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         緒論（2）
      3 怎樣有效地使用CAD軟件？
    前面羅列了現(xiàn)狀和筆者的分析。筆者認(rèn)為，我們的一切對策應(yīng)當(dāng)以此為基礎(chǔ)，才會是可行的方案。 解決我們自己的問題，這就是出路。而首先是觀念問題。 但無論如何，CAD軟件是一個(gè)重大的技術(shù)進(jìn)步，對于提高我們的設(shè)計(jì)質(zhì)量、設(shè)計(jì)能力、設(shè)計(jì)效率，起到了前所未有的推動(dòng)作用。所以我們才要使用這種技術(shù)方法。
     3.1 從一種典型的觀念說起
有相當(dāng)多的人在研究，如何在CAD軟件中創(chuàng)建漸開線齒輪，為了能“看一看”，至少已經(jīng)聽到幾十次這樣的說法，就是：僅僅是為了 完成造型，好看。
   筆者曾經(jīng)明確地指出，這是一個(gè)普遍的CAD軟件的應(yīng)用誤區(qū)。
   不是不能完成齒輪，實(shí)際上能相當(dāng)精確地完成齒輪造型。這里的關(guān)鍵是“為什么要這樣做，做完之后又想怎樣”。如果說“看一看”，似乎找一個(gè)真的齒輪零件，拍一張數(shù)碼照片看著更好。
  天下沒有“僅僅為了”的事情，每一件事情都有它的前因后果。對于CAD 技術(shù)中的原始模型的創(chuàng)建（包括AutoCAD中的二維圖線）， 當(dāng)然更沒有“僅僅為了”的事情。
  從二維CAD技術(shù)來說：設(shè)計(jì)總要繪圖，是迫不得已。因?yàn)橐粋�(gè)工程師無法記住自己的設(shè)計(jì)（哪怕是較簡單）中的全部細(xì)節(jié)，圖形表達(dá)就是唯一可能的方法。
  這些圖首先是給設(shè)計(jì)者自己看：為了記住、研究和配湊設(shè)計(jì)自己的構(gòu)思。其次是給別的工程師看，為了互相討論交流，共同合作完成設(shè)計(jì)；最后是為了給制造者看，為了將設(shè)計(jì)意圖在制造車間變成實(shí)際零件。
  可見，我們繪制工程圖，實(shí)際上是設(shè)計(jì)思維的表達(dá)手段，從來也沒有“僅僅是為了繪制這個(gè)圖”的可能。
   時(shí)至今日，軟件已經(jīng)有了質(zhì)的飛躍，但是在多數(shù)用戶那里，一提起CAD，人們?nèi)匀幌认氲酱媸止だL圖，而不是有效的全面輔助設(shè)計(jì) 。
  許多機(jī)械設(shè)計(jì)部門的領(lǐng)導(dǎo)問我，過去我們用紙繪圖，現(xiàn)在用計(jì)算機(jī)了，這兩者有什么不同？從設(shè)計(jì)過程來看，真的沒多少不同。在紙 上不好辦的事，現(xiàn)在仍然不好辦；圖紙畫得規(guī)范、漂亮，而設(shè)計(jì)質(zhì)量卻沒有提高多少；僅從繪圖來看，提高了一些效率，可考慮到軟硬件的投資，日常消耗品的投資，這點(diǎn)效率似乎很不夠，你很難說清楚這筆投資的回收期多長，能否在系統(tǒng)技術(shù)折舊到期之前有盈利 ... 所以，僅僅是計(jì)算機(jī)輔助繪圖，并不能夠提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，解決技術(shù)創(chuàng)新中的關(guān)鍵問題。
   使用CAD軟件之前要有兩個(gè)基本的標(biāo)準(zhǔn)：我用這個(gè)東西，要解決什么問題？怎樣評估我要解決的問題是否已經(jīng)解決？否則就是相當(dāng)盲目的。
   回到一開始的討論，在CAD軟件中創(chuàng)建齒輪，既不必進(jìn)行裝配嚙合仿真，也沒有必要用什么軟件進(jìn)行這種嚙合過程的應(yīng)力分析。我曾經(jīng)與一位研究生爭論過這個(gè)問題。他說想用這種方法研究漸開線蝸輪副的嚙合過程干涉。我說：“您有這樣的信心么？就是說，你能夠在CAD軟件的支持下，找到經(jīng)典的齒輪設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中的漏洞么？”。結(jié)果是清楚的：不能。那您還做齒輪干什么！
  如果是用來做“演示”，那就完全是另外一回事了。即便在AutoCAD中也能很好地完成，因?yàn)樗械妮嘄X的輪廓都可以簡化為圓��！
  什么原因？因?yàn)閷Ψ交旧喜恢馈霸O(shè)計(jì)”的含義，雖然他可能作了多年的工程師。其中的客觀條件是，我國的設(shè)計(jì)部門，多數(shù)處于照抄、照搬洋人的設(shè)計(jì)結(jié)果，而很少自己搞產(chǎn)品開發(fā)，因此對設(shè)計(jì)的理解和設(shè)計(jì)能力都比較差。
  實(shí)際上，這種觀念認(rèn)為，CAD 軟件只不過是一些二維或三維的電子圖板，也只能做一些代替原來的手工繪圖，做些“形狀表達(dá)”之類的事情。究竟CAD軟件會對我們的設(shè)計(jì)有什么樣的輔助作用？已至于某大學(xué)與CAD技術(shù)密切相關(guān)的教授，認(rèn)為我們公司上千人在進(jìn)行CAD軟件研發(fā)，是難以理解的事情，并認(rèn)為“CAD軟件還有什么可寫的呢？不是都寫完了么？”
   這就要從設(shè)計(jì)的過程和計(jì)算機(jī)軟件的基本概念開始討論。
     3.2 計(jì)算機(jī)軟件和數(shù)據(jù)庫
   所有的計(jì)算機(jī)軟件都是“數(shù)據(jù)庫”。
