三维设计论文

三维设计的发展前景学院：农学院姓名：宋云峰学号：20090106310017摘要：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、制造工艺等等相关概念的三维实体，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扩大到全过程，设计的全部流程都能使用统一的数据。

关键词：三维设计前景 CAD 优点近期，关于“三维设计是否能够替代二维设计？”的讨论非常激烈，这个讨论既让人高兴又让人担犹。

让人高兴的是，讨论说明有很多人关心三维软件的应用发展，很多人认识到应用三维软件辅助设计的迫切性，希望通过讨论寻找到合理的三维应用方案。

在三维软件的推广过程中有质疑声也是很正常的，回顾历史，每一次进步都是在质疑中获得的。

远的不说，二维软件在推广之初就受到了很多怀疑。

然而，这个讨论也有让人担忧的地方。

部分人没有认识到三维软件的应用将对计算机辅助设计概念本身所产生的革命性影响，而花过多地时间与精力去比较三维软件和二维软件的出图性能，进而匆匆忙忙抛出一些草率的论点。

1、关于二维设计、三维设计的概念剖析设计的概念设计，创建、策划、构思之谓也。

设计是个相当复杂的、只有经过专业训练的、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。

从广义上讲，设计指设计人员从接收设计任务到输出设计成果这一时间段内完成所有工作的过程，既包括设计人员通过查资料、分析、计算等活动形成设计方案的过程，又包括设计人员将已形成的设计方案通过图纸等形式的工程语言表达出来的过程。

从狭义上将，设计仅仅指设计人员进行创造性劳动的过程，即设计人员通过查资料、分析、计算等活动形成设计方案的过程。

在用软件进行设计辅助的条件下，人脑也要处理其中的一部分，因此是CAD（计算机辅助设计），而不会是CD（计算机设计）。

对于二维的、以工程图为主要辅助目标的软件，需要大量人工处理的环节，软件要处理的只是其中很少一部分。

没有二维设计存在根据设计的广义概念，二维软件确实是一种辅助设计软件。

而根据设计的狭义概念，二维软件就很难被称为辅助设计软件。

从二维CAD技术来说：设计总要绘图，是迫不得已。

因为一个工程师无法记住自己的设计（哪怕是较简单）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。

可见，我们绘制工程图，实际上是设计思维的表达手段。

二维软件是以工程图为主要辅助目标的软件，多是在设计方案已经形成，用作设计方案的表达输出之用。

这种模式，方案形成和方案表达是串行完成的。

有些情况下，设计人员在方案完全形成之前已经在使用二维软件，这种情况也不能作为二维软件辅助设计人员进行设计的证明。

因为尽管正在使用二维软件，设计人员也不可能直接运用二维图像进行构建设计方案的设计思考，设计人员仍然需要在大脑中虚拟重建三维图像，根据虚拟三维图像完成设计方案的构建，同时通过二维软件将已完成的设计方案同步表达出来。

这种模式，方案形成和方案表达是并行完成的。

无论串行模式，还是并行模式，二维软件都很少对设计人员完成创造性工作有所帮助，因而“二维设计”是一个值得商榷的概念。

三维软件可以辅助设计人员完成设计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、制造工艺等等相关概念的三维实体，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。

即使有了完整的设计数据库技术，设计过程也不可能脱离工程师的智慧。

不同的是，需要人做记忆和分析的问题会逐渐减少，更多的、有规则可循的事情将逐渐转给软件去处理，腾出来的思维空间，用作更大规模的创造。

认知心理学的研究成果提出，记忆分工作记忆、短期记忆、长期记忆。

与设计思维密切相关的是工作记忆。

工作记忆空间非常有限，仅为7个单位量。

如此有限的工作记忆空间，既要承担构建虚拟图像的任务，又要完成设计思考，其工作负荷可想而知。

采用三维软件能在大脑以外虚拟三维图像，完成后的三维虚拟图像以整体形式进入工作记忆，减轻了大脑负担，节省出的工作记忆空间便于设计员进行更富创新的设计思考。

2、采用三维软件辅助设计是必然的发展趋势研究历史，不难发现图纸的每一次变革都与社会生产形式变革密切相关。

当设计人员采用手绘草图时，社会生产多以作坊形式存在，图纸仅仅作为设计人员个人记录之用，与外界无交流或仅需小范围交流，这种情况下没有图纸标准的概念；随着大工业时代的到来，社会生产以批量制造为主，为了适应大范围交流的需要，制定了相应的图纸标准，设计人员使用图板制图；当社会生产的效率逐步提高，产品更新换代的间隔时间越来越短，同时伴随计算机技术的发展，2D CAD的出现满足了当时生产发展的需求。

