---- 编 者 按：提 到 计 算 机 辅 助 机 械 设 计， 许 多 微 机 用 户 自 然 而 然 地 想 到AutoCAD， 似 乎 它 已 成 为CAD 的 代 名 词。 但 是， 对 于 像 航 空 航 天、 船 舶 及 汽 车 制 造 等 高 端 领 域 的 用 户，AutoCAD 远 远 不 能 满 足 要 求， 他 们 使 用 的 是CV 等CAD/CAE/CAM 公 司 的 高 端 产 品， 这 些 产 品 通 常 运 行 在SUN、SGI 及HP 的 图 形 工 作 站 上， 如CV 公 司 的CADDS 5。 目 前 高 端CAD 行 业 呈 现 出 两 种 新 的 发 展 趋 势， 一 是 对 大 型CAD 项 目 引 入 了EPD(Electronic Product Definition) 设 计 方 法， 将 一 个 新 产 品 从 概 念 设 计 到 制 造 成 最 终 产 品 的 整 个 过 程 在 计 算 机 上 用 统 一 的 数 字 和 图 形 模 型 给 予 全 面 的 描 述， 缩 短 了 产 品 研 制 周 期 并 降 低 了 成 本； 另 一 趋 势 便 是 高 端CAD 软 件 向 低 端 渗 透。DesignWave 便 是 这 样 一 种 产 品， 它 由CV 公 司 于1997 年 底 推 出， 可 在Windows NT/95 环 境 下 运 行， 它 的 测 试 版 曾 命 名 为CADStorm。 其 设 计 方 法 具 有 什 么 特 点 ？ 是 否 能 带 来 低 端CAD 设 计 的 风 暴 ？ 请 看 来 自 专 业CAD 工 程 师 的 评 价。

一、 引 言

---- 由 三 维 入 手 进 行 机 械CAD 设 计 是 人 们 多 年 来 的 期 望。 三 维CAD 是 否 优 越 于 二 维CAD， 关 键 不 在 于 哪 一 种CAD 方 法 更 现 代， 而 在 于 三 维CAD 是 否 能 真 正 解 决 问 题， 更 能 减 轻 设 计 人 员 的 劳 动 强 度。 从 高 档CAD 设 计 工 具 的 角 度 来 看，DesignWave 的CAD 组 织 结 构 的 确 简 单， 但 是 它 却 能 够 解 决 像 并 行 设 计 这 样 的 现 代CAD 问 题。 从 初 步 的 尝 试 中， 笔 者 感 觉，DesignWave 软 件 从 三 维 装 配 到 二 维 工 程 图 的CAD 组 织 方 法 是 可 行 的， 值 得 我 们 使 用 和 学 习。 这 里 仅 就DesignWave 机 械CAD 方 法 的 组 成 做 一 点 分 析。

二、 DesignWave 过 程 简 介

图1 DesignWave 设 计 过 程 示 意 图

---- 1. 零 件 的 三 维 模 型

---- DesignWave 零 件 的3D 实 体 模 型（Solid Model） 的 结 构 如 图2 所 示。3D 零 件 模 型 由 线（lines）、 描 画（sketches）、 工 作 平 面（workplanes）、 轮 廓（profiles）、 特 征（features）、 面（faces） 和 边（edges） 构 成。3D 零 件 模 型 的 最 底 层 元 素（element 或 entity） 是lines, lines 包 括 直 线、 圆、 圆 弧 以 及 矩 形 等 二 维 线 条。 多 个lines 组 成sketches, 封 闭 的sketches 组 成profiles。lines、sketches、profiles 均 属 于 特 定 的workplane。workplane 是 二 维 元 素 的 附 着 平 面， 同 时 也 是 二 维 元 素 的 组 织 单 元。workplane、sketches、profiles、lines 组 成 了 一 个 组 织 体 系， 以 便 管 理 凌 乱 的3D 实 体 模 型 的 二 维 基 础 元 素。 通 过 这 个 管 理 组 织 体 系， 可 以 组 织 起 底 层 二 维 元 素 的 显 示、 修 改、 访 问 等 操 作。 例 如： 如 果 我 们 想 要 访 问 某 条 基 础 直 线， 则 必 须 先 激 活 相 应 的Workplane, 再 激 活 相 应 的sketche, 最 后 选 择 该 直 线。