   一談到數(shù)據(jù)庫，人們就會聯(lián)想到dBase、Access之類的軟件，就象一說到CAD，想到的就是“電腦繪圖”一樣。這確實(shí)是相當(dāng)普遍的現(xiàn)象。普遍，不見得正確。普遍如果不正確，就有必要討論了。
   計(jì)算機(jī)的軟件有沒有非數(shù)據(jù)庫一類的呢？沒有，全都是數(shù)據(jù)庫。
   因?yàn)槟壳坝?jì)算機(jī)能夠處理的任何東西，都是、也僅僅是可以數(shù)字化表達(dá)的東西，除此之外的東西，計(jì)算機(jī)都不會處理，所以我主張別把計(jì)算機(jī)稱為“電腦”，計(jì)算機(jī)與“腦”的差別何止千萬里。
  只能處理數(shù)據(jù)，這就是目前我們使用的計(jì)算機(jī)的性能。就是說，要想在軟件中處理某物：
  必須有表達(dá)此物的方案（數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）、
  必須有存放此物的容器（數(shù)據(jù)庫）、
  必須有操作此物的工具（處理方法）、
  必須有填充數(shù)據(jù)的方法（輸入功能）、
  必須有結(jié)果表達(dá)的處理（輸出功能）?
  這是一般的道理。所以，所有的計(jì)算機(jī)軟件都必須有數(shù)據(jù)庫功能，就是順理成章的當(dāng)然的結(jié)果了。
  再看實(shí)際的軟件，從操作系統(tǒng)到游戲，無一不是以數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)處理為核心功能的，只是外在表象上，不見得直接說自己是數(shù)據(jù)庫（也沒有必要這樣說）。相比之下，CAD軟件必須有更高級的數(shù)據(jù)庫作為基礎(chǔ)設(shè)施。
  作為數(shù)據(jù)庫，根據(jù)其具體容納的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之不同，數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)關(guān)系之不同，分成許多專用類型。作為CAD軟件的底層，除了要具有常見數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之外，還必須帶有幾何圖形數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，因?yàn)檫@是它要處理的主要對象。這是超出一般數(shù)據(jù)庫的地方。為了能精確表達(dá)幾何數(shù)據(jù)，CAD 軟件的數(shù)據(jù)表達(dá)精度一般都能超過十萬分之一毫米。
  作為數(shù)據(jù)的輸入，一般數(shù)據(jù)庫是直接（文件或者鍵盤）輸入原始數(shù)據(jù)。而CAD軟件的幾何數(shù)據(jù)庫，就必須有良好的、容易掌握的、足夠精度的方法，輸入用戶的數(shù)據(jù)，這就是一系列的繪圖功能和圖形狀態(tài)下的交互操作界面。而生成圖線的過程，就是在填充這個(gè)圖線的幾何數(shù)據(jù)庫的紀(jì)錄，這是必須具備的圖形輸入。這又是超出一般數(shù)據(jù)庫的地方。
  作為數(shù)據(jù)提取，一般數(shù)據(jù)庫是以某些關(guān)鍵字之類的代碼進(jìn)行檢索。而對于CAD軟件，這樣的檢索功能就太單調(diào)了，因此，CAD 軟件數(shù)據(jù)庫的檢索功能相當(dāng)復(fù)雜和完美，例如：指定圖線的透視顯示影像，也能找出關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)庫記錄，就像我們用手指點(diǎn)一個(gè)物體，與他人進(jìn)行交流一樣，而且這種功能還在繼續(xù)豐富和提高。這也是超出一般數(shù)據(jù)庫的地方。
  總之，任何一個(gè)CAD軟件，其數(shù)據(jù)庫從結(jié)構(gòu)到功能，在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)處理方面，都超出了那些通用的數(shù)據(jù)庫軟件。當(dāng)然，對于一般數(shù)據(jù)庫所具有的，CAD軟件也是必須具有的基礎(chǔ)功能。
  這是一個(gè)重要的基本估計(jì)。就是說，使用CAD軟件的原因，就是因?yàn)槟軌蚪⒑褪褂帽容^完整的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫。
    3.3 設(shè)計(jì)表達(dá)的數(shù)字化
  設(shè)計(jì)，是一種人類大腦所特有的創(chuàng)造性過程，決不是“電腦”所能理解或掌握得了的技術(shù)。以前為了表達(dá)和記憶自己的設(shè)計(jì)思維，不得不借助工程圖；而現(xiàn)在，也有可能借助軟件，使用三維模型進(jìn)行了。
  但無論如何，對這些表達(dá)的建立和結(jié)果的解釋，還必須由經(jīng)過專業(yè)訓(xùn)練、成熟的工程師（人）進(jìn)行。大量的設(shè)計(jì)構(gòu)思，需要在這樣的解釋下才能展開和討論。可見，圖形與數(shù)據(jù)之間，需要人的介入、記憶、解釋，才能真正有用。這就是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中對于“設(shè)計(jì)構(gòu)思圖形化”的處理規(guī)則。
