CAD（キャド）は、コンピュータ支援設計（）またはコンピュータ支援製図（Bhavnani, S. K., & John, B. E. (1996, April). Exploring the unrealized potential of computer-aided drafting. In Proceedings of the SIGCHI conference on human factors in computing systems (pp. 332-339).）の略語であり、コンピュータを用いて設計や製図をすること、あるいはコンピュータによる設計支援ツールのこと（CADシステム）Kubinyi, H. (2006). Success stories of computer-aided design. Computer applications in pharmaceutical research and development, 2, 377.Patrikalakis, N. M., & Maekawa, T. (2009). Shape interrogation for computer aided design and manufacturing. Springer Science & Business Media.Groover, M., & Zimmers, E. W. J. R. (1983). CAD/CAM: computer-aided design and manufacturing. Pearson Education.。人の手によって行われていた設計作業をコンピュータによって支援し、効率を高めるという目的からきた言葉である。CADD（Duggal, V. (2000). Cadd Primer: A General Guide to Computer Aided Design and Drafting-Cadd, CAD. Mailmax Publishing.Klein, K. J., Hall, R. J., & Laliberte, M. (1990). Training and the organizational consequences of technological change: A case study of computer-aided design and drafting. Walter de Gruyter, Berlin.）ともいう。
設計対象や目的により、CAID（）Westin, S. H. (1998). Computer-aided industrial design. ACM Siggraph Computer Graphics, 32(1), 49-52.、CAAD（）Mitchell, William J. (1977) Computer-Aided Architectural Design, 573 p. : ill. New York: Mason Charter Pub. Inc., 1977. Kalay, Y. E. (2004). Architecture's new media: Principles, theories, and methods of computer-aided design. MIT Press.などと区分される場合もある。
日本での定義としてはJIS B3401に記載があり、「製品の形状、その他の属性データからなるモデルを、コンピュータの内部に作成し解析・処理することによって進める設計」となっている。
3次元の作業の場合でも、数値の精密さの必要がないコンピュータゲームや映画やアニメーションなどの制作関係の事柄については「3DCG」を参照。
概要 CAD自体はコンピュータを使用して設計や製図をするシステムであり、製図作業や図面作成が時間はかかるが正確に処理できること、編集が容易であること、データ化、ソフト間の互換性があること、10年程度の学習期間で技術修得が可能になる等の利点があるとされるが、大きく分けて汎用型と専用型があり、汎用型は図面を模様として細かく描くことを最大の目的とし、あらゆる図面を描くことができる。しかし、積算までは単独ではできない。専用型はある特定の分野における省力化・迅速化を目的としている。
その後、コンピュータ上のデータを下流の生産工程で有効活用するためにCAMChang, T. C., & Wysk, R. A. (1997). Computer-aided manufacturing. Prentice Hall PTR.Sundar, S., Selwyn, S. T., & Elanchezhian, C. (2005). Computer aided manufacturing. Firewall Media.、コンピュータ支援検査など、逆に上流で強度や振動などを解析するためにCAEなどの技術が開発提供されChang, K. H. (2016). e-Design: computer-aided engineering design. Academic Press.Chang, K. H. (2014). Product design modeling using CAD/CAE: the computer aided engineering design series. Academic Press.Raphael, B., & Smith, I. F. (2003). Fundamentals of computer-aided engineering. John Wiley & Sons.