Semi 클라우드 프로그램.
- Blender (자유소프트웨어) : Polygon Meshes, Subdivision Surface, Bezier Curves, NURBS Surfaces 툴로 모델링후 .OBJ/STL파일로 export하여 MCAD류에서 Mesh to Shape 프로세스로 활용. 이를 위한 SubD to NURBS 자동화 변환툴도 있다. MCAD에서 .OBJ/STL로 export하여 Blender에서 렌더링/데칼/모션그래픽툴로도 사용. .OBJ/.STL 파일로 툴패스 CAM가공 가능.
- Form-Z : SubD-NURBS 3D 캐드, .STEP/.IGES 파일 Export 자체지원.
- Cyborg3D : 상용 SubD to NURBS (.OBJ/.STL to .STEP/.IGES) 트랜스레이터/컨버터. SubD 3D 디자인/편집 캐드 포함.
- PunchCAD : 상용 SubD to NURBS (.OBJ/.STL to .STEP/.IGES) 트랜스레이터/컨버터. 3D 디자인/편집 캐드도 포함.
※ PLM은 NX, CATIA, CREO부터 시작되었다. 그후 대부분의 3D CAD가 PLM/PDM에 대한 유사/대체 기능들을 탑재하고 있다.
4.3. ECAD (회로설계, PCB 디자인, 시뮬레이션 소프트웨어), EDA
- Altium Designer
- Mentor - Xpedition, PADS
- Cadence - Allegro, OrCAD
- Zuken - CADSTAR, CR8000
- KiCad (자유소프트웨어)
- DipTrace
- EAGLE - 오토데스크사가 2016년 인수하여 2020년1월 Fusion 360에 통합함
5. 판매 관련
2015년 국내 CAD 불법복제 단속으로 걸린게 326억 원이다. 참고로 전체 단속이 479억 원이니만큼 CAD 업계가 차지하는 시장규모가 크다고 할 수 있다. 일부 기업용 캐드들은 프로그램 실행시 ip 추적을 통해 불량판 소프트웨어가 사용되는 장소를 찾아가 사용자를 고발조치한다. 2014년경 또다른 수법으로는 취업사이트에 캐드 담당자 구인공고를 찾아내 이를 고객DB와 대조한 후 법무법인을 통해 내용증명을 보내 비용을 청구하는 경우도 많으며 내용증명으로 돈을 번다는 얘기가 나돌 정도라고 관계자가 밝혔다. 적발되게 되면 확인된 설치 건수만큼 정가 구매를 요구받고 실사비용/합의금을 추가 지급하여야 한다. 2016년의 한 사례에서는 오토데스크사에서 11건의 불법 복제가 확인되자 정품 11세트 정가 구매금액에 실사비용/합의금 추가지급을 요구했다(정품가의 80%까지 추가지급 요구될 수 있다). 거부할 경우 재판까지 가게 되어 손해가 크다. AutoCAD, CATIA, UG NX 등이 그렇다. 거기다가 어떤 CAD 사용 기업들은 판매상, 소프트웨어 저작권 협회, BSA( https://ww2.bsa.org/?sc_lang=ko-KR )등을 통해 경쟁업체의 불법복제를 신고하기도 한다. (BSA경우 신고건에 따라 포상금도 받을 수 있다)
사용자들이 필요로 하지도 않는 기능을 무작위로 추가한다거나 사용자 편의성이나 성능개선은 없이 프로그램 규모만 늘려 고가격을 고수 하고 있는 바가지 캐드 소프트웨어 업체가 문제다. 또한 해외 판매가에 비해 터무니 없는 비싼 가격으로 국내에 소프트웨어를 재판매하고 있는 세일즈 수입상이나 리셀러들을 비판하는 경우가 많다. 거기다 정품 CAD가 깔렸던 하드웨어를 중고로 사들여도 판매상에서는 정품으로 인정할 수 없다거나 구형 버전의 지속적인 사용은 라이선스 위반이라며 횡포를 부리기도 한다. 특히 오토데스크 사가 패키지 방식의 판매를 중단하고 연간 구독 계약 방식으로만 판매를 시작했을 때 사용자들의 반응이 매우 안 좋았다.
