2.3 設(shè)計(jì)還是繪圖
    CAD技術(shù)的目標(biāo)究竟是什么？這是一個(gè)有很長歷史、涉及到了一些領(lǐng)導(dǎo)者和權(quán)威們的爭論：“究竟什么是CAD的D，是Drawing還是Design”？設(shè)計(jì)中肯定要生成二維工程圖，但這是設(shè)計(jì)全過程的一小部分，是工程師最熟悉，也是困難最少的部分，并不是最需要有人幫一把的部分。所以CAD的D應(yīng)當(dāng)是Design。 為什么這個(gè)問題長期以來爭論不休？主要原因有：
    1〉參加這個(gè)討論的人，現(xiàn)場設(shè)計(jì)能力和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)到底怎樣？真的都是有經(jīng)驗(yàn)的成熟設(shè)計(jì)師嗎？還是機(jī)械專業(yè)畢業(yè)，但從沒有獨(dú)立做過成套設(shè)計(jì)的準(zhǔn)工程師？
    2〉微機(jī)CAD軟件是較幼稚的系統(tǒng)，其能力較弱，事實(shí)上老版本的AutoCAD確實(shí)只會畫二維圖形。由于我國科普工作做得相當(dāng)差，新知識傳播通道太少，工程師在職進(jìn)修的機(jī)會也相當(dāng)少。
    3〉增值軟件開發(fā)商手中的主要開發(fā)者是缺乏工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的大學(xué)生，說不清設(shè)計(jì)過程究竟是怎樣的。可別小看這個(gè)“設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)”，在這上邊失之毫厘，在她編寫的軟件中就會謬之千里。最近出版的一本大學(xué)機(jī)械制圖教科書，還在教給學(xué)生如何用C語言編程，驅(qū)動(dòng)繪圖機(jī)繪制直線、圓和簡單的幾何圖樣。在這樣的教材教導(dǎo)下的大學(xué)生，不要說設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，連基本概念都有問題。
    4〉機(jī)械設(shè)計(jì)是各種設(shè)計(jì)中最麻煩，最不容易規(guī)范的，似乎能作得成的事也就是畫二維工程圖。
    5〉不少應(yīng)用技術(shù)的推廣者或者培訓(xùn)教師也沒有真正搞清這個(gè)問題，自己也是設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足，以其昏昏，如何能使人昭昭。 設(shè)計(jì)，有兩種主要模式：創(chuàng)成設(shè)計(jì)和檢索設(shè)計(jì)。只有以創(chuàng)成設(shè)計(jì)為主的條件下，才是我們自己的產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)模式，才具有市場競爭力，才有明確的經(jīng)濟(jì)效益。而檢索設(shè)計(jì)主要是在已經(jīng)成熟的設(shè)計(jì)方案基礎(chǔ)上的提高，這是工裝類設(shè)計(jì)的最主要模式。完成創(chuàng)成式設(shè)計(jì)的輔助，才是使用 CAD 系統(tǒng)的方向，才是具有明確經(jīng)濟(jì)效益的方式。 從傳統(tǒng)設(shè)計(jì)過程來說，確實(shí)有抄圖的成分，但最主要的工作內(nèi)容是創(chuàng)建一個(gè)新的二維表達(dá)。比如說設(shè)計(jì)一根磨床主軸，在一開始構(gòu)思時(shí)，自然說不清有幾段臺階，各自多長，只是有了一個(gè)粗略的概念，很可能在以后的設(shè)計(jì)過程中，這個(gè)初始概念下的參數(shù)，被修改得面目全非。等到了設(shè)計(jì)快結(jié)束時(shí)，這根軸的參數(shù)才明確下來，才能建立正式的二維工程圖。因此，在一般設(shè)計(jì)中，總要經(jīng)過方案草圖、裝配草圖、零部件圖、正式總裝圖、正式零件圖… 這樣的幾輪繪圖工作，很少有畫完了零件圖或裝配圖就完事大吉的情況。因此說二維圖形參數(shù)化的方法是輔助制圖而不是輔助設(shè)計(jì)。而對于一個(gè)機(jī)械工程師來說，繪制二維工程圖是他的看家本領(lǐng)，要不要用計(jì)算機(jī)輔助真是無所謂。從這個(gè)意義上講，用圖板還是用計(jì)算機(jī)，沒有本質(zhì)區(qū)別。 但，AutoCAD這個(gè)軟件在二維圖處理上，具有獨(dú)特的、極強(qiáng)的幾何設(shè)計(jì)功能，精度也極可*。如果將AutoCAD作為有限設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫來使用，在掌握了操作技巧或者用不太復(fù)雜的程序輔助一下，就能解決許多解析法難以解決的工程數(shù)據(jù)求解或是專業(yè)設(shè)計(jì)模擬這樣真正的CAD需求，有效地提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。如果要在二維圖形中真正進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，這個(gè)CAGD模式確實(shí)是一條路子。比如筆者在1989年作為主設(shè)計(jì)研制的“圓形分布多軸鉆削動(dòng)力頭CAD系統(tǒng)”軟件，就將工程師六天的工作量減少到了半天。按設(shè)計(jì)任務(wù)單所列參數(shù)，輸出六個(gè)數(shù)據(jù)就進(jìn)入自動(dòng)設(shè)計(jì)成圖過程。在實(shí)用考核中取得了設(shè)計(jì)結(jié)果免檢的信譽(yù)。這是在AutoCAD R9中完成的工作。可見，建立二維設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫，在二維繪圖范圍內(nèi)也是很有應(yīng)用潛力的。#p#分頁標(biāo)題#e#