、これらを EDPS/MIS米花稔. (1968). EDPS の集約的浸透と広域的展開: MIS と情報産業 (経営機械化システ ムの諸研究). 経営機械化叢書, 10, 1-18.Laudon, K. C., & Laudon, J. P. (1999). Management information systems. Prentice Hall PTR.Laudon, K. C., & Laudon, J. P. (2015). Management information systems. Upper Saddle River: Pearson.といった情報処理システムと統合して CIMSという概念に発展したDudenhoeffer, D. D., Permann, M. R., & Manic, M. (2006, December). CIMS: A framework for infrastructure interdependency modeling and analysis. In Proceedings of the 2006 winter simulation conference (pp. 478-485). IEEE.。
CADによって、設計作業においては、以下のように効率化や正確さの向上がなされた。 繰り返し図形をコピーで作れるので効率的に作図可能。また、類似図面の作成が容易 コンピュータが持つデータから寸法を記入するため、単純な寸法ミスを無くせる 設計途中での寸法や面積の測定により、手計算の手間を省ける 設計したデータはプロッターに出力するので、細部まで正確な描画が可能
一方、電気系ではプリント基板のパターンを効率良く設計するためのシステムが、半導体産業では集積回路のフォトマスクを設計するためのシステムが開発された。また、電気回路の動作シミュレーションのためのシステムなどを加えて電気系CADの分野が生まれ、後に EDAという言葉が使われるようになったLavagno, L., Scheffer, L., & Martin, G. (Eds.). (2006). EDA for IC implementation, circuit design, and process technology. CRC Press.Scheffer, L., Lavagno, L., & Martin, G. (Eds.). (2018). EDA for IC system design, verification, and testing. CRC Press.Birnbaum, M. (2004). Essential electronic design automation (EDA). Prentice Hall Professional.。
市販のCADは一般的に毎年のようにバージョンアップが存在し、その度にアプリ本体とWindows OSの高額なライセンス料や高価な業務用グラフィックスカードの買い替えが発生するため、中小企業にとっては大きな痛手でもある。仮にバージョンアップをしなかった場合、数年後のバージョンでは現在の保存形式がサポートされないなど、かなり強引な販売手法を使う企業も少なからず存在する。また、官公庁や元請けにお墨付き（指定）のCADも存在し、下請けはなかなか他のCADに変更できないなどの問題もある。近年では電子納品におけるSXFへのファイル形式統一、Jw_cadやFreeCADのような無償で利用できる汎用CADの登場により多少は緩和されているFalck, B., Falck, D., & Collette, B. (2012). Freecad [How-To]. Packt Publishing Ltd.。
CADの種類 各分野用に各種のCADが用意されている。 機械用CAD（メカCAD） 建築用CAD 建築設備用CAD 土木用CAD 電気用CAD（回路用CAD、基板用CAD） 半導体分野 - 半導体回路設計の分野では、単なる形状設計に留まらなくなりEDAと呼ばれることが多い。半導体の製造分野ではTCADという用語があるが、このTは技術を意味する英語「」で、CADというよりは他の分野におけるCAEの範囲に近い。 その他、熱解析用、電磁波解析用等の専用のCADがある。 服飾デザイン、配管、橋梁などの分野にも専用のCADがある。
機械用CAD（メカCAD） 内部的にデータが2次元 で表現されているものを2次元CAD(2DCAD)と呼び、表示上では、立体を正面図・側面図・平面図等の平面図形として表示・操作する。内部的にデータを3次元 で表現するものを3次元CAD(3DCAD)と呼び、ディスプレイモニターなどの表示デバイスで陰影などを付け、3次元的に表示・操作する。内部的には2次元プラス高さ情報で表現されて、表示上3次元CADに似た表示をするものを2.5D（または2+1/2次元）と呼ぶ場合がある。
2次元 一般的な2次元グラフィックソフトウェアのデータを大別すると、主に線分要素で表示するベクトルデータ（ベクタ形式）と、ビットマップ画像で表示するラスタ形式とに分けることができる。作図ソフトとしての2次元CADでは、ごく簡易なものを除いてベクトルデータによる。ベクトルデータは、2次元では始点から終点を示す 、3次元では のような座標値で線分要素を表現する。