前邊說到，計(jì)算機(jī)不能處理沒有被數(shù)字化的東西。而傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的表達(dá)方法卻不是這種數(shù)字化的東西。如果是直接按照傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的習(xí)慣使用CAD軟件，會因?yàn)殡x不開“具體某人的解釋”，就會出現(xiàn)許多困難，也就是說，并沒對設(shè)計(jì)過程有多大的提升作用：
  例如：就是經(jīng)過幾個(gè)人的審校，漏標(biāo)尺寸的事仍時(shí)有發(fā)生。而且設(shè)計(jì)師在這個(gè)設(shè)計(jì)中獨(dú)創(chuàng)的地方越多，審校的人對這個(gè)設(shè)計(jì)的構(gòu)思越熟悉，漏尺寸、漏圖線就越難防止。正是：不識廬山真面目，只緣身在此山中。
  例如：最基本的設(shè)計(jì)過程中，基于裝配關(guān)系的、各個(gè)結(jié)構(gòu)之間的配湊，需要人進(jìn)行把握，稍有不慎，就會在現(xiàn)場裝配中出錯(cuò)，于是，就需要重新設(shè)計(jì)和制造。
  例如：設(shè)計(jì)的更新與修改問題。傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)是一錘子買賣。如果要更新或修改，就要重新繪圖，一般規(guī)定不可以打補(bǔ)�。ǘ鄶�(shù)設(shè)計(jì)部門是這樣要求的）。尤其是多視圖零件，在修改設(shè)計(jì)時(shí)，零件的表達(dá)和它的有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)無法完全放在一起，當(dāng)然也沒有直接的關(guān)聯(lián)，這些技術(shù)資料的保存和更新都十分麻煩。雖然二維圖形在AutoCAD中有較方便的修改方法，但是由于是對表達(dá)“圖線”的修改而不是對設(shè)計(jì)“概念”的修改，仍然是相當(dāng)麻煩，相當(dāng)不可靠的。
  例如：設(shè)計(jì)工程管理問題。這里所說的是對設(shè)計(jì)的管理，不僅僅是對圖紙的管理。我們一些CAD用得好的單位，已經(jīng)有幾千個(gè)DWG文件，而且在繼續(xù)增多。這些文件中除了圖形信息外，還會有大量的設(shè)計(jì)參數(shù)等非圖形信息，它們按裝配層次關(guān)系有一種復(fù)雜而有序的關(guān)聯(lián)。能否將傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的管理模式用在CAD中？
   原因是因?yàn)樵谑褂肅AD軟件的過程中，您完全沒有準(zhǔn)備在二維/三維構(gòu)造過程中表達(dá)充分的原始設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，也沒有對設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)和使用，進(jìn)而使設(shè)計(jì)構(gòu)思的“數(shù)字化”。
  要知道，傳統(tǒng)的二維工程圖表達(dá)本來就不是設(shè)計(jì)構(gòu)思的完整表達(dá)，也不是設(shè)計(jì)構(gòu)思的真實(shí)表達(dá)。這樣的圖樣必須由經(jīng)過專業(yè)訓(xùn)練的人（熟記表達(dá)規(guī)則）才能讀懂，數(shù)據(jù)的提取必須由讀圖的人按照許多規(guī)則進(jìn)行解釋，他才能了解繪圖人的意思。
  在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，按照“CAD軟件不僅僅能繪圖，更是有效的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫，因此必須做到設(shè)計(jì)構(gòu)思的數(shù)字化表達(dá)”這樣的觀點(diǎn)進(jìn)行軟件使用，將盡量完整的設(shè)計(jì)構(gòu)思記入CAD軟件的數(shù)據(jù)庫之中，將這些數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系描述清楚? 就可能解決上述問題。這就是說，在所有的CAD 軟件使用過程中，應(yīng)當(dāng)始終以“構(gòu)建和使用設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫”的基本概念操控軟件，就能產(chǎn)生源于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)、高于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，切實(shí)發(fā)揮CAD軟件支持能力的好結(jié)果。這就必然涉及到參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)。
在CAD軟件的專業(yè)應(yīng)用上，一直存在兩種相當(dāng)不同的技術(shù)風(fēng)格。
  以真實(shí)零部件為參照，在幾何構(gòu)成范圍內(nèi)討論，以“像”為標(biāo)準(zhǔn)的、筆者稱為“造型派”；以“是”為標(biāo)準(zhǔn)的、筆者稱為“設(shè)計(jì)派” 。
  筆者屬于“設(shè)計(jì)派”。
