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CAD的根源,第2部分:设计过程

通过埃文灵便的|2013年1月28日

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Steven Coons在麻省理工学院林肯实验室TX-2计算机前

1959年,道格拉斯·罗斯、史蒂文·库恩斯和约翰·沃德与他们的同事一起启动了麻省理工学院计算机辅助设计项目,并播下了定义现代CAD的种子。

在1963年春季联合计算机会议上,Steven Coons发表了一篇关于CAD:计算机辅助设计系统要求大纲的开创性论文。几天前,在这篇文章的第一部分,我发表了一篇论文的摘录,其中Coons描述了麻省理工学院对CAD的最初想法。今天,我将介绍设计过程中更有趣的部分。

Coons在这篇论文中提出的区别在50年后仍然有意义和价值,并为今天基于模型的工程和设计方法指明了方向。


设计过程

设计过程开始于对提议的设备或系统的图形描述,以满足人类的需求。说描述是图形化的,就是在一个想法的最开始,设计师对他的创作的理解几乎是发自内心的,而不是理智的。起初,他不是从一篇翻译得恰到好处的英文单词描述的完美中,也不是从一个数学公式的精确中,而是从隐约可见的一些建筑结构的模糊组合中,领悟到自己的思想;他“感觉到”他的创造物。草图在这些模糊的想象和随后对概念的精致细节的精确表述之间形成了自然的桥梁。

在这个早期阶段,根据定性标准,以定性的方式做出保留、修改或放弃部分或全部原始概念的决定。修改后的概念导致进一步的定性决策,并进一步修改概念。在这种情况下,最初模糊和不完整的概念开始具有更具体、更坚实的性质;它的定义变得更好,直到在某个阶段,它的定义足够好,可以使用更精确的分析工具。

在设计过程中,设计师要考虑大量的变量,有些是连续的(比如零件的重量),有些属于离散的“点集”(比如材料:钢、黄铜、铅、塑料)。此外,这些变量以一种非常复杂的方式相互关联或交叉耦合。有些交叉联轴器很弱,有些很强。如果恰好是线性关系,则交叉耦合的强度是恒定的,但通常这种关系是非线性的,各个变量的相互影响随其值的变化而变化。

设计师构建这样的关系,以便他能够贯穿它们,在可能的情况下利用松耦合,希望获得一个精确的,但通常是第一个或第二个,或更接近变量值的近似值。以框图、线性图或信息流图表的形式,以图形的形式完成这种结构是很正常的。因此,他使用图形形式对设计进行拓扑和几何描述,并对其物理功能进行抽象描述。

在设计过程结束时,必须仔细定义最终结果,以便能够建造。这是布局绘图员和细节绘图员的职责。如果制造过程中涉及到自动控制的机器,程序员也是系统的一部分。

当我们观察这样的设计序列时,我们会看到一些工程师在开始时执行高度创造性的任务,而大量的绘图员和技术人员在相当长的一段时间内执行相对缺乏创造性的任务。其中一些任务需要高度的智力努力,如应力分析或空气动力学分析,但它们本身并不具有创造性(除非在设计和使用新的数学技术的情况下)。其他任务显然是纯机械性质的;例如,细节绘图员没有任何创造性。在最糟糕的情况下,他只是从布局图中勾勒出零件的轮廓,然后加上尺寸。通常这些图纸会直接送到车间的机械师或制版师那里,但有时零件程序员也会使用这些图纸,并将其转换成符号信息,供计算机使用,以便为自动制造机器准备穿孔胶带。然而,这些本质上都是机械操作,很明显,至少在原则上,计算机可以处理所有这些操作。


节选自《浣熊,史蒂文》计算机辅助设计系统要求大纲”,春季联合计算机会议记录,底特律,密歇根州,1963年5月21-23日。

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