三维CAD时代的图学教育.doc

三维CAD时代的图学教育.doc1 三维 CAD 时代的图学教育摘要: 设计一向依赖于图学。近年来 CAD/CG 技术快速发展, 而大学图学教育无论在体系上还是内容上,还没有脱离原来的范畴。本文就 CAD 环境下设计和图学的关系做了一个探讨。关键词: CAD ;设计;图学教育;三维图样标准中图分类号: G712 文献标志码: A 文章编号: 1674-9324 ( 2014 ) 48-0196-02 一、制造业中的图学和 CAD 1. 设计方式的变化。制造产业中, 设计者把构思的立体形状按照投影法规律绘制出二维投影图, 并用二维投影图来表达自己的设计思路。这样的二维设计模式曾经持续了很长一段时间。相应地, 大学教育中, 为二维设计服务的课程体系( 体系的核心是图学) 也一直被实施至今。一般来说, 以复杂立体为对象的设计, 必须确定各个简单立体的形状和立体间的相互位置关系, 这些信息用二维投影图来表达。简单来说, 图学是这样一种学问,设计者把头脑中的三维立体用二维投影图表现出来时,需要用到它; 生产者从二维投影图中得出立体的形状信息时也需要用到它。图学是制造业从业者所必须掌握的一门学问。如图 1 所示。 1990 年初, 计算机辅助设计( 当时是二维 CAD 系统) 开始引入产品设计并很快普及。 1990 年中期,三维 CAD 系统登场, 2000 年开始在制造业中快速普及。截止至 2004 年我国的 92% 以上的中型制造业企业已应用了二 2 维 CAD 技术, 34% 的中型制造业企业已使用了三维 CAD 技术。 2009 年我国制订了相关的国家标准―数字化产品定义的数据通则。而现行的图学教育,在标准的贯彻方面,已经有点跟不上 CAD 技术发展的步伐。 2. 三维 CAD 设计的输出的现状。随着 CAD 技术的普及, 产品设计经历了二维工程图、二维工程图加三维模型、三维模型加简化标注的二维图样这三个阶段[1] 。现在,企业运用三维 CAD 技术进行产品设计,但制造所必须的尺寸、公差及技术要求等信息仍旧采用了传统的二维图样来表达。这样的制造信息的双数据源定义,在一定程度上导致了信息表达的分散和混乱。二、设计所必需的图学能力从制造和图学的关系可以看出传统的二维设计所必需的图学能力可以归纳为以下 4 类: 1. 绘制二维图样的能力。 2. 由立体绘制二维图样的能力。 3. 由构思的立体绘制二维图样的能力。把想象中的立体用二维图样表达出来,通过二维图样正确地传达自己的设计意图。 4. 根据二维图想象立体形状的读图能力,其中 1和2 是绘图能力, 3 和4 是二维三维互相转换的能力。在二维设计中, 这四种图学能力缺一不可。三、 CAD 系统对于图学能力的支持使用 CAD 软件进行设计, CAD 在上述四种图学能力方面给予设计者如下支持: 3 1. 二维绘图能力。二维 CAD 软件中的绘图命令, 包含了作图设计所必须的几乎所有的作图功能, 以及丰富的图形编辑功能。因此, 作图的正确率和效率得到大幅度提高,如图 2 所示。在三维建模时, 通常先绘制草图再进行拉伸、旋转等三维操作来进行建模。这里的草图就是二维图样, 而且通常只需要绘制很简单的二维图元[2] 。 2. 由立体绘制投影图的能力。三维 CAD 系统软件具有由三维模型自动生成二维投影图的功能[3] 。设计者只需专注于图形信息以外的尺寸、