  “造型派”認(rèn)為：只要看起來象，創(chuàng)建的方法是否合理，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)怎樣構(gòu)建都無所謂。例如：造型派們甚至可以使用CorelDraw生成二維機(jī)械工程圖，用3DSMax生成三維機(jī)械模型，并認(rèn)為這沒什么不對勁的地方。造型派也用參數(shù)，但主要目標(biāo)是使結(jié)果“看著像”，而不是為了設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的正確表達(dá)。因此，他們用Inventor/MDT或其他三維軟件，最終結(jié)果經(jīng)常處在欠約束的狀態(tài)，也不認(rèn)為基于裝配的參數(shù)關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)有多大的意思。例如：他們要求軟件要能夠?qū)崿F(xiàn)600零件的裝配。想想看，600個(gè)零件，誰能在一張裝配圖上表達(dá)600個(gè)零件的裝配關(guān)系？別的不說，600個(gè)零件的明細(xì)表可怎樣才能鋪開？！
  “設(shè)計(jì)派”則認(rèn)為：看起來象是必然，因?yàn)槲业哪Ｐ褪峭耆_的。但是，整個(gè)的模型必須有充要的參數(shù)驅(qū)動(dòng)、裝配關(guān)聯(lián)和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表達(dá)。最基本的要求是：在設(shè)計(jì)參數(shù)的范圍內(nèi)，模型不會被“拉散”、“扭曲”，而且能夠根據(jù)設(shè)計(jì)配湊的需要進(jìn)行方便的修改調(diào)整和后期的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的提取。因此設(shè)計(jì)派認(rèn)為用CorelDraw生成工程圖是無法理解的荒唐做法，也不可能在一個(gè)裝配模型中處理600個(gè)零部件，一定是多層次分級裝配而成。
  兩種風(fēng)格的關(guān)鍵分歧，是對“設(shè)計(jì)”兩個(gè)字的理解和專業(yè)設(shè)計(jì)能力的高下。
  另外，這個(gè)“參數(shù)化/變量化設(shè)計(jì)”并不是CAD軟件帶給我們的新設(shè)計(jì)模式，僅僅是對傳統(tǒng)設(shè)計(jì)過程的提煉和抽象，為的是能夠?qū)⑽覀兊脑O(shè)計(jì)過程在計(jì)算機(jī)軟件中處理。當(dāng)然，這可絕不是“電子圖版”和“電腦繪圖”這種概念下的結(jié)果了。
     3.4 繪圖/建模是設(shè)計(jì)構(gòu)思的工具，而不是設(shè)計(jì)的結(jié)束
  CAD 的D 是“設(shè)計(jì)”，而不僅僅是“繪圖”或者“建�！�，這一點(diǎn)對于“設(shè)計(jì)派”的讀者是十分清楚的。D的過程中，會發(fā)生許多困難，我們當(dāng)然想有人A 我們一下。而現(xiàn)在，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)和軟件技術(shù)的飛速發(fā)展，C可能就是A我們進(jìn)行D的人。這就是CAD技術(shù)。
  我們發(fā)現(xiàn)，無論是何種CAD軟件，最基本的功能就是構(gòu)建二維或三維的模型，為什么呢？因?yàn)檫@是CAD軟件的及格線。一個(gè)CAD系統(tǒng)，無論是二維還是三維，其主要部分大致應(yīng)當(dāng)包括下述內(nèi)容：
 ◆幾何構(gòu)成的創(chuàng)建、修改、保存等功能，幾何模型數(shù)據(jù)庫。
 ◆專業(yè)設(shè)計(jì)支持功能。
 ◆非幾何模型數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫，以及這些數(shù)據(jù)的管理功能。
  可見，繪圖、建模，是設(shè)計(jì)的起點(diǎn)和輔助手段。認(rèn)為工程圖繪制或者三維模型的表達(dá)完成，設(shè)計(jì)就結(jié)束了，這顯然是極其錯(cuò)誤的。
    下面就是幾個(gè)關(guān)鍵概念：
    3.4－1 什么是“設(shè)計(jì)”？
  設(shè)計(jì)，創(chuàng)建、策劃、構(gòu)思之謂也。設(shè)計(jì)是個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的、只有經(jīng)過專業(yè)訓(xùn)練的、有一定天賦的人腦才能實(shí)現(xiàn)的過程，設(shè)計(jì)中各個(gè)相關(guān)要素（在裝配下的零件、在零件上的結(jié)構(gòu)、在結(jié)構(gòu)中的形狀和尺寸?），在設(shè)計(jì)全過程中要反復(fù)調(diào)整、配湊，這是設(shè)計(jì)全過程中始終存在的動(dòng)作。
作為整個(gè)設(shè)計(jì)過程，大概的約束條件，按重要性排列：
 ◎滿足功能要求：完全實(shí)現(xiàn)這個(gè)機(jī)器設(shè)計(jì)之前提出的工藝要求。
 ◎?qū)崿F(xiàn)操作自動(dòng)化：條件容許的情況下，實(shí)現(xiàn)更多的自動(dòng)化機(jī)制。
 ◎足夠的可靠性：整體機(jī)器的壽命和動(dòng)作可靠性，能將材料合適地用到該用的地方。
 ◎良好的可加工性：各個(gè)零件的工藝性要好，利用現(xiàn)有工藝環(huán)境能可靠地制造、裝配。
 ◎良好的人-機(jī)關(guān)系和可操作性：要實(shí)現(xiàn)舒適的、順暢的操作。
 ◎合適的、漂亮的外觀：包括形狀、結(jié)構(gòu)、顏色?
