2.3 設計還是繪圖
    CAD技術的目標究竟是什么？這是一個有很長歷史、涉及到了一些領導者和權威們的爭論：“究竟什么是CAD的D，是Drawing還是Design”？設計中肯定要生成二維工程圖，但這是設計全過程的一小部分，是工程師最熟悉，也是困難最少的部分，并不是最需要有人幫一把的部分。所以CAD的D應當是Design。 為什么這個問題長期以來爭論不休？主要原因有：
    1〉參加這個討論的人，現場設計能力和設計經驗到底怎樣？真的都是有經驗的成熟設計師嗎？還是機械專業畢業，但從沒有獨立做過成套設計的準工程師？
    2〉微機CAD軟件是較幼稚的系統，其能力較弱，事實上老版本的AutoCAD確實只會畫二維圖形。由于我國科普工作做得相當差，新知識傳播通道太少，工程師在職進修的機會也相當少。
    3〉增值軟件開發商手中的主要開發者是缺乏工程設計經驗的大學生，說不清設計過程究竟是怎樣的。可別小看這個“設計經驗”，在這上邊失之毫厘，在她編寫的軟件中就會謬之千里。最近出版的一本大學機械制圖教科書，還在教給學生如何用C語言編程，驅動繪圖機繪制直線、圓和簡單的幾何圖樣。在這樣的教材教導下的大學生，不要說設計經驗，連基本概念都有問題。
    4〉機械設計是各種設計中最麻煩，最不容易規范的，似乎能作得成的事也就是畫二維工程圖。
    5〉不少應用技術的推廣者或者培訓教師也沒有真正搞清這個問題，自己也是設計經驗不足，以其昏昏，如何能使人昭昭。 設計，有兩種主要模式：創成設計和檢索設計。只有以創成設計為主的條件下，才是我們自己的產品開發設計模式，才具有市場競爭力，才有明確的經濟效益。而檢索設計主要是在已經成熟的設計方案基礎上的提高，這是工裝類設計的最主要模式。完成創成式設計的輔助，才是使用 CAD 系統的方向，才是具有明確經濟效益的方式。 從傳統設計過程來說，確實有抄圖的成分，但最主要的工作內容是創建一個新的二維表達。比如說設計一根磨床主軸，在一開始構思時，自然說不清有幾段臺階，各自多長，只是有了一個粗略的概念，很可能在以后的設計過程中，這個初始概念下的參數，被修改得面目全非。等到了設計快結束時，這根軸的參數才明確下來，才能建立正式的二維工程圖。因此，在一般設計中，總要經過方案草圖、裝配草圖、零部件圖、正式總裝圖、正式零件圖… 這樣的幾輪繪圖工作，很少有畫完了零件圖或裝配圖就完事大吉的情況。因此說二維圖形參數化的方法是輔助制圖而不是輔助設計。而對于一個機械工程師來說，繪制二維工程圖是他的看家本領，要不要用計算機輔助真是無所謂。從這個意義上講，用圖板還是用計算機，沒有本質區別。 但，AutoCAD這個軟件在二維圖處理上，具有獨特的、極強的幾何設計功能，精度也極可*。如果將AutoCAD作為有限設計數據庫來使用，在掌握了操作技巧或者用不太復雜的程序輔助一下，就能解決許多解析法難以解決的工程數據求解或是專業設計模擬這樣真正的CAD需求，有效地提高設計質量。如果要在二維圖形中真正進行輔助設計，這個CAGD模式確實是一條路子。比如筆者在1989年作為主設計研制的“圓形分布多軸鉆削動力頭CAD系統”軟件，就將工程師六天的工作量減少到了半天。按設計任務單所列參數，輸出六個數據就進入自動設計成圖過程。在實用考核中取得了設計結果免檢的信譽。這是在AutoCAD R9中完成的工作。可見，建立二維設計數據庫，在二維繪圖范圍內也是很有應用潛力的。#p#分頁標題#e#

3.從三維開始設計是必然趨勢     3.1 三維設計還二維設計
    人在設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、相關零件、制造工藝等等關聯概念的三維實體，甚至是帶有相當復雜的運動關系的三維實體。只是由于以前的手段有限，人們不得不共同約定了在第一象限（美國是第三象限）平行正投影的二維視圖表達規則，用有限個相關聯的二維投影圖表達自己的三維設想。這種表達信息是極不完整的，而且繪圖、讀圖要經過專門訓練人進行，以便“糾正”人類頭腦中原始的、關于幾何形體表達的“錯誤”。 如果能直接以三維概念開始設計，在現有的軟件支持下，這個模型至少有可能表達出設計構思的全部幾何參數，整個設計過程可以完全在三維模型上討論，對設計的輔助就很容易迅速擴大的全過程，設計的全部流程都能使用統一的數據，這是發達國家CAD的今天，也是我們明天的微機CAD。 從三維開始的設計，二維工程圖的表達仍然要遵守傳統設計的要求，因為加工、裝配現場還不可能安裝計算機系統。這樣，支持軟件必須有從三維生成二維工作圖，并雙向關聯的能力；為了能在設計中配湊和修改尺寸形狀，支持軟件又必須有三維實體全面尺寸約束和特征修改能力。 這樣才有可能建立充分而完整的設計數據庫，并以此為基礎，進一步進行應力應變分析、制件質量屬性分析、空間運動分析、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、商業廣告造型與動畫生成等一系列的需求都能充分滿足，這才是對設計全過程的有效的輔助，這才是有明確技術效益和經濟效益的CAD。 如果做到了這一點，傳統的以二維工作圖為主的設計資料管理將變成三維設計數據的保存和管理，而工科大學的機械制圖課就可以大幅度刪砍，盡量保留學生的三維原始概念，二維工程圖的畫法也應隨之大幅度簡化。 在我國，近期內實現波音777那樣的全數字化設計還不可能，但是在機械系統實施從三維概念開始的、基于微機的CAD是條件具備的，可以指望解決傳統設計中前文所列的難點。這樣作肯定會明顯提高設計的質量，隨之而來的是提高設計的速度。#p#分頁標題#e#