3.從三維開始設(shè)計(jì)是必然趨勢     3.1 三維設(shè)計(jì)還二維設(shè)計(jì)
    人在設(shè)計(jì)零件時(shí)的原始沖動(dòng)是三維的，是有顏色、材料、硬度、形狀、尺寸、位置、相關(guān)零件、制造工藝等等關(guān)聯(lián)概念的三維實(shí)體，甚至是帶有相當(dāng)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)關(guān)系的三維實(shí)體。只是由于以前的手段有限，人們不得不共同約定了在第一象限（美國是第三象限）平行正投影的二維視圖表達(dá)規(guī)則，用有限個(gè)相關(guān)聯(lián)的二維投影圖表達(dá)自己的三維設(shè)想。這種表達(dá)信息是極不完整的，而且繪圖、讀圖要經(jīng)過專門訓(xùn)練人進(jìn)行，以便“糾正”人類頭腦中原始的、關(guān)于幾何形體表達(dá)的“錯(cuò)誤”。 如果能直接以三維概念開始設(shè)計(jì)，在現(xiàn)有的軟件支持下，這個(gè)模型至少有可能表達(dá)出設(shè)計(jì)構(gòu)思的全部幾何參數(shù)，整個(gè)設(shè)計(jì)過程可以完全在三維模型上討論，對設(shè)計(jì)的輔助就很容易迅速擴(kuò)大的全過程，設(shè)計(jì)的全部流程都能使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)，這是發(fā)達(dá)國家CAD的今天，也是我們明天的微機(jī)CAD。 從三維開始的設(shè)計(jì)，二維工程圖的表達(dá)仍然要遵守傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，因?yàn)榧庸ぁ⒀b配現(xiàn)場還不可能安裝計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。這樣，支持軟件必須有從三維生成二維工作圖，并雙向關(guān)聯(lián)的能力；為了能在設(shè)計(jì)中配湊和修改尺寸形狀，支持軟件又必須有三維實(shí)體全面尺寸約束和特征修改能力。 這樣才有可能建立充分而完整的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫，并以此為基礎(chǔ)，進(jìn)一步進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變分析、制件質(zhì)量屬性分析、空間運(yùn)動(dòng)分析、裝配干涉分析、NC控制可加工性分析、高正確率的二維工程圖生成、外觀色彩和造型效果評價(jià)、商業(yè)廣告造型與動(dòng)畫生成等一系列的需求都能充分滿足，這才是對設(shè)計(jì)全過程的有效的輔助，這才是有明確技術(shù)效益和經(jīng)濟(jì)效益的CAD。 如果做到了這一點(diǎn)，傳統(tǒng)的以二維工作圖為主的設(shè)計(jì)資料管理將變成三維設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的保存和管理，而工科大學(xué)的機(jī)械制圖課就可以大幅度刪砍，盡量保留學(xué)生的三維原始概念，二維工程圖的畫法也應(yīng)隨之大幅度簡化。 在我國，近期內(nèi)實(shí)現(xiàn)波音777那樣的全數(shù)字化設(shè)計(jì)還不可能，但是在機(jī)械系統(tǒng)實(shí)施從三維概念開始的、基于微機(jī)的CAD是條件具備的，可以指望解決傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中前文所列的難點(diǎn)。這樣作肯定會明顯提高設(shè)計(jì)的質(zhì)量，隨之而來的是提高設(shè)計(jì)的速度。#p#分頁標(biāo)題#e#

    3.2 只有三維設(shè)計(jì)才是真正意義上、創(chuàng)成設(shè)計(jì)的CAD