  一個(gè)通俗的例子：計(jì)算機(jī)專用桌椅。設(shè)計(jì)的原始條件是兩個(gè)來源：統(tǒng)計(jì)學(xué)基礎(chǔ)上的人和現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)。
 根據(jù)人體結(jié)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)學(xué)尺寸，確定了椅子坐面高410mm，桌子面高700mm，這是最舒服的尺寸。
  根據(jù)具體計(jì)算機(jī)的尺寸，確定了放鍵盤的部位不少于750mmx250mm；17”顯示器，距鍵盤外沿為450mm，因此桌子的面積至少是750mmx800mm.
  之后要進(jìn)入詳細(xì)設(shè)計(jì)，完成結(jié)構(gòu)、外觀、裝配關(guān)系、工藝方法、材質(zhì)、顏色? 還要考慮可維護(hù)性如何、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析結(jié)果如何、可加工性如何、受力狀態(tài)如何? 最后才能產(chǎn)生裝配工程圖和零件工程圖，投入試制。試制的結(jié)果還要給設(shè)計(jì)許多反饋，設(shè)計(jì)還要進(jìn)一步修改，這才是第一輪設(shè)計(jì)的結(jié)束。
  您可以看看自己的計(jì)算機(jī)操作用的桌椅，它是不是一個(gè)正確設(shè)計(jì)過程的產(chǎn)物？我敢預(yù)測，多數(shù)不是。因?yàn)槎鄶?shù)計(jì)算機(jī)桌椅，不是那些熟悉計(jì)算機(jī)使用的人設(shè)計(jì)出來的，尤其是放鍵盤的位置，多數(shù)沒有想到計(jì)算機(jī)上還有一個(gè)重要的、比鍵盤使用率還高的鼠標(biāo)器！可見，一個(gè)設(shè)計(jì)可決不是學(xué)會了繪圖、建模的人，就能夠圓滿完成的。
  從需求、到大致結(jié)構(gòu)、到具體零部件、到完成最終結(jié)構(gòu)，這就是設(shè)計(jì)的基本過程。所以，能不能很好地支持自頂向下的創(chuàng)成設(shè)計(jì)構(gòu)思，是評價(jià)CAD軟件能力的主要指標(biāo)。
    3.4－2 設(shè)計(jì)的大概內(nèi)容以及與工藝的關(guān)系
  設(shè)計(jì)的過程，就是策劃、構(gòu)想所設(shè)計(jì)對象的制造、裝配、使用等等細(xì)節(jié)，將他們從設(shè)想變成可以實(shí)施的結(jié)果方案�？梢姡粋�(gè)設(shè)計(jì)師，必須清楚地知道所設(shè)計(jì)對象的工藝、裝配、動(dòng)作? 細(xì)節(jié)，并據(jù)此設(shè)計(jì)出它的最終形狀、大小、材質(zhì)等參數(shù)，如果不清楚，則必須通過討論、配湊、請教，甚至中間試驗(yàn)，把它搞清楚。這是基本的條件。
  并不是能想明白的東西都能完成設(shè)計(jì)，關(guān)鍵在于“工藝”。不能實(shí)現(xiàn)的、或者很難實(shí)現(xiàn)的設(shè)想，最終都不能成為設(shè)計(jì)結(jié)果。
  一個(gè)產(chǎn)品，當(dāng)然要銷售到用戶手中，這樣，設(shè)計(jì)構(gòu)思的最后結(jié)果就是公開的了。按說，只要測繪完成，誰都能達(dá)到同樣的設(shè)計(jì)，按人家這個(gè)設(shè)計(jì)方案制造同樣的產(chǎn)品（除了專利保護(hù)的限制）。
  但是，測繪完成，只是明確了零件的幾何形狀和它們的結(jié)構(gòu)關(guān)系，能不能像原廠家那樣成批的、可靠地、成本合理地做出來，可就不那么簡單了。這就是工藝問題。這就是在參觀某工廠時(shí)，產(chǎn)品可以隨便看，可是車間卻有幾個(gè)不讓看、或者飛速掠過的原因，因?yàn)槟抢锸顷P(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)。
尼龍是什么年代發(fā)明的？尼龍襪子的價(jià)格是怎樣迅速下滑的？還不是工藝問題。
  空心等壁厚的鋼球，作為軸承的滾動(dòng)體，具有大預(yù)加載荷、高承載能力、高精度的特點(diǎn)，這個(gè)設(shè)想早已完成。為什么不成為設(shè)計(jì)，去生產(chǎn)呢？空心鋼球的制造工藝沒解決。
  在CAD軟件的輔助下，能不能明顯提高用戶的工藝知識和能力呢？不能。實(shí)際上現(xiàn)在我們看到的CAPP軟件，都只是“計(jì)算機(jī)輔助工藝編輯”，并沒有真正的工藝設(shè)計(jì)的味道。當(dāng)然，在Inventor中，有可能做工藝參數(shù)的求解，但這并不是工藝方法的創(chuàng)建。
  在CAD軟件的使用中，對工藝知識的要求怎樣？應(yīng)當(dāng)是更為嚴(yán)格。不知道零件的制造和安裝工藝，甚至不能正確地建立有效的零件模型和裝配模型。
