re:对CAD技术的看法-陈伯雄（3）

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。

对CAD技术的看法
陈伯雄   2002-12-13
                 
                这可能有几种结果：
                1〉用户要求能够由软件功能直接完成。这当然就顺利了，说明你选用这个软件的想法相当准确。
               
            2〉软件没有提供用户要求的直接功能。解决的方法不是顺应软件的功能而放弃这种功能要求，应当是采用迂回战术，例如在MDT中生成参数化的加强筋。这说明软件的选择也是比较合适的。
                3〉软件没有提供用户要求的功能。迂回战术和专业程序补充也不能实现，说明这个软件不适合你的设计要求。
               
            4〉说不清楚的用户的要求，或者不合理的用户要求。例如：想要绘制几个二维视图，要求软件生成对应的三维模型。再如：要求进行600个零件的全参数化装配…之所以说是这类要求不合适，是因为在实际的工程设计过程中，或者从人类现有的技术和思维结果上讨论，实现这样的要求是不可能的、或者是没有必要的。这样的情况下，只能提高用户自己的设计能力和理论水平了。
               
            总之，在任何CAD软件的使用上，必须以我（成熟的专业设计师）为主，以我的设计思路和原始数据为主，软件永远是辅助者。学习软件功能和操作方法的过程，就像学外语的过程，结果不是改变自己要表达的内容，而是改变表达的方法。按照软件的设计思路进行设计的观点，会使设计的精华、也就是工程师的创造性，受到很大的限制。当然，如果仅是抄图，建立一个看起来象就行的三维模型，也就无所谓了。另一方面，CAD技术中有不少“因为发明而产生的需求”。就是说，可能因为CAD软件的介入，造成传统的设计过程产生新的模式。例如：在英特网上进行设计组的相互配合和设计结果的引用，设计素材库的建立与使用，设计数据结构的重新整理和定义等等。要对软件深入的理解，才能掌握和使用这些技术方法。但这些变化不是凭空产生的，是“源于传统设计、高于传统设计”，仍然是以传统设计技术为基础的，仍然需要使用者在设计能力上具有足够的水平。与之相关的是在选用软件之前做考题的问题。许多人喜欢把自己的专业设计问题提出来让软件商去做，以此充当软件选型的主要根据。我认为这也不是很合适的。如果用户不直接参与这个过程，就算是考题做出来了，不见得用户自己也能做出来。因此，在软件购入之后的使用中，仍然会存在一大堆问题。因为这样的用户没有把自己当作CAD系统的主角，在考题制作过程中，经销商的工程师成了主角。这与将来的使用状况并不相同，当然结果也就不具有决定性的意义。

                5.2参数化建模的主体思路
               
            仅靠一张零件图，不需要其他任何专业知识的支持，也能生成模型。这是“造型派”的典型观点。实际上，建立一个正确的参数化模型，必须有许多相关知识协助才能完成。可以这样描述：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，我怎么建模。这是一种比较形象而粗略的表述，需要进一步解释：
                1〉你怎么设计，我怎么测量
               
            设计意图的描述，应当包括几何数据和其他数据。几何数据是工件的形状和尺寸。其他数据包括：加工方法要求、热处理要求、工件材质等。在加工中，反馈控制几何数据正确性的手段是测量，因此有“你怎么设计，我怎么测量”，就是说，按照设计的原始要求，测量实际工件，才能最准确地控制加工结果。
                2〉你怎么测量，我怎么加工
               
            工艺设计的原始构想常常来自测量的要求。例如：尽可能用测量的基准充当定位基准。符合测量要求的加工方法，一定能保证加工质量。例如，针对内径表测量孔径，双刃铰削是合适的加工方法。因此有“你怎么测量，我怎么加工”。常常有这样的事情，工艺设计人员总是与测量系统设计人员讨论，完善自己的工艺设计。
                3〉你怎么加工，我怎么建模
               
            对于参数化三维模型建立来说，怎样做才正确呢？基本的概念是：三维建模就是在计算机中模拟制造我们将要设计的机器。三维建模的全过程，应当是这个零件未来制造和使用过程的概要表达。因此有“你怎么加工，我怎么建模”。可见，对工艺不熟悉，就不可能正确建立参数化三维模型。

