[原创]设计是什么？

陈伯雄

(4)        绘图/建模是设计构思的工具，而不是设计的结束
CAD的D是“设计”，而不仅仅是“绘图”或者“建模”，这一点必须十分清楚。D的过程中，会发生了许多困难，我们当然想有人A我们一下。而现在，由于计算机技术和软件技术的飞速发展，C可能就是A我们进行D的人。这就是CAD技术。
我们发现，无论是何种CAD软件，最基本的功能就是构建二维或三维的模型，为什么呢？因为这是CAD软件的及格线。
可见，绘图、建模，是设计的起点和过程中的动作，是辅助手段。认为工程图绘制或者三维模型的表达完成，设计就结束了，这显然是极其错误的。
下面就是几个关键概念：
1〉        什么是“设计”？
设计，创建、策划、构思之谓也。设计是个相当复杂的、只有经过训练的、有一定天赋的人脑才能实现的过程，设计中各个相关要素（在装配下的零件、在零件上的结构、在结构中的形状和尺寸…），在设计全过程中要反复调整、配凑，这是设计全过程中始终存在的动作。
通俗地具一个例子：计算机专用桌椅。设计的原始条件是两个来源：统计学基础上的人和现有的计算机。
根据人的尺寸，确定了椅子坐面高410mm，桌子面高700mm，这是最舒服的尺寸。
根据计算机的尺寸，确定了放键盘的部位不少于750x250mm；17”显示器，距键盘外沿为450mm，因此桌子的面积至少是750x800mm…
之后要进入详细设计，完成结构、外观、装配关系、工艺方法、材质、颜色… 还要考虑可维护性如何、技术经济分析结果如何、可加工性如何、受力状态如何… 最后才能产生装配工程图和零件工程图，投入试制。试制的结果还要给设计许多反馈，设计还要进一步修改，这才是第一轮设计的结束。
您可以看看自己的计算机操作用的桌椅，它是不是一个正确设计过程的产物？我敢预测，多数不是。因为多数计算机桌椅，不是那些熟悉计算机使用的人设计出来的，尤其是放键盘的位置，多数没有想到计算机上还有一个重要的、比键盘使用率还高的鼠标器！可见，一个设计可决不是学会了绘图、建模的人，就能够完成的。
从需求、到大致结构、到具体零部件、到完成最终结构，这就是设计的基本过程。所以，能不能很好地支持自顶向下的创成设计构思，是评价CAD软件能力的主要指标。
2〉        设计的大概内容与工艺的关系
设计的过程，就是策划、构想所设计对象的制造、装配、使用等等细节，将他们从设想变成可以实施的结果方案。可见，一个设计师，必须清楚地知道所设计对象的工艺、装配、动作… 细节，并据此设计出它的最终形状、大小、材质等参数，如果不清楚，则必须通过讨论、配凑、请教，甚至中间试验，把它搞清楚。这是基本的条件。
并不是能想明白的东西都能完成设计，关键在于“工艺”。不能实现的、或者很难实现的设想，最终都不能成为设计结果。
一个产品，当然要销售到用户手中，这样，设计构思的最后结果就是公开的了。按说，只要测绘完成，谁都能达到同样的设计，按这个设计制造同样的产品（除了专利保护的限制）。
但是，测绘完成，只是明确了零件的几何形状和它们的结构关系，能不能像原厂家那样成批的、可靠地、成本合理地做出来，可就不那么简单了。这就是工艺问题。这就是在参观某工厂时，产品可以随便看，可是车间却有几个不让看、或者飞速掠过的原因，因为哪里是关键工艺环节。
看一看铝的生产历史，现在是太便宜了；据说以前在某国家，大臣用金、银的餐具，皇帝才能用铝餐具。现在为什么这样普遍？铝的提炼工艺解决了。
尼龙是什么年代发明的？尼龙袜子的价格是怎样迅速下滑的？还不是工艺问题。
空心等壁厚的钢球，作为轴承的滚动体，具有大预加载荷、小滚动阻力、高精度的特点，这个设想早已完成。为什么不成为设计，去生产呢？空心钢球的制造工艺没解决。
在CAD软件的辅助下，能不能明显提高用户的工艺知识和能力呢？不能。实际上现在我们看到的CAPP软件，都只是“计算机辅助工艺编辑”，并没有真正的工艺设计的味道。
在CAD软件的使用中，对工艺知识的要求怎样？应当是更为严格。不知道零件的制造和安装工艺，就不能正确地建立有效的零件模型和装配模型。
与工艺的关系怎样把握，是在CAD应用中“造型派”和“设计派”风格最明显的不同点。对于任何CAD软件（Inventor也是），在利用它进行设计的过程中，应当时时刻刻与制造工艺关联起来。例如：打了个孔，想的是：钻-铰加工；开了个槽，想的是：圆柱铣刀铣槽…
这样，设计的味道才比较浓烈，结果才更有意义。
因此，“看着像”将不是问题，“实际上是”则可能完满地做到。
可以说：设计就是模拟加工、模拟装配。
设计过程中，自始至终充满了“假如… 因此… 于是…”这样的思维推理过程。就是说，实际上工程师是在脑子里模拟自己设计的东西未来的样子。可见，一个不懂相关的工艺、测量、装配、调试技术的工程师，无法进行真正的设计，至少不能完成优秀的设计。
于是：“你怎么设计，我怎么测量；你怎么测量，我怎么加工；你怎么加工，我怎么造型”，就成为粗略的规则。反过来说，设计方案的确定，就必须与被设计对象未来的加工、测量、装配过程紧密相关，不可脱节。