  設(shè)計(jì)與工藝的關(guān)系怎樣把握，是在CAD應(yīng)用中“造型派”和“設(shè)計(jì)派”風(fēng)格最明顯的不同點(diǎn)。對于任何CAD 軟件（Inventor也是），在利用它進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)當(dāng)時(shí)時(shí)刻刻與制造工藝關(guān)聯(lián)起來。例如：打了個(gè)孔，想的是：鉆-鉸加工；開了個(gè)槽，想的是：圓柱銑刀銑槽?這樣，設(shè)計(jì)的味道才比較濃烈，結(jié)果才更有意義。
  因此，“看著像”將不是問題，“實(shí)際上是”則可能完滿地做到。
  可以說：設(shè)計(jì)就是模擬加工、模擬裝配。
  設(shè)計(jì)過程中，自始至終充滿了“假如...因此...于是...”這樣的思維推理過程。就是說，實(shí)際上工程師是在腦子里模擬自己設(shè)計(jì)的東西未來的樣子。可見，一個(gè)不懂相關(guān)的工藝、測量、裝配、調(diào)試技術(shù)的工程師，無法進(jìn)行真正的設(shè)計(jì)，至少不能完成優(yōu)秀的設(shè)計(jì)。
  于是：“你怎么設(shè)計(jì)，我怎么測量；你怎么測量，我怎么加工；你怎么加工，我怎么造型”，就成為粗略的規(guī)則。反過來說，設(shè)計(jì)方案的確定，就必須與被設(shè)計(jì)對象未來的加工、測量、裝配過程緊密相關(guān)，不可脫節(jié)。
  于是：在CAD軟件中盡量完整地再現(xiàn)這樣的思維過程，甚至因此出現(xiàn)了各種專門的“仿真”軟件，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行過去生產(chǎn)現(xiàn)場才能完成的過程? 這種目標(biāo)成為CAD 系列軟件永恒的追求，這就是學(xué)術(shù)界講的“虛擬設(shè)計(jì)”的主要意思。
  于是：我們就設(shè)法在現(xiàn)有的軟件功能基礎(chǔ)上，盡可能多地實(shí)現(xiàn)這種“再現(xiàn)”、或者說規(guī)則的對應(yīng)。眼前能夠解決的，也是最需要解決的，就是“基于裝配的關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)”。
  而這“恰好”是Inventor的最具特色的功能。
   3.4－3 參考書的負(fù)面影響
  筆者在工科學(xué)校教了20年的機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)課，認(rèn)為我國的工科大學(xué)教育相當(dāng)失敗，許多學(xué)生已經(jīng)畢業(yè)了，還是沒真正嘗過設(shè)計(jì)的味道是什么，因?yàn)樗麄冊谛Ｆ陂g從來沒有真正“設(shè)計(jì)”過；他們的老師，多數(shù)也沒做過真正的設(shè)計(jì)；教科書內(nèi)容更是陳舊過時(shí)。
  這樣，CAD軟件相關(guān)參考書，就是他們畢業(yè)之后不得不重新“學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)”的主要“助手”之一。筆者清楚地看到，目前可以找到的這類書籍，無論是AutoCAD、MDT、Pro/E、MasterCAM、I-DEAS還是UG，雖然書名也說是《xxx設(shè)計(jì)》，可是多數(shù)的書，通篇竟無一例是設(shè)計(jì)，作者也說不出來為什么要這樣做這個(gè)模型，哪怕是作者稍微交待一下設(shè)計(jì)原始條件和設(shè)計(jì)要求的實(shí)現(xiàn)過程也好呀。
  個(gè)別的，書中竟然毫無機(jī)械零件設(shè)計(jì)的味道，甚至作者連什么是齒輪都搞不清楚。如果這樣的書成為當(dāng)前CAD類圖書的主流，對讀者可能的負(fù)面作用當(dāng)然是相當(dāng)大的。
  筆者吃驚地看到，不少CAD軟件自己的“官方”教程，所介紹的內(nèi)容竟然同樣充斥著某些錯(cuò)誤的基本概念，以及對自己編寫的軟件用法的很不確切、很不合理的解釋，并帶有許多可能誤導(dǎo)用戶的“范例”。
  平心而論，這種現(xiàn)象責(zé)怪出版商是不公平的，他們怎么能有足夠的知識，識別書中內(nèi)容的問題？說實(shí)在的，要怪、還就應(yīng)當(dāng)怪讀者,賣得好的書當(dāng)然會大量出版。誰讓您拼命買這些爛書來著？
至于作者，有經(jīng)驗(yàn)的人沒時(shí)間寫書（也有寫書的收入太少的原因）、有空寫書的人許多是沒有設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的人。這也是一個(gè)無奈。
  寫出合用的CAD技術(shù)的書，實(shí)在是一件很辛苦的、很困難的事情。
    3.4－4 零件可能被單獨(dú)設(shè)計(jì)出來么？
  這是個(gè)簡單而有趣的問題，也是個(gè)有效地評測您設(shè)計(jì)概念的問題。
  您的回答是什么？
  筆者的回答是：絕對不能。即使是標(biāo)準(zhǔn)件的螺絲釘。因?yàn)�，從來沒有任何零件可能被“單獨(dú)”使用的，而任何零件被設(shè)計(jì)出來的唯一目的就是“與相關(guān)結(jié)構(gòu)一起被使用”。
  例如：無把手的喝水用的紙杯子。
