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| 緒論（3） |
| 4. 二維設(shè)計和三維設(shè)計 在二維參數(shù)化軟件前景不甚明確的背景條件下，基于特征的三維參數(shù)化/變量化軟件開始進(jìn)入設(shè)計領(lǐng)域。 人在設(shè)計零件時的原始沖動是三維的，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)動關(guān)系的三維實(shí)體。如果能直接以三維概念開始設(shè)計，在現(xiàn)有的軟件支持下，這個模型至少有可能表達(dá)出設(shè)計構(gòu)思的全部幾何參數(shù)，整個設(shè)計過程可以完全在三維模型上討論，對設(shè)計的輔助就很容易迅速擴(kuò)大到全過程，設(shè)計的全部流程都能使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)。 這樣就有可能比較容易地建立充分而完整的設(shè)計數(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、商業(yè)廣告造型與動畫生成等一系列的需求都能充分滿足，是對設(shè)計全過程的有效的輔助，是有明確效益的CAD。 三維設(shè)計的好處已經(jīng)很確實(shí)了，Inventor或其他同類軟件的實(shí)施過程中，都能體會得到。對于創(chuàng)成設(shè)計，三維設(shè)計模式幾乎是最為合理的了。 但是，從現(xiàn)場實(shí)際設(shè)計需求討論，似乎還有些問題，而這些問題同樣是在實(shí)施過程中發(fā)生的，這些將提醒我們冷靜地思考未來的方向和我們的對策。 4.1 工程師的“再學(xué)習(xí)”問題。 任何軟件都不可能完全按照使用者的想法做事情，人和軟件功能的相互整合、雙方現(xiàn)有規(guī)則的 對應(yīng)，是使用軟件必然的、永恒的主題。這個過程隨著軟件的越來越先進(jìn)、人的技術(shù)準(zhǔn)備越來越充分，也會越來越短，但不會是零。 在三維軟件的培訓(xùn)和實(shí)施中，表面看的結(jié)果，并不是所有的工程師都能理解和掌握三維設(shè)計方法。比起二維設(shè)計軟件的掌握，合格的人數(shù)大打折扣。這就是“再學(xué)習(xí)”的過程的難度所致。 對于一個成熟的設(shè)計師來說，進(jìn)入三維設(shè)計最大的障礙不是軟件應(yīng)用技術(shù)，而是自己的對設(shè)計表達(dá)的方法。由于多年來習(xí)慣于二維工程圖表達(dá)，習(xí)慣于一系列規(guī)則的使用，對于描述三維模型上各個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，甚至不如一個新畢業(yè)的大學(xué)生的接受能力。 把自己的思維模式“返樸歸真”，是一個必須經(jīng)歷的過程。 在表達(dá)方法上解決了之后，適應(yīng)軟件的規(guī)則是另一個問題。人的想法需要經(jīng)過軟件的相關(guān)功能實(shí)現(xiàn)，如果軟件沒有提供直接對應(yīng)的功能，就需要“按照”軟件之可能，拐它幾個彎完成。這也是一種“再學(xué)習(xí)”的過程，這一點(diǎn)始終在干擾我們有效地使用三維軟件。 無法使軟件設(shè)計師完全理解某專業(yè)工程師的思路，所以總有些矛盾。由于軟件提供的功能不夠“專業(yè)”，用起來就有些摸不著頭腦，整合過程也是“再學(xué)習(xí)”。 再學(xué)習(xí)的過程很漫長，以至于一些三維軟件的高手，在碰到具體問題時，也得一試再試。同樣的問題，在二維設(shè)計中就相對簡單而明確。 必須再學(xué)習(xí)的根本原因是，目前的三維軟件還不能做到與工程師設(shè)計規(guī)則完全一致。這種現(xiàn)象恐怕要在相當(dāng)長的時間內(nèi)存在。軟件設(shè)計者對設(shè)計過程理解的程度、算法核心所提供的能力、表面程序可實(shí)現(xiàn)性、有效而正確地抽象工程師的設(shè)計思維? 這些可不是短期內(nèi)能解決的。另外，“隔行如隔山”，軟件工程師在理解專業(yè)設(shè)計思維上的障礙，真是很不容易突破，我可是多次體會到了。 平心而論，在軟件的使用過程中，前期常常是人在與軟件“斗法”，這里確實(shí)有人的想法不正確的問題，主要原因是設(shè)計能力問題；而更多的是軟件功能和算法的限制（這種限制將永遠(yuǎn)存在）。 這本書中的許多討論，就是在解決這些限制，使讀者在與軟件斗法的過程中，能順利一些。 4.2 掌握軟件應(yīng)用技術(shù)的效率問題 基于傳統(tǒng)二維設(shè)計的軟件很容易掌握，因?yàn)檫@是一些基于已有的、都已經(jīng)熟練掌握的機(jī)械制圖和畫法幾何知識，軟件規(guī)則與人的現(xiàn)有規(guī)則大多數(shù)是符合的。