                5.3尺寸标注与模型参数化
               
            在二维工程图绘制过程中，最困难的事情就是处理尺寸标注。因此我认为，看一个工程师的设计绘图能力，首先看他的尺寸标注能力。正确的尺寸标注，包含着丰富的设计意图和工艺意图的表达。在二维工程图生成中的尺寸标注原则和技术要点，应当完全移植到三维参数化建模中使用。虽然可能有许多种约束的组合，都能够完模型的全约束，但其中只有一种是正确的，因为这种方案真正表达了设计师的意图，真正做到了“你怎么设计…我怎么造型”。当然，不正确的标注方法即使在二维设计中也应当抛弃。但并不是所有的人都认识到了这一点。例如有人编写了一种尺寸标注程序（参见右图）：用户选定多根线条，这个功能就能够一次标出所有的水平尺寸。这功能究竟会有多大的用途？因为一组水平设计尺寸可不是随便标出来的。插图中的两种尺寸标法是当然不是同一个设计意图的表达。象左边的标注结果，在机械设计中碰到得相当少。在二维CAD软件功能中，有一些操作极难自动化，标注功能就是典型。无论是尺寸标注还是形位公差的标注。这些标注的图样并不复杂，但是其中的技术含量太多，可变的因素太多。因此任何将这样的功能自动化的企图都是很难实现的。这就是为什么是CAD（计算机辅助设计）而不是CD（计算机设计）。可见这个程序的设计者，对尺寸标注的作用理解得并不深，这类程序不是写给机械工程师用的。

                5.4零件造型怎样才是正确的结果
               
            创建三维参数化零件模型，不仅仅是为了造型，正确的模型应当为以后的许多使用，如设计的修改和调整、参加装配、力学分析、运动分析、数控加工等，准备好充分的数据和参数驱动的可能。可以说，造型的近期目标是为了修改。这就要求所创建出的零件造型结构完整，尺寸和几何约束齐全、正确，以便在零件设计过程中，可以对不合理的结构随时作相应的调整。
                应当达到如下的要求：
                1〉特征的完整性性
               
            在创建三维参数化零件模型中，简化掉某些特征可以提高效率，减少图形文件的体积。但是某特征是否可以被简化，与将来模型的应用需求是直接关联的。例如：如果是为得到完整的二维工程图，所有特征都必须完整做出。如果是为有限元分析，原则上讲所有特征必须完整做出，但是对于相当小尺寸的结构特征可以省略。如果是为运动和动力学分析，某些细节特征（例如较小的圆角、倒角）可以省略。如果是为数控加工后处理，将来由铣刀头部圆弧切削生成的内圆角可以省略等等。
                2〉草图轮廓约束的完整性
               
            想在二维工程图中出现的尺寸，应当添加到轮廓上。未来优化设计中可能需要调整的尺寸，必须加到轮廓上。能够确定的几何关系，例如轮廓片断之间的相切、平行、等长、等半径等等约束，应当充分而完整地添加上去。可以将肯定不需改变的尺寸约束省略，而几何约束必须保证齐全正确。在MDT中，坚持使用多段线（PolyLine）生成轮廓草图线，能够最可靠地直接继承轮廓的几何约束关系。
               
            总之，并不是MDT报告说“草图已被完全约束。”就说明轮廓的约束就是完整正确的了，判断的标准是在未来设计中的可用性。在约束尺寸值的确定上，应使用运算表达式表达与其他尺寸的设计关联，将设计师头脑中的设计意图准确表达出来。如果目前不需要，而且轮廓是精确做图生成的，可以省略一些尺寸约束。添加一个约束尺寸是可以随时随地进行的。对于几何关系的约束，应当完整添加，以便发现原来构思中的漏洞。而且几何约束的添加，可能直接影响到整个模型的样子。

                6.结论

               
            由于大家不同专业的设计习惯、规则、经验都相当不一致，这造成了机械设计CAD推广中的困难之一。因此本文引用了一个比较简单的，机械专业通用的例子进行分析。从中是否可以得出下面几个要点：
                ▲产品设计的最终出路在于三维设计，这是无法回避的。早日进入三维设计，就会早一天取得经济效益和技术效益
                ▲以三维设计软件为平台，应至少集成进来有限元分析软件组成应用系统，才能真正解决提高设计质量的问题。
                ▲三维设计平台软件必须有投影生成二维工程图的功能，并有双相关连的能力。
                ▲使用三维CAD软件，对工程师关于自己的设计的理解，将提出了比现在更高的要求，以便掌握三维建模的主要思路和技巧。
               
