DesignSpark Mechanical-降低3D实体模型入门障碍

RS公司的名称（职位）讨论了3D设计，探索“特征建模”和“直接建模”间的某些基本差别以及DesignSpark Mechanical-完全免费的新型3D建模工具-如何提供快速而直观的设计能力，激发3D新用户的创造力，以及从概念设计到制造方面为工程师提供新的可能性。

电脑辅助设计（CAD）首次作为工具出现是在20世纪60年代，主要是随汽车、航空航天及国防工业需要应运而生。20世纪70年代末，伴随传统手工绘图方法的逐渐减少，CAD成为工程专业学生的另一种绘图方法。20世纪80年代，由于16位至32位处理器技术的进步和彩色光栅显示技术的引进，这种先前演变过程实现了巨大飞跃。

多数开发此类系统的早期动机侧重于潜在生产力或新系统定义复杂表面和实物的能力。事实证明，汽车行业早期工作对所取得的进步极其重要。例如，雷诺被视为推动了CATIA软件产品的出现。

能够创造出3D设计和产品模型的高级软件市场源于1980年。从历史观点上说，其一直是主导市场的“基于特征”或“基于历史”的3D CAD工具。早期，方法学的盛行不可避免，但它的成功在很大程度上归因于当时计算机存在处理能力上的局限性。

由于缺少可用的数字运算性能，特征建模比直接建模等其他方法更具优势。这种方法主要基于使实体建模在20世纪80年代的硬件上可见的小技巧。特征建模打破设计，使其成为一系列个别参数驱动步骤或“特征”，作为创建部分形状的说明，同时，能够使硬件创建模型并在某些方面（例如实时）与之共同作用，或至少模糊地靠近。

当然，包括简单部件和组件的设计过程进行良好，但是，随计算机性能的不断提高，模型变得更复杂，其他概念也被开发用于将特征联系起来。这些所谓的局限性和亲子关系，其根本上描述个别特征或步骤间的关系，且存在于工具“历史发展”中。然而，这意味着，如果需要改变具体特征，则有必要将这些步骤正确追溯至特定功能的定义。特征建模还要求创建文件间的依赖关系，最终，数据管理工具的开发能够使设计团队并行工作。

入门障碍

然而，3D软件尽管强大，而且也普遍昂贵，仅CAD专家能够用得起。据估计，全球大约2000万用户将受益于3D设计的使用，包括大量电子工程师和机械工程师。但是，仅大约100万3D CAD席位被主要CAD软件供应商占用。其中，许多供应商本可以从3D设计中受益，但却未理解这门神秘而又令人费解的学问，对此，最可能的原因是成本：包括工具价格和充分熟练运用工具所需的时间。这两个因素成为用户从3D设计能力受益的主要入门障碍。

领先的CAD供应商提供的最新工具价格从$5000至$30,000不等，且通常含有高价年度维护费用。如上所述，第二个障碍始终是重要的学习曲线，有时与传统3D建模相关。对于入门级用户而言，在其充分使用高级3D工具提高工作效率前6至18个月内，可能需要随时使用。通常，这可能导致CAD设计被外包给专业CAD公司，在产品开发过程中，该公司甚至可能花费几周通过设计上的简单变化进入瓶颈。

直接建模

如今的计算机比其20世纪80年代强大10万倍。为此，直接建模（允许用户绘制3D图形，如同其使用铅笔和纸绘制图一样简便）被正式宣称为一种替代方法，或一种互补的3D设计工具（在许多情况下）。目前，许多公司将使用绘图或演示工具，向同事或领导或客户描述和交流设计和产品概念。当然，远在3D几何学用于详细有限元分析或其他分析之前，采用工具对既定产品的主要特性进行设计和分析，例如电子设计界的电气或热性能。

由于3D直接建模更为直观且便于学习，其为非CAD专家提供了一个巨大优势。直接建模被描述为与采用虚拟粘土的建模类似。本质上，它们都是关于几何体；没有特征历史且无需管理任何相关的复杂性（例如局限性或亲子关系）。该建模基于几何体水平工作，并将任何要求的修改改变至几何体，同时，探索3D创意和产品概念。就许多方面而言，它与SketchUp类似，例如，用户可推拉几何体并很快地创建新设计。