而三維軟件就不行了，大量的新的規(guī)則，與人的現(xiàn)有規(guī)則并不完全一致，怎樣結(jié)合已有知識掌握好這些新的規(guī)則？ 掌握軟件的效率，對用戶來說有個限度。過長，結(jié)果就是放棄，這樣的實(shí)例很多。再學(xué)習(xí)的過程越長，掌握軟件的效率就越低。對于Inventor，其容易學(xué)會的程度實(shí)在是目前最好的。 容易學(xué)會的前提是，這個軟件的規(guī)則，比較多地與工程師現(xiàn)有規(guī)則直接對應(yīng)。而界面是什么風(fēng)格，并不是主要的問題。從MDT和Inventor的比較看，因?yàn)镸DT不像Inventor那樣將對應(yīng)功能整合起來，從一個操作入手，因此，學(xué)起來也就明顯不如Inventor那樣痛快。 但是，就像傻瓜相機(jī)和專業(yè)相機(jī)的不同，MDT可以在高水平的用戶手中，借助自己的專業(yè)設(shè)計程序，搞出許多相當(dāng)專業(yè)的功能，而Inventor做到這一點(diǎn)，目前的狀態(tài)下可就要難一些了。 筆者經(jīng)常這樣比喻：學(xué)用Inventor很像學(xué)習(xí)下圍棋。 圍棋的規(guī)則很容易掌握，在交叉點(diǎn)上下子、有氣就能留下、沒氣就被提走、勝負(fù)看各自所占地盤的大小? 也就用一天，正常智力的人對這些規(guī)則就能掌握了、就能下棋了。但是，想成為高手，可是不容易。而且高手與低手之間的差別極其巨大，甚至被高手讓了9個子，也還是要輸。 什么結(jié)果說明我們真正用好了Inventor？標(biāo)準(zhǔn)很有趣： 您在Inventor中作設(shè)計的時候，已經(jīng)基本上“感覺不到”它的存在，就像您在生活中感覺不到您自己正常的心臟的存在一樣。 4.3 實(shí)際設(shè)計的效率問題 同樣的設(shè)計，需要用多少時間在軟件中完成？對于創(chuàng)成設(shè)計，三維設(shè)計效率較高；而對于檢索設(shè)計，二維設(shè)計效率較高�？傊�，工程師越熟悉的設(shè)計，二維設(shè)計的效率就越高。因?yàn)樵S多細(xì)節(jié)不需要再次配湊，結(jié)論已經(jīng)很清楚了，設(shè)計數(shù)據(jù)的構(gòu)建和表達(dá)也很明晰。 另外，三維表達(dá)，對于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，就相當(dāng)難以察看。這不是工程師的習(xí)慣問題，而是目前還沒有真正“三維顯示”的技術(shù)，我們在三維軟件中看到的是三維物體在二維平面上的投影。在二維表達(dá)中，就好得多了，畢竟是我們十分熟悉的規(guī)則。 Inventor的出眾的顯示表達(dá)功能，使得她在眾多三維軟件中顯得更為優(yōu)秀。 4.4 尺寸與形狀問題 從目前的已有軟件功能看，參數(shù)化的過程以建立和使用驅(qū)動尺寸為主要內(nèi)容之一。但是，究竟怎樣理解“尺寸”與“形狀”的關(guān)系呢？ 在人的設(shè)計思維中，所有的尺寸大小數(shù)據(jù)來自于相同的源：形狀。在傳統(tǒng)設(shè)計過程中，所有的尺寸都是對形狀的注釋，是說明形狀的具體數(shù)據(jù)。因此，即使是在設(shè)計草圖中，也要標(biāo)注一些關(guān)鍵尺寸，因?yàn)閳D線不太準(zhǔn)確（即使比較準(zhǔn)確，也測量不準(zhǔn)）。 如果我們認(rèn)識到CAD軟件可能構(gòu)造設(shè)計數(shù)據(jù)庫，而且有足夠的精度（誤差小于十萬分之一毫米）， 就會相信自己在CAD軟件中創(chuàng)建的形狀是“絕對精確、無誤差”的。如果我們了解CAD數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)訪問和提取方法，就會省卻傳統(tǒng)的尺寸標(biāo)注，因?yàn)橛辛恕靶螤睢本拖喈?dāng)于已經(jīng)有了“尺寸”。這樣，就只有在最后的工程圖中才需要標(biāo)注尺寸，而在此之前的各個版本的設(shè)計圖中，完全不必標(biāo)出尺寸。 另一方面，對于參數(shù)化設(shè)計中的“參數(shù)”，則必然包括“尺寸”。而在參數(shù)驅(qū)動中，幾何關(guān)系、裝配關(guān)系等等，最后還是大部分落實(shí)到了尺寸上。這種條件下，尺寸標(biāo)注這種功能，就不再是“注釋”，而是驅(qū)動用的“參數(shù)”了，在CAD軟件中看起來兩者很像，實(shí)際上有本質(zhì)的不同。 作為參數(shù)化的驅(qū)動尺寸，是在定量表達(dá)設(shè)計數(shù)據(jù)和思維，因?yàn)樵O(shè)計數(shù)據(jù)表達(dá)的需要，其具體數(shù)據(jù)可能大量使用變量與計算表達(dá)式，這在工程圖的注釋型尺寸中絕少見到。