불량판이나 크랙킹 소프트웨어가 버젓이 유통되도록 방조하고 있는 소프트웨어 제작사나 리셀러, 이를 돕는 통신회사 및 검색엔진 서비스 회사에게도 책임이 있다고 할 수 있겠다. 소프트웨어 가격을 합리적으로 조정하고 불법판이나 크랙이 판을 치지 못하도록 철저히 관리를 한다면야 누가 정품 소프트웨어를 사용하지 않겠는가? 정품 사용자에 대한 보호를 하고 있는 않는 소프트웨어 제작사에게도 큰 책임이 있다고 하겠다.
이에 대해 일부 업체에서는 직원을 회사 밖이나 집에서 캐드 작업을 하도록 하거나, 외장 저장장치에 설치한 뒤 단속이 들어오면 외장 저장장치를 분리해 숨기거나, 단속이 염려되면 포맷하여 증거를 인멸하거나, 인터넷을 연결하지 않고 작업하거나, ip 추적 기능이 없는 구 버전 사용, 방화벽 프로그램 등등을 사용해 불법복제를 알릴 수 없게 막는등 다양한 수법으로 상용 소프트웨어의 저작권을 침해하고 있다. 비싼 정품은 소수의 PC에만 설치한 뒤 나머지 PC에는 뷰어나 오픈 소스 호환제품만 설치하기도 한다. 캐드 전문가를 프리랜서로 고용해 절대 회사 건물 내에서 작업하지 못하게 함으로써 불량판 프로그램을 사용했을 경우 그 책임을 프리랜서에게 돌리기도 하나 양벌죄도 성립한다.
대체 캐드나 오픈 소스에 대해서는 회사 규모나 업종에 따라 사용처가 다르다. PLM등이 접목되고 있는 엔터프라이즈용 CAD들은 주로 프로젝트관리가 필요한 규모의 기업에서 사용되고 있으며 자유소프트웨어로도 물론 가능하나 테크니컬 서포트를 커뮤너티쪽에서 담당하고 있고 대기업이 채택하여 사용하기가 어려운 소프트웨어 구조로 되어 있다.
오픈소스 자유 소프트웨어나 대체 캐드가 상용프로그램을 능가하는 경우도 있다. 비용문제로 정품 소프트웨어 구입을 꺼려하는 경우나 자유 소프트웨어로 상용 프로그램을 충분히 대체 가능하므로 크랙된 소프트웨어의 판매방식과 가격을 수긍할 수 없는 사용자, 또한 불법 소프트웨어 사용으로 인한 어둠의 길을 탈출하고자 하는 사용자 등에게 자유 소프트웨어가 대안이다. 오픈 소스 자유소프트웨어는 공개된 문서나 동영상 강좌가 많고 함께 버전업이 되고 있기 때문에 스타트업이나 벤처기업등에서 사용하기가 오히려 적합한 측면도 많다. 또한 오픈소스 프로그램을 리브랜딩하거나 테크니컬 서포트를 추가하여 재판매도 가능하다는 장점도 있다.
6. 기타
캐드가 상용화되기 이전에는 샤프나 연필로 스케치-디자인-제도를 했으나, CAD가 널리 퍼지기 시작하면서 샤프나 연필의 존재의의에 큰 타격을 입었으며 지금은 단순한 필기구로 전락하였다. 캐드 프로그램의 활용도가 무궁무진해 지면서 좀 더 세련된 형태의 디자인이 가능하게 된것이다. 컴퓨터를 이용한 CAD가 발전하면서 자동차의 형태가 과거의 직선형에서 오늘날의 자유 곡면 형태로 변한것이다. 포드가 처음 자동차를 만들었을 때와 지금의 자동차 모습을 비교해보면 알 수 있다.
[1] 툴비트의 마모와 기계적 정밀도 차이가 있기 때문에 일반적으로 수십마이크론 정도의 가공 오차가 발생한다. 서보 모터나 각종 기계적 또는 소프트웨어적인 피드백 보정 방법을 사용하는 최신 정밀 자동화 기계에서는 미세한 오차까지 피드백 보정되어 자동 절삭 가공된다.[2] 유럽 각지에서는 CAD가 발전하던시기 부가가치가 떨어지는 대량 생산 품목들의 단가 경쟁에서 밀려나기 시작했다. 현재 금형업종은 주로 한중일로 이전된 상태다.[3] 공식사이트에서에서 무료 버전 배포중[4] 네이버 공식 카페에서 무료 버전(영문판) 배포중[5] 개발사배포링크에서 무료버전(영문판)배포중