高校的cad教学应从三维开始

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2、我的日志

3、我的文章星期一2008年01月21日高校的CAD教学应从三维开始 0       引言我国高校普遍开设CG、CAD教学以有近20年的历史，在绘图方式上经历了编程绘图、使用交互式绘图软件绘图的阶段。在教学内容上基本上为绘制二维图形、绘制三维线框模型的范围。最近几年，计算机自身的性能大大提高，原来用于工作站上的各种基于特征造型、参数化、变量化的三维设计软件全部有了微机版本。高等院校的培养目标是高级专门人才。CG、CAD课程应向广度和深度上拓展，应尽快增加基于特征造型、参数化、变量化的三维设计绘图教学内容

4、。1目前国内、外高校开设CG、CAD的状况CG、CAD课程的内容如果仅就图形处理而言应包括2维和三维两个基本部分。这些年来国内院校在开设CG、CAD类的课程中大部分只讲2维部分，三维几乎不涉及。在讲授三维内容时多采用AutoCAD中的实体造型功能。AutoCAD的实体造型功能极不适合于设计绘图与教学，根本的原因是它所建立的实体不是基于特征造型、参数化的，不能作编辑修改，更不能把除图形信息以外的东西传递给它下游的分析和加工系统（如CAE、CAPP、CAM），而这些正是“面向产品”的现代设计、制造的所必需的。国外先进的工业国家的大学已经开始了基于特征

5、造型、参数化的三维设计绘图教学，如美国的AUSTIN的得克萨斯州立大学计算机辅助设计与绘图（CADD）课程，其主要内容为教授实体造型绘图[1]。自2000年3月开始，美国的22个州的一千多所大学全面使用三维CAD软件AutodeskInventor，让学生使用最先进的CAD软件学习工程设计，为今后的工作做好更充分的准备[2]。2        设计、制图应逐渐从三维开始1)二维设计图样的作用如图1（a）、(b)、(c)所示，人们的最原始的设计构思都是从三维形象开始的，设计制造的结果也是三维的实体。但在这“开始”和“结果”两者之间传递的信息却是二维

6、图形，这实在是一种迫不得已的“颠倒”。在必须用手工绘制图样的时代，不要说绘制装配体的三维图，就是绘制一个稍复杂零件的三维外形图都是一件很困难的事情。此外，三维图还不足以清晰地表示加工、安装、维修零、部件时所必须的技术条件。所以，几百年来，人们一直是在按投影的原理和按一定的规范，在图纸上画出产品的二维图样，用以表达产品的工作原理、结构形状和技术要求等。人们称工程图样是工程界的语言。用计算机绘制二维图可以节省时间、提高设计绘图的效率等，对于普及CAD技术曾经起到了重要的作用，对CAD的更高层次的应用，作了十分必要的技术准备。在计算机技术和三维造型软件

7、技术高速发展的今天，用手工和计算机绘制二维的工程图样，仍然是需要的，这是因为：（1）      过去的图纸大多是用二维图形表达的，而新的设计又多是在参照原来图纸的基础上进行的。（2）      现代的自动加工方法还没有达到普及的程度，还需要二维图样。（3）      人们的设计传统和习惯不可能一下子改变。（4）      三维造型软件的性能和价格还不能被大多数的设计单位和个人接受。软件的使用性能还没有达到“大众化”。但是，在工程界立足于“产品设计”的时代，CAD的应用结果更应当体现在提高设计质量、缩短产品的设计周期、降低试制成本、传播和保存设计经

8、验、提高设计管理水平等方面。总之，是源于传统设计、高于传统设计。遗憾的是二维的CAD技术不能解决这些问题。二维设计绘图在现在和未来较长的一段时间内，仍然是工程师设计产品的主要手段 图1产品的设计构思与制造结果的关系2）基于特征的三维参数化模型是产品设计的基础设计模型的建立，就是设计数据库的数据填充过程。建立数据库的目的，是在将来的设计配凑过程中引用和修改其中的数据，最后完成设计。因此不能进行参数驱动的三维模型，即便是“看”起来很像、很真实的模型，也是没有使用价值的。 几年来国内工程界大力提倡设计从三维开始，其中的三维模型是基于特征设计的、全参数化

9、的。这里所说的参数驱动，包括对于新设计的零件、引用的标准件，也包括对各个零件之间的装配关系、位置关系甚至运动关系。 所谓特征设计，简单的说就是设计者可以通过组合常见的结构（如孔、轴、槽、筋凸台等）来完成产品的设计；这些被赋予了几何形状、尺寸大小、材料、精度及运动和动力属性的结构被称为特征。全参数化意味着软件系统可以自动记录设计的整个过程，特征的每一个属性都是可以被一个参数定义，参数是可以随时修改的。每一个设计步骤是关联的（如相配合的孔和轴）；三维模型和它的二维投影也是关联的，改变其中一个要素，另一个可自动关联变化。这一类软件系统可以支持产品设计和

10、制造的全过程。AutoCAD中的三维实体是基于几何信息建立的，计算机记录的只是表示实体模型的点、线、面信息，它不具备上述的两个特点。尽管