2次元CADが機械製図図面の電子化の位置づけであるのに対して、3次元CADでは3次元形状をデータモデルとして正しく表現することが要求される。すなわち対象の頂点や辺、面などの連節を位相構造として表現すること、辺や面に対応する幾何要素の形状が数学的に厳密に定義されていること、その上で立体同士の和、差、積などの集合演算を実施できること、などである。このような3次元CADのデータ構造は と呼ばれる。
3次元 3次元CADは、業務で用いる対象と取り扱える形状要素のタイプと価格帯により、ハイエンド、ミッドレンジなどに種類分けされる。
ハイエンドCADでは、自動車・航空機他、強い意匠性が求められる民生品の設計に用いられ、特に自動車の車体・部品はDassault Systems社のCATIA 、PTC社のPTC Creo Parametric（旧：Pro/ENGINEER）Chang, K. H. (2020). Mechanism Design and Analysis Using PTC Creo Mechanism 7.0. SDC Publications.、Siemens PLM Software社のNXの3製品でシェアを寡占している。
ミッドレンジCADでは、家電製品・一般OA製品などの分野で、量産前の試作回数を減らす目的での普及がめざましく、SolidWorks社のSolidWorksAkin, J. E. (2010). Finite element analysis concepts: via SolidWorks. World Scientific.Lombard, M. (2018). Mastering SolidWorks. John Wiley & Sons.Lombard, M. (2011). SolidWorks surfacing and complex shape modeling bible (Vol. 485). John Wiley & Sons.、オートデスク社のInventorTickoo, S. (2017). Autodesk inventor professional 2018 for designers. CADCIM Technologies.がシェアの大部分を確保している。また、一方で工作機械・生産設備、専用機など意匠性よりも性能・精度・開発期間が重要視される分野でのミッドレンジCADも普及期に入りつつあり、富士通(子会社のデジタルプロセス社)製のICAD/SXが国産のミッドレンジ3次元CADとして有名である小柴稔. (2010). ICAD/SX のカスタマイズによる機械・設計装置の自動設計 (特集 導入効果を引き出す 3 次元 CAD カスタマイズ技法). 機械設計, 54(7), 30-33.。
近年、ラピッドプロトタイピングである3Dプリンタの小型・低価格が進みEvans, B. (2012). Practical 3D printers: The science and art of 3D printing. Apress.、ミッドレンジ3Dプリンタの普及とともに、上記のミッドレンジ3DCADソフトウェアやRobert McNeel & Associates社のRhinoceros 3Dなどの普及が製造業を中心に急速に進み、様々な用途で使われているBachman, D. (2017). Grasshopper: Visual Scripting for Rhinoceros 3D. Industrial Press, Inc..。
クラウドベースのCADのOnshapeやAutodesk Fusion 360も登場したCoward, C. (2019). A Beginner's Guide to 3D Modeling: A Guide to Autodesk Fusion 360. No Starch Press.Willis, J., & Dogra, S. (2018). Autodesk Fusion 360: A Power Guide for Beginners and Intermediate Users. CreateSpace Independent Publishing Platform.。
ボーイング777は、史上初めて機体の全設計を3次元機械系CADによって行なったことでも知られている。
ソフトウェア モデリング NURBSへの変換 パラメトリック (ヒストリー) ダイレクト (ノンヒストリー) クラスAサーフィス コンセプト (細分化曲面) T-スプライン メッシュから 細分化曲面から CATIA Freestyle OptimizerやCATIA ICEM Shape Design Center (ICM)もある。またCATIA 5R16まではAutomotive Class-A (ACA)/Automotive Class-A Optimizer (ACO)が存在した。更なるデザイン・エクセレンスをもたらすCATIA V5-6R2016 Dassault更なるデザイン・エクセレンスをもたらすCATIA V5-6R2016 DassaultCATIAソリューション V5R16での一部製品のプログラムサービス終了の発表 IBM 2005年11月30日 更なるデザイン・エクセレンスをもたらすCATIA V5-6R2016 Dassault Systemes Siemens NX Siemens NX 9 Debuts with Increased Productivity engineering.com 2013年10月22日 About subdivision modeling Autodesk 以前はAlias SpeedFormがTスプラインに対応していたもののディスコンとなった。 