为了表达和记忆自己的设计思维，不得不借助工程图。

但无论如何，对这些表达的建立和结果的解释，还必须由经过专业训练、成熟的工程师（人）进行。

大量的设计构思，需要在这样的解释下才能展开和讨论。

可见，图形与数据之间，需要人的介入、记忆、解释，才能真正有用。

这就是传统设计中对于“设计构思图形化”的处理规则。

在传统的二维设计中，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系，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。

原因是因为在使用2D CAD软件的过程中，你完全没有准备在二维构造过程中表达充分的原始设计数据，也没有对设计数据进行关联和使用，进而使设计构思的“数字化”。

融合知识工程的三维设计软件是辅助设计工具变革的一个里程碑。

三维设计软件不但能将设计规则、设计标准等规则性知识集成在软件中，而且能将设计人员的设计过程有效纪录下来，完成设计过程知识的积累。

后期设计人员在使用三维软件时，既能高效率地保证设计方案满足设计规则、设计标准的要求，又能使用早期积累的过程知识自动完成设计方案的构建。

现阶段市场竞争激烈，产品日趋复杂，个性化要求日益增多，设计开发的难度越来越大。

在知识爆炸的时代，企业如何满足市场环境的要求是每个企业必须面临的问题。

有效的知识积累、知识重用，促进高效率、高质量、创新性的设计开发是企业的唯一生存之道。

采用三维软件辅助设计将满足这一发展需求，因而采用三维软件辅助设计是必然的发展趋势。

这种发展趋势可以从汽车、飞机等行业近期的发展，以及3D软件近年的市场份额增加得到证实。

3、2D软件和3D软件各自的优点2D软件和3D软件的应用都已经比较广泛，虽然各自有一些弱点，但是它们各自的优势却是非常显著的，这也正是它们各自的市场价值之所在。

充分了解二者的优势，是规划二者应用实施的先决条件。

2D软件的优势：A、使用多年，应用较为熟练；B、2D标准比较完善，作为工程设计、施工的主要介质，其在行业的垄断地位短期内无法改变；C、开发了很多插件，通过插件的使用，大大提高了工作效率和图幅质量D、修改灵活；3D软件的优势：A、表达直观（所见即所得），将有效提高设计质量；B、一个数据源，可用作多种用途，为协同并行工作提供条件，提高团队工作效率；C、可有效集成设计知识，包括规则性知识和过程性知识，促进知识重用，减轻设计工作量，为自动设计打下基础；D、模型关联，有效保证数据的统一性和准确性；E、参数化设计的主题：关系和大小。

先确定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。

通过二者优势的对比，不难看出对于创成设计，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。

4、确立3D设计、2D出图的思想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。

不要比出图能力，集中精力体会3D软件辅助设计的优势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。

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。

由于软件提供的功能不够“专业”，用起来就有些模不着头脑，整合过程也是“再学习”。

作为制图工具，3D软件的出图能力无法与2D软件比肩，如果初学3D软件的人将精力过多地放在比较二者的出图能力上，将无法体会3D软件辅助设计的优势。

另一方面，现阶段很多人无法体会3D辅助设计的优势，甚至觉得使用3D软件要做很多重复性工作。

其主要原因在于现阶段开展的大部分3D项目多为验证性质，是根据已有图纸建3D模型，而非用3D软件直接做设计；建好3D模型后，又要根据得到的3D模型出工程图。

整个过程实际上是在考核3D软件的建模能力和出图能力。

如何让项目参与者切实体验三维软件辅助设计的能力是一个值得研究的问题。

完备的3D解决方案受益于技术的进步，现有3D解决方案是完备的：3D设计——3D校核——3D评审——3D发布。

如DS的3D PLM解决方案如下：3D设计、2D出图在某些行业，可能由于各种因素的限制，完全抛弃2D软件是非常不明智的，因而，可以采用一种折中的解决方案：设计、校核、评审等过程在3D环境下完成；方案通过后，采用3D软件和2D软件相结合的方式出工程图：对于可重用的工程图在3D软件中做模板，通过模板出图和手工调整相结合的方式得到工程图；其它的工程图用2D软件弥补，即在3D软件中出个大体，通过2D软件进一步修改完善。