---- 二 维 的profiles 元 素 通 过features 作 用 形 成Solid Model。DesignWave 的features 类 型 包 括 轮 廓 挤 出（extrude）、 轮 廓 投 影（project）、 轮 廓 回 转（revolve）、 轮 廓 扫 描（sweep）、 实 体 边 倒 圆 角 混 合（edge blend）、 实 体 脱 壳（hollow solids）。 所 有 的features 都 有 添 加 或 去 除 材 料 两 种 产 生 方 式。

---- 已 生 成 的Solid Model 上 表 现 出faces 和edges, faces 和edges 为 元 素（entity） 的 产 生 和 调 整 提 供 参 照， 即 可 以 对faces 和edges 进 行 捕 捉。

图2 DesignWave 零 件 模 型 的 结 构 示 意 图

---- 2. 装 配 模 型

---- DesignWave 的 装 配 模 型 是 对 零 件 模 型 和 子 装 配 模 型 的 调 用 和 参 照。 零 件 模 型 和 子 装 配 模 型 作 为 文 件 形 式 存 放 于 计 算 机 的 外 存 上, 见 图3。

图3 DesignWave 装 配 模 型

---- 装 配 模 型 由 添 加 组 件 和 设 置 匹 配 条 件 两 个 操 作 组 成。 添 加 组 件 负 责 将 零 件 和 子 装 配 模 型 添 加 到 装 配 模 型。 匹 配 条 件 决 定 零 部 件 在 装 配 模 型 中 的 位 置 和 取 向。 匹 配 条 件 包 括 平 面 匹 配（mate planes）、 平 面 对 齐（align planes）、 中 心 轴 对 齐（center axes）、 轴 定 位（orient axes） 几 种 方 式。 施 加 匹 配 条 件 后， 零 件 将 移 动 位 置 和 取 向， 并 将 永 久 保 留 这 个 约 束。mate planes 使 两 个 被 选 择 的 平 面 相 对 方 向 对 齐；align planes 使 两 个 被 选 择 的 平 面 同 方 向 对 齐；center axes 使 具 有 中 心 轴 的 特 征， 如 孔、 轴 的 轴 心 对 齐；orient axes 使 对 齐 的 中 心 轴 的 组 件 作 规 定 的 相 对 轴 向 旋 转。 无 法 用 上 述 四 个 匹 配 条 件 完 成 的 装 配 使 用 普 通 的 移 动 和 旋 转 来 完 成。

---- 装 配 模 型 还 有 两 个 有 用 的 附 加 功 能：（1） 可 以 构 成 零 件 模 型 的 生 成 和 修 改 的 环 境， 在 此 环 境 中 零 件 模 型 的 生 成 和 修 改 可 获 得 装 配 参 照；（2） 可 以 对 装 配 模 型 进 行 分 析， 包 括 生 成 零 件 列 表、 计 算 零 部 件 质 量 体 积、 列 出 匹 配 条 件。

---- 3. 模 型 再 生 与 参 数 化

---- 从 图2、 图3 可 以 看 出，DesignWave 的 零 件 和 装 配 模 型 是 一 个 由 基 本 元 素 到 高 级 元 素 组 成 的 具 有 等 级 特 征 的 结 构 体 系。 在 模 型 生 成 后，DesignWave 允 许 对 任 何 一 级 元 素 进 行 修 改。 修 改 之 后， 模 型 经 过 重 新 生 成 而 得 到 更 正。 这 个 机 制 可 以 实 现 参 数 化 设 计， 即 如 果 改 变 低 级 元 素 的 尺 度， 则 整 个 实 体 模 型 的 尺 度 都 会 改 变。 有 经 验 的 设 计 者 甚 至 可 以 用 改 变 特 征 产 生 的 次 序 方 式 修 改 实 体 模 型 的 形 状。

---- 4. 并 行 设 计

---- DesignWave 的 运 行 环 境 是Windows 95 或NT。DesignWave 的 并 行 装 配 模 型 是 基 于 文 件 参 照 和 路 径 搜 索 机 制 并 在 其 网 络 运 行 环 境 的 支 持 下 实 现 的。 装 配 模 型 和 它 的 子 模 型 完 全 以 路 径 和 文 件 的 形 式 存 放， 直 接 利 用 操 作 系 统 的 目 录 结 构 就 可 以 实 现 整 体 模 型 的 分 布 式 并 行 设 计 的 管 理， 通 过 模 型 再 生 机 制 可 以 随 时 响 应“ 工 程 更 改 单”（ECO）， 如 图4 所 示。

