隨著市場競爭的日益激烈，如何提高產品設計效率，適應快速多變的市場需求已成為企業十分關注的問題。正因如此，計算機輔助設計已成為設計中必不可少的工具。隨著基于幾何模型的CAD系統的日趨完善，人們對于計算機輔助設計系統的要求也越來越高，于是提出了產品模型的概念，希望它能對整個設計過程給予全面的支持。事實上，由于實際情況的復雜性和多變性，產品模型基本上還停留在理論探討的基礎上。實際的需求與理論上的滯后導致了人們另求出路。于是，設計一個在一定程度上能實現產品裝配模型的專用CAD系統，開始成為許多有特定設計過程的企業的自然選擇。本文通過對一個面向產品模型的專用CAD系統的設計實例來展示如何用利用面向對象的方法作工具以實現此目標。

   設計實例——空調機柜CAD系統

　　空調機柜是大型中央空調機必不可少的組成部分。它主要由風機室、盤管室、混氣室等組成，并為空調機提供一整套熱交換設施。通過風機室抽取外部空氣，在混氣室混合，然后在盤管室中與空調機進行熱交換。大型空調不同于家用空調，它不是批量生產的產品，往往是單件產品，一般由空調機柜生產廠家根據用戶的不同需求，去設計定制和組裝。由于不同的安裝形式和安裝地點、不同的設計參數（如功率等的要求），形成了產品圖形基本相似，但局部小結構有所不同，尺寸也是各異，規格品種復雜多樣的特定設計過程。對于每一個用戶，企業必須設計多套全新的圖紙，費時費力，使得設計能力往往跟不上實際生產能力，無法滿足用戶需求。為此廠家希望能有一個專用的基于產品模型的CAD系統，達到以下的功能：
　　。 根據用戶的需求自動生成原始裝配圖；
　　。 能夠在裝配圖上以零件為基本元素進行交互式的修改，并自動維護裝配關系的一致性，三維視圖的一致性；
　　。 能夠根據修改后的裝配圖，自動生成加工信息，如工藝卡、NC代碼等。

   面向對象方法的選擇

　　面向對象方法建立在任何事物都可以用對象來表示的基礎上。在系統分析和設計時，對象將數據和對數據操作行為結合起來，作為一個集成的整體來對待。對系統的修改只需改變和增刪一些操作，其基本的對象結構并不發生變化。面向對象分析方法中的對象是客觀世界對象的直接映射，采用面向對象方法進行分析、設計的系統，比采用面向過程的分析方法設計的系統更易理解，增強了系統的可維護性。
　　面向對象方法的優點使它適應了現代軟件工程的需要，也使它非常適合于產品裝配模型的設計。對象是計算機語言對客觀事物的抽象；對象之間的基本關系，如關聯、依賴、包容、繼承等，則是對客觀事物之間紛繁復雜關系的抽象。在產品模型的過程設計中，將機械零部件直接映射為對象，將它們之間的裝配關系映射為對象之間的關聯是一種非常直觀的表示方法。在系統設計中，可以更加側重于用如何用計算機語言來對現實世界進行精確的描述，而不是對數據的處理，使得整個設計過程更為自然。
　　根據我們的實際情況，決定在基于參數化的二維CAD系統上進行二次開發，采用面向對象的方法來進行建模。
　　現在國內較為流行的面向對象的設計方法有OMT，BOOCH等，本設計采用基于UML的ROSE建模工具。各種建模思想各有側重，然而它們的基本思想是一致的，在這里重要的并不是采用何種面向對象的建模方法，而是如何在計算機中對客觀世界進行抽象的描述。