而在注釋型尺寸中經(jīng)常出現(xiàn)的公差、線下注釋，在驅(qū)動型尺寸中則絕少見到。 作為參數(shù)化驅(qū)動尺寸，更多地注意表達(dá)設(shè)計的構(gòu)思，而不是為未來的施工者提供盡可能直接的工藝尺寸注釋。這也是一個明顯的區(qū)別。 從這個意義上說，設(shè)計圖和工程圖應(yīng)當(dāng)不是同一個圖形文件，兩者應(yīng)當(dāng)有不少差別�？傮w說來，工程圖數(shù)據(jù)來自于設(shè)計圖，是與設(shè)計圖自動上下關(guān)聯(lián)的子集。 一個有趣的例子（參見圖1-1）：利用AutoCAD設(shè)計，需求是在一個直徑110的圓中，放置7個半徑相同，互相相切的圓。求這些小圓的半徑值。實(shí)際上用兩個命令就能建立結(jié)果： 1） 用Circle 繪制一個圓，半徑確定，多大都行，但要記住。 2） 用Circle-2P繪制與這個圓相切的圓，仍使用確定的半徑。 3） 用Circle-TTR 繪制其他五個相切的圓，仍使用確定的半徑。 4） 用Circle-3P繪制外切的大圓。 5） 用Scale-R命令放縮全部的圓。  指定新的長度或 [點(diǎn)(P)] <1.0000>: 55 至此（兩個繪圖命令用完），實(shí)際參數(shù)已經(jīng)存在了。至于提取這個具體的結(jié)果參數(shù)，就很隨意了。例如：Dim/Dist/List?正確的結(jié)果是：R12.32050808mm AutoCAD（或者合格的其他CAD軟件），其基礎(chǔ)功能都是CAGD（計算機(jī)輔助幾何設(shè)計），因此，求解幾何參數(shù)，應(yīng)當(dāng)是拿手好戲。當(dāng)然，僅僅認(rèn)為CAD是繪圖或建模的工具，就是另一回事了。 作為設(shè)計中幾何數(shù)據(jù)的表達(dá)，可分為兩類：關(guān)系和大小。實(shí)際上這就是參數(shù)化設(shè)計的主題。在這個小題目中，我們先是確定了各個零件的裝配關(guān)系，之后再驅(qū)動它們到要求的大小。這實(shí)際上是工程師設(shè)計過程的抽象和整理，其基礎(chǔ)是設(shè)計中的思考過程。 4.5 三維軟件遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于二維軟件 有些人認(rèn)為，三維軟件中的二維功能比較差，甚至有人認(rèn)為三維軟件中不能處理二維圖線? 這是因?yàn)樗麄儾]有真正了解三維軟件，還沒用明白。 實(shí)際上，目前看到的三維軟件，模型的建立絕大多數(shù)條件下要依托在二維的圖線基礎(chǔ)之上。而且為了能夠充分控制模型，這些二維圖線必須是可以參數(shù)化控制的，甚至在Inventor這樣具有較先進(jìn)算法的軟件中，能夠從開始的“緩約束”進(jìn)而做到基于裝配關(guān)系的補(bǔ)充約束。目前看到的三維軟件，都具有不同程度的二維工程圖創(chuàng)建處理能力，將模型自動關(guān)聯(lián)投影出需要的工程圖視圖。因?yàn)橛星斑叺墓δ�，在工程圖中則可以做到用戶修飾的工程圖圖線的操作中，同樣也可以使用參數(shù)化技術(shù)。這一點(diǎn)在Inventor中有突出的表現(xiàn)。 人們對二維功能的需求，多是因?yàn)槎鄶?shù)設(shè)計師，面對的是現(xiàn)有設(shè)計結(jié)果的修修改改。做創(chuàng)造設(shè)計的設(shè)計師，畢竟還是少數(shù)。在AutoCAD 中創(chuàng)建的DWG，要想修改，十分麻煩。因?yàn)樗欠菂?shù)化的軟件。如果在Inventor中做同樣的事情，不僅僅是簡潔容易，而且可以在修改的過程中對相關(guān)零部件實(shí)施關(guān)聯(lián)或者檢查，這就完美地實(shí)現(xiàn)了設(shè)計過程的輔助。做到這些，在AutoCAD這樣的二維軟件中將是十分麻煩的、有時是不可能的事情。 從大多數(shù)機(jī)械設(shè)計相關(guān)行業(yè)的實(shí)際需求討論，無論是創(chuàng)成設(shè)計還是檢索設(shè)計、也無論是從模型開始建工程圖還是直接創(chuàng)建工程圖，Inventor在二維工程圖出圖方面的優(yōu)勢是十分明顯的。作為大多數(shù)CAD使用者，最關(guān)心的還是結(jié)果工程圖，因?yàn)樗麄兊墓ぷ鞒晒褪沁@些工程圖。對此，Inventor提供了相當(dāng)順暢的實(shí)現(xiàn)可能。在本書中將會全面介紹這種可能的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。 可見，無論從何種角度討論，三維軟件的CAD能力都是遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝過二維軟件的。 |
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