基于约束的设计技术按照实现方式的不同可以分为参数化技术和变量化技术.变量化技术的特点是采用与过程无关的陈述式方式处理约束关系,因而变量化技术比参数化技术更灵活.本文深入研究了实体造型中变量化技术的应用.在分析参数化特征造型技术不足之处的基础上,本文提出了在零件设计过程中,应允许三维约束以陈述式方式处理的观点.以陈述式方式处理约束的前提是存在一个可供求解的约束模型.为此,本文提出了通过提取边界表示和特征定义中隐含的约束信息,自动生成三维几何约束模型的方法.由于基于几何元素生成的约束模型规模大、不易于约束求解,本文基于特征对三维约束进行建模,降低了约束系统的规模.本文首先介绍了特征装配法,将三维约束划分为定位约束和定形约束,其中定位约束确定特征位置而定形约束确定特征形状.而后,本文提出尺寸映射法,通过由特征编码机制维护的拓扑元素和草图元素之间的对应关系,将三维尺寸映射为二维草图约束,通过求解草图约束,使三维尺寸间接得到满足,从而将三维约束满足问题转化为相对容易处理的二维约束满足问题.本文对多个特征同时变形的情况进行了讨论,指出约束求解引擎必须具有从变量层次求解约束方程组的能力才能处理这种情况.为克服定形约束不能表示复杂特征的困难,本文使用用户自定义特征表示复杂特征,将应用自定义特征的过程分为定义过程和实例化过程两个阶段,从而实现了对简单特征的封装,简化了设计人员的造型操作.本文研究了自定义特征系统实现过程中的两个关键问题:设计历史融合和草图特征的处理.工程约束求解是实体造型中变量化技术应用的重要方面,因而本文研究了工程约束求解过程.本文首先使用二分图最大匹配调整约束方程与自变量之间的匹配关系,而后将匹配结果映射为工程约束图,通过对工程约束图进行强连通分量凝聚和拓扑排序,得到求解序列.一致性分析是约束方程组正确求解的前提.本文使用Grobner基对约束方程组进行一致性判别,从而提高了判别结果的准确性和可靠性.针对Grobner基方法计算时间较长的不足,本文探讨了Grobner基方法分别与图论方法和数值方法相结合的方式.最后,简介了原型系统的结构与功能,并通过应用实例验证了研究成果的正确性和有效性.文末总结了研究工作,并对进一步的研究方向进行了展望.