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| 绪论（3） |
| 4. 二维设计和三维设计 在二维参数化软件前景不甚明确的背景条件下，基于特征的三维参数化/变量化软件开始进入设计领域。 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。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到全过程，设计的全部流程都能使用统一的数据。 这样就有可能比较容易地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，是对设计全过程的有效的辅助，是有明确效益的CAD。 三维设计的好处已经很确实了，Inventor或其他同类软件的实施过程中，都能体会得到。对于创成设计，三维设计模式几乎是最为合理的了。 但是，从现场实际设计需求讨论，似乎还有些问题，而这些问题同样是在实施过程中发生的，这些将提醒我们冷静地思考未来的方向和我们的对策。 4.1 工程师的“再学习”问题。 任何软件都不可能完全按照使用者的想法做事情，人和软件功能的相互整合、双方现有规则的 对应，是使用软件必然的、永恒的主题。这个过程随着软件的越来越先进、人的技术准备越来越充分，也会越来越短，但不会是零。 在三维软件的培训和实施中，表面看的结果，并不是所有的工程师都能理解和掌握三维设计方法。比起二维设计软件的掌握，合格的人数大打折扣。这就是“再学习”的过程的难度所致。 对于一个成熟的设计师来说，进入三维设计最大的障碍不是软件应用技术，而是自己的对设计表达的方法。由于多年来习惯于二维工程图表达，习惯于一系列规则的使用，对于描述三维模型上各个特征的类型和相互关系，从思考方法上已经生疏。在这一方面，甚至不如一个新毕业的大学生的接受能力。 把自己的思维模式“返朴归真”，是一个必须经历的过程。 在表达方法上解决了之后，适应软件的规则是另一个问题。人的想法需要经过软件的相关功能实现，如果软件没有提供直接对应的功能，就需要“按照”软件之可能，拐它几个弯完成。这也是一种“再学习”的过程，这一点始终在干扰我们有效地使用三维软件。 无法使软件设计师完全理解某专业工程师的思路，所以总有些矛盾。由于软件提供的功能不够“专业”，用起来就有些摸不着头脑，整合过程也是“再学习”。 再学习的过程很漫长，以至于一些三维软件的高手，在碰到具体问题时，也得一试再试。同样的问题，在二维设计中就相对简单而明确。 必须再学习的根本原因是，目前的三维软件还不能做到与工程师设计规则完全一致。这种现象恐怕要在相当长的时间内存在。软件设计者对设计过程理解的程度、算法核心所提供的能力、表面程序可实现性、有效而正确地抽象工程师的设计思维? 这些可不是短期内能解决的。另外，“隔行如隔山”，软件工程师在理解专业设计思维上的障碍，真是很不容易突破，我可是多次体会到了。 平心而论，在软件的使用过程中，前期常常是人在与软件“斗法”，这里确实有人的想法不正确的问题，主要原因是设计能力问题；而更多的是软件功能和算法的限制（这种限制将永远存在）。 这本书中的许多讨论，就是在解决这些限制，使读者在与软件斗法的过程中，能顺利一些。 4.2 掌握软件应用技术的效率问题 基于传统二维设计的软件很容易掌握，因为这是一些基于已有的、都已经熟练掌握的机械制图和画法几何知识，软件规则与人的现有规则大多数是符合的。而三维软件就不行了，大量的新的规则，与人的现有规则并不完全一致，怎样结合已有知识掌握好这些新的规则？ 掌握软件的效率，对用户来说有个限度。过长，结果就是放弃，这样的实例很多。再学习的过程越长，掌握软件的效率就越低。对于Inventor，其容易学会的程度实在是目前最好的。 容易学会的前提是，这个软件的规则，比较多地与工程师现有规则直接对应。而界面是什么风格，并不是主要的问题。从MDT和Inventor的比较看，因为MDT不像Inventor那样将对应功能整合起来，从一个操作入手，因此，学起来也就明显不如Inventor那样痛快。 但是，就像傻瓜相机和专业相机的不同，MDT可以在高水平的用户手中，借助自己的专业设计程序，搞出许多相当专业的功能，而Inventor做到这一点，目前的状态下可就要难一些了。 笔者经常这样比喻：学用Inventor很像学习下围棋。 围棋的规则很容易掌握，在交叉点上下子、有气就能留下、没气就被提走、胜负看各自所占地盘的大小? 也就用一天，正常智力的人对这些规则就能掌握了、就能下棋了。但是，想成为高手，可是不容易。而且高手与低手之间的差别极其巨大，甚至被高手让了9个子，也还是要输。 什么结果说明我们真正用好了Inventor？标准很有趣： 您在Inventor中作设计的时候，已经基本上“感觉不到”它的存在，就像您在生活中感觉不到您自己正常的心脏的存在一样。 4.3 实际设计的效率问题 同样的设计，需要用多少时间在软件中完成？对于创成设计，三维设计效率较高；而对于检索设计，二维设计效率较高。总之，工程师越熟悉的设计，二维设计的效率就越高。因为许多细节不需要再次配凑，结论已经很清楚了，设计数据的构建和表达也很明晰。 