Fusion 360 Fusion 360でダイレクトモデリングとパラメトリックモデリングを切り替える方法 Autodesk 2020年4月3日 PTC Creo Organic shape modeling with PTC Creo Parametric Freestyle 3D CAD WORLD 2012年6月11日 Solid Edge サブディビジョン・モデリング シーメンス Rhinoceros 3D 以前はサードパーティー製プラグインにRhinoParametrics社製のRhinoParametricsやBricsys製のRhinoWorksが存在した。 以前はサードパーティー製プラグインにVSR Shape Modelingが存在したものの、開発元のVSRがAutodeskに買収され開発終了となった。Autodesk Acquires Delcam, VSR Technology Digital Engineering 24/7 2013年11月8日The future of Autodesk plug-ins for Rhino Autodesk 2016年11月17日 3D News: Rhinoceros 7 for Mac and Windows—Now Shipping Architosh 2021年1月13日Rhinoceros 3D 6以前はサードパーティー製プラグインのClayooが必要であった。
ソフトウェア モデリング 製造 可視化 板金設計 ジェネラティブデザイン CAM 付加製造 レンダリング VR CATIA Siemens NX Generative design - Optimize shapes to achieve design goals シーメンス Additive Manufacturing with NX シーメンス 2017年 Computational Design Autodesk 2021年1月18日 Alias Concept、Alias Surface、その他の Alias 製品 Autodesk Fusion 360 Fusion 360 Now Has Sheet Metal Digital Engineering 24/7 2017年8月30日 Autodesk RaytracerベースUnbundled Flame shines at NAB GraphicSpeak 2016年5月5日 PTC Creo 買収したFrustumの技術を使用「Creo 7.0」はジェネレーティブデザインやリアルタイム流体解析、マルチボディ設計など注目機能が盛りだくさん (1/4) ITmedia 2020年4月24日 Solid Edge Additive manufacturing solutions シーメンス KeyShot in Solid Edge makes 3D rendering easy シーメンス Rhinoceros 3D
クラスAサーフィス
自動車や航空機などのハイエンドの製品には曲率の連続性を保つが使われている。クラスAサーフィスにはCATIAやSiemens NX、、Autodesk AliasTickoo, S. (2010). Learning Autodesk Alias Design 2010. CADCIM Technologies.などが対応している。
コンセプトモデリング CADで一般的に使われているNURBS曲面でのモデリングには様々な制限が存在しているため、コンセプトモデリングの段階では精度の問題があるものの3DCGで一般的に使われているポリゴンの細分化曲面（サブディビジョンサーフェス、SubD）Cashman, T. J. (2012, February). Beyond Catmull–Clark? A survey of advances in subdivision surface methods. In Computer Graphics Forum (Vol. 31, No. 1, pp. 42-61). Oxford, UK: Blackwell Publishing Ltd. が使われることもある。
細分化曲面に対応するCADソフトウェアとしてはAbout subdivision modeling Autodesk、CATIA（Imagine & Shape機能）、PTC Creo（Freestyle機能）、NX（Realize Shape機能）、Altair Inspire Studio（旧：solidThinking Evolve）、Solid Edge 2021以降Solid Edge 2021 Adds Subdivision Modeling, an AI UI, and More engineering.com 2020年7月15日、Rhinoceros 3D 7以降などが存在する。CADソフトウェアに細分化曲面モデリングを追加するプラグインもある（SolidWorks用プラグインのPower Surfacingなど）。
