re:对CAD技术的看法-陈伯雄（1）

xuy_2000

朋友向我推荐了陈老师的一篇文章，看过之后我心中许多疑团都豁然开朗。

我搜索了本论坛，竟然没有此文章，现我贴出来，希望对向我一样对cad技术迷

茫的人有所帮助。
陈伯雄   2002-12-13
              
                以autodesk Mechanical Desktop R4为代表的三维设计平台，已经安装在许多设计师的计算机中，autodesk Inventor  R2也开始使用了，三维概念化设计的现场实际应用将指日可待。技术创新的形势提出了新的技术发展要求，因而对设计与三维建模的理解和使用技巧，就是现在需要讨论并明确的基本问题。下面从软件功能和设计需要出发，我
想提出一些观点与你讨论。

                1.设计与绘图

                1.1所有的设计都要画图，是必然，但也很奇怪
               
            设计总要绘图，是必然，是迫不得已。一个工程师无法记住自己的

设计（那怕是较简单）中的全部细节，图形表达就是唯一可能的方法。这些图首

先是给设计者自己看：为了记住、研究和配凑设计自己的构思。其次是给别的工

程师看，为了互相讨论交流，共同合作完成设计。最后是为了给制造者看，为了

将设计意图在制造车间变成实际零件。在设计的全过程中，构思的原始冲动是三

维概念，这是毫无疑问的；设计实施之结果是三维实体，这也毫无疑问的；但是

，在传统的设计中，在这两者之间的信息传递竟然全是二维的图形表达。这种颠

过来在倒过去的现象大家早已习惯了，似乎是天经地义。为了能够比较完满地做

到这一点，许多学者还费尽心思，为我们制定了工程图表达标准，在学校里，用

200多小时训练学生，忘记人类的三维描述习惯，重新建立二维投影的新表述规

则，并在设计过程中进一步强化这些表述技术。放着现成的原始三维构思不用，

偏要人为制定二维投影规则，这是不是挺奇怪？

                1.2用软件绘图，是必然，但也很奇怪
                在CAD技术处在幼稚阶段的昨天，由于三维造型能力很差，不

足以表达大部分设计构思，用AutoCAD
            R9以下的软件介入设计，也就是代替手工绘图，这是必然。但时至

今日，软件已经有了质的飞跃，但是在多数用户那里，一提起CAD，人们仍然先

想到代替手工绘图，而不是有效的全面辅助设计。以至于许多机械设计部门的领

导问我，过去我们用纸绘图，现在用计算机了，这两者有什么不同？从设计过程

来看，真的没多少不同。在纸上不好办的事，现在仍然不好办；图纸画得规范、

漂亮，而设计质量却没有提高多少；仅从绘图来看，提高了一些效率，可考虑到

软硬件的投资，日常消耗品的投资，这点效率似乎很不够，你很难说清楚这笔投

资的回收期多长，能否在系统技术折旧到期之前有盈利...所以，仅仅是计算机

辅助绘图，并不能够提高设计质量，解决技术创新中的关键问题。但是，许多人

在这个计算机绘图（或称之为“电子图板”）上，已经投入并且想要继续投入大

量的资金和人力，如果你同意我上面的分析，一定和我一样感到很奇怪，他们怎

么了？

                1.3二维绘图中的设计难题
               
            诚然，上述二维计算机绘图对于普及CAD技术曾经起到了重要的作

用，也是对进入更高层次的应用，十分必要的技术准备。但是，CAD的应用结果

应当是：提高设计质量、传播和保存设计经验、提高设计效率、降低试制成本、

提高设计管理水平...总之，是源于传统设计、高于传统设计。而事实是到现在

为止，二维的微机机械CAD技术没能解决设计中最别扭的几个问题。换句话说，

如果一个机械工程师，自我感觉绘图的能力不足，需要有人帮着绘图，我就想问

这个工程师：“你还会做什么？你的看家本事最起码就是画图了！”在传统绘图

设计过程中，工程师们感到最别扭的、最影响设计质量的、最需要有人辅助的几

个问题是什么？常见的可能有下列几项：
                1〉复杂的投影线生成问题
               
            对于铸锻件毛坯的零件，设计师常常在绘制二维工作图时相当头疼

。相贯线和截交线画不明白，甚至得找木型工审图。实际上这个零件在他脑子里

不知想了多少遍了，早就想透了，就是表达不明白。对于某些细节（比如铸件上

的一些交叉线上的过渡圆角）不容易在头脑中构思清楚，想用画二维图来辅助求

出投影，更难以解决。因此常有这样的事，设计师在新产品试制成功后，对着真