直接建模消除了许多传统特征工具相关的问题，因为不定期使用CAD的工程师能够改变模型，无需完全理解特征模型的所有“局限性”。例如，工程师能够通过直接建模直接用最后一个模型迭代设计，而且添加和去除设备时不出现任何问题。

高级直接建模工具的另一优势是更强的互操作性，但是，专有特征系统数据格式不兼容。从历史观点上说，有竞争力的3D CAD供应商掌握某些关于其各自工具的特征和关系操作迥然不同的创意。这说明专用软件包的创建彼此不兼容，并意味着互操纵性问题已成为CAD用户、其同事及供应链的一大挑战。以前，转换CAD数据格式时一直存在信息丢失现象，因此说明供应链中的所有人须使用相同工具。以高级直接建模工具（例如SpaceClaim Engineer）为例，模拟或制造部门的用户能够通过STEP文件和最常见的中间数据转换格式简单编辑CAD系统中实际CAD几何体。

但事实上，如果最终目标是，使用关键而易懂的关系和要求为极其复杂的部件组装创建自定义变量，则部分应用程序仍然需要特征建模。大型制造公司通常会通过由CAD专家组成的专门小组使用单一特征建模工具普遍处理这些要求。然而，这种方法对于极其小的设计而言，效率可能相当低。打个不精确的比方，就好像一位普通车主选择聘用专业赛车技师，但他需要的只是一些基本的汽车保养。因此，直接建模工具日益被视为极具吸引力的选择，为不断增加的应用程序提供更为快捷的建模能力。

因此，毫无疑问，基于特征或基于历史的CAD工具将继续在电子产品和机械设计的发展中发挥重要作用；直接建模在产品开发及其他领域提供了大量案例，尤其在概念设计和原型制造，其他领域亦是如此。除此之外，行业增长趋势是全世界电子和机械设计的融合。以前，电子工程师将向机械工程师提供电路设计，创建带有按钮和/或刻度盘模型。如今，这些过程日渐并行完成，其使产品设计更注重于产品外观。然而，事实上许多PCB设计工具提供集成3D观察器或提供机械CAD工具用IDF输出文件；实际上，这些均充分强调了工程师如今所面临的挑战。

DesignSpark Mechanical

RS已意识到这些重要趋势，并推出了DesignSpark Mechanical 3D实体建模和组装工具。与SpaceClaim联合开发并基于公司直接建模“SpaceClaim Engineer”3D设计工具，DesignSpark Mechanical可供下载，且对所有人完全免费。

基本3D模型能够通过软件的四个主要工具即刻实现：“拖动”、“移动”、“填充”，以及“组合”；并且不同于传统特征工具，该软件使用熟悉的“复制和粘贴”快捷键，例如，特别允许不同设计中几何体的简单重用。更具体地说，拖动和移动工具允许直接部分模型，且可移动至所需位置；组合工具将各部分划分成若干块，同时允许用户引入部分其他设计，并将其融入该设计；此外，填充工具清除小功能并填充空缺。

DesignSpark Mechanica具有高度伸缩性，并允许进行从简单形状到复杂混合体和表面的创建。拖动和移动工具具有最大灵活性，能够进行脸部和边缘编辑，提供薄墙和镜像、同心、圆形及倒棱几何体的创建。该软件还能够创建3D挤压、旋转和扫频几何体，不留下任何2D横截面。这意味着无需进行额外工作即可绘制新概念并实现实体3D设计。此外，如果增加或修改模型的具体参数，可通过选择元素简单编辑维度值-如特征工具一样，未规定建立复杂系统的限制要求。其还意味着不同用户可建立和保存其自己的尺寸。

该工具还允许灵活组装，其可将部件组装起来，反之亦然：组装结构可在部件创建以后或者甚至在形状绘制以前构造，无需担忧组件内部关系会妨碍修改。最后，无需不必要的模式切换：组件、部件、图纸视图和3D标记可使用同样的工具进行编辑。

 

概念阶段的推动创新

3D建模基于DesignSpark Mechanical和SpaceClaim Engineer等工具，其不同于传统特征“历史”3D建模工具的同比替换-这是值得声明和强调的重点。这些工具为各种规模公司各层次的所有设计师提供了诸多优势。在设有专门和资源充足的CAD部门的大型公司，其可用作辅助工具，使设计共享更快、更简便。它们使工业设计师和电子产品设计工程师从营销和生产等其他行业获益颇多，现在，这些设计师和工程师能在早期产品开发阶段作出贡献并相互合作。很显然，由于DesignSpark Mechanical是一种免费工具，不存在入门成本障碍；而且由于这种工具基于直接建模，因而它相当直观且使用极其便捷。电子和机械工程师以及其他用户可以在几天甚至几小时内完全精通本软件。

