2.2二维参数化的可用性 当然,如果把问题降低为:生成和管理专业设计中使用的、参数化的二维标准件图形库,情况真的就好多了,因为这类问题的数据结构是有限而且确定的。适合这样做的题目有很多,例如:组合机床设计、夹具设计、量具设计等等。实践证明,这样的思路是正确的,现场使用效果也很好。最令人可惜得是,这种观点至少提出来有八年了,没有见到那个开发商认真地做出来。就连合格(我说的合格,可不只是辅助绘图)的GB常用标注件库你都找不到。如果再换一个角度看二维参数化,也就是进行“二维专业设计整套图参数化生成”,就会有另外一番天地。由于这样的需求范围窄(比如装配工具设计中的棘轮扳手总图和有关零件图),数据相对确定,就有可能很实现“用几个关键设计尺寸驱动全套设计图”。如果这样的程序都是由对这个设计很熟悉的工程师亲自动手或者直接指导下写的,还很容易达到具有专家经验的高级设计水平。在一汽的许多设计部门,这样的专业软件正在继续生成和普遍使用,有效地提高了设计效率,减少了差错,提高了设计质量。可见,二维图形参数化这个技术模式,有她的用武之地,并且已经取得了明确的效果。但是,这是一种“检索设计”的设计工具,对于新产品开发,则力所不及。
2.3设计还是绘图 CAD技术的目标究竟是什么?这是一个有很长历史、涉及到了一些领导者和权威们的争论:“究竟什么是CAD的D,是Drawing还是Design”?设计中肯定要生成二维工程图,但这是设计全过程的一小部分,是工程师最熟悉,也是困难最少的部分,并不是最需要有人帮一把的部分。所以CAD的D应当是Design。为什么这个问题长期以来争论不休?主要原因有: 1〉参加这个讨论的人,现场设计能力和设计经验到底怎样?真的都是有经验的成熟设计师吗?还是机械专业毕业,但从没有独立做过成套设计的准工程师? 2〉微机CAD软件是较幼稚的系统,其能力较弱,事实上老版本的AutoCAD确实只会画二维图形。由于我国科普工作做得相当差,新知识传播通道太少,工程师在职进修的机会也相当少。 3〉增值软件开发商手中的主要开发者是缺乏工程设计经验的大学生,说不清设计过程究竟是怎样的。可别小看这个“设计经验”,在这上边失之毫厘,在她编写的软件中就会谬之千里。最近出版的一本大学机械制图教科书,还在教给学生如何用C语言编程,驱动绘图机绘制直线、圆和简单的几何图样。在这样的教材教导下的大学生,不要说设计经验,连基本概念都有问题。 4〉机械设计是各种设计中最麻烦,最不容易规范的,似乎能作得成的事也就是画二维工程图。 5〉不少应用技术的推广者或者培训教师也没有真正搞清这个问题,自己也是设计经验不足,以其昏昏,如何能使人昭昭。设计,有两种主要模式:创成设计和检索设计。只有以创成设计为主的条件下,才是我们自己的产品开发设计模式,才具有市场竞争力,才有明确的经济效益。而检索设计主要是在已经成熟的设计方案基础上的提高,这是工装类设计的最主要模式。完成创成式设计的辅助,才是使用CAD系统的方向,才是具有明确经济效益的方式。从传统设计过程来说,确实有抄图的成分,但最主要的工作内容是创建一个新的二维表达。比如说设计一根磨床主轴,在一开始构思时,自然说不清有几段台阶,各自多长,只是有了一个粗略的概念,很可能在以后的设计过程中,这个初始概念下的参数,被修改得面目全非。等到了设计快结束时,这根轴的参数才明确下来,才能建立正式的二维工程图。因此,在一般设计中,总要经过方案草图、装配草图、零部件图、正式总装图、正式零件图…这样的几轮绘图工作,很少有画完了零件图或装配图就完事大吉的情况。因此说二维图形参数化的方法是辅助制图而不是辅助设计。而对于一个机械工程师来说,绘制二维工程图是他的看家本领,要不要用计算机辅助真是无所谓。从这个意义上讲,用图板还是用计算机,没有本质区别。但,AutoCAD这个软件在二维图处理上,具有独特的、极强的几何设计功能,精度也极可靠。如果将AutoCAD作为有限设计数据库来使用,在掌握了操作技巧或者用不太复杂的程序辅助一下,就能解决许多解析法难以解决的工程数据求解或是专业设计模拟这样真正的CAD需求,有效地提高设计质量。如果要在二维图形中真正进行辅助设计,这个CAGD模式确实是一条路子。比如笔者在1989年作为主设计研制的“圆形分布多轴钻削动力头CAD系统”软件,就将工程师六天的工作量减少到了半天。按设计任务单所列参数,输出六个数据就进入自动设计成图过程。在实用考核中取得了设计结果免检的信誉。这是在AutoCADR9中完成的工作。可见,建立二维设计数据库,在二维绘图范围内也是很有应用潜力的。 分页 3.从三维开始设计是必然趋势
3.1三维设计还二维设计 人在设计零件时的原始冲动是三维的,是有颜色、材料、硬度、形状、尺寸、位置、相关零件、制造工艺等等关联概念的三维实体,甚至是带有相当复杂的运动关系的三维实体。只是由于以前的手段有限,人们不得不共同约定了在第一象限(美国是第三象限)平行正投影的二维视图表达规则,用有限个相关联的二维投影图表达自己的三维设想。这种表达信息是极不完整的,而且绘图、读图要经过专门训练人进行,以便“纠正”人类头脑中原始的、关于几何形体表达的“错误”。如果能直接以三维概念开始设计,在现有的软件支持下,这个模型至少有可能表达出设计构思的全部几何参数,整个设计过程可以完全在三维模型上讨论,对设计的辅助就很容易迅速扩大的全过程,设计的全部流程都能使用统一的数据,这是发达国家CAD的今天,也是我们明天的微机CAD。从三维开始的设计,二维工程图的表达仍然要遵守传统设计的要求,因为加工、装配现场还不可能安装计算机系统。这样,支持软件必须有从三维生成二维工作图,并双向关联的能力;为了能在设计中配凑和修改尺寸形状,支持软件又必须有三维实体全面尺寸约束和特征修改能力。这样才有可能建立充分而完整的设计数据库,并以此为基础,进一步进行应力应变分析、制件质量属性分析、空间运动分析、装配干涉分析、NC控制可加工性分析、高正确率的二维工程图生成、外观色彩和造型效果评价、商业广告造型与动画生成等一系列的需求都能充分满足,这才是对设计全过程的有效的辅助,这才是有明确技术效益和经济效益的CAD。如果做到了这一点,传统的以二维工作图为主的设计资料管理将变成三维设计数据的保存和管理,而工科大学的机械制图课就可以大幅度删砍,尽量保留学生的三维原始概念,二维工程图的画法也应随之大幅度简化。在我国,近期内实现波音777那样的全数字化设计还不可能,但是在机械系统实施从三维概念开始的、基于微机的CAD是条件具备的,可以指望解决传统设计中前文所列的难点。这样作肯定会明显提高设计的质量,随之而来的是提高设计的速度。
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