1.前言
以計算機技術為支柱的信息技術日新月異的發(fā)展，參數化CAD設計已越來越受到企業(yè)設計人員的重視，利用參數化CAD技術手段進行設計不僅可以向人們展示直觀的數據模型，還可以通過一系列的自動化手段（如參數化設計、關聯驅動、提取明細表，干涉與碰撞檢查等等）將繁瑣的工作交由計算機來完成，實踐證實，參數化CAD技術對加速新產品開發(fā)、提高產品質量、降低成本起著關鍵作用，是提高市場競爭力的強有力的手段。
然而，經濟循環(huán)加大和加快，市場競爭日趨激烈，社會的消費觀念也不斷發(fā)生變化，以知識為基礎的產品創(chuàng)新設計將成為全球制造業(yè)競爭的核心。近年來，參數化CAD軟件主要應用在產品的詳細設計階段，作為一個實體造型的工具，在企業(yè)的產品設計制造中發(fā)揮了巨大作用，隨著市場需求的變化，參數化CAD技術在企業(yè)中所扮演的角色發(fā)生了重大變化。
2.對參數化CAD技術的新要求
科技是第一次競爭，而產品的工業(yè)設計是第二次競爭，這就對制造企業(yè)提出了新的要求：一個產品由概念設計到制造完成的時間要最短，高質量低成本；為了滿足用戶個性化的需求，就需要在設計過程中進行不斷的、實時的修改。需求和角色的改變，也就要求參數化CAD技術有所創(chuàng)新、有所突破，不僅具有詳細設計階段的造型技術，同時也具有概念設計階段的造型技術。創(chuàng)新設計對參數化CAD提出新的要求，必須具備以下特性：
2.1 操作模式實用性
應是讓企業(yè)的工程技術人員不要把過多時間耗費在CAD軟件技術的使用上，而是采用最新的拖動式技術，直接將需要設計的東西放置在三維空間環(huán)境下，然后對它伸展、旋轉、定位等等操作，輕松而有趣地完成設計。再者，將概念設計、曲面和實體造型、裝配設計、鈑金設計、管路設計、工裝設計、渲染和動畫等等，都集成在同一個操作界面下完成，這將大大提高設計速度。
2.2 造型設計多樣性
造型技術經過20多年的不斷發(fā)展和探索, 參數化CAD已發(fā)展成曲面特征造型、實體特征造型、幾何約束、參數化尺寸、公式計算和基于特征樹的方法。但是，這些長處也可能會帶來一場噩夢。對此，很多設計人員都可以證實：通過了解嵌入在大型模型中的關系復雜性來確定變更的影響可能令人畏懼。所以，對造型技術提出的要求是：不局限于特征樹、尺寸和參數，提供曲面特征和實體特征相互的依賴性，以實現造型過程的全面控制和靈活性。
針對通用產品設計的方法則是采用智能造型技術，該技術不僅具有尺寸驅動模型；而且具有模型特征自適應性，設計人員可以根據企業(yè)產品特性，通過草圖、特征、零件和組件建立起企業(yè)產品標準化，避免大量重復性工作。
2.3 面向對象的造型技術
面向對象的造型技術使得建模完成后，造型過程所產生的尺寸、約束關系和特征樹等信息被封裝在模型內部，直接面向設計人員的就是模型。設計人員可以不用關心模型的內部結構，但是他們可以對模型中的幾何元素直接修改。這樣一來，在企業(yè)協(xié)同設計中，可使上下游廠家提供的產品模型集成起來。對產品協(xié)調數據進行修正，同時又保持產品內部的技術細節(jié)。
2.4 支持產品全過程設計
產品設計包含了各個不同的階段，每個階段都需要不同的造型技術來構建產品模型，這就要求CAD造型技術能夠覆蓋從產品的概念設計、詳細設計、工裝設計的全過程。建立起全過程設計完整的數據關系，并保證過程設計中數據的一致性。
2.5 支持企業(yè)的協(xié)同設計
單純的CAD技術已不能滿足市場變化的需求，因為從產品設計全過程的數據都需要共享使用，通過網絡使得企業(yè)相關人員共享同樣的數據，這樣對CAD技術提出的要求：能夠同網絡技術結合起來，形成具有適應網絡設計工具的新技術。
