计算机辅助设计（Computer Aided Design，简称为CAD）是指工程技术人员以计算机技术为基本工具，用各自的 专业知识，对产品进行总体设计、绘图、分析和编写技术文档等设计活动的总称。一般认为CAD的功能可归纳为四 大类：建立几何模型、工程分析、动态模拟、自动绘图等。因而，一个完整的CAD系统，应由科学计算、图形系统 和工程数据库等组成。若加入人工智能和专家系统技术，可大大提高设计的自动化水平，可对产品进行总体方案设 计，实现对产品设计的全过程提供支持。科学计算包括有限元分析、可靠性分析、动态分析、产品的常规设计和优 化设计等；图形系统包括几何（特征）造型、自动绘图（二维工程图、三维实体图）、动态仿真等；工程数据库对 设计过程中需要使用和产生的数据、图形、文档等进行存贮和管理。

　　传统意义上的CAD系统（软件）技术已进入了成熟的发展时期，今后CAD技术的总体发展趋势是不断地向设计、产 品、开发和应用的全过程拓展其内涵，在更高的层次上、更广泛的范围内，向智能化与一体化、集成化与并行工程 、通用化与标准化以及商品化与实用化等方向发展。

　　目前CAD软件一般分为三维造型设计软件和二维工程设计（或绘图）软件，它们的参数化设计方法也不同。三维造 型设计软件用于产品的实体造型，其主要技术为参数化特征造型（构造三维模型）技术，代表产品为Por/Engineer 、I－Deas、CADDS－5、GS－CAD2000等等。二维工程设计（绘图）软件用于产品的工程图（二维平面）设计， 其主要技术为构造几何约束以实现尺寸驱动的参数化设计和绘图，代表产品为Sigraph－desghn、AutoCAD Designer、GS－ZDDS等等。

　　在二维CAD系统中，系统参数化技术分为参数化设计（Parameric Design）和参数化绘图（Parameric Drawing ）两种。该两种技术所代表的设计思路不同，即参数化设计以设定驱动参数和尺寸驱动为主要技术原理，而参数化 绘图则以计算机高级语言编程使具体图形实现参数化为主要技术原理。

一.参数化设计概述

　　参数化设计的主体思想是用几何约束、工程方程与关系来说明产品模型的形状特征，从而达到设计一簇在形状或功 能上具有相似性的设计方案。目前，能处理的几何约束类型基本上是组成产品形体的几何实体公称尺寸关系和尺寸 之间的工程关系，因此，参数化造型技术又称初次驱动几何技术。参数化实体造型中的关键是几何约束关系的提取 和表达、几何约束的求解以及参数化几何模型的构造。目前二维参数化技术已发展得较为成熟，在参数化设计与绘 图方面已得到了广泛应用。

⒈何谓参数化设计

　　参数化设计（Parameric Design）也称变量化设计（Variational Design）是美国麻省理工学院Go ard教授提出 的，它是CAD领域里的一大研究热点。近十几年来，国内外从事CAD研究的专家学者之所对其投入极大的精力和热 情进行研究，是因为参数化设计在工程实际中有广泛的应用价值。

　　在有关CAD的科技书刊或论文中经常出现下列术语：参数化设计、草图设计、参数化绘图、图形参数化等。何谓参 数化设计？为了回答这个问题，首先要搞清参数化设计的目的。软件设计者无论采用何种方法，基于何种环境开发 参数化设计系统，其目的都是通过图形驱动（或尺寸驱动）方式在设计绘图状态下修改图形。参数化设计通常是指 软件设计者为绘图及修改图形提供一个软件环境，工程技术人员在这个环境下所绘制的任意图形均可以被参数化， 修改图中的任一尺寸，均可实现尺寸驱动，引起相关图形的改变。

　　草图设计是近十年出现的新提法，具有草图设计功能的系统，允许用户在设计绘图中首先进行草图设计，即不必关 心线段连续是否准确，线段是否水平或垂直，在草图上标出重要的尺寸，系统会自动使线段连接准确及位置准确， 从而实现尺寸驱动。草图设计与参数化设计的目的是相同的，尽管草图设计的设计阶段有一定的灵活性，但有些 CAD系统已具备正交功能和目标捕捉功能，因此，草图设计实质上也可以统一到参数化设计上来。

⒉参数化设计的实现方法

　　近十几年来，国内外学者对参数化设计，从方法上做了大量的研究和尝试，取得了重大成果，目前参数化设计方法 主要有以下几种：

　　⑴.基于几何约束的数学方式

　　利用尺寸约束建立方程组，将几何约束转变为一系列以特征点为变元的非线性方程组，对于给定的约束，通过数值 方法解非线性方程组，一次解出所有特征点的坐标值，确定出几何细节。采用该方法必须输入充分且一致的尺寸约 束，才能求解约束方程组。

　　⑵.基于几何推理的人工智能方法

　　人工智能的发展，促进了参数化设计方法的发展，产生了几何推理法。这种方法又有两个方面：一是建立在专家系 统的基础上，采用谓语表示几何约束，通过推理机制导出几何细节。这种方法可检验几何约束模型的合理性并能处 理局部修改，但系统庞大，对递归约束无法处理。二是扩展现有的数据结构，使其包含拓扑信息，并通过程序实现 从几