零件反过来修改自己的设计图。
                2〉漏标尺寸，漏画图线的问题
               
            就是经过几个人的审校，漏标尺寸的事仍时有发生。而且设计师在

这个设计中独创的地方越多，审校的人对这个设计的构思越熟悉，漏尺寸、漏图

线就越难防止。正是：不识庐山真面目，只缘身在此山中。
                3〉机构的几何关系和运动关系的分析讨论问题
               
            如果是平面运动机构，事情还算好一些，即使图上的尺寸位置不太

准，总有个有效的定性分析，对于空间运动，就没有好办法了。为了避开这个难

题，人们在设计中总是先考虑容易设计的平面机构，而尽量避开空间机构，虽然

在许多设计中，明知道空间机构可能会更巧妙，更优化。
                4〉设计的更新与修改问题
               
            传统的二维设计是一锤子买卖。如果要更新或修改，就要重新绘图

，一般规定不可以打补丁（多数设计部门是这样要求的）。尤其是多视图零件，

在修改设计时，零件的表达和它的有关设计参数无法完全放在一起，当然也没有

直接的关联，这些技术资料的保存和更新都十分麻烦。虽然二维图形在AutoCAD

中有较方便的修改方法，但是由于是对表达“图线”的修改而不是对设计“概念

”的修改，仍然是相当麻烦，相当不可靠的。
                5〉设计工程管理问题
               
            这里所说的是对设计的管理，不仅仅是对图纸的管理。我们一些

CAD用得好的单位，已经有几千个DWG文件，而且在继续增多。这些文件中除了图

形信息外，还会有大量的设计参数等非图形信息，它们按装配层次关系有一种复

杂而有序的关联。能否将传统设计中的管理模式用在CAD系统中？用二维绘图解

决上述问题，说不可能解决，似乎太过分了，但至少是相当困难。这是因为在二

维图的数据结构中，没有足够充分的原始数据，也无法组织和使用这些数据。要

知道，二维工程图表达并不是设计构思的完整表达，也不是设计构思的真实表达

。这样的图样必须由经过专业训练的人（熟记表达规则）才能读懂，数据的提取

必须由读图的人按照许多规则进行解释，他才能了解绘图人的意思。就是说，二

维工程图的生成和认读，总也离不开“人”。而计算机应用的最终目标就是没有

“人”的参与，也能自动分析和使用上游下来的设计数据。矛盾之处就在于此。

                2.二维图形参数化

                2.1二维参数化的局限性
               
            二维参数化是针对上边的分析，曾经流行过一段时间的解决方案。

记得当时开发商们将二维图形参数化软件炒得火热，同时也有不少软件商引进了

一些国外的二维图形参数化软件来推销。似乎二维参数化，是有效的CAD应用解

决方案，企图使这种通用的二维图形参数化来解决前面讨论的矛盾。这种技术方

案的核心目标是：用程序训练计算机，企图使她象工程师一样生成和认读二维工

程图。可是这些程序设计者忽略了一个最关键的问题：计算机永远也不会成为电

脑。永远！开句玩笑，也许是港台地区把计算机叫做电脑，因而影响了他们吧。

顺便说一句，工程图纸扫描矢量化处理的软件设计者，也犯了同样的错误。从二

维工程图的生成来说，一个视图的全面参数化已经十分困难（当然不是指键槽、

花键、台阶轴这类的简单图形），如果建立多视图之间的相互关联的参数，就更

加困难。这样，用有限个参数驱动整个零件图，就是极难作到的，在这个过程中

，相当于一个设计师只能用嘴，指挥一个仅会使用制图工具的傻小子，绘制他的

设计图。二维参数化技术中，多视图之间的关联是必须作到的；同时系统必须能

识别在此基础上的用户错误，比如用户要求将内孔直径改成大于外圆的时候时。

只有作到了这些，才能实现真正的二维工程图参数化。而实际上，我看到的这类

软件，没有一个能够达做到的。

                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

。

陈伯雄

这是很早以前的文章，有些观点需要修正一些。
有兴趣的网友可参见附件...

supm

陈老师的特点是敢说，对很多东西都有自己的观点，不人云亦云，看看他写的书就知道了。当然我想这是建立在他深厚的技术功底和长期实践的基础上的。

陈伯雄

我发表这些观点有两个目的：
1）被大家接受，因此大家的应用水平能有所提高。
2）被人驳倒，因此我的水平有所提高。