            ▲CAD系统可能自动完成的是我们已经熟悉的、定型的设计过程。通过CAD系统软件，能给工程师提供许多包含确定设计经验的应用程序，达到设计知识传递和保存的作用。软件商在这方面正在进行富有成效的工作。
               
            ▲CAD系统之所以能够帮助工程师提高设计质量，是因为软件中包含有许多成熟的设计功能，可能直接参与设计过程，对于防止设计错误具有明确的作用。从这个意义上讨论，对工程师的常规设计能力要求可以有所放松。当然，相关软件的编写是否能够符合专业设计的要求，也是必须注意的事情。
               
            ▲三维CAD系统是技术创新和产品设计的有效辅助工具，对于大幅度替代试制、台架试验，对于各个设计部分的协调、配合，对于设计数据的管理和使用等，比起传统设计二维设计软件，具有更大的实际意义。
               
            ▲三维CAD软件的使用，对于软件本身的功能、质量，对于软件应用的正规培训，对于售后技术支持，都提出了比二维设计系统更高的要求。这些值得有关部门充分重视。
               
            ▲CAD软件的使用效果如何，最关键的问题是软件使用者的各方面状况。在CAD系统中，人（用户）是最为关键的一方。不能设想，一个工程师在大学毕业之后，不再参加任何专业训练，就能在几十年的工作期间圆满完成他的设计工作。许多企业的领导者，没有认识到这个问题的重要性。实际上，对于人才继续教育的投资，是企业技术进步投资中重要的、不可缺少的部分。

                7.几句题外的话

                1〉在CAD系统上的投资比例
               
            有些企业在进行CAD系统投资中，将大部分、甚至全部资金投放在硬件上。这是不正确的。实际上，专业应用软件如果不行，再好的硬件也不会有什么效果。应当是：大多数资金应当用来购买软件。

                2〉在硬件投资上的比例
               
            有些企业在硬件投资上，将主要资金用于CPU，这也是不正确的。对于CAD系统来说，由于浮点数据计算量极大，内存的消耗也是相当巨大的。这一点是与其它应用软件很不相同的。我曾经在一个课题中测试了内存的实际需求量，竟达到了450M，而这个题目并不算很大。从投资上考虑，PIII500+128M内存，相对于PII450+256M内存，从价格上相差无几，而运行MDT的速度，后者将会明显地快。至于PIII500+64M内存的配置，则完全不适于运行三维CAD软件，64M内存太小了，软件运行效率相当低。

                3〉软件的正版化
               
            认为软件装上之后，剩下的就是使用了，这种观点也是不正确的。软件应用的售后技术支持，是软件使用者始终需要的。只有正版软件用户，才能得到这些服务。实际上盗版CAD软件的用户，在软件购置上省了钱，因为在使用中得不到充分的技术支持，损失的将会更多。由于盗版猖獗，在中国地区正版软件销售利润很少，软件商也就不会用较大的投入，为中国用户的需求修改、补充软件的功能。这对于所有中国软件的用户（也包括盗版用户）都是一个损失。Autodesk在这种情况下仍投资进行她的MCAD软件的本地化工作，应当说是相当有远见的做法。

                4〉培训的正规化
               
            目前国内CAD软件商，只有Autodesk公司组建和认证了众多的ATC（欧特克认证培训中心），而且所有注册的ATC教师，都必须通过相当严格的认证考核，才能取得资格。Autodesk规定，只有认证教师，才有资格在Autodesk培训证书上签字，才有资格给学员讲课。正规的ATC培训，能够传授给学员正确的、有效的软件应用方法。想用较短的时间，得到确实可靠的应用技术，必须参加正规培训。培训可以分为“解释型培训”和“应用型培训”两大类风格。由于Autodesk软件本地化逐渐成熟，解释培训将不再需要，而应用型培训将越来越被学员重视。但是这种应用型培训的对象，将主要针对正版用户。确实有一些自办的培训点，把AutoCAD“讲死了”，按这些“教员”的观点，AutoCAD的实际用途也就是一个电子图板，这些教员自己是否真的用AutoCAD作过设计，实在是一个大大的问号，可他却有胆量教别人。这样的培训还不如不参加，与其得到一些错误的、使你的应用效果变差的“知识”，还不如是个“白帽子”。