  沒有見過直徑200mm的這種設(shè)計(jì)，因?yàn)椴豢赡苜u出去。杯子是與人手“裝配使用”的零件，因此設(shè)計(jì)時(shí)需要按照人類手和嘴的統(tǒng)計(jì)大小設(shè)計(jì)杯子的主要尺寸和形狀�？梢�，必須與相關(guān)零件配合進(jìn)行的設(shè)計(jì)，才可能是正確的，這是任何設(shè)計(jì)師都應(yīng)當(dāng)理解和掌握的常識。
  同理，無論使用什么樣的CAD系統(tǒng)，使用中都必須始終把握“基于裝配的關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)”這樣一種基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和流程。至于人與軟件各自負(fù)擔(dān)多大比例的這種關(guān)聯(lián)控制，隨軟件的能力而不同。甚至連AutoCAD這樣的二維軟件中，也能在相當(dāng)大的程度上實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。
由于CAD軟件提供的功能的不同和算法的限制，這樣的關(guān)聯(lián)可能由使用者控制、可能用數(shù)據(jù)表控制、也可能基于某軟件提供的某功能實(shí)現(xiàn)? 但無論如何，獨(dú)立的零件設(shè)計(jì)是不可能實(shí)現(xiàn)的，除非您是“描圖員”，照著已經(jīng)設(shè)計(jì)好的底子抄圖，或者照著已經(jīng)設(shè)計(jì)好的底子建模。這不是“設(shè)計(jì)”。
  在“抄圖”的基礎(chǔ)上討論任何技術(shù)方法，實(shí)際上都沒有意義。因?yàn)槌瓐D不是設(shè)計(jì)。但是，確實(shí)有些使用者，照著已有的設(shè)計(jì)圖紙做了所有的零件模型，之后把它們堆砌在一起，做成看起來很像的機(jī)器，認(rèn)為自己已經(jīng)在三維設(shè)計(jì)了。甚至某些軟件銷售商，也把這樣的范例作為自己軟件功能優(yōu)秀的證據(jù)。這實(shí)在是很可悲的現(xiàn)象。
  總之，設(shè)計(jì)的全過程必須是、也總是以“裝配中的關(guān)聯(lián)關(guān)系”為基礎(chǔ)進(jìn)行的。
    3.4－5 為什么必須實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)？
  設(shè)計(jì)過程粗略地講，是一個(gè)不斷配湊的過程，雖然結(jié)果的表達(dá)是工程圖或者三維模型，而實(shí)質(zhì)上還是“一系列設(shè)計(jì)參數(shù)的關(guān)聯(lián)”。 如：螺旋槳的安裝孔與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸之間的設(shè)計(jì)關(guān)聯(lián)，就是以輸出軸作為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，對孔做關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)。
  如果我們有辦法在CAD軟件中建立這種關(guān)聯(lián)，就有可能在系列設(shè)計(jì)中，一旦更換了發(fā)動(dòng)機(jī)，螺旋槳上的相關(guān)結(jié)構(gòu)就能自動(dòng)更新，完全避免了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中可能的錯(cuò)誤。這就是參數(shù)化設(shè)計(jì)模式的出發(fā)點(diǎn)，也就是對實(shí)際設(shè)計(jì)思維的比較完整的表達(dá)。
  筆者想明確強(qiáng)調(diào)，這種“關(guān)聯(lián)”，不是某些CAD軟件所帶來的“新的設(shè)計(jì)思維”，而不過是把工程師設(shè)計(jì)過程共性的規(guī)則“模擬實(shí)現(xiàn)”而已，在可處理的數(shù)據(jù)上能更精確、在幾何模型關(guān)系上也越加接近完整。
  您得先是一個(gè)設(shè)計(jì)師，然后才能真正理解CAD。至少因此可以理解“不能單獨(dú)設(shè)計(jì)出一個(gè)零件”這個(gè)基本的道理。
    3.4－6 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫的作用？
  既然是“關(guān)聯(lián)”的設(shè)計(jì)過程，所關(guān)聯(lián)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，就必然需要一個(gè)“庫”來存放。這就是所有CAD 軟件中都存在的、結(jié)構(gòu)豐富的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫的作用。這就有可能突破傳統(tǒng)工程圖設(shè)計(jì)表達(dá)，因此也會有許多“新”的、源于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)、高于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)方法。