于是：在CAD软件中尽量完整地再现这样的思维过程，甚至因此出现了各种专门的“仿真”软件，在计算机上进行过去生产现场才能完成的过程… 这种目标成为CAD系列软件永恒的追求，这就是学术界讲的“虚拟设计”的主要意思。
于是：我们就设法在现有的软件功能基础上，尽可能多地实现这种“再现”、或者说规则的对应。眼前能够解决的，也是最需要解决的，就是“基于装配的关联设计”。而这恰好是Inventor的特色功能。
3〉        参考书的负面影响
我国的工科大学教育相当失败，许多学生已经毕业了，还是不知道设计的味道是什么，因为他们在校期间从来没有真正“设计”过；他们的老师，多数也没做过真正的设计；而教科书更是陈旧不堪。这样，CAD软件相关参考书，就是他们毕业之后不得不重新“学习设计”的主要“助手”之一。
但是笔者遗憾地看到，目前许多的这类书籍，无论是AutoCAD、MDT、Pro/E、MasterCAM、I-DEAS还是UG，虽然书名也说是《xxx设计》，可通篇竟无一例是设计，作者也不知道为什么要这样做的造型，哪怕是作者稍微交待一下设计原始条件和设计要求的实现过程也好呀。
更有甚者，个别《xxx机械设计创作百例》之类的书，里边竟然毫无机械零件设计的味道，甚至作者连什么是齿轮都搞不清楚…
这样的书甚至成为当前CAD类图书的主流，对读者的反面作用当然是相当大的。
笔者也高兴地看到，毕竟还有个别的好书。例如董仁杨先生的《MDT基础、应用和技巧》，书名朴实无华，就像他的内容；可是，其中的技术方法和所涉及的道理，则是十分有价值的知识。其中的每一个例子，一眼就可以认定：这是从真实设计中提取的，而介绍的技巧也源自实际的设计过程，因为作者自己就是很有水平的、作了多少年设计的老工程师。
这种现象责怪出版商时不公平的，他们怎么能有足够的知识，识别书中内容的问题？说实在的，怪还怪读者，卖得好的书当然会大量出版。谁让您买那些烂书来着？
至于作者，有经验的人没时间写书（而董老先生已经退休）、有空写书的人许多是没有设计经验的人。这也是一个无奈。而笔者，则是因为客观原因，有了半年的闲暇，因此才有这本关于最新的Inventor的书。
笔者的偶像是著名科幻小说作家——阿西莫夫，有人评价他的著作“专家看了不觉的有失身份，中学生也能看得懂”，虽然笔者在这方面作了努力，可是实在很难做好。写出合用的CAD技术的书，实在是一件很辛苦的、很困难的事情。
4〉        零件可能被单独设计出来么？
这是个简单而有趣的问题，您的回答是什么？
笔者的回答是：不能。即使是标准件的螺丝钉。因为，从来没有任何零件可能被“单独”使用的。任何零件被设计的唯一目的就是“与相关结构一起被使用”。
有个例子：笔者购买的热水器开关上的字。
开关装在离地2m的高度上，热水器设计师将文字（例如：进水、混流、断水）的字高度设计成5mm，连我这专看远物的老花眼都看不清楚。文字和谁装配？和使用者的视力。其实这个设计完全没必要用罗里罗唆的文字，用符号既简单又清楚。
必须与相关零件配合进行设计，才是可能进行下去的、才可能是正确的，这是任何设计师都应当理解和掌握的常识。
可见，无论使用什么样的CAD系统，使用中都必须始终把握“基于装配的关联设计”这样一种基础的数据结构和流程，能实现多少、就实现多少。甚至连AutoCAD这样的二维软件中，也能在相当大的程度上实现这个目标，请参见笔者的另一本书《AutoCAD2002高级应用技术》。
但是，由于CAD软件提供的功能之限制，这样的关联可能由使用者控制、可能用数据表控制、也可能有软件提供的某种功能实现…  但无论如何，独立的零件设计是不可能实现的，除非您是“描图员”，照着已经设计好的底子抄图，或者照着已经设计好的底子建模。但这可不是“设计”的意思了。在“抄图”的基础上讨论任何技术方法，实际上没有意义。因为抄图不是设计。
可见，设计的全过程必须、也总是，以“装配中的关联关系”为基础进行的。

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您的观点只是强调了加工工艺的重要性。可是我单位机加工厂有几个师傅车、铣、刨床都开的很好。可他们就是设计不出来。机器是人手的延伸。可是代替人劳动的机器却不是简单摹仿人手的工作方式。要有想象力和大胆创新。新的制造方法和工艺才是发明、创造的源头。

陈伯雄

我是工人出身，后来做了长时间的工程师...
根本区别在于：
不会有人要求工人会创造，掌握技术，在工程师指导下完成加工就行了。
而工程师的职责在于创造。但这种创造不是凭空的，而是基于现有知识和技术。目前多数工程师设计时，往往忽视工艺的可能性，因此结果经常返工。
表现在CAD软件使用上，就是“造型派”的特点。
您说的现象在普通工人中是正常的，因为他们没有经过设计训练。而我也没说过“会工艺就能设计”。
当然，对于个别工人，您的说法不见的成立。我的师傅就是很好的设计师，虽然直到退休他仍然是工人（工人工程师）。