esign技術應用于創(chuàng)新設計
眾所周知，當今主流參數化CAD軟件功能上個有千秋，但都存在著共同特點：三維軟件內核技術都是來自國外，完全開展符合中國制造業(yè)設計習慣的服務較為困難，大多數的情況是我們的設計人員要遷就軟件操作模式。所以，非常有必要將ThinkDesign軟件的發(fā)展情況做一下闡述：ThinkDesign軟件是意大利Think3公司從1979年開始研發(fā)的產品，2008年北京Extech公司收購了think3公司軟件的三維內核技術（ThinkCore），至此，我們完全擁有自主知識產品的三維軟件技術，經一年來的技術整合，形成了符合中國制造業(yè)從工業(yè)設計、產品設計和工裝設計全過程的三維設計軟件，
ThinkDesign軟件技術不僅具備參數化CAD技術，而且在此基礎上對CAD技術進行了創(chuàng)新，具體將從以下幾方面作詳細描述：
3.1 集成環(huán)境必定帶來操作實用
ThinkDesign軟件集成了TD Styling（概念設計）、TD Engineering（產品設計）和TD Tooling（工裝模具設計）三個主要功能模塊，將零件、裝配、鈑金、管路、構件、模具、工程圖等設計全部統(tǒng)一在一個操作環(huán)境下。結合企業(yè)使用三維CAD軟件的實際，從以下二點闡述ThinkDesign軟件的實用性：
1.對企業(yè)歷史數據的繼承
企業(yè)應用CAD技術都是沿著二維CAD到三維CAD技術方向發(fā)展的，歷史的設計數據大多數是二維的，如何能夠充分地利用起來是非常棘手的問題。下面將用數控機床刀具機構部件的設計實例，看看ThinkDesign軟件是如何解決這類問題的。
首先，采用自頂向下（Top-Down）設計方式，打開刀具機構部件模型文件，接下來直接打開DWG格式的換刀組件的裝配文件（詳見圖1中的右邊部分），利用“移除重疊”功能對DWG格式文件中移去多余的線段，實現圖層與線段的對應，然后采用鼠標拖動方式，將DWG格式的換刀組件文件直接拖到三維模型設計環(huán)境下（詳見圖1中的左邊部分），當然，除了DWG/DXF外，其它的模型和圖片也能夠直接拖動到三維造型環(huán)境中。
圖1
其次，利用軟件的旋轉、平移和圖層編輯功能，對換刀組件的裝配文件進行編輯，再利用“標簽”功能實現設計人員可以從自定義的不同視角觀看設計環(huán)境。接下來就是將2D遷移成3D模型，可以利用實體操作命令，但關鍵是利用“智能尺寸鏈”技術，直接在工程圖上拾取尺寸、長度、半徑、直徑、角度以及最小距離等數值。如圖2所示，選擇“尺寸”，用鼠標在工程圖上拾取標注的尺寸“223”，則模型拉伸的尺寸就是“223”。
圖2
最后，安裝上述的步驟，依次完成換刀組件中每個零件的轉換工作，接著按照參數化CAD裝配的技術完成該組件的裝配，這里就不再作詳細描述了，最終的結果如圖3所示。
圖3
2.零件與裝配的統(tǒng)一環(huán)境
使用過三維CAD軟件的設計人員都非常清楚，零件模型和裝配模型的文件是分開的，采用不同的擴展名稱，每當需要移動裝配模型文件時，必須將其子部件和零件模型文件一起移動；或者必須重新調整裝配的文件路徑關系，的確給設計工作帶來不便利。
ThinkDesign軟件全部的模型文件都采用相同的擴展名稱（.e3）；由于需要兼顧參數化CAD技術，所以對工程圖的文件采用擴展名稱（.e2）。這樣一來，零件和裝配的文件即相互統(tǒng)一又相互獨立，通過葉輪加工模型文件，說明如何解決上述問題的。