在产品设计周期的之前使用DesignSpark Mechanical，能够减少许多传统产品开发过程相关的耗时返工。由于允许在概念建模中使用这种工具，因而能够降低工程设计所浪费的时间。所有传统特征工具的频繁使用意味着创新的抑制，因为设计容易在最早的设计阶段停滞不前。其允许新概念模型的快捷创建，以与其他设计部门和客户共享；除快速的概念迭代之外，其具有更多的合作过程，尤其是以RFQ（报价单）为例的对应新创意实现概念化。

该工具将使电子产品和汽车市场的工程师更富创造力，同时，支持更有效的产品开发过程，使其通过交付详尽且尺寸准确的制造蓝图，产生专业RFQ概念。更重要的是，该工具能够通过二次设计的修改和增补消除设计初期的瓶颈，无需等待CAD部门使用传统3D设计工具对该设计返工。软件包括易于使用的直观尺寸和测量工具，允许清晰而准确的设计输出，如需要，该设计输出可被共享和分配。

DesignSpark Mechanical具有内置物料清单（BOM）功能，这是对其令人印象深刻规格的进一步改善。该软件将不断生成四分之一默认格式（或自定义模板）的材料单。这些清单可放入用户选择平面上的设计，充分说明设计内容。同时，无需笔和纸，用户即可点击一个按钮，直接从网站订购所需部件，并将提供所有相关技术和定价数据。该实时特性将每周为典型工程师节省数小时的部件和设备采购时间，并确保所有数据的实时准确性。

此外，该工具能够从任何PCB设计工具（包括著名的RS DesignSpark PCB软件）导入电路布局文件。更重要的是，DesignSpark Mechanical能够导出STL文件格式的3D设计，以便支持快速的原型构建和计算机辅助制造。该STL输出格式还支持3D打印机的直接设计输出，这已逐渐变得实惠（不仅仅对大型公司而言）。除从PCB设计工具的IDF导入之外，DesignSpark Mechanical还支持STEP、STL、OBJ、SKP（Sketchup）文件；来自该工具的完整可用输出包括AutoCAD（DXF）、OBJ、STL、3D pdf、XAML、jpg以及png文件格式。

3D模型

然而，不仅是3D建模工具极为重要。对于电子产品和机械工程师来说，jigsaw的绝对关键部分也是组件模型库的一部分。大约三年前，RS和加盟商为全球范围内工程师提供免费下载2D和3D模型扩充程序库的访问权限，作为使用DesignSpark的倡议部分，创立一个开发者社区，以便共享开源设计和创意。

ModelSource组件库包括80,000多个组件示意图和来自领先制造商的半导体、无源和机电组件PCB脚本。对于3D而言，ModelSource还提供来自50多个制造商超过38,000的3D模型，这些制造商涉及电子、机电、机械、气动、汽车和控制等关键技术。3D CAD模型还支持来自领先CAD供应商的许多专用文件格式。3D元件的主要代表制造商包括通用电子市场的Molex、3M、TE Connectivity、Harting和FCI，以及自动化和控制应用程序市场的西门子、施耐德和SMC。除此之外，RS还与世界领先的3D娱乐公司TracePart合作，为TracePartsOnline.net的在线CAD用户提供数百万DesignSpark Mechanical格式的模型访问权限。

总结

直接建模实用性基于3D设计工具（例如DesignSpark Mechanical和SpaceClaim Engineer），意味着3D实体建模可供更广泛的用户使用，而不再仅限于CAD专家。通过为制造提供高准确度的详细文件，此类各种工具将使RFQ具有更大创造力及更快的概念和设计交付速度。

此外，DesignSpark Mechanical结合DesignSpark PCB和2D与3D组件模型的ModelSourc库，使工程师能够采用专业工具在零成本基础上从事端对端设计。

DesignSpark Mechanical可在RS公司、联合电子公司及DesignSpark网站免费下载。此外，可在网站www.designspark.com的DesignSpark社区获取工具支持，同时该网站还拥有DesignSpark PCB和ModelSource库资源。