    許多二維參數(shù)化軟件商告訴我，有了二維參數(shù)化，你可以隨心所欲地修改零件的形狀和尺寸，完成設(shè)計(jì)更新，這多么好啊。可我從來不敢相信這樣的觀點(diǎn)。修改零件的尺寸是很容易的，問題是我怎么敢改。要敢改，起碼必須進(jìn)行力學(xué)分析，否則這個(gè)連桿斷了怎么辦？我們這些學(xué)工的人，都完整地學(xué)了理力和材力，經(jīng)過了三、五年的設(shè)計(jì)工作后，你的這些知識還剩多少？不經(jīng)常使用的知識就會忘記，不經(jīng)常使用的原因不是不需要，而是太麻煩：作一根軸的彎扭組合校核還算湊合，你把發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋分析一下試試。設(shè)計(jì)質(zhì)量提不高，許多問題出在這個(gè)分析上。看到國外的設(shè)計(jì)小巧輕薄，而我們的同類設(shè)計(jì)傻大黑粗，剛度反而不好，原因誰都會說：材料沒有用到關(guān)鍵的地方。哪里是最需要材料的關(guān)鍵部位？找不到這個(gè)部位，設(shè)計(jì)仍然是傻大黑粗。可見，應(yīng)力應(yīng)變分析在CAD中是極其重要的內(nèi)容。只有三維設(shè)計(jì)，才有可能組建進(jìn)行有限元分析的原始數(shù)據(jù)，進(jìn)而進(jìn)行零件幾何形狀的優(yōu)化設(shè)計(jì)。否則就是傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法：進(jìn)行多次的臺架試驗(yàn)甚至樣機(jī)考核試驗(yàn)，成本之高、周期之長，是現(xiàn)代市場經(jīng)濟(jì)無法容忍的。 機(jī)會對每個(gè)設(shè)計(jì)師都是公平的，在需求確定之后，誰先設(shè)計(jì)出來、誰先制造成功，誰就會有市場，有經(jīng)濟(jì)效益。常有這樣的情況，按國外造型的一次性打火機(jī)，我們再制造一個(gè)，注塑完成后，一眼就看出來不一樣。為什么？你的注塑模具沒有放出足夠的局部收縮量。在這個(gè)問題上，傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)毫無辦法。 在裝配狀態(tài)下討論零件設(shè)計(jì)，使每個(gè)工程師都有的夢想。二維設(shè)計(jì)只能在局部上勉強(qiáng)做到，而三維設(shè)計(jì)必然能實(shí)現(xiàn)這個(gè)夢想。

    3.3 能直接進(jìn)入三維設(shè)計(jì)嗎
    有一個(gè)類似的討論，我們現(xiàn)在的電子類專業(yè)大學(xué)教學(xué)，是半導(dǎo)體原理講起，之后是二極管、三極管、單管放大、復(fù)合放大、小規(guī)模集成電路… 這樣的順序講硬件。然后從二進(jìn)制、各種進(jìn)制的轉(zhuǎn)換、機(jī)器指令、到一般程序設(shè)計(jì)… 這樣的順序講軟件。這里強(qiáng)調(diào)的是個(gè)“體系”。于是，學(xué)生在校期間很難接觸到最新的軟件技術(shù)，要想接觸最新技術(shù)，目前可能要在學(xué)校學(xué)十年，將來技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，十五年也不一定畢業(yè)。因?yàn)?ldquo;體系”太龐大了，要不怎么叫知識爆炸呢。 實(shí)際上，計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)完全沒有必要從二進(jìn)制學(xué)起。一個(gè)完全不知道怎樣將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制的人，照樣能用好計(jì)算機(jī)。因?yàn)橛?jì)算機(jī)應(yīng)用的目的就是“將我們已知如何做的事情自動(dòng)化”，而十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制，是早就已知如何做了的，早就自動(dòng)化了的，用戶已經(jīng)不必知道和介入這個(gè)過程了。如果計(jì)算機(jī)不能越來越多地接過人類已經(jīng)確認(rèn)的工作過程，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，就不會有越來越多的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)投入使用。 因此，計(jì)算機(jī)軟件應(yīng)用特色是：利用軟件提供的功能，根據(jù)你的題目要求，完成想做的事情。至于軟件內(nèi)部究竟是怎樣完成的，沒有必要去操心。只要你真的明確自己要做什么（實(shí)際上這也不容易）。在軟件應(yīng)用上來說，軟件能力有多強(qiáng)，你的應(yīng)用結(jié)果就有多好，完全不必象在大學(xué)那樣，從二進(jìn)制學(xué)起。 可見，跳過二維工程繪圖軟件應(yīng)用階段，直接從三維設(shè)計(jì)開始，完全沒有問題。當(dāng)然，在三維建模中要用到的二維圖線生成技術(shù)，還是必須掌握的。 對于一個(gè)成熟的設(shè)計(jì)師來說，進(jìn)入三維設(shè)計(jì)最大的障礙不是軟件應(yīng)用技術(shù)，而是自己的思考方法。由于多年來習(xí)慣于二維工程圖表達(dá)，習(xí)慣于讀圖中一系列規(guī)則的使用，對于描述三維模型上各個(gè)特征的類型和相互關(guān)系，從思考方法上已經(jīng)生疏。在這一方面，甚至不如一個(gè)新畢業(yè)的大學(xué)的生接受能力。把自己的思維模式“返樸歸真”，是一個(gè)必須經(jīng)歷的過程。恢復(fù)人類本能的三維模型描述，并不算困難，如果在一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的教師引導(dǎo)下，會很快達(dá)到要求。#p#分頁標(biāo)題#e#