  即使有了完整的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫技術(shù)，設(shè)計(jì)過程也不可能脫離工程師的智慧。不同的是，需要人做記憶和分析的問題會逐漸減少，更多的、有規(guī)則可循的事情將逐漸轉(zhuǎn)給軟件去處理；騰出來的思維空間，用作更大規(guī)模的創(chuàng)造。
  無論如何，有了設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫的概念，至少會解決這樣一個(gè)問題：一個(gè)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，只要一個(gè)人說一次。在CAD技術(shù)使用不當(dāng)?shù)挠脩裟抢铮粋�(gè)數(shù)據(jù)常常是幾個(gè)不同部門的人分別說幾次。別的不談，這幾個(gè)同名數(shù)據(jù)的差別，誰去檢查？誰去認(rèn)定？誰去協(xié)調(diào)？因此，設(shè)計(jì)結(jié)束，制造結(jié)束，在裝配時(shí)才發(fā)現(xiàn)不對了?
  由于不同的CAD 軟件，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫的規(guī)模和能力之不同，人需要操心的事情也不同。例如：AutoCAD/MDT/Inventor三者，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫的性能逐漸提高，人需要操心的事情逐漸減少，都能在很大的程度上完成基于裝配的關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)，而且人在使用中的思路完全是相同的 。
    3.4－7 設(shè)計(jì)需求與CAD 軟件的能力
  設(shè)計(jì)過程的結(jié)束，是在所有零件都被確認(rèn)的時(shí)候，標(biāo)志是所有零件工程圖、機(jī)器總裝配圖、設(shè)計(jì)說明書、零件的制造工藝和機(jī)器的裝配工藝也都已經(jīng)被確認(rèn)；新設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的動(dòng)作可靠性也確認(rèn)?
設(shè)計(jì)的操作有幾大塊：幾何設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)。
   幾何設(shè)計(jì)：基于裝配關(guān)系，進(jìn)行形狀、結(jié)構(gòu)、大小、配合? 幾何參數(shù)或者類似幾何數(shù)據(jù)的工程數(shù)據(jù)的確定。這是CAD軟件都具有的能力。因?yàn)閿?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，可能實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)表達(dá)也會不同。
  結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：這不是CAD 軟件能夠解決的問題，這是人的創(chuàng)造性才能解決的問題。但是CAD 可以協(xié)助人，做出幾何范疇內(nèi)的表達(dá)和一般的動(dòng)作模擬。
  工藝設(shè)計(jì)：基于幾何形狀和工況，進(jìn)行材料、熱處理、加工可實(shí)現(xiàn)性、安裝可實(shí)現(xiàn)性、工藝結(jié)構(gòu)等參數(shù)的確定。一般的CAD系統(tǒng)，工藝設(shè)計(jì)能力較差。在其它軟件的協(xié)助下，也僅僅能夠在個(gè)別的參數(shù)選擇上進(jìn)行輔助。
  因此，目前的CAD系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)果仍然是不完整的，而傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的過程并不能夠完全接過來�？梢�，即使在高級的CAD系統(tǒng)支持下完成了設(shè)計(jì)，仍然需要修改或調(diào)整。而這種修改或調(diào)整，常常是以某個(gè)零件為切入點(diǎn)。
  這就是說，即使在后期設(shè)計(jì)調(diào)整中，基于裝配的關(guān)聯(lián)關(guān)系，仍舊十分關(guān)鍵。
  另外的需求是CAD-CAM，比例雖然不大，也是很典型的。這種需求與一般的設(shè)計(jì)不同，是為了給后邊的CAM準(zhǔn)備數(shù)據(jù)。這時(shí)的三維模型，其原始設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)來自真正設(shè)計(jì)的結(jié)果，但是相當(dāng)偏重于“造型”。這種造型也不是“僅僅為了”，也有基于裝配的味道。這里的裝配，是模型與CAM系統(tǒng)之間的裝配，與CAM系統(tǒng)現(xiàn)有條件之間的裝配。
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