1.1.1　产品定义的初级阶段——工程制图技术

自人类文明史以来，人们就把图形作为认识自然，表达、交流思想的主要形式之一，并且一直致力于研究各领域中图形的最佳表达方式。几个世纪以前，人类就开始借助于纸与笔进行产品结构与形状的定义与描绘，即进行产品定义，如图1.1所示。最初的产品定义称为工程制图技术，是设计人员利用绘图板与尺直接在图纸上制作工程图。在中国古代，以建筑技术为代表，采用规范化的较原始的工程图技术来说明建筑方法和制度。北宋李诫的《营造法式》以193幅绘图为说明，采用了正投影、轴测图、剖面图等方法，建立了图样标识制度；使用了丝绢、纸、毛笔、墨规等材料与工具，形成中国有史以来的第一套产品定义描述的工程图制图体系。

图1.1　早期描绘与定义的产品结构与形状

1795年法国科学家蒙日系统地提出了以投影几何为主线的画法几何，把工程图的表达与绘制高度规范化、唯一化，从而使得画法几何成为工程图的语法，工程图成为工程界图形化产品定义的基本绘图语言。工程图用以表达和记录工程师以及设计人员的设计意图和那些用于制造的必要信息，它利用以投影几何为主线的画法几何来表达一个产品的设计模型，在图纸上用线条定义出产品的结构形状、尺寸，以及用标准、符号和文字描述说明其怎样制作出来的一些工艺指令信息。对于一个较为复杂的部件，需要用很多视图从各个方面表达结构信息，并分布在若干张图纸上。图纸规定了所需制造产品的全部信息，是工程技术人员表达产品设计制造思想和相互交流沟通的平台，如图1.2所示。因此，工程图纸作为产品定义的核心及生产制造过程的依据，具有三种主要功能：表达设计意图和设计范围的问题；是设计信息传递的唯一合法介质；为制造、装配、市场等人员提供了明确的信息交流方式。基于工程制图的制造过程，需要先把设计者思维影像中的三维产品模型转变成二维投影视图来表示，工艺、生产和管理等后续部门人员阅读这些图纸，通过组合不同视图信息想象出设计对象的三维实体来弄懂设计意图，然后才能开展工作。

图1.2　复杂工程图示例

工程制图技术通过图纸解决了产品结构与制造信息的描述问题，这在当时的生产条件下是一个伟大的创举，推动了世界范围内的工业进步。但工程制图技术是在纸面上直接绘制，给设计更改带来了极大的不便，当系列产品中的每种零件结构形状与尺寸发生变化时，都必须要一点一画从头做起，不利于设计知识的传承与劳动强度的减轻；在图纸的有效管理方面以及生产效率的提高上也作用不大。在制造业中，制造对象的定义与描述从来都是与制造手段和制造能力密切相关的。随着计算机技术的发展，人们找到了解决这些问题的办法。20世纪70年代，研究人员开发出了通过计算机帮助工程技术人员进行产品定义的计算机辅助设计工具——CAD软件系统，产品定义技术由此跨入了数字化时代。数字化产品定义技术改变了传统的依赖图板的方式，无须在图纸上直接绘制，而是通过CAD系统用数字化的方式在计算机中精确表达产品信息。设计更改与图纸管理工作变得比较方便简单，产品结构信息的重用问题也得到了解决，并大大提高了工作效率，改善了工作环境。