2　CAD的发展历程与新的里程碑

为什么说“同步建模技术”是CAD的里程碑，可简单看一下CAD的发展历程，如图1所示。

图1　CAD的演变（引自文献[2]）

Siemens PLM Software的《三维同步建模技术白皮书》（以下简称《白皮书》）[2]中从建模方法上把CAD发展过程分为“显式建模技术”阶段，“参数化、特征、基于历史记录”阶段，以及“同步建模技术”阶段。

“显式建模技术”包括二维数字绘图和利用三维线框技术的三维表面建模，需要用户编辑由直线和曲线组成的三维模型的外边界，以此来直接修改几何模型造型。后来出现的依赖于求并、求差和求交的布尔运算的实体建模技术仍保持了显式性质。通过上述建模技术构成模型的基本元素都是互不关联的，这就“显式建模技术”的特点。

“参数化、特征、基于历史记录”的建模技术是CAD的一次革命。在这一阶段，模型对象就像一个积木搭成的树状结构，每块积木在这里被称之为“特征”，它们严格地按建模顺序搭建，彼此之间又被称做“约束”的函数关系像线一样连接着，牵一发而动全局。该有序树型结构就是模型构建的历史记录。用这样的技术创建模型实现了知识捕捉、自动更新等智能化功能，使CAD从计算机辅助制图跨越到了计算机辅助设计。

当一代工程师好不容易掌握了上述“基于历史记录的系统建模器高度自动化”的CAD技术时，它又开始被诟病为缺乏灵活的编辑能力、存在多种限制、难以满足随机更改的需求、对编辑人员要求高的“老爷车”了。“通过了解嵌入在大型模型中的关系复杂性来确定变更的影响可能令人畏惧。通常，只有初始创建者才能够记住用于创建模型的设计战略，而且还是在模型是最近才设计的情况下。最后，设计人员必须接受从顺序构建历史记录中（的某个）编辑点开始重新生成整个模型所导致的性能损失”[2]。

要突破这些“难题”，人们自然怀念起“显式建模”的天真来。要想鱼和熊掌兼得，就只有迎接新的CAD技术阶段的到来。这种新的CAD技术能“实时‘挖掘’在一般实体模型（的）几何模型中找到的信息——扩展了‘直接几何模型’编辑功能，甚至在基于历史记录、参数化系统中也可以。……结合对模型当前的几何模型条件进行深度、富有洞察力的检查，把这些信息与所有用户定义的约束和参数驱动尺寸结合在一起，然后实时确定模型特征及定位相关等特性依赖”[2]。这就是集成了前两种方法精华的“同步建模技术”。

“同步建模技术”是无历史、基于特征的建模系统，合并了尺寸驱动和约束驱动技术的精华，以实现全面控制和可重复性，以及直接建模的灵活性。它把“显式建模的速度和灵活性与基于历史记录的系统的控制能力及参数化设计”完美结合起来[3]。由此，应运而生的“同步建模技术”必须成为CAD设计历程中的里程碑。