    專用CAD系統的設計

    系統的原理結構
   其中：
　　規則庫：由廠家多年的生產經驗積累而成。它包含了在不同型號、不同要求情況下，各零部件的尺寸、位置的生成規則。是自動出圖的關鍵。

　　推理器：從規則庫中提取規則，進行分析，并生成零部件的三維模型。
　　三維模型：它是整個專用CAD系統的核心，不僅包含零件的幾何信息，還必須包含零部件的裝配信息、生產信息等一切有用的信息，是零部件在計算機中的映射。
　　二維視圖：它是零部件在一個平面上的投影，是在圖紙上進行交互修改的基本單元，三維模型與它形成一對多的關系。
　　消隱模塊：根據三維模型，對于靈便的二維視圖進行通用消隱和特殊消隱。
　　加工信息產生模塊：根據三維模塊產生加工信息，如CN代碼。
   建模部分的具體實現
　　以下對于設計和實現中的一些關鍵點分別進行論述。
　　(a) 規則庫的建立
　　規則庫是圖紙自動生成的關鍵，也是廠家多年生產資料的建庫，這些資料以實例的形式存儲（關于實例的查詢，限于篇幅在此不作討論)。下面以經簡化的空調機柜的主要零件——角鐵為例，說明本系統組建實例的基本思想：
　　實例名：實例的名稱。
　　室類型名：空調機柜室名，如前面提到的風機室、盤管室等等。
　　生成規則：相當于規則的IF語名，當條件滿足時，才根據規則中的信息建立角鐵實體。
　　角鐵ID:紀錄要生成的角鐵的ID號，供其它角鐵(面板或其他零件)對它進行引用。
　　頭部相連角鐵ID，尾部相連角鐵ID：記錄角鐵的裝配關系。
　　尺寸計算式：記錄角鐵的各個尺寸的表達式。
　　經檢索后的實例，根據其中每一個零件的信息生成裝配圖。
　　(b)三維模型
　　三維模型是整個CAD系統的核心，是連接各個模塊的樞紐。是計算機語言對零件的抽象描述。三維模型所需要紀錄的信息分為以下幾類：
　　幾何信息：記錄零件的空間位置；
　　裝配信息：記錄零件與其他零件的裝配關系；
　　生產信息：記錄零件的加工信息，如尺寸等；
　　繪圖信息：說明零件如何在圖紙上表達自身。
　　三維模型不僅是信息的記錄者，更是信息的維護者。各種信息之間存在著復雜的約束關系，它們之間一致性的維護理所當然地由三維模型負責。例如，當用戶在圖紙上改變了零部件中一個視圖的位置，其他兩個視圖也必須作出相應的修改，這必須通過維護繪圖信息與幾何信息的一致性來完成。再如當一個零件的位置或尺寸改變時，與它有裝配關系的零部件也必須作出相應的修改，使裝配關系繼續得以保持。這就必須維護裝配信息與生產信息的一致性。下面以經簡化的角鐵對象為例，說明角鐵三維模型的設計：
　　class JT
　　{
　　　幾何信息：
　　　Point1,Point2：角鐵的兩個定位點在空間的位置
　　　Rotation：角鐵在空間的旋轉角度
　　　裝配信息：
　　　HeadID，TailID： 與角鐵頭尾相連的角鐵的ID號
　　　JointIDArray：與角鐵中部相連的角鐵的ID號序列
　　　生產模型：
　　　Width，Length，Thick：角鐵的三個最基本的尺寸參數，寬度、長度與厚度
　　繪圖信息：
　　　ViewID［3］：角鐵的三個視圖（頂視、俯視、左視）的ID號
　　　維護幾何信息與繪圖信息的操作：
　　　TranslateViewToModal()：將模型中的一個點轉換為某一視圖中的一個平面點
　　　TranslateModalToView()：將視圖中的一個點轉化為三維空間點
　　　…
　?。?c) 裝配關系的表達
　　零部件之間的裝配組成關系可以通過對象間的關聯、繼承、包容加以抽象表示。角鐵之間的連接關系是一種關聯，室與角鐵之間的關系是包容等等。
　　(d) 系統模型的建立

   結語

　　真正完全實現產品裝配的CAD系統，在理論上與實際上都存在著很大的困難；為某一設計定制的專用CAD系統成為了許多廠家自然的選擇。本文用成功的設計實例闡明了如何通過面向對象的方法來對專用CAD系統建模，供準備從事面向產品的專用CAD系統設計的專業人員參考。