在所有 CAD 概念里，“几何”与“拓扑”已经被讨论得足够多，但真正决定 CAD 模型是否能被理解、编辑、重构、派生生成的核心能力，往往被忽略——那就是约束系统。

如果说几何是形状本身，拓扑是形状之间的连接关系，那么约束系统就是“形状为什么会长成这样”的原因。
没有约束系统，AI 看到的永远只是漂亮的三角网格，永远不知道设计师的真正意图。

1. 什么是“约束系统”？

在机械结构、汽车零件、模具设计、装备制造领域，CAD 模型几乎不可能完全自由绘制。设计师需要严格控制尺寸、角度、平行关系、对称关系、同心关系、插值逻辑、草图驱动逻辑、装配关系……这些统称为“约束”。

举个简单例子：

• 一个孔是“直径 12mm”；

• 且“相对于基准面 A 水平”；

• 且“相对于中心线偏移 20mm”；

• 且“必须保持同心于另外一个孔”。

这个孔不是“长这样”，而是“被约束成这样”。

也就是说：

约束系统 = 设计逻辑的数学表达。
CAD = 几何 + 拓扑 + 约束系统。

如果没有约束系统，一个 CAD 模型只是一堆数学曲线、面片、边界；有了约束系统，它才变成一个可以修改、重用、派生、参数驱动的工程产品。我们甚至可以大胆说一句：

没有约束系统的模型，不算真正意义上的CAD模型，只能叫几何模型。

2. 为什么 AI 必须学习约束系统？

因为所有工程师关心的功能，都依赖“约束系统”，而不是“几何长什么样”。

AI 如果不能理解约束系统，就不可能真正理解 CAD。

这里我们讲 4 个最核心的理由。

1）工程更改与重构本质上是对约束系统的修改

设计师修改一个模型，通常不是修改面、边、顶点，而是修改：

• 尺寸值；

• 草图驱动的参数；

• 基准特征；

• 特征之间的几何关系。

比如一个孔从 Φ12 改为 Φ14，理想流程是：

更新约束 → 特征重算 → 模型重建 → 所有关联更新。

但如果 AI 只看表面几何，它会这样处理：

找到孔 → 重新三角化 → 重生成网格 → 完事。

这不是工程意义上的“改模型”，这是“改网格”。

真正的 CAD AI 必须理解：

• 这个孔是谁创建的？

• 用什么草图？

• 与哪些特征有关联？

• 它是否受尺寸驱动？

• 它是否参与装配约束？

• 是否受参数表控制？

这都是对约束系统的理解，而不是几何的理解。

2）参数化建模 = 约束系统的运行

现今最成熟的 CAD 建模方式都是参数化驱动：

• CATIA 的参数化与知识工程；

• NX 的建模树逻辑；

• SolidWorks 的 Feature & Sketch 约束；

• Creo 的全参数驱动建模；

• Fusion360 / Onshape 的关系驱动；

• 。。。

这些系统内部都是一个约束求解器在运转。

AI 若想理解这些软件导出的 CAD，它必须：

• 能读取约束；

• 能识别特征的约束链条；

• 能推断隐藏约束；

• 能理解“为什么这样建模”；

• 能在生成模型时保持几何与约束一致。

这就像学习语言，只学字形不学语法，人永远写不出一句通顺的话。
CAD 也是：只懂几何，不懂约束，AI 永远无法“讲工程语言”。

3）零件标准化、装配逻辑识别都依赖约束系统

工程里大量的“智能设计”都依赖约束知识。

例如：

• 如何识别两个零件是“同一类型”？

• 如何判断一个孔是装配定位孔？

• 如何判断一个倒角是“工艺倒角”还是“结构倒角”？

• 如何判断某特征是“驱动的”还是“被动的”？

• 如何判断两个面存在“配合约束”？

所有这些推理都不是看“长得像不像”，而是看：

• 它的特征是否受固定的约束驱动？

• 它是否具有常见的工业特征组合？

• 它是否与邻接特征存在“设计语义”关系？

也就是说：

约束系统决定了 AI 能不能理解工程语义，而不是图像语义。

4）AI 生成的 CAD 如果没有约束系统，就是废的

近年来很多团队尝试让 AI 生成 CAD 模型，但大多数结果都像这样：

• 外观看起来没问题；

• 实际上不可编辑；

• 不可参数化；

• 不可重算；

• 不能修改特征；

• 不能装配；

• 无法下游制造。

为什么？因为生成的是“几何片段”，不是“带约束的 CAD 特征”。

想让 AI 生成能用的 CAD，就必须生成：

• 草图 + 草图约束；

• 基准 + 基准逻辑；

• 特征结构（凸台、切除、扫掠…）；

• 尺寸约束；

• 装配约束；

• 参数表。

这些全部属于“约束系统”的范畴。

3. 如果 AI 不理解约束系统，会出现哪些严重问题？

我们在这里列几个场景：

1）AI 会把“倒角”误认为“装饰”，甚至删掉

很多倒角是 功能性的（防应力集中），不是装饰。
AI 不理解约束系统，就不会知道这个倒角为什么存在。

2）AI 无法识别“关键尺寸”和“派生尺寸”

例如：

• 直径是关键尺寸；

• 孔的位置可能是派生尺寸（由对称约束决定）。

AI 不懂约束，就无法区分 设计意图的核心约束。

3）AI 会把两个“几何相似”的零件误判为相同类型

因为它不知道：

• 一个孔是“基准装配孔”；

• 一个孔是“工艺排油孔”；

• 一个孔是“测量孔”。

几何都很像，但约束语义完全不同。

4）AI 生成的模型无法用于制造

没有约束系统的 CAD 模型：

• 不能出工程图；

• 不能出特征树；

• 不能自动更新尺寸；

• 不能关联装配；

• 不能做 FEM 仿真；

• 不可参数驱动；

• 不满足工程设计流程。

这些都是我们无法接受的。

CAD 模型之所以难，是因为它不是“图像”，不是“点云”，不是“网格”。

CAD 的核心是 设计意图，而设计意图的数学形式，就是：

约束系统（Constraint System）。

因此：

• AI 如果理解约束 → 能读懂 CAD；

• AI 如果能生成约束 → 能设计 CAD；

• AI 如果能推理约束 → 能成为真正的 CAD 设计助手。

未来的 CAD AI，不是会生成三角面片的 AI，而是：

能理解特征、约束、语义，并能与工程师共同完成设计修改、重构、派生生成的 AI。