またコンセプトモデリングではMayaなどのアニメーションやシミュレーションの強い3DCGソフトウェアも使われており『How to Design Cars Like a Pro』 P.148 Tony Lewin、Ryan Borroff 2010年11月6日 Using Autodesk Maya for Concept Modeling in the Automotive Industry Autodesk 2012年、3DCGソフトウェア用の細分化曲面からNURBS曲面へと変換するプラグインやソフトウェアも存在している（Rhinoceros 3D 7以降のToNURBS機能、IntegrityWare製のPower SubD-NURBSなど）。
なおNURBS曲面と互換性がありながら細分化曲面のように扱えるT-スプライン曲面も存在しており、これにはFusion 360が対応している（以前はSolidWorksおよびRhinoceros 3D用のT-スプラインプラグインが存在したYes, Autodesk is Finally Ending T-Splines SolidSmack 2016年12月12日ほか、T-スプラインに対応するAlias SpeedFormもあった自動車のコンセプトデザインは「Maya」から「Alias SpeedForm」へ (1/2) ITmedia 2015年4月14日Alias SpeedForm and Alias Design discontinued Autodesk 2019年6月20日）。
リバースエンジニアリング
Cyborg3D MeshToCAD、QUICKSURFACE、XTract3D（SolidWorks向け）などが存在する。
ジェネレーティブデザイン
トポロジー最適化など。Rhinoceros 3DのGrasshopper、Fusion 360のGenerative Design Extension、Revit 2021以降The Future of Generative Design: Autodesk on Architecture and Machine Learning ArchDaily 2020年4月28日、PTC Creo 7以降などが存在する。建築と製品の両方に使われている。
電気用CAD
電気用CADでは機械用CADと連携できるものが増えており、Autodesk Inventorとの連携が可能なAutoCAD ElectricalTickoo, S. (2017). AutoCAD Electrical 2018 for Electrical Control Designers. CADCIM Technologies.、Fusion 360内蔵のElectronics Design機能（買収したを統合）Autodesk adds on to Fusion 360 with electronics design GraphicSpeak 2020年1月30日Fusion 360にAutodesk EAGLEが追加されました Autodesk 2020年1月10日、SolidWorksとの連携が可能なSolidWorks Electrical、Solid EdgeアドオンのSolid Edge Wiring & Harness Design（買収したメンター・グラフィックスの「Capital」を統合メカエレ連携を促進 - シーメンスが「Solid Edge 2019」の提供を開始 マイナビ 2018年6月19日）およびSolid Edge PCB Design などが存在する。
建築用CAD 建築分野では、建物や構造物などの建築物の立体を平面図・立面図・断面図、あるいは透視図等の図面として表現し、それにより建築物を製作＝施工していくことになる。技術者の専門領域に応じて、意匠、構造、設備などの図面群が存在し、それらの図面を作成するソフトウェアを建築CADと呼ぶ。図面は設計行為の成果物であるが、建築CADのレベルも製図をするだけのものから、より専門的な検討、解析、シミュレーションなどを含んだ高度なレベルまで存在することになる。
汎用CAD 基本機能は機械用CADに準ずるが、建築向けの機能を付加している。Jw_cad、VectorWorksAllen, K. L. (2020). Vectorworks for Entertainment Design: Using Vectorworks to Design and Document Scenery, Lighting, Rigging and Audio Visual Systems. Routledge.、AutoCADOmura, G. (2012). Mastering AutoCAD 2013 and AutoCAD LT 2013. John Wiley & Sons.、DRA-CADなどが日本の建築分野でよく利用されている。 Jw_cadや、Jw_cadとの互換性を謳うNijiCADが純粋な2次元CADであるのに対し、VectorWorks、AutoCAD、DRA-CAD等は、3次元モデルを作成するモデリング機能が搭載されている。
導入コストの安さから手軽に利用できる反面、レイヤーや線種等の作図ルールを使用者個人、企業、あるいはプロジェクト毎で自由に決めることが出来てしまうため、後述するBIMに見られるような、建設のライフサイクルや社会資本としての図面データの一元化や再活用に対応できず、結果、全体としての効率や生産性は低い。
BIM（Building Information Modeling)