计算机辅助设计 （CAD）

   　 计算机辅助设计（CAD）技术从上世纪60年代开始发展至今。由原来以取代人手画图的两维CAD技术，到基于特征的参数化实体建模技术，已经不再单纯是为了要建立产品的实体模型，而是协助设计人员设计出更好产品的使能技术。过去，使用两维或三维计算机辅助设计工具的目的是为了产生工程图样，或是为了加工而建模。着眼点都放在工具所产生的结果（模型或工程图样）而并没有注意到使用这些工具的过程。今天，三维实体建模系统已经成为产品开发人员的主要设计手段，是设计过程中不可或缺的重要工具。

    　产品的设计在使用三维实体设计系统的过程中不断蜕变成长，最终成为完整的设计。换句话说，使用的设计工具与设计过程已经融为一体。当中有几项特别重要的使能技术，其一是实体模型的无异义性，能准确和可靠地描述产品的立体几何形状。其二是实体模型的可视化程度高，设计人员可以非常直观地观察及审视设计中的产品模型。其三就是互动性强，设计人员可随时拖动、旋转以及修改模型。在没有三维实体模型可观察和审视，又或者在模型难于互动和修改的条件下，设计人员只能凭经验及想象来进行设计。可视化程度高兼互动性强的三维实体设计系统使得实时建模变得可行。这种实时交互式的建模过程改变了设计人员传统的『想好了才画』的设计方法，使得产品建模过程变得更为互动，达到『边思考边建模』的设计方法。这种『边思考边建模』模式让设计人员做出更多“如果这样，会怎样？”的尝试，对设计做出更全面的考虑，从而达致更好的产品设计。实体建模的优点毋容置疑。直接在三维的环境中进行产品开发及设计是大势所趋，是企业走向数字化设计及制造的必经之路。是企业提高自主创新能力的重要手段。

    基于历史的特征建模系统

    　目前，主流的参数化特征三维建模系统都是基于历史的。设计历史实质上是一种单向的特征依赖关系，即建模前期生成的特征决定建模后期生成的特征的形状和位置3。设计历史的作用主要是为在参数化实体建模系统中的设计意图提供可修改的机制。参数化实体建模系统可以建立全相关的三维实体模型。正如装配体是由许多单独的零件组成一样，基于特征的参数化实体建模系统中的零件模型是由许多单独的元素组成的，这些元素被称为特征。特征一般可分为草图特征和应用特征。
- 草图特征：基于二维草图的特征，通常该草图可以通过拉伸、旋转、扫描或放样转换为实体。
- 应用特征：直接创建在实体模型上的特征。例如圆角、倒角和拔模斜度等就是这种类型的特征。

    　所谓参数化即用于创建特征的尺寸与关系可以被记录并存于设计模型中。这不仅可使模型充分体现设计人员的设计意图，而且还能够快速而容易地修改模型。关于模型被改后如何表现的计划称为设计意图。例如，设计人员创建成了一个含有盲孔的凸台，当凸台移动时，盲孔也应该随之移动。同样，如果设计人员创建了有6个等距孔的圆周阵列，当把孔的数目改为8个后，孔之间的角度也应该能够自动改变。在设计过程中，使用什么方法来建立模型，决定于设计人员将如何体现设计意图，以及体现什么类型的设计意图。

    　设计历史记录了创建模型的特征顺序，即模型的特征结构。参数化实体建模系统一般通过一个被称为“设计树”或者“特征树”的界面显示模型的特征结构。“特征树”不仅可以显示特征创建的顺序，而且还可以得到特征的相关信息和对特征进行操作。图一所示为一个由多个特征组成的零件。图中显示了这些特征与它们在“特征树”列表中的一一对应关系。

    图一：特征树与特征的对应关系

    三维设计的挑战

    　实体建模的优点毋容置疑。要充份发挥参变数设计系统的强大功能，设计人员需要花时间学习和掌握实体建模系统。事实上，过去的三维设计系统过于复杂，难学难用，设计人员往往消耗大部分时间在思考能否及如何建模。今天的三维设计系统已经大有进步，但设计人员仍然花上一半的时间在使用设计系统上。未来的系统应该更具人性化，更易于使用和更便于交流。工程师及设计人员可以花绝大部分时间在思考产品设计及工程等问题，而不是忙于学习及忖摸如何使用设计工具。图二所示为设计人员在过去，现在及未来花在使用三维设计工具及在产品设计上的时间比例。

  图二：设计人员花在进行设计与思考使用CAD的时间比例