另外，三维表达，对于复杂的结构，就相当难以察看。这不是工程师的习惯问题，而是目前还没有真正“三维显示”的技术，我们在三维软件中看到的是三维物体在二维平面上的投影。在二维表达中，就好得多了，毕竟是我们十分熟悉的规则。 Inventor的出众的显示表达功能，使得她在众多三维软件中显得更为优秀。 4.4 尺寸与形状问题 从目前的已有软件功能看，参数化的过程以建立和使用驱动尺寸为主要内容之一。但是，究竟怎样理解“尺寸”与“形状”的关系呢？ 在人的设计思维中，所有的尺寸大小数据来自于相同的源：形状。在传统设计过程中，所有的尺寸都是对形状的注释，是说明形状的具体数据。因此，即使是在设计草图中，也要标注一些关键尺寸，因为图线不太准确（即使比较准确，也测量不准）。 如果我们认识到CAD软件可能构造设计数据库，而且有足够的精度（误差小于十万分之一毫米）， 就会相信自己在CAD软件中创建的形状是“绝对精确、无误差”的。如果我们了解CAD数据库的数据访问和提取方法，就会省却传统的尺寸标注，因为有了“形状”就相当于已经有了“尺寸”。这样，就只有在最后的工程图中才需要标注尺寸，而在此之前的各个版本的设计图中，完全不必标出尺寸。 另一方面，对于参数化设计中的“参数”，则必然包括“尺寸”。而在参数驱动中，几何关系、装配关系等等，最后还是大部分落实到了尺寸上。这种条件下，尺寸标注这种功能，就不再是“注释”，而是驱动用的“参数”了，在CAD软件中看起来两者很像，实际上有本质的不同。 作为参数化的驱动尺寸，是在定量表达设计数据和思维，因为设计数据表达的需要，其具体数据可能大量使用变量与计算表达式，这在工程图的注释型尺寸中绝少见到。而在注释型尺寸中经常出现的公差、线下注释，在驱动型尺寸中则绝少见到。 作为参数化驱动尺寸，更多地注意表达设计的构思，而不是为未来的施工者提供尽可能直接的工艺尺寸注释。这也是一个明显的区别。 从这个意义上说，设计图和工程图应当不是同一个图形文件，两者应当有不少差别。总体说来，工程图数据来自于设计图，是与设计图自动上下关联的子集。 一个有趣的例子（参见图1-1）：利用AutoCAD设计，需求是在一个直径110的圆中，放置7个半径相同，互相相切的圆。求这些小圆的半径值。实际上用两个命令就能建立结果： 1） 用Circle 绘制一个圆，半径确定，多大都行，但要记住。 2） 用Circle-2P绘制与这个圆相切的圆，仍使用确定的半径。 3） 用Circle-TTR 绘制其他五个相切的圆，仍使用确定的半径。 4） 用Circle-3P绘制外切的大圆。 5） 用Scale-R命令放缩全部的圆。  指定新的长度或 [点(P)] <1.0000>: 55 至此（两个绘图命令用完），实际参数已经存在了。至于提取这个具体的结果参数，就很随意了。例如：Dim/Dist/List?正确的结果是：R12.32050808mm AutoCAD（或者合格的其他CAD软件），其基础功能都是CAGD（计算机辅助几何设计），因此，求解几何参数，应当是拿手好戏。当然，仅仅认为CAD是绘图或建模的工具，就是另一回事了。 作为设计中几何数据的表达，可分为两类：关系和大小。实际上这就是参数化设计的主题。在这个小题目中，我们先是确定了各个零件的装配关系，之后再驱动它们到要求的大小。这实际上是工程师设计过程的抽象和整理，其基础是设计中的思考过程。 4.5 三维软件远远优于二维软件 有些人认为，三维软件中的二维功能比较差，甚至有人认为三维软件中不能处理二维图线? 这是因为他们并没有真正了解三维软件，还没用明白。 实际上，目前看到的三维软件，模型的建立绝大多数条件下要依托在二维的图线基础之上。而且为了能够充分控制模型，这些二维图线必须是可以参数化控制的，甚至在Inventor这样具有较先进算法的软件中，能够从开始的“缓约束”进而做到基于装配关系的补充约束。目前看到的三维软件，都具有不同程度的二维工程图创建处理能力，将模型自动关联投影出需要的工程图视图。因为有前边的功能，在工程图中则可以做到用户修饰的工程图图线的操作中，同样也可以使用参数化技术。这一点在Inventor中有突出的表现。 人们对二维功能的需求，多是因为多数设计师，面对的是现有设计结果的修修改改。做创造设计的设计师，毕竟还是少数。在AutoCAD 中创建的DWG，要想修改，十分麻烦。因为它是非参数化的软件。如果在Inventor中做同样的事情，不仅仅是简洁容易，而且可以在修改的过程中对相关零部件实施关联或者检查，这就完美地实现了设计过程的辅助。做到这些，在AutoCAD这样的二维软件中将是十分麻烦的、有时是不可能的事情。 从大多数机械设计相关行业的实际需求讨论，无论是创成设计还是检索设计、也无论是从模型开始建工程图还是直接创建工程图，Inventor在二维工程图出图方面的优势是十分明显的。作为大多数CAD使用者，最关心的还是结果工程图，因为他们的工作成果就是这些工程图。对此，Inventor提供了相当顺畅的实现可能。在本书中将会全面介绍这种可能的实现细节。 可见，无论从何种角度讨论，三维软件的CAD能力都是远远胜过二维软件的。 |
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