掌握三维设计技术提高机械专业毕业生的毕业设计水平

1三维设计的发展

随着计算机软硬件技术的发展,微型计算机上的三维设计已经由专业的设计领域进入了普通设计师的设计领域.由专业的图形工作站-怎么写作器模式转化为易于为大众接收的个人计算机领域.由需要专门的图形显示卡过渡到普通的、非专业的图形显示卡就可以运行的状态.从前,设计师在设计对象时,总要把三维的设计对象转化到用二维设计的语言在图纸上表述,这种转化过程的本身就难免会产生错误和歧义,而且设计师有相当一部分的精力用在这种转换上,影响了设计质量和设计水平的完全发挥.如今,微型计算机三维设计突破了设计领域传统的设计模式,让设计师完全回归到自然的、正常的从设计到表达的直接的设计思路中去.三维设计的所见即所得设计理念,是历史的进步.这虽然看似一次简单的设计方式的改革,但带来的将会是重大的设计思想改变,必定带来设计质量的提升,是设计领域中一次革命.

2三维设计的概念

三维设计在设计领域有着广泛的应用基础,在工业的各个设计领域中扮演着日益重要的作用.那么什么是三维设计的概念呢?

从某种意义上来讲,工程设计中没有二维设计,只有用二维图纸来表现三维设计.过去,我们用传统的铅笔、图板、丁字尺画图,后来用AutoCAD、CAXA电子图版画图(北航海尔的CAXA有三维软件,CAXA电子图版是其二维软件),其工作过程都是一样,只是介质变了,但本质没变.它们都是工具画图,其工具的本身没有设计思想.用AutoCAD画图只能冠以计算机辅助设计,那么同理,铅笔、图板、丁字尺也能冠以文具辅助设计.三维设计与二维设计一样,首先分析在整个设计过程中,体现主要设计成分的是设计师还是计算机.如果是设计师,而计算机偏重于表现,通过表现来帮助设计师完善设计方案,那么,计算机在整个设计过程中所承担的是一个辅助角色,也是属于计算机辅助设计.那么何谓计算机三维设计呢?当然是要强调“设计”二字,而不是“画图”.由计算机来完成整个或者部分的设计过程.

我们知道任何一个物体至少都应具备这样两个属性,一是几何属性,二是物理属性.以一个阶梯轴为例来说明此问题,它的几何属性是指它的外形尺寸,各段的直径与长度、键槽的尺寸等,它的物理属性是指它的材质、重量、强度、硬度等.如果设计师设计了阶梯轴的几何属性(或称几何参数),那么计算机将通过计算,最后给出它的物理属性.设计师可以通过这些物理属性检查是不是满足该阶梯轴的设计性能要求.如果设计师给定了阶梯轴的物理属性(或称设计参数),那么计算机将自动给出该阶梯轴的几何属性.设计师可以通过约束条件等因素确定其外形尺寸.但是在设计过程中这两个属性始终是相互关联的,相互确定部分参数,再得到另外的参数.设计的过程,也是这两个属性相互补充的过程.而三维设计的结果可以直接进行计算机的辅助工程设计,即CAE工程.如进行局部受力的有限元分析、运动分析、碰撞变形分析、热应力分析等,也可以进行CAPP工艺.即计算机辅助工艺.利用计算机CAE的结果,进行各种分析之后确定所设计的产品确实满足设计要求,经过次数相对较少的中试之后需要形成制造工艺,此工艺直接采用三维软件形成的数据库,结合企业资源计划ERP形成单一数据库的制造工艺.此工艺绝非是二维图纸出图-晒图形成的纸质工艺,而是立体的、涵盖各方面综合数据的全面的工艺数据.它考虑了从上游产业链的原材料资源数据,到企业制造数据再到下游市场数据的全面而综合的数据库数据.这样的工艺可以满足现代产业发展的需求.而CAM,即计算机辅助制造则直接将CAPP的工艺,通过计算机网络直接传送给制造单元,如数控加工中心进行集成制造.上述过程被称为4C.即CAD-CAE-CAPP-CAM.三维CAD设计是4C的核心.

3掌握三维设计技术提高机械专业毕业生的毕业设计水平

笔者从1982年大学毕业至今,从最初的丁字尺、三角板、铅笔到AUTOCAD、CAXA电子图版的二维设计到如今工业设计中普遍采用的三维软件设计,多年的实践中体会到,传统的二维设计已经无法满足现今工业设计的需要,只有三维设计才是工业设计的出路所在.如果将来毕业后进行技术工作,必须进行三维软件的学习并通过课程设计、毕业设计等环节来加深对三维软件设计的深入掌握.

由于在设计中采用三维软件,学生能够更好地领会课题并充满兴趣地使用所学到的三维软件进行辅助设计.也仅有通过三维设计,使学生更好地设计出更符合工程实际需要的设计作品来.通过笔者多年的实践,好的毕业设计或课程设计源于对专业知识的综合运用.但能够使用三维软件设计出来的产品将会使优秀的设计锦上添花,更上一层楼.毕业设计是机械专业毕业生对四年大学所学知识的综合运用与掌控过程,任何走过场的现象都会造成学习资源的浪费,为今后的就业造成隐患.而平面的绘图仅仅能够描述图纸的尺寸线条,对于运动干涉、强度设计、有限元分析等三维技术独有的设计技术,无从把握与熟悉,更加需要提及的是三维制造与虚拟设计的技术及对理论设计的检验也无从下手.这些技术仅仅只有三维设计技术才能独有.因此,对于熟练掌握与运用三维软件技术是毕业生进行全面而综合设计的重要工具,仅有通过三维设计,才能更好地体现现代设计理念与掌握现代设计的精髓所在.因此,掌握三维设计技术,是提高机械专业毕业生毕业设计水平,使其得到全面锻炼的必由之路.