    3.2 只有三維設計才是真正意義上、創成設計的CAD
    許多二維參數化軟件商告訴我，有了二維參數化，你可以隨心所欲地修改零件的形狀和尺寸，完成設計更新，這多么好啊。可我從來不敢相信這樣的觀點。修改零件的尺寸是很容易的，問題是我怎么敢改。要敢改，起碼必須進行力學分析，否則這個連桿斷了怎么辦？我們這些學工的人，都完整地學了理力和材力，經過了三、五年的設計工作后，你的這些知識還剩多少？不經常使用的知識就會忘記，不經常使用的原因不是不需要，而是太麻煩：作一根軸的彎扭組合校核還算湊合，你把發動機缸蓋分析一下試試。設計質量提不高，許多問題出在這個分析上。看到國外的設計小巧輕薄，而我們的同類設計傻大黑粗，剛度反而不好，原因誰都會說：材料沒有用到關鍵的地方。哪里是最需要材料的關鍵部位？找不到這個部位，設計仍然是傻大黑粗。可見，應力應變分析在CAD中是極其重要的內容。只有三維設計，才有可能組建進行有限元分析的原始數據，進而進行零件幾何形狀的優化設計。否則就是傳統的設計方法：進行多次的臺架試驗甚至樣機考核試驗，成本之高、周期之長，是現代市場經濟無法容忍的。 機會對每個設計師都是公平的，在需求確定之后，誰先設計出來、誰先制造成功，誰就會有市場，有經濟效益。常有這樣的情況，按國外造型的一次性打火機，我們再制造一個，注塑完成后，一眼就看出來不一樣。為什么？你的注塑模具沒有放出足夠的局部收縮量。在這個問題上，傳統的二維設計毫無辦法。 在裝配狀態下討論零件設計，使每個工程師都有的夢想。二維設計只能在局部上勉強做到，而三維設計必然能實現這個夢想。

    3.3 能直接進入三維設計嗎
    有一個類似的討論，我們現在的電子類專業大學教學，是半導體原理講起，之后是二極管、三極管、單管放大、復合放大、小規模集成電路… 這樣的順序講硬件。然后從二進制、各種進制的轉換、機器指令、到一般程序設計… 這樣的順序講軟件。這里強調的是個“體系”。于是，學生在校期間很難接觸到最新的軟件技術，要想接觸最新技術，目前可能要在學校學十年，將來技術進一步發展，十五年也不一定畢業。因為“體系”太龐大了，要不怎么叫知識爆炸呢。 實際上，計算機應用技術完全沒有必要從二進制學起。一個完全不知道怎樣將十進制數轉換成二進制的人，照樣能用好計算機。因為計算機應用的目的就是“將我們已知如何做的事情自動化”，而十進制轉換成二進制，是早就已知如何做了的，早就自動化了的，用戶已經不必知道和介入這個過程了。如果計算機不能越來越多地接過人類已經確認的工作過程，實現自動化，就不會有越來越多的計算機系統投入使用。 因此，計算機軟件應用特色是：利用軟件提供的功能，根據你的題目要求，完成想做的事情。至于軟件內部究竟是怎樣完成的，沒有必要去操心。只要你真的明確自己要做什么（實際上這也不容易）。在軟件應用上來說，軟件能力有多強，你的應用結果就有多好，完全不必象在大學那樣，從二進制學起。 可見，跳過二維工程繪圖軟件應用階段，直接從三維設計開始，完全沒有問題。當然，在三維建模中要用到的二維圖線生成技術，還是必須掌握的。 對于一個成熟的設計師來說，進入三維設計最大的障礙不是軟件應用技術，而是自己的思考方法。由于多年來習慣于二維工程圖表達，習慣于讀圖中一系列規則的使用，對于描述三維模型上各個特征的類型和相互關系，從思考方法上已經生疏。在這一方面，甚至不如一個新畢業的大學的生接受能力。把自己的思維模式“返樸歸真”，是一個必須經歷的過程。恢復人類本能的三維模型描述，并不算困難，如果在一個有經驗的教師引導下，會很快達到要求。#p#分頁標題#e#