图4 DesignWave 的 并 行 设 计 模 式

---- 在 成 组 协 作（team work） 的 并 行 环 境 下， 组 内 每 位 设 计 者 都 可 以 看 到 装 配 模 型， 并 可 以 在 装 配 环 境 中 进 行 零 件 的 设 计， 任 何 人 对 零 件 的 修 改 均 能 反 馈 给 各 个 设 计 者。 设 计 权 限 和 版 本 控 制 借 助 于 操 作 系 统 的 文 件 管 理 机 制 实 现。

---- 5. 工 程 图

---- DesignWave 工 程 图 也 同 样 和 相 应 零 部 件 实 体 模 型 相 联 系， 是 实 体 模 型 的 派 生 物。 零 部 件 实 体 模 型 的 改 变 也 会 通 过 模 型 的 更 新 机 制 反 映 到 工 程 图 上。 一 个DesignWave 的 工 程 图 主 要 由 标 准 或 自 定 义 图 框、 消 隐 视 图、 剖 视 图、 尺 寸 标 注、 新 的sketches 等 组 成。 这 其 中， 图 框 由 线 条 交 互 描 绘 而 成； 消 隐 视 图 直 接 联 系 相 应 实 体 模 型 的 某 个 视 图 自 动 产 生； 在 已 经 产 生 的 视 图 上 可 以 用 直 线 定 义 出 剖 切 路 径， 经 过 自 动 处 理 后 可 生 成 各 种 全 剖、 半 剖、 旋 转 剖、 局 部 剖 等 剖 视 图； 各 消 隐 视 图 和 剖 视 图 通 过 移 动 对 齐 等 操 作 实 现 图 面 布 置； 尺 寸 标 注 由 人 机 交 互 半 自 动 完 成。

---- 6. 其 他 特 点

---- DesignWave 基 于Windows 操 作 系 统， 具 有 很 多 现 代CAD 软 件 的 特 点， 如 同 时 可 以 打 开 多 个 窗 口、 多 个 模 型， 提 供 多 模 型 间 的 相 互 参 考 等。 除 此 之 外，DesignWave 的 用 户 交 互 也 非 常 简 捷， 表 现 为：（1） 完 全 取 消 了 语 言 式 交 互 命 令；（2） 悬 浮 于 图 面 上 的 图 形 菜 单 不 超 过 十 几 个， 采 用 如 快 速 剪 切、 数 值 默 认、 置 后 更 正 等 智 能 手 段 简 化 用 户 输 入；（3） 成 功 地 使 用 栅 格 完 成 坐 标 输 入；（4） 三 维 实 体 模 型 的 着 色、 视 图 旋 转 操 作 简 化 到 只 需 作 一 下 标 记， 并 且 三 维 实 体 模 型 的 建 立 可 以 一 直 保 持 在 着 色 状 态 下 进 行。

三、 设 计 举 例

---- DesignWave 实 体 造 型 操 作 十 分 简 单， 图5 是 一 个 简 例。 图 中，（a） 图 是 着 色 的 实 体 造 型，（c） 图 是 其 工 程 图 纸，（b） 图 是 造 型 的 线 框 表 示。 造 型 的 过 程 是： ① 描 绘 出（c） 图 底 部 的 矩 形 轮 廓， 而 后 将 此 轮 廓 向 上 做 挤 出 操 作， 形 成 盒 形 实 体； ② 对 盒 形 实 体 倒 圆 角； ③ 在 盒 形 实 体 上 表 面 绘 出 圆 形 轮 廓， 向 下 投 射 形 成 通 孔； ④ 对 实 体 进 行 脱 壳 操 作。

---- 2. 装 配 模 型

---- 图6（a）、（b） 分 别 为 一 个 机 械 装 置 的DesignWave 实 体 装 配 模 型 和 工 程 图 模 型。 一 般 设 计 者 可 在60 分 钟 内 完 成 此 模 型 的 零 件 图 和 装 配 图。 模 型 完 成 后， 对 实 体 零 件 的 任 何 修 改 都 可 以 随 时 反 映 在 零 件 的 工 程 图 上。