首先，在目錄中將葉輪加工模型拖動到軟件造型環(huán)境中，從圖4中左邊圖的右下角，可以看出打開的模型文件是零件模型，但它卻又是裝配模型，因為實際生產中設計人員需要對葉輪加工模型中的葉片進行修改；而制造人員只是需要修改后的葉輪加工模型文件。
圖4
為了實現這個想法，利用圖4中右邊圖所示的菜單命令，選擇“創(chuàng)建外部參考”將葉片水力圖特征變成外部模型文件，這時，在目錄中多了個文件名稱（見圖5左下角所示）。如果特征樹上的特征結構比較多時，也可以將修改的模型文件設置成“標記為設計中”以區(qū)分修改與不修改的零部件，并在特征樹上以背景為“紅色”進行標識出來，結果如圖5所示。
圖5
最后，當設計修改完成后，需要形成一個獨立的葉輪加工模型文件時，則可以利用圖4中右邊圖所示的菜單命令，選擇“斷開鏈接”將取消與葉片水力圖模型文件的關聯，并將修改后的結果保存在葉輪加工模型文件中，對葉片水力圖模型文件來講，可以刪除了。
3.2 務實的自由造型方法
參數化CAD造型技術已經給設計人員提供：從二維草圖通過旋轉、拉伸、切除和掃描等特征造型技術形成三維模型；從插補曲線、樣條曲線、NURBS曲線到放樣曲面、旋轉曲面、NURBS曲面，最后完成曲面建模；然后可以對實體特征和曲面特征進行編輯、參數驅動、尺寸關聯等等，這些是參數化CAD軟件必備的造型技術。
ThinkDesign軟件的造型技術除了具備參數化CAD造型技術外，并在此基礎上對造型技術進行延伸，具體體現在以下三點：
1.有參和無參的造型技術
參數化造型技術對設計人員來講，不是一個陌生的概念，主要應用于產品詳細設計階段。而無參數造型技術是產品創(chuàng)新設計過程中經常使用的工具，覆蓋了從概念設計到制造前設計中的每個階段，無參數造型技術將為設計人員提供對圖片、草圖、模型等處理的手段。下面通過數控機床的工作臺設計實例，敘述ThinkDesign軟件對該項技術的應用：
首先，利用軟件的2D遷移到3D的方法，完成對工作臺的實體造型，接下來對工作臺進行裝配，經測量（見圖6a所示）發(fā)現工作臺的滑槽部位尺寸需要將“320”調整到“420”。
其次，打開模型的草圖進行調整（見圖6b所示），這時你會發(fā)現草圖沒有任何尺寸，而修改時工作臺外輪廓不能發(fā)生變化，只要選擇“多重拉伸”命令，將需要修改的部分草圖用鼠標框選，確定起始點后左右各偏移50mm，這樣就完成滑槽部位尺寸的調整。
最后，當草圖調整完成后，模型文件會自動調整過來，檢測以下結果是“420”（見圖6c所示）。
圖6
通過上述的例子，讓設計人員對無參數造型技術有個直觀了解，雖然只是對草圖進行處理，但有參和無參造型技術始終貫穿在ThinkDesign軟件中。
2.曲面和實體混合造型技術
實體造型技術和曲面造型技術，在當今參數化CAD技術中被廣泛采用，但它們之間的特征是相互獨立的，由于產品的市場需求的變化，大多數情況要求曲面造型和實體造型相互結合，才能完成產品的設計模型。所以，在產品創(chuàng)新設計中提出了將曲面和實體混合的造型技術。接下來以水泵的葉片模型為例，說明ThinkDesign軟件是如何實現曲面實體混合造型技術：
對葉片的曲面繪制同參數化CAD技術相似，過程就不作闡述，模型生成的結果見圖7a所示，接著選擇“生成實體”的命令，將曲面變成實體，在特征樹上的反映是“實體”，但它還具有曲面的特征，也可以采用曲面的編輯功能進行修改。
那么，現在使用實體特征編輯命令“邊圓角”，對葉片外表面上部三個邊倒R3的圓角，其結果見圖7b所示。
圖7
大家都知道，曲面上倒圓角必須用曲面圓角命令；實體上倒圓角必須用實體圓角命令，而上述的例子恰恰是在曲面上采用實體倒圓角的命令，足以說明只有是曲面實體混合造型才能實現，必然會